An Evaluation of Nuclear Design Characteristics of Duplex Burnable Absorber Rods

이중구조 가연성 독봉의 핵설계 특성 평가

Nuclear design characteristics of duplex burnable poison rod were evaluated based on 24 month cycle fuel for Korean Standard Nuclear Plant. A fuel assembly with duplex burnable poison rod was designed for an equivalent assembly to 16 gadolinia BPs. Duplex BP is composed of inner region of natural U-12wt%Gd$_2$O$_3$ and outer shell of 4.95wt%UO$_2$-2wt%Er$_2$O$_3$. In order to compare this duplex option, assemblies with 140 erbia pins were designed as an alternative option. The variation of k-infinitive, rod worth, pin peaking and MTC were compared. Duplex BP had the better neutronic performance than gadolinia BP in all parameters. However, Duplex BP was worse than erbia BP in the aspect of safety.

이중구조 가연성독봉(Duplex BP)의 성능을 평가하기 위해 한국표준형발전소 24개월 주기를 기준으로 16개 Gadolinia 독봉이 장전된 핵연료집합체에 대해 핵적 평가를 수행하였다. 16개 Gd 독봉이 장전된 핵연료집합체와 동일한 반응도 억제가를 갖는 Duplex 독봉집합체를 설계하기 위해 내심에 Natural U-12wt%Gd$_2$O$_3$, 외심에는 4.95wt%$UO_2$-2w/oEr$_2$O$_3$을 넣어 이중 성형한 24개의 이중구조 가연성독봉이 장전된 핵연료집합체를 설계하였다. 또한 같은 방법으로 140개의 Erbia 독봉이 장전된 등가핵연료집합체를 설계하였다. 핵설계 특성평가를 위해 연소도에 따른 무한증배계수, 반응도억제가, 첨두봉출력 그리고 냉각재 온도재수에 대한 변화에 대해서 비교하였다. Duplex 독봉은 Gadolinia 독봉에 비해 k-inf의 2차 첨두현상을 완화시켜 반응도 제어면에서 유리한 것으로 나타났다. 그러나, 다량의 Erbia 독봉을 전체적으로 골고루 장전한 핵연료집합체보다는 Duplex BP를 장전한 핵연료집합체가 노심내 반응도 제어면에서 유리하지 못한 것으로 나타났다.