Fuel assembly calculation for the homogenized group constants is one of the most important parts in the reactor core analysis. The homogenized group constants of one a quarter assembly are usually generated for the nodal calculation of the reactor core. In the current nodal calculation, one or a quarter of the fuel assembly corresponds to a unit node. The homogenized group constant calculation for a fuel assembly proceeds through cellspectrum calculations, group condensation and cell homogenization calculations, two dimensional fuel assembly calculation, and then depletion calculations of fuel rods.
To obtain the assemblywise homogenized group constants, the two dimensional transport calculation is usually performed. Most codes for the assemblywise homogenized group constants employ a zero net current boundary condition. CASMO-3 is such a code that is in wide use. The zero net current boundary condition is plausible and valid in an infinite reactor composed of the same kind of assemblies. However, the reactor is finite and the core is constructed by different kinds of assemblies. Hence, the assumption of the zero net current boundary condition is not valid in the actual reactor.
The objective of this study is to develop a homogenization methodology that can treat any actual boundary condition, i.e. non-zero net current boundary condition. In order to treat the non-zero net current boundary condition, we modify CASMO-3. For the two-dimensional treatment in CASMO-3, a multigroup integral transport routine based on the method of transmission probability is used. The code performs assembly calculation with zero net current boundary condition.
CASMO-3 is modified to consider the inhomogeneous source at the assembly boundary surface due to the non-zero net current. The modified version of CASMO-3 is called CASMO-3M. CASMO-3M is applied to several benchmark problems. In order to obtain the inhomogeneous source, the global calculation is performed. The local calculation is then performed by CASMO-3M with the inhomogeneous source.
The results of the benchmark problems show that the relative errors of meshwise fluxed are negligible. It is thus verified that CASMO-3M can perform assembly calculation with inhomogeneous soures, i.e., non-zero net current boundary conditions. The two sets of the homogenized group constants obtained by the assembly calculation with (1) zero net current boundary condition (i.e., CASMO-3) and (2) non-zero net current boundary condition (i.e., CASMO-3M) show significant differences. Thus, it will be worthwhile to evaluate the global effects (e.g., core multiplication factor and assembly power distribution of the core) of the homogenized group constants obtained with the non-zero net current boundary condition by CASMO-3M.
균질화 군정수(homogenized group constants)를 얻기 위한 핵연료집합체 계산(fuel assembly calculation)은 원자로심의 해석에서 중요한 일부분이다. 원자로심의 해석에 많이 이용되는 노달방법은 하나 또는 1/4 핵연료집합체를 기본 단위로 하고 있으며, 이에 필요한 균질화 군정수는 핵연료집합체 계산에 의해서 얻어진다. 핵연료집합체에서 균질화 군정수를 얻기 위해서는 미세군 봉세포 계산, 군축약과 봉세포 균질화 계산, 2차원 계산, 그리고 연소 계산 등의 순서에 의해서 계산된다.
핵연료집합체의 균질화된 군정수를 얻기 위한 대부분의 컴퓨터 코드는 핵연료집합체의 경계면에서 영 중성자류(zero net current)의 조건을 적용하여 2차원 중성자 수송계산을 한다. 영 중성자류의 경계조건은 같은 종류의 핵연료 집합체가 무한히 배열되어 있다고 가정한 원자로에서는 유효 적절하다. 그러나, 이러한 영 중성자류의 조건은 실제 우리가 사용하고 있는 원자로심의 계산에서는 타당하지 않다. 왜냐하면, 실제 원자로는 유한하고 여러 종류의 핵연료집합체를 사용하기 때문이다.
본 연구의 목적은 핵연료집합체의 경계에서 실제의 경계조건, 즉 Non-Zero Net Current 경계조건을 적용하는 핵연료집합체의 균질화기법을 개발하고자 한다. Non-Zero Net Current 경계조건을 고려하기 위해서 CASMO-3 코드를 이용하였다. CASMO-3에서 2차원 계산을 할 때는 중성자 전도확률법(transmission probability method)을 기초로 한 다군 적분수송방법(multigroup integral transport method)을 사용하고, 영 중성자류의 경계조건을 적용하여 계산을 수행한다.
본 연구에서는 Non-Zero Net Current에 의해 기인된 핵연료집합체 경계면에서의 Inhomogeneous Source를 고려하기 위해서 CASMO-3를 수정하였고, 수정된 코드를 CASMO-3M이라 하였다. CASMO-3M을 여러 개의 Benchmark 문제에 적용하였다. Inhomogeneous Source를 얻기 위해서는 Global 계산을 수행하였다. CASMO-3M은 이러한 Inhomogeneous Source를 이용하여 핵연료집합체 계산을 하도록 하였다.
Benchmark 문제의 결과는 Mesh당 중성자속의 상대적인 오차를 무시할 수 있음을 보여주었다. 그래서, CASMO-3M이 Inhomogeneous Source, 즉 Non-Zero Net Current 경계조건을 가지는 핵연료집합체 계산을 수행할 수 있음이 검증되었다. 영 중성자류의 경계조건을 적용하여 계산된 핵연료집합체의 균질화된 군정수와 Non-Zero Net Current의 경계조건을 가지고 계산된 균질화된 군정수 사이에는 상당한 차이가 있음을 알았다. 그러므로, CASMO-3M에서 Non-Zero Net Current 경계조건을 적용하여 얻은 균질화된 군정수의 Global 효과(예를들면 노심의 중배계수와 핵연료집합체의 출력분포)를 산정할 만한 가치가 있다.
