This paper presents FAST (Floating Absorber for Safety at Transient) which is a passive safety device for Sodium-cooled Fast Reactors (SFR). FAST is designed to insert negative reactivity in case of coolant temperature rise or coolant voiding in an inherently passive way. Sinking or emerging of the floating absorber module in a FAST device is equivalent to insertion of negative or positive reactivity, respectively. First, design principles and methodologies of the FAST device are described in detail in this study. Behavior and effects of the FAST during the anticipated transients without scram (ATWS) in a sodium-cooled breed and burn fast reactor (B&BR) are investigated to see its impacts on the B&BR safety. ULOF (Unprotected Loss of Flow), ULOHS (Unprotected Loss of Heat Sink) and UTOP (Unprotected Transient Overpower) scenarios are simulated at both MOL (Middle-of-Life) and EOL (End-of-Life) conditions of the B&BR core to investigate impacts of FAST on the reactor safety. The ATWS simulations are performed with an in-house computer code taking into account all possible reactivity feedback components including the FAST movement and core expansion coefficients at MOL and EOL. It is confirmed that FAST can very successfully mitigate the consequences of ULOF, ULOHS and UTOP even when the B&BR core has a strongly positive coolant temperature coefficient. In addition, this paper provides key aspects of FAST design optimization for practical applications.
FAST (Floating absorber for safety at transient)는 소듐냉각 고속로(SFR)의 고유 안전성을 향상시키기 위해 제안된 피동 안전장치로, 노심 내 냉각재 온도의 상승 혹은 냉각재 상실 사고 발생시 피동적으로 음의 반응도를 삽입한다. 본 논문에서는 FAST의 기본적인 작동원리 및 특성을 규명하며, ATWS (Anticipated Transient Without Scram) 사고 상황에서 FAST의 거동 및 효과에 대한 평가를 다루고 있다. 해당 분석은 소듐냉각 B&BR (Breed and Burn fast Reactor)을 기준노심으로 하였으며 노심의 수명중과 수명말 조건에 대하여 ULOF (Unprotected Loss of Flow), ULOHS (Unprotected Loss of Heat Sink) and UTOP (Unprotected Transient Overpower)의 세가지 ATWS 시나리오를 고려하였다. FAST의 거동을 포함하는 ATWS 과도 해석은 자체적으로 개발한 열수력 연계 point kinetics 코드를 사용하였고, 온도와 관련된 주요 반응도 궤환 효과들이 모두 고려되었다. 해당 연구에서는 선형 B&BR의 ATWS 사고시 FAST가 효과적으로 출력과 노심 구성 요소들의 온도 증가를 억제하는 것을 확인하였다. 추가적으로 해당 논문은 실제 노심에 대한 FAST의 적용 시 고려되어야 할 주요한 설계인자 및 최적화 방향을 제시한다.