A mechanistic model named KFGR-T has been developed to predict transient fission gas release from $UO_2$ fuel by emphasizing the importance of non-equilibrium behavior of fission gas bubbles. It takes into account relevant physical processes generally considered by other workers, and particularly, migration of fission gas bubbles through channels formed by extension of dislocations to grain boundaries during the transient heat-up stage, grain growth/grain-boundary sweeping during the isothermal annealing stage at high temperatures, and gas release through intergranular cracking.
The present model was applied to calculate transient fission gas releases, and the calculated values were compared with the results of out-of pile experiments performed at Harwell, ANL, ORNL and JAERI with $UO_2$ fuel base-irradiated to burnups in the range of 18 to 35 MWd/kg-U. The absolute values and trend of fission gas releases calculated with use of the present model were in good agreement with the experimental data.
A parametric study was also made to investigate the sensitivity of the present model to variables such as initial grain size, heating rate, temperature gradient and initial gas concentration, and these results were compared with the sensitivity of other models.
핵분열기체 기포의 비평형 상태 거동에 촛점을 두고, $UO_2$ 핵연료로 부터의 과도상태 핵분열기체 방출을 예측하는 KFGR-T 전산모형을 개발하였다. 본 전산모형은 타 전산모형들에서 일반적으로 고려되고 있는 관련 물리적 현상들을 고려하고 있고, 특히, 천이상태 가열 (transient heat-up) 조건에서 핵분열기체 기포들이 결정입계까지 연결된 전이들에 의해 형성되는 통로를 따라 이동되는 현상, 높은 상태의 등온 조건에서 발생되는 결정립 성장 / 결정립계 스위핑 (grain growth / grainboundary sweeping) 현상 그리고 결정립 균열 (intergranular cracking) 을 통한 기체 방출을 고려하고 있다.
본 전산모형을 이용하여 천이상태 핵분열기체 방출을 계산하고, 이 계산결과를 18 - 35 MWd/kg-U 연소도까지 기조사된 핵연료를 갖고 Harwell, ANL, ORNL 그리고 JAERI 에서 각각 수행하여 얻은 노외시험 결과와 비교하였다. 본 전산모형에 의해 계산된 핵분열기체 방출의 절대량과 그 경향이 상기 실험자료들과 잘 일치한 것으로 나타났다.
초기 결정립 크기, 가열률, 온도구배 그리고 초기 기체원자 농도와 같은 주요 변수들에 대한 본 전산모형의 민감도 분석을 또한 수행하였고, 이 결과를 다른 전산모형들의 민감도 결과와 비교하였다.
