This dissertation introduces the APEC (albedo-corrected parameterized equivalence constants) method for a macroscopic depletion in coarse-mesh nodal analysis for light-water reactors. For a highly reliable macroscopic depletion analysis, three related topics are investigated in detail: 1) impacts of power density on homogenized group constants, 2) higher-order burnup gradient correction (BGC), and 3) the APEC method for macroscopic depletion in the nodal analysis. First, a fission yield correction scheme has been proposed for the accurate estimation of Xe-135 and Sm-149 number densities based on simplified decay chains. The change of homogenized two-group constants due to the FA power density is analyzed, and the power density is introduced as an independent variable in the 2-step FA homogenization to account for the reactor history effects in the macroscopic depletion analysis. A higher-order BGC method is proposed and its performance and limitations are discussed. In order to consider the burnup gradient and neighborhood effects accurately, a burnup-dependent 2x2 APEC leakage correction is proposed for the macroscopic depletion in the nodal expansion method (NEM) analysis. Both burnup-dependent and independent 2x2 APEC functions are parameterized as a function of a normalized leakage parameter, current to flux ratio (CFR), by using various color-set models. A low-order polynomial fitting is also introduced for the burnup-dependent APEC coefficient to prevent the overfitting effect due to the finite number of color-set models. To assess the general applicability of the new APEC method, both UOX-loaded and partial MOX SMRs and their small & large variants are analyzed. Results confirm that the new burnup-dependent 2x2 APEC leakage correction can improve the nodal equivalence significantly in terms of the effective multiplication factor and fuel assembly-wise power distribution.
이 학위논문은 경수로의 소격격자 거시연소 해석을 위한 APEC (albedo-corrected parameterized equivalence constants) 보정 방법론 개발에 관한 것이다. 고신뢰성 거시연소 방법론 확립을 위해 세 가지 주요 주제를 고찰하였다: 1) 군정수에 대한 출력밀도 영향, 2) 고차 다항식 전개 연소구배 보정, 3) 소격격자 거시연소 해석을 위한 APEC 방법론. 먼저 간소화된 연소 사슬에 기초하여 Xe-135 및 Sm-149의 영향을 정확하게 평가하기 위한 핵분열 수율 보정법을 제안하였다. 집합체 출력밀도에 의한 균질화된 2군 군정수의 변화를 분석하였으며 거시연소 계산에서 보다 정확한 군정수 보정을 위해 출력밀도에 대한 섭동을 추가로 도입하였다. 또한 비교를 위해서 고차 다항식 전개 연소 구배 보정 방법론 및 한계점을 고찰하였다. 중성자누설 효과를 정확하게 보정하기 위해 NEM (nodal expansion method) 기반 소격격자 거시연소 해석을 위한 연소 종속 2x2 APEC 중성자 누설 보정 방법론을 개발하였다. 거시연소 해석을 위한 정규화된 중성자 누설 인자인 중성자류 대 중성자속 비율 (CFR)로 매개변수화 되는 2x2 APEC 함수가 제안되었고, 연소 종속 APEC 함수를 결정하기 위한 컬러셋(color-set) 모델이 도입되었다. 유한개의 컬러셋 자료에 기인한 과적합 (overfitting) 현상을 방지하고자 연소 종속 APEC 계수에 저차 다항식 전개 보정법이 도입되었으며, 연소도별 APEC 함수와 계수들의 특성이 분석되었다. APEC 방법론의 보편적인 적용 가능성을 평가하기 위해, UOX 및 부분 MOX 기반 소형모듈형원자로 (SMR) 및 변형노심, 그리고 대형 가압경수로 변형노심이 분석되었다. 새롭게 개발된 연소 종속 2x2 APEC 방법론은 반응도오차와 집합체 단위 출력분포 관점에서 노달 등가를 현저하게 개선시킬 수 있음을 확인하였다.
