A new core design concept for multi-purpose research reactors is presented. New concept cores using MTR (Materials Testing Reactor) type fuel are constructed with the edge trimmed in-core irradiation hole. Conventional research reactors have core configurations with a constant assembly pitch. Sizes of in-core irradiation holes are limited to a multiple size of fuel assembly. The new concept enables a core configuration to have different sizes of in-core irradiation holes using the same size of fuel assembly. Two types of cores for multi-purpose research reactors are constructed and the performance results using MCNP calculation are compared. The new compact core for utilizing mainly beam tubes has a larger in-core irradiation hole and gives higher thermal neutron flux at the hole. The maximum thermal flux at the reflector region is almost the same. The new large core for utilizing in-core irradiation holes has small and large holes, while the conventional core has holes of the same size. The small hole is useful for high fast neutron flux and the large hole is useful for high thermal neutron flux. Compared to the conventional cores, the new cores use a smaller fuel assembly, which leads to enhanced safety at a high coolant speed for high power density. Two types of fuel plates are required for the conventional cores, but only one type of fuel plate will do for the new cores. This new design concept gives us several advantages and will be very useful for core design of multi-purpose research reactors.
이 논문에서는 다목적 연구로를 위한 새로운 노심 설계 개념을 제시하였다. MTR 형태의 핵연료를 사용하는 노심에 대하여 새로운 설계 개념의 노심은 모를 딴 노내 조사공으로 구성된다. 기존 개념의 연구로는 일정한 핵연료 간의 거리를 갖는 노심으로 구성되며 노내 조사공의 크기는 핵연료 집합체의 크기의 정수배가 되어야 하는 제한이 있었다. 새로운 설계 개념은 같은 크기의 핵연료 집합체를 이용하면서 다른 크기의 노내 조사공을 갖는 노심 구성이 가능하다.
다목적 연구로를 위한 두 가지 형태의 노심이 구성되었고 MCNP를 이용하여 계산된 결과를 비교하였다. 주로 빔 튜브를 이용하는 조밀 노심의 경우에 새로운 개념에 의한 노심은 큰 노내 조사공을 가지면 조사공에서의 열 중성자속이 높다. 반사체 영역에서의 최대 열 중성자속은 비슷하다. 노내 조사공을 주로 이용하는 큰 노심에서는 기존 개념에서는 같은 크기의 노내 조사공을 가지지만 새로운 개념에 의한 노심에서는 큰 조사공과 작은 조사공을 동시에 가질 수 있게 되었다. 새로운 개념에 의한 노심에서 작은 조사공은 높은 고속 중성자에 유리하며 큰 조사공은 높은 열 중성자속을 얻는데 유리하다.
기존 개념에 비하여 새로운 노심은 보다 작은 핵연료집합체를 사용하여 노심이 구성되어 높은 출력 밀도의 노심에서 필요한 매우 빠른 냉각수의 유속에 대한 안전성을 향상시킨다. 기존 개념의 노심에서는 두 가지 형태의 핵연료판이 필요하지만 새로운 노심에서는 한 가지의 핵연료판으로 충분하다. 따라서 본 논문의 새로운 설계 개념은 노심 설계에서 몇 가지 장점을 제공해주어 새로운 다목적 연구로의 설계에 매우 유용할 것이다.
