The power coefficient of reactivity (PCR) needs to be negative to achieve the inherent stability and safety of a nuclear reactor. The possibility that the PCR of the CANDU6 reactor can be positive has been raised in recent studies. Meanwhile, there was an experimental approach on evaluating the PCR of a CANDU6 reactor in 2012. In the experimental evaluation, the PCR was measured by a methodology which requires the estimation of the reactivity change due to Xe, liquid zone controller (LZC), and fuel depletion. In the previous experimental study, the Xe reactivity was estimated without Xe-135m, as usual, due to its short half-life and lack of the cross section data. In this study, impacts of Xe-135m on the CANDU6 PCR have been evaluated with the TENDL data library.
In this study, prior to quantification of the impact of Xe-135m, the PCR of a CANDU6 core has been re-evaluated by analyzing the previous measurement data with more accurate methods in the estimation of the reactivity variation due to xenon and LZC. For accurate measurement of the PCR, the fundamental characteristics of the measurement data were figured out to devise appropriate methods for the measured data analysis. In particular, several regression methods have been proposed to deal with the oscillatory behavior of the measured water level of LZC. For the estimation of Xe-135m reactivity, an in-house 3-D FDM code was developed and applied to the Xe dynamics simulations of the CANDU6 reactor. In 3-D Xe transient simulations, a 2-group neutronics model for an equilibrium CANDU6 core was used. The estimation of LZC reactivity was performed by using the Monte Carlo Serpent2 code with a detailed 3-D time-average CANDU6 core model and the results are compared with the official design code RFSP-IST. In this thesis, the potential impact of Xe-135m on the PCR measurement was analyzed by comparing the results without and with Xe-135m.
It was found that the total Xe worth can be noticeably increased during a transient due to Xe-135m and the PCR of CANDU6 becomes less positive or more negative. The PCR reduction due to Xe-135m ranges from 0.19 pcm/%P to 0.64 pcm/%P, depending on the TENDL version.
원자로의 고유한 안전성 및 안정성을 위하여 출력계수는 음수가 되는 것이 바람직하다. 하지만 최근 여러 연구에 따르면 캔두6 노심의 출력계수가 양수일 가능성을 보여주고 있는 실정이다. 이와 관련하여 2012년에 제논, 액체영역제어기(LZC), 연료연소에 따른 반응도 평가를 요하는 방법론을 바탕으로 원자로 실측을 통한 출력계수 측정이 있었다. 하지만 제논 반응도를 평가하는 과정에서 이전과 마찬가지로 Xe-135m은 반감기가 매우 짧다는 이유로 고려되지 않았지만 이와 관련된 불확실도는 평가된 바 없다. 이 연구에서는 캔두6노심의 출력계수 측정에 미치는 Xe-135m의 영향을 TENDL 핵자료집을 이용하여 평가하였다.
본 논문에서는 Xe-135m의 영향 평가에 앞서, 기존 측정자료 자체에 대한 기초 분석을 우선 수행하였고, 측정자료를 활용하는 적절한 방법을 도출하였다. 14개 LZC수위 자료를 면밀히 살핀 결과, 일정 구간에서의2차 다항식 근사법을 통해 특정 시점에서의 LZC수위를 결정하는 것이 적절할 것이라는 결론을 얻었다. 측정된 LZC 수위 변화에 따른 반응도 변화를 평가하기 위해서 기존 RFSP-IST 코드를 이용하는 표준적인 방식과 매우 상세한 시평균 (time-average) 모델에 기초하여 몬테칼로 코드인 Serent2를 이용한 방식, 총 두 가지 분석을 수행하였다. 또한 Xe-135m과 관련된 분석을 위하여 과도상태 모사 3차원 코드를 자체 개발하여 Xe-135이 과도상태 제논 반응도 변화량에 미치는 영향을 분석하였다. 우선 Xe-135m을 고려하지 않은 경우에 대하여 여러 코드를 이용한 출력계수 측정 결과, RFSP-IST를 사용하여 측정값을 분석한 경우보다 다른 코드를 사용할 경우 측정 시점에 따른 오차가 적어 안정적인 결과를 보였으며, 출력계수 측정치는 이전보다 크게 감소한 +0.45 pcm/%P 정도의 값을 보였다. 이는 냉각재 입구온도가 설계값보다 약 3℃ 높은 운전조건에서의 출력계수 측정 결과로써, 설계조건이었다면 출력계수는 더 작은 값을 보였을 것이라 예상할 수 있다. 그리고 Xe-135m을 고려해 줄 경우, 과도상태 제논 반응도 변화량이 증가함을 확인했고, 결과적으로 출력계수 측정치 또한 사용한 TENDL핵자료집의 버전에 따라0.19pcm/%P~0.64pcm/%P 가량 감소함을 확인하였다.
