Investigation of neutron transport calculation methods for heterogeneous three-dimensional whole-core problems

Abstract

이 논문에서는 3차원 비균질 전노심 수송해석을 위한 방법론이 두 가지 방향으로 제시되었다. Rotational plane slicing (RPS) 라고 명명한 방법론은 2-D MOC 방법론에 기초하여 3차원의 구조체를 여러 개의 2차원 수직 평면들의 집합으로 모사하여 해석하고자 하는 것이다. 수직 방향의 평면들은 수평방향의 2차원 평면 위에 특성 선분을 따라서 잘라서(slicing) 만들어진다. 이렇게 만들어진 수직 평면은 여러 개의 직사각형 모양의 격자체들로 구성이 되며 2차원 수송해석 방법론을 이용하여 2차원의 해를 얻는다. 본 논문에서는 수직 축방향으로 1차원 linear characteristic 방법론을 적용하고 수평의 방사방향으로는 diamond difference 방법을 이용하여 2차원의 해를 얻고자 했다. 이러한 방법을 적용하여 RPS 방법론을 전산코드로 작성하였고, 3차원 원자로 노심해석 문제에 적용해 보았다. 수치해석 결과 RPS 방법론을 이용하여 높은 정확도의 해를 얻는 것이 가능함을 확인하였다. 그러나 RPS 방법론의 경우 많은 시간의 계산시간을 필요로 하기 때문에 효율적인 가속 방법과 병렬계산의 최적화가 필수적이다. 다음으로는 local/global iteration을 통한 전노심 수송계산 방법론을 육각형 노심으로 확장하여 적용해 보고자 하였다. 이 방법론은 처음 핵연료집합체간 중성자 수송효과를 고려하기 위하여 기존의 두 단계 계산 (핵연료집합체 단위의 수치계산과 노달 확산방법론)을 확장한 개념이다. 이전의 연구를 통하여 직교 좌표계에서의 성공적으로 위 방법론을 적용하여 전노심 계산이 가능함을 확인하였다. 기본적인 개념은 전노심 영역을 핵연료집합체 단위의 국소계산을 중성자수송계산을 통해 해석하고, 이 과정에서 얻은 인자들을 이용하여 가속방법인p-CMFD 방법론을 이용한 전노심 계산을 하여 이를 반복하여 수행하는 것이다. p-CMFD 방법론을 사용함으로써 국소계산의 경계면에서의 partial current 정보를 얻을 수 있고 이를 다음 국소계산의 경계조건에 반영함으로써, 전노심 수송계산을 하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이 방법론을 적용하여 2차원의 문제를 해석해 보았고, 국소계산의 몇 가지 조건들(overlapping/non-overlapping)을 시험해 보았다. 수치해석을 통해 local/global iteration 방법론이 육각형 노심 계산에 성공적으로 적용되었음을 확인하였고, 여러 가지 계산조건을 비교 분석한 결과 local/global iteration 방법론이 기존의 p-CMFD가속을 이용한 직접 전노심 계산에 비해 효율적이지 못함을 확인하였다. 그러나 local/global iteration 방법론은 병렬화 계산에 추가적인 자유도를 제공할 수 있기 때문에 중요성을 가지고, 또한 초기 추측을 정확하게 적용함으로써 계산의 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.