This thesis is concerned with the feasibility regarding the startup of soluble-boron-free (SBF) reactors based on sole mechanical movement of control rods and its associated CEA (Control Element Assembly) control logic. Specifically, the ATOM (Autonomous Transportable On-demand reactor Module) design was considered to model the SBF system with a decoupled steam-generator, in which its inlet coolant temperature is pre-determined to reflect the variation in the power demand. To acquire the critical CEA height for given power demand, a TH (Thermal-Hydraulics) coupled 3-D quasi-static NEM (Nodal Expansion Method) method was considered, which enables the assessment of the startup in terms of burnup conditions, power ascension scenarios, and the degree of overlap between the control rods. It is shown both slow startup within 72 hours and quick one within 3 hours are achievable with sufficient safety margins, and a new CEA control logic, named Mode-Y, for SBF reactor startups has been devised based on the current results.
이 학위논문은 무붕산 소형 모듈형 원자로에서 현재까지 연구되지 않은 제어봉만을 이용한 기동의 타당성과 기동 시 사용되는 제어군 조절 논리에 대한 고찰에 관한 것이다. 본 논문에서는 무붕산 노심으로 ATOM (Autonomous Transportable On-demand reactor Module) 디자인을 채택했으며 증기발생기(steam generator)는 요구 출력에 맞게 적절하게 냉각재 입구 온도를 조절하는 상태로 가정하였다. 요구 출력에 따른 제어군의 임계 높이를 얻기 위해 열수력 모델이 사용된 3차원 NEM (Nodal Expansion Method) 준정상상태 (Quasi-Static) 해석이 사용되었으며 연소도 조건, 출력 상승 속도, 제어봉 중첩 정도에 따른 원자로 기동 특성이 평가되었다. 본 연구에선 72시간에 걸친 매우 느린 출력 상승뿐만 아니라 3시간 이내 매우 빠른 원자로 기동이 충분한 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였고 이를 기반으로 실제 원자로 기동 시 제어봉 조절 논리인 Mode-Y가 개발되었다.