초록
가압중수로는 감속재와 냉각재로 중수를 채택함으로써 높은 중성자 경제성을 달성하는 대신 중수소의 중성자 포획반응 때문에, 경수로에 비해, 다량의 삼중수소가 발생한다. 한편 원자로심에서, 삼중수소의 ${\beta}$-붕괴결과 발생된 $^3He$는, 열중성자를 포획하여 다시 삼중수소로 변환된다. 중수로에서 삼중수소의 생성에 대한 기존의 계산모형은, $^3He$가 상대적으로 낮은 용해도를 가지므로, 그 기여도를 무시해왔다. 그러나 $^3He$의 중성자 포획단면적은 중수소의 그것에 비해 $1.6{\times}10^7$ 배가 된다. 즉 $^3He$가 중수내에 0.03 ppm만 녹아있다 하더라도 $^3He$에 의해 생성되는 삼중수소의 양은 전체 중수에 의한 삼중수소의 양에 필적하게 된다. 본 연구에서는 월성1호기를 대상으로, 중수로에서 $^3He$가 삼중수소의 생성에 미치는 영향을 평가하였으며 결과를 실측치와 비교하였다. 연구의 결과, 감속재에서는 $^3He$의 용해도가 낮고 $^4He$ Cover gas 때문에 $^3He$의 기여도는 무시할 수 있음이 밝혀졌다. 반면 냉각재의 경우 $^3He$ 삼중수소의 생성에 지대한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 본 연구의 계산방법은 원전 운전초기의 냉각재내 삼중수소 생성량은 과대평가 하는 것으로 나타났으나 운전기간이 증가함에 따라 실측치와 잘 일치하는 것으로 나타났다.
PHWR achieves high neutron economy by adopting heavy water as its moderator and coolant. On the other hand it permits much tritium generation, compared to LWR, due to the neutron capture reaction of deuterium in heavy water. Meanwhile in the reactor core, $^3He formed as the result of-decay of tritium, captures a thermal neutron and transforms to tritium again. The existing calculation models on tritium generation in PHWR neglect the contribution of $^3He$ in both moderator and coolant due to its relatively low solubility. However the neutron capture cross-section of $^3He$ is almost $1.6{\times}10^7$ times as large as that of deuterium. That means that the dissolved amount of 0.03 ppm of $^3He$ in heavy water is enough to generate the same amount of tritium as that generated by the deuterium of total heavy water in the system. This study dealt with the contribution of $^3He$ to tritium generation. As a sample case, the contribution of $^3He$ to the tritium generation in Wolsong #1 was evaluated and compared to the measured values. According to the result of this study, it is concluded that $^3He$ in coolant contributes very much to the tritium generation but that in moderator shows negligible effects due to the low solubility and $^4He$ cover gas. At the beginning of the plant operation, the contribution of $^3He$ is slightly greater than the measured value but agrees well with the measured as the operating time increases.