KR102607743B1 - Monitoring methods for neutron fluence of reactor pressure vessel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법에 관한 것으로, 이를 위해 중성자 수송계산을 통해 원자로 운전 중 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 산출하는 S10단계;와, 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 바탕으로, 특정 시점의 민감도를 산출하는 S20단계;와, S20단계의 민감도를 이용하여 해당 노외 핵계측기의 제2전류신호를 산출하여 중성자 수송모델을 완료하는 S30단계;와, S30단계의 중성자 수송모델로 계산된 제2전류신호와, 실제 측정된 해당 노외 핵계측기의 측정 전류신호를 비교하여 제2전류신호를 검증하는 S40단계;와, 검증된 제2전류신호을 기반으로 노외 핵계측기의 전류변환상수를 산출하는 S50단계; 및 전류변환상수를 통해 제1전류신호 재산출하거나 또는 제2전류신호를, 원자로 노심, 원자로 내부구조물, 원자로 압력용기, 원자로 외부구조물 및 노외 핵계측기의 3D 모델링에 적용하여 원자로의 상부, 중부, 하부 중성자 조사량을 각각 산출하고, 이를 통해 실제 중성자 조사량을 감시하는 S60단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel. For this purpose, step S10 of calculating a first current signal generated at a specific point in time during nuclear reactor operation through neutron transport calculation; and, a first current signal generated at a specific point in time Based on this, step S20 of calculating the sensitivity at a specific point in time; and step S30 of completing the neutron transport model by calculating the second current signal of the relevant off-furnace nuclear instrument using the sensitivity of step S20; and neutrons of step S30. Step S40 of verifying the second current signal by comparing the second current signal calculated by the transport model with the actual measured current signal of the corresponding off-furne nuclear measuring instrument; and, based on the verified second current signal, the current of the off-furne nuclear measuring instrument Step S50 of calculating conversion constants; And the first current signal is recalculated through the current conversion constant, or the second current signal is applied to 3D modeling of the reactor core, reactor internal structure, reactor pressure vessel, reactor external structure, and external nuclear instrument to measure the upper, middle, and upper parts of the reactor. It is characterized by including a step S60 of calculating each lower neutron irradiation amount and monitoring the actual neutron irradiation amount through this.
Description
본 발명은 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력 발전소의 원자로 외부에 설치되어 원자로 출력을 감시하고 있는 노외 핵계측기의 전류신호와, 수송계산 모델링을 기반으로 원자로 압력용기 고속중성자 조사량을 감시하는 방법을 제공함으로써, 원자로 압력용기 건전성 평가를 위해 기존 중성자감시자 사용에 따른 인력, 비용, 방사성 폐기물을 절감하고 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel. More specifically, the present invention relates to a method for monitoring the neutron irradiation amount in a nuclear reactor pressure vessel, based on the current signal of an off-furnace nuclear meter installed outside the reactor of a nuclear power plant and monitoring the reactor output, and transport calculation modeling. By providing a method to monitor neutron irradiation, it is possible to reduce manpower, cost, and radioactive waste caused by using existing neutron monitors to evaluate the health of nuclear reactor pressure vessels, and to improve the safety of nuclear power plants. will be.
원자력발전소는 통상 한 주기가 약 1.5년이며 그때마다 핵연료가 교체되고 압력용기 중성자 플럭스 값은 변한다.One cycle of a nuclear power plant is usually about 1.5 years, and each time the nuclear fuel is replaced, the pressure vessel neutron flux value changes.
따라서 각 주기별로 중성자 수송계산을 수행하며 이를 검증하기 위하여 1주기 또는 3주기 간격으로 중성자 감시자를 설치하고 인출하는 과정이 40년 또는 60년의 발전소 수명동안 반복되고 있다.Therefore, neutron transport calculations are performed for each cycle, and in order to verify them, the process of installing and removing neutron monitors at intervals of one or three cycles is repeated over the life of the power plant of 40 or 60 years.
그런데 이상의 검증 방법에는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 지속적으로 제기되어 왔다. However, the following problems have been continuously raised in the above verification methods.
이러한 문제점은,These problems are,
첫째, 중성자감시자는 순도가 매우 높은 물질로서 가격이 매우 비싸며, 특히 우라늄 같은 경우는 핵분열 물질로서 구하기도 어려울 뿐 아니라 국제원자력기구로부터 핵사찰을 받아야 하는 등 취급에 많은 제약이 따른다. First, neutron monitors are very high-purity materials and are very expensive. In particular, uranium, which is a fissile material, is not only difficult to obtain, but also has many restrictions on handling, such as having to undergo nuclear inspection from the International Atomic Energy Agency.
둘째, 중성자감시자를 설치하기 위해서는 별도의 구조물이 필요하고 이 구조물을 설계하고 제작하여 현장에 설치하는 데 많은 비용이 발생한다.Second, a separate structure is required to install a neutron monitor, and a lot of costs are incurred to design, manufacture, and install this structure on site.
셋째, 인출된 중성자감시자를 분석하기 위해서는 방사선을 취급할 수 있는 허가된 실험실과 측정 장비가 있어야하고 이를 유지하고 관리하기 위해서는 상당한 인력과 비용이 발생한다.Third, in order to analyze withdrawn neutron monitors, a licensed laboratory and measuring equipment that can handle radiation must be installed, and significant manpower and costs are incurred to maintain and manage them.
넷째, 분석이 종료된 중성자감시자 및 관련 폐기물은 방사능 준위가 상당히 높은 방사성 폐기물로서 이를 처리하는 데 많은 인력과 비용이 발생한다.Fourth, the neutron monitor and related waste for which analysis has been completed are radioactive wastes with a fairly high radioactivity level, and it requires a lot of manpower and costs to dispose of them.
다섯째, 중성자감시자를 설치한 후 장기간 조사하는 경우에는 중성자 흡수로 인하여 생성되는 원자 수와 방사능 붕괴로 사라지는 원자 수가 같아지는 시점에 도달하게 되며 (이를 포화방사능 상태라 함), 이 경우는 조사기간이 더 길어져도 방사능값이 더 이상 증가하지 않기 때문에 의미 있는 데이터를 얻을 수 없다.Fifth, in the case of long-term irradiation after installing a neutron monitor, a point is reached where the number of atoms created due to neutron absorption and the number of atoms disappearing due to radioactive decay become the same (this is called a saturation radioactivity state), and in this case, the irradiation period is Even if it lasts longer, meaningful data cannot be obtained because the radioactivity value does not increase any further.
여섯째, 현재 개발중인 소형원전과 같이 주간에는 100% 출력으로 운전하고 야간에 낮은 출력으로 운전하는 부하추종운전을 하거나, 제어봉을 사용하는 무붕산 운전 등을 고려하는 경우에는, 원자로 출력 및 제어봉 삽입에 따라 출력분포 차이가 크게 발생하기 때문에 중성자감시자 방법으로는 적절한 검증이 불가하다.Sixth, when considering load-following operation such as small nuclear power plants currently under development, which operate at 100% output during the day and low output at night, or boric acid-free operation using control rods, the reactor output and control rod insertion must be Because there is a large difference in power distribution, proper verification is not possible using the neutron monitor method.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 원자력 발전소의 원자로 외부에 설치되어 원자로 출력을 감시하고 있는 노외 핵계측기의 전류신호와, 수송계산 모델링을 기반으로 원자로 압력용기 고속중성자 조사량을 감시할 수 있도록 한 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법을 제공하는데 있다.The present invention was developed in consideration of the above problems, and the first purpose of the present invention is to measure the current signal of the off-site nuclear meter installed outside the reactor of the nuclear power plant and monitor the reactor output, and transport calculation modeling. The purpose is to provide a method for monitoring the neutron irradiation amount of a nuclear reactor pressure vessel that allows monitoring of the fast neutron irradiation amount of the nuclear reactor pressure vessel.
본 발명의 제2목적은, 원자로 압력용기 건전성 평가를 위해 기존 중성자감시자 사용에 따른 인력, 비용, 방사성 폐기물을 절감하고 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법을 제공하는데 있다.The second purpose of the present invention is to provide a method for monitoring the neutron irradiation of a nuclear reactor pressure vessel that can reduce manpower, costs, and radioactive waste caused by using existing neutron monitors to evaluate the health of the nuclear reactor pressure vessel, and improve the safety of nuclear power plants. there is.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제1발명은, 중성자 수송계산을 통해 원자로 운전 중 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 산출하는 S10단계;와, 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 바탕으로, 특정 시점의 민감도를 산출하는 S20단계;와, S20단계의 민감도를 이용하여 해당 노외 핵계측기의 제2전류신호를 산출하여 중성자 수송모델을 완료하는 S30단계;와, S30단계의 중성자 수송모델로 계산된 제2전류신호와, 실제 측정된 해당 노외 핵계측기의 측정 전류신호를 비교하여 제2전류신호를 검증하는 S40단계;와, 검증된 제2전류신호을 기반으로 노외 핵계측기의 전류변환상수를 산출하는 S50단계; 및 전류변환상수를 통해 제1전류신호 재산출하거나 또는 제2전류신호를, 원자로 노심, 원자로 내부구조물, 원자로 압력용기, 원자로 외부구조물 및 노외 핵계측기의 3D 모델링에 적용하여 원자로의 상부, 중부, 하부 중성자 조사량을 각각 산출하고, 이를 통해 실제 중성자 조사량을 감시하는 S60단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the characteristics for achieving the above-described object, the first invention includes a step S10 of calculating a first current signal generated at a specific point in time during the operation of the nuclear reactor through neutron transport calculation; and a first current signal generated at a specific point in time. Step S20 of calculating the sensitivity at a specific point in time based on the current signal; step S30 of completing the neutron transport model by calculating the second current signal of the relevant off-furnace nuclear instrument using the sensitivity of step S20; step S30 Step S40 of verifying the second current signal by comparing the second current signal calculated with the neutron transport model and the actual measured current signal of the corresponding off-furnace nuclear instrument; and, based on the verified second current signal, the off-furnace nuclear instrument Step S50 of calculating the current conversion constant; And the first current signal is recalculated through the current conversion constant, or the second current signal is applied to 3D modeling of the reactor core, reactor internal structure, reactor pressure vessel, reactor external structure, and external nuclear instrument to measure the upper, middle, and upper parts of the reactor. It is characterized by including a step S60 of calculating each lower neutron irradiation amount and monitoring the actual neutron irradiation amount through this.
제2발명은, 제1발명에서, S10단계의 제1전류신호는 [수식 1]에 의해 산출되고, [수식 1]은 [수식 1-1]에 의해 유도되는 것을 특징으로한다.The second invention is characterized in that, in the first invention, the first current signal of step S10 is calculated by [Formula 1], and [Formula 1] is derived by [Formula 1-1].
[수식 1] 
[수식 1-1] 
: 특정 시점에서 노외 핵계측기 전류신호, : Current signal from an external nuclear instrument at a specific point in time,
: 계측기 민감도 등에 의존하는 상수, : Constant depending on instrument sensitivity, etc.
: 특정 시점에서 노외 핵계측기에 존재하는 우라늄-235 원자수, : Number of uranium-235 atoms present in the extrafurnar nuclear instrument at a specific point in time,
: 우라늄-235 핵분열단면적, : Uranium-235 nuclear fission cross section,
: 특정 시점 노외 핵계측기 위치에서 중성자속 : Neutron flux at the location of the off-air nuclear instrument at a specific point in time
: 중성자 에너지 : Neutron energy
: 노외 핵계측기의 전류변환상수 : Current conversion constant of external nuclear measuring instrument
제3발명은, 제2발명에서, S20단계의 민감도는 [수식 2]에 의해 산출되고, [수식 2]는 [수식 1-1]의 모든 중성자가 단일 에너지인 열중성자 가정한 [수식 2-1]에 의해 유도되는 것을 특징으로 한다.In the third invention, in the second invention, the sensitivity of the S20 stage is calculated by [Equation 2], and [Equation 2] is [Equation 2-] assuming that all neutrons in [Equation 1-1] are thermal neutrons with a single energy. 1] is characterized by being derived.
[수식 2]
[수식 2-1]
제4발명은, 제3발명에서, S30단계의 제2전류신호는 [수식 2]를 [수식 1]에 적용하여 유도되는 [수식 3]에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.The fourth invention, in the third invention, is characterized in that the second current signal in step S30 is calculated by [Equation 3], which is derived by applying [Equation 2] to [Equation 1].
[수식 3] 
제5발명은, 제4발명에서, S50단계의 노외 핵계측기의 전류변환상수는 [수식 2-1]를 [수식 1]에 적용하여 유도된 [수식 4]에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.The fifth invention, in the fourth invention, is characterized in that the current conversion constant of the off-furnace nuclear meter in step S50 is calculated by [Equation 4] derived by applying [Equation 2-1] to [Equation 1].
[수식 4][Formula 4]
본 발명의 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법에 따르면, 노외 핵계측기에서 측정된 전류신호를 바탕으로 원자로 압력용기 중성자 조사량을 검증함으로써 원자력발전소에 대한 신속하고 정확한 안전성 평가 효과가 있다.According to the method for monitoring the neutron irradiation of a nuclear reactor pressure vessel of the present invention, the neutron irradiation of a nuclear reactor pressure vessel is verified based on a current signal measured by an off-site nuclear measuring instrument, thereby effecting a rapid and accurate safety evaluation of a nuclear power plant.
또한 중성자감시자를 설치, 인출, 분석하기 위해 필요한 인력과 비용에 대한 절감 효과가 있다.In addition, there is a saving effect on the manpower and costs required to install, retrieve, and analyze the neutron monitor.
또한 본 발명은 중성자감시자로 인하여 발생하는 방사성 폐기물을 절감하는 효과가 있다.Additionally, the present invention has the effect of reducing radioactive waste generated by neutron monitors.
도 1은 원자로에 설치된 노외 핵계측기의 설치를 나타내는 구성도,
도 2는 핵연료에서 발생한 중성자가 누출되어 원자로 압력용기를 통과하고 노외 핵계측기에 도달한 후 전류 및 전압신호를 발생하는 과정을 보여주는 개념도
도 3은 본 발명에 따른 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법의 순서도,
도 4는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법을 적용하여 연속되는 4개 주기에 대해 원자로출력 20%, 30%, 80%, 100%등 다양한 출력과 축방향출력분포 등을 조합하여 총 17개 시점에 대해 분석한 그래프이다.1 is a configuration diagram showing the installation of an external nuclear instrument installed in a nuclear reactor;
Figure 2 is a conceptual diagram showing the process in which neutrons generated from nuclear fuel leak, pass through the reactor pressure vessel, and reach the nuclear instrument outside the reactor, thereby generating current and voltage signals.
Figure 3 is a flowchart of the method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel according to the present invention;
Figure 4 shows a total of 17 time points by combining various outputs such as 20%, 30%, 80%, and 100% of the reactor output and axial output distribution for four consecutive cycles by applying the nuclear reactor pressure vessel neutron irradiation monitoring method. This is a graph analyzing this.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.The following objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprise' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader who has sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion in describing the invention.
본 발명에 앞서, 노외 핵계측기에 관하여 첨부된 도면과 함께 설명하기로 한다.Prior to the present invention, the off-road nuclear measuring instrument will be described with the accompanying drawings.
도 1은 원자로에 설치된 노외 핵계측기의 설치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 핵연료에서 발생한 중성자가 누출되어 원자로 압력용기를 통과하고 노외 핵계측기에 도달한 후 전류 및 전압신호를 발생하는 과정을 보여주는 개념도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the installation of an out-of-furnace nuclear meter installed in a nuclear reactor, and Figure 2 shows the process in which neutrons generated from nuclear fuel leak, pass through the reactor pressure vessel, and reach the out-of-furnace nuclear meter before generating current and voltage signals. It is a concept diagram.
도 1와 같이, 노외 핵계측기는 핵연료에서 발생된 중성자 중에서 원자로 밖으로 누출되는 중성자와 반응하여 원자로 출력을 온라인으로 감시하는 기능을 수행한다. 원자로 출력이 높을수록 누출되는 중성자 수도 비례하여 증가하기 때문에 누출되는 중성자의 양에 따라 원자로 출력을 측정할 수 있는 것이다.As shown in Figure 1, the off-furnace nuclear measuring instrument performs the function of monitoring the reactor output online by reacting with neutrons leaking out of the reactor among the neutrons generated from nuclear fuel. As the reactor power increases, the number of leaked neutrons increases proportionally, so the reactor power can be measured according to the amount of leaked neutrons.
또한 노외 핵계측기는 원자로 외부 각 사분면에 1개씩 총 4개가 배치되고 각각 채널 A, B, C, D 라 칭한다. 각 채널별 노외 핵계측기는 축방향으로 3개씩 배치되어 각각 상부, 중부, 하부계측기라 칭한다. 따라서 총 12개의 노외 핵계측기가 원자로 전체에 대해 반경방향과 축방향 출력을 감시하는 것이다In addition, a total of four off-furnace nuclear measuring instruments are placed, one in each quadrant outside the reactor, and are called channels A, B, C, and D, respectively. Three off-road nuclear measuring instruments for each channel are arranged in the axial direction and are called the upper, middle, and lower measuring instruments, respectively. Therefore, a total of 12 off-furnace nuclear measuring instruments monitor the radial and axial output of the entire reactor.
도 2에서의 노외 핵계측기는 OPR-1000과 APR-1400 원전에서 사용하는 우라늄-235 핵분열함을 나타낸다.The off-furnace nuclear instrument in Figure 2 represents the uranium-235 fission box used in OPR-1000 and APR-1400 nuclear power plants.
Fission Chamber라 칭하는 핵분열함은 노외 핵계측기 보호통 내부에 감속재로 둘러싸여 있다.The nuclear fission chamber, called the fission chamber, is surrounded by a moderator inside the outer nuclear measuring instrument protection chamber.
원자로 압력용기를 통과한 중성자는 감속재와 충돌하면서 에너지를 잃고 우라늄-235에 흡수되기 쉬운 열중성자가 된다.Neutrons that pass through the reactor pressure vessel lose energy as they collide with the moderator and become thermal neutrons that are easily absorbed by uranium-235.
이들 열중성자는 핵분열함에 포함된 우라늄-235에 흡수되어 핵분열을 일으키고 이 때 핵분열 생성물이 함께 밀봉된 불활성 가스를 전리시켜 전류신호가 발생한다. 이렇게 발생되는 전류신호의 크기는 핵분열함에 포함된 우라늄-235의 양과 입사되는 중성자의 양에 직접 비례한다.These thermal neutrons are absorbed into the uranium-235 contained in the nuclear fission box, causing nuclear fission. At this time, the fission products ionize the inert gas sealed together, generating a current signal. The size of the current signal generated in this way is directly proportional to the amount of uranium-235 contained in the nuclear fission box and the amount of neutrons incident.
이하에서는 본 발명에 따른 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel according to the present invention will be described in detail along with the attached drawings.
도 3은 본 발명에 따른 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법의 순서도이다.Figure 3 is a flowchart of a method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 원자력 발전소의 원자로 외부에 설치되어 원자로 출력을 감시하고 있는 노외 핵계측기의 전류신호와, 수송계산 모델링을 기반으로 원자로 압력용기 고속중성자 조사량을 감시하는 방법을 제공함으로써, 원자로 압력용기 건전성 평가를 위해 기존 중성자감시자 사용에 따른 인력, 비용, 방사성 폐기물을 절감하고 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법 관한 것이다.As shown in FIG. 3, the present invention provides a method for monitoring fast neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel based on transport calculation modeling and the current signal of an off-furnace nuclear meter installed outside the reactor of a nuclear power plant to monitor the reactor output. By providing a method for monitoring the neutron irradiation of a nuclear reactor pressure vessel, it is possible to reduce the manpower, cost, and radioactive waste caused by using existing neutron monitors to evaluate the health of the nuclear reactor pressure vessel and improve the safety of the nuclear power plant.
본 발명의 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법은 S10 내지 S60단계를 포함하여 구성된다.The method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel of the present invention includes steps S10 to S60.
S10단계에서는 중성자 수송계산을 통해 원자로 운전 중 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 산출한다.In step S10, the first current signal generated at a specific point during reactor operation is calculated through neutron transport calculation.
여기서 제1전류신호는 노외 핵계측기의 전류신호를 의미하며, 통상 전류신호는 원자로에서 발생되는 중성자량에 비례하기 때문에 이를 통해 원자로의 중성자량을 예측할 수 있게 된다.Here, the first current signal refers to the current signal from the external nuclear measuring instrument, and since the current signal is usually proportional to the amount of neutrons generated in the nuclear reactor, it is possible to predict the amount of neutrons in the nuclear reactor through this.
그리고 S10단계에서 산출되는 제1전류신호는 중성자 수송계산을 통해 얻을 수 있는 값으로, 검증되지 않은 전류신호를 의미한다.And the first current signal calculated in step S10 is a value obtained through neutron transport calculation and means an unverified current signal.
이러한 상기 제1전류신호()는 특정 시점에서 노외 핵계측기의 전류신호로 [수식 1]에 의해 산출된다.This first current signal ( ) is the current signal of the off-furnace nuclear measuring instrument at a specific point in time and is calculated by [Equation 1].
[수식 1] 
이러한 [수식 1]은 [수식 1-1] 
: 특정 시점에서 노외 핵계측기 전류신호, : Current signal from an external nuclear instrument at a specific point in time,
: 계측기 민감도 등에 의존하는 상수, : Constant depending on instrument sensitivity, etc.
: 특정 시점에서 노외 핵계측기에 존재하는 우라늄-235 원자수, : Number of uranium-235 atoms present in the extrafurnar nuclear instrument at a specific point in time,
: 우라늄-235 핵분열단면적, : Uranium-235 nuclear fission cross section,
: 특정 시점 노외 핵계측기 위치에서 중성자속 : Neutron flux at the location of the off-air nuclear instrument at a specific point in time
: 중성자 에너지 : Neutron energy
: 노외 핵계측기의 전류변환상수 : Current conversion constant of external nuclear measuring instrument
상기에서 [수식 1]은 [수식 1-1]에서 노외 핵계측기에 존재하는 우라늄-235 원자수는 발전소 수명말까지 거의 변화가 없는 경우에 유도된다.[Equation 1] above is derived from [Equation 1-1] when the number of uranium-235 atoms present in the off-furnace nuclear instrument remains almost unchanged until the end of the power plant's life.
S20단계에서는 특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 바탕으로, 특정 시점의 민감도를 산출한다.In step S20, the sensitivity at a specific time is calculated based on the first current signal generated at the specific time.
이러한 민감도는 [수식 2]에 의해 산출되고, [수식 2]는 [수식 1-1]에서 모든 중성자가 단일 에너지인 열중성자를 가정한 [수식 2-1]에 의해 유도된다.This sensitivity is calculated by [Equation 2], and [Equation 2] is derived by [Equation 2-1], which assumes that all neutrons are thermal neutrons with single energy.
[수식 2]
[수식 2-1]
여기서 통상 핵분열함의 민감도(sensitivity: )는 단위 열중성자속에 의해 발생하는 전류신호로 정의된다.Here, the sensitivity of the fission box is usually: ) is defined as the current signal generated by a unit thermal neutron flux.
[수식 2]는 [수식 1-1]에 의해 유도된 [수식 2-1]를 통해 손쉽게 유도할 수 있게 된다.[Formula 2] can be easily derived through [Formula 2-1], which is derived from [Formula 1-1].
또한 [수식 2]는 [수식 2-1]에서 열중성자1개에 대한 발생 전류신호가 민감도이기 때문에 유도된다.Additionally, [Equation 2] is derived because the current signal generated for one thermal neutron in [Equation 2-1] is sensitive.
S30단계에서는 S20단계의 민감도를 이용하여 해당 노외 핵계측기의 제2전류신호를 산출하여 중성자 수송모델을 완료한다.In step S30, the neutron transport model is completed by calculating the second current signal of the relevant off-furnace nuclear instrument using the sensitivity of step S20.
여기서 S30단계의 제2전류신호는 [수식 2]를 [수식 1]에 적용하여 유도되는 [수식 3]에 의해 산출된다.Here, the second current signal in step S30 is calculated by [Equation 3], which is derived by applying [Equation 2] to [Equation 1].
[수식 3] 
노외 핵계측기 위치에서 에너지의존 중성자속 을 계산하게 되면 핵자료로 부터 를 이용하여 해당 노외 핵계측기의 제2전류신호도 계산할 수 있다.Energy-dependent neutron flux at the location of an off-air nuclear instrument. When calculating , from nuclear data The second current signal of the relevant off-furnace nuclear measuring instrument can also be calculated using .
그리고 해당 제2전류신호는 통상 원자력 발전소에서 온라인으로 측정하고 있다. 따라서 [수식 3]으로 계산된 제2전류신호와 실제 원자력 발전소 내의 노외 핵계측기에서 측정된 실제 전류신호를 비교하여 적절한 범위 내에서 서로 일치한다면 노외 핵계측기 위치에서 계산한 중성자속이 적절하다는 증거가 된다.And the corresponding second current signal is usually measured online at the nuclear power plant. Therefore, if the second current signal calculated using [Equation 3] is compared with the actual current signal measured at the off-furne nuclear measuring instrument in the actual nuclear power plant, and they match within an appropriate range, it is evidence that the neutron flux calculated at the location of the off-furne nuclear measuring instrument is appropriate. .
S40단계에서는 S30단계의 중성자 수송모델로 계산된 제2전류신호와, 실제 측정된 해당 노외 핵계측기의 측정 전류신호를 비교하여 제2전류신호를 검증한다.In step S40, the second current signal calculated by the neutron transport model in step S30 is compared with the actual measured current signal of the corresponding off-furnace nuclear instrument to verify the second current signal.
통상 원자력발전소는 핵연료의 핵분열에 의해 발생하는 열에너지를 이용하여 증기를 만들고 이를 이용하여 터빈을 돌려서 전기를 생산한다.Typically, nuclear power plants use the heat energy generated by nuclear fission of nuclear fuel to create steam and use this to turn a turbine to produce electricity.
핵연료가 중성자를 흡수하면 핵분열이 발생하고 더불어 중성자도 함께 발생된다.When nuclear fuel absorbs neutrons, nuclear fission occurs and neutrons are also generated.
이렇게 발생된 중성자는 대부분 냉각재인 물을 구성하는 수소 원자핵과 충돌하여 감속된 후 주변 핵연료에 흡수되어 또 다른 핵분열에 기여한다.Most of the neutrons generated in this way collide with hydrogen nuclei that make up water, the coolant, and are decelerated, then absorbed into the surrounding nuclear fuel, contributing to another nuclear fission.
그러나 일부 중성자는 핵연료에 흡수되지 않고 원자로 밖으로 누출된다. 이렇게 누출된 중성자들 중에서 운동에너지가 1 MeV 이상이 되는 중성자를 흔히 고속중성자라 부른다.However, some neutrons are not absorbed into the nuclear fuel and leak out of the reactor. Among these leaked neutrons, neutrons with a kinetic energy of 1 MeV or more are commonly called fast neutrons.
본 발명에서는 중성자와 고속 중성자를 구분없이 사용한다.In the present invention, neutrons and fast neutrons are used without distinction.
이 중성자들은 원자로 압력용기 재료의 파괴인성을 약화시킨다. 따라서 압력용기에 조사되는 중성자를 지속적으로 감시하여 발전소 수명말까지 원자로 압력용기 재료의 건전성을 확인해야 한다.These neutrons weaken the fracture toughness of reactor pressure vessel materials. Therefore, it is necessary to continuously monitor the neutrons irradiated to the pressure vessel to confirm the soundness of the reactor pressure vessel materials until the end of the power plant's life.
이때 관련 기준을 충족하지 못하는 경우에는 원자로 운전을 계속할 수 없다. 이러한 건전성 확인 과정을 원자로 압력용기 감시시험이라 하며 이 과정에서는 반드시 원자로 압력용기에 조사되는 중성자 조사량을 계산하고 또한 계산결과를 검증해야 하기 때문에 필수적이다. At this time, if the relevant standards are not met, nuclear reactor operation cannot continue. This health check process is called a reactor pressure vessel monitoring test, and it is essential because it must calculate the amount of neutron irradiation to the reactor pressure vessel and verify the calculation results.
S50단계에서는 검증된 제2전류신호을 기반으로 노외 핵계측기의 전류변환상수)를 산출한다.In step S50, the current conversion constant of the external nuclear measuring instrument is calculated based on the verified second current signal.
노외 핵계측기의 전류변환상수는 [수식 2-1]를 [수식 1]에 적용하여 유도된 [수식 4]에 의해 산출된다. The current conversion constant of the external nuclear measuring instrument is calculated by [Equation 4] derived by applying [Equation 2-1] to [Equation 1].
[수식 4][Formula 4]
분모는 중성자 수송계산을 통해 얻어진 값이고, 분자는 그 시점에서 직접 측정된 제2전류신호이므로 [수식 4] 얻어지는 값은 검증된 값이 된다. The denominator is the value obtained through neutron transport calculation, and the numerator is the second current signal measured directly at that point, so [Equation 4] is obtained. The value becomes a verified value.
만약 이렇게 계산된 제2전류신호와 실제 측정된 전류신호가 합리적 오차 범위 내로 일치한다면 중성자 수송계산 모델링의 적절함이 검증되는 것이다.If the calculated second current signal and the actually measured current signal match within a reasonable error range, the appropriateness of the neutron transport calculation modeling is verified.
따라서 이 모델링으로 계산된 원자로 압력용기 중성자 조사량 계산값도 검증된 것으로 간주할 수 있다.Therefore, the calculated neutron irradiation value of the reactor pressure vessel calculated through this modeling can also be considered verified.
특히 이러한 제2전류신호는 원자로 출력준위와 축방향 출력분포 변화를 모두 반영한 실시간 정보이므로, 중성자 수송계산 과정에서도 이 출력준위와 축방향 출력분포를 입력하여 수송계산을 수행함으로써 실시간으로 검증된 압력용기 중성자 조사량 값을 계산할 수 있는 것이다.In particular, this second current signal is real-time information that reflects both the reactor power level and axial power distribution changes, so this power level and axial power distribution are input during the neutron transport calculation process to perform transport calculations, thereby making it a pressure vessel verified in real time. The neutron irradiation value can be calculated.
S60단계에서는 전류변환상수를 통해 제1전류신호 재산출하거나 또는 제2전류신호를, 원자로 노심, 원자로 내부구조물, 원자로 압력용기, 원자로 외부구조물 및 노외 핵계측기의 3D 모델링에 적용하여 원자로의 상부, 중부, 하부 중성자 조사량을 각각 산출하고, 이를 통해 실제 중성자 조사량을 감시할 수 있게 된다.In step S60, the first current signal is recalculated through the current conversion constant, or the second current signal is applied to 3D modeling of the reactor core, reactor internal structure, reactor pressure vessel, reactor external structure, and external nuclear instrument to determine the upper part of the reactor, The central and lower neutron irradiation amounts are calculated separately, and through this, the actual neutron irradiation amount can be monitored.
이 때 노외 핵계측기의 모델링에는 원자로 출력, 핵연료 장전모형, 핵연료 봉 별 반경방향 출력분포와 축방향 출력분포 값을 입력된다.At this time, the reactor power, nuclear fuel loading model, and radial power distribution and axial power distribution values for each nuclear fuel rod are input into the modeling of the off-site nuclear instrument.
도 4는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법을 적용하여 연속되는 4개 주기에 대해 원자로출력 20%, 30%, 80%, 100%등 다양한 출력과 축방향출력분포 등을 조합하여 총 17개 시점에 대해 분석한 그래프이다.Figure 4 shows a total of 17 time points by combining various outputs such as 20%, 30%, 80%, and 100% of the reactor output and axial output distribution for four consecutive cycles by applying the nuclear reactor pressure vessel neutron irradiation monitoring method. This is a graph analyzing this.
그 결과, 계산으로 얻어진 전류신호와 측정된 전류신호 사이의 오차는 ±10% 미만으로서 중성자조사량 평가에 대한 허용기준인 ±30%를 충분히 만족함을 보여준 것으로 판단된다.As a result, the error between the calculated current signal and the measured current signal was less than ±10%, showing that it sufficiently satisfies the ±30% acceptance standard for neutron irradiation dose evaluation.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, various equivalents can be substituted for them at the time of filing the present application. It should be understood that there may be variations.
Claims (5)
특정 시점에서 발생되는 제1전류신호를 바탕으로, 특정 시점의 민감도를 산출하는 S20단계;
S20단계의 민감도를 이용하여 해당 노외 핵계측기의 제2전류신호를 산출하여 중성자 수송모델을 완료하는 S30단계;
S30단계의 중성자 수송모델로 계산된 제2전류신호와, 실제 측정된 해당 노외 핵계측기의 측정 전류신호를 비교하여 제2전류신호를 검증하는 S40단계;
검증된 제2전류신호을 기반으로 노외 핵계측기의 전류변환상수를 산출하는 S50단계;
전류변환상수를 통해 제1전류신호 재산출하거나 또는 제2전류신호를, 원자로 노심, 원자로 내부구조물, 원자로 압력용기, 원자로 외부구조물 및 노외 핵계측기의 3D 모델링에 적용하여 원자로의 상부, 중부, 하부 중성자 조사량을 각각 산출하고, 이를 통해 실제 중성자 조사량을 감시하는 S60단계;를 포함하는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법.
Step S10 of calculating a first current signal generated at a specific point during nuclear reactor operation through neutron transport calculation;
Step S20 of calculating sensitivity at a specific point in time based on the first current signal generated at the specific point in time;
Step S30 of completing the neutron transport model by calculating the second current signal of the relevant off-furnace nuclear instrument using the sensitivity of step S20;
Step S40 of verifying the second current signal by comparing the second current signal calculated using the neutron transport model in step S30 with the actual measured current signal of the corresponding off-furnace nuclear instrument;
Step S50 of calculating the current conversion constant of the external nuclear measuring instrument based on the verified second current signal;
The first current signal is recalculated through the current conversion constant, or the second current signal is applied to 3D modeling of the reactor core, reactor internal structure, reactor pressure vessel, reactor external structure, and external nuclear instrument to determine the upper, middle, and lower parts of the reactor. A neutron irradiation monitoring method for a nuclear reactor pressure vessel including a step S60 of calculating each neutron irradiation amount and monitoring the actual neutron irradiation amount through this.
S10단계의
제1전류신호는 [수식 1]에 의해 산출되고, [수식 1]은 [수식 1-1]에 의해 유도되는 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법.
[수식 1]
[수식 1-1]
: 특정 시점에서 노외 핵계측기 전류신호,
: 계측기 민감도 등에 의존하는 상수,
: 특정 시점에서 노외 핵계측기에 존재하는 우라늄-235 원자수,
: 우라늄-235 핵분열단면적,
: 특정 시점 노외 핵계측기 위치에서 중성자속
: 중성자 에너지
: 노외 핵계측기의 전류변환상수
According to paragraph 1,
S10 stage
A method for monitoring neutron irradiation in a nuclear reactor pressure vessel, wherein the first current signal is calculated by [Equation 1], and [Equation 1] is derived by [Equation 1-1].
[Formula 1]
[Formula 1-1]
: Current signal from an external nuclear instrument at a specific point in time,
: Constant depending on instrument sensitivity, etc.
: Number of uranium-235 atoms present in the extrafurnar nuclear instrument at a specific point in time,
: Uranium-235 nuclear fission cross section,
: Neutron flux at the location of the off-air nuclear instrument at a specific point in time
: Neutron energy
: Current conversion constant of external nuclear measuring instrument
S20단계의 민감도는 [수식 2]에 의해 산출되고, [수식 2]는 [수식 1-1]의 모든 중성자가 단일 에너지인 열중성자 가정한 [수식 2-1]에 의해 유도되는 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법.
[수식 2]
[수식 2-1]
According to paragraph 2,
The sensitivity of the S20 stage is calculated by [Equation 2], and [Equation 2] is derived by [Equation 2-1], which assumes that all neutrons in [Equation 1-1] are thermal neutrons with single energy. Nutron irradiation monitoring method for nuclear reactor pressure vessel.
[Formula 2]
[Formula 2-1]
S30단계의 제2전류신호는 [수식 2]를 [수식 1]에 적용하여 유도되는 [수식 3]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법.
[수식 3]
According to paragraph 3,
A nuclear reactor pressure vessel neutron irradiation monitoring method, characterized in that the second current signal in step S30 is calculated by [Equation 3], which is derived by applying [Equation 2] to [Equation 1].
[Formula 3]
S50단계의 노외 핵계측기의 전류변환상수는 [수식 2-1]를 [수식 1]에 적용하여 유도된 [수식 4]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 원자로 압력용기 중성자 조사량 감시방법.
[수식 4]
A nuclear reactor pressure vessel neutron irradiation monitoring method, characterized in that the current conversion constant of the off-furnace nuclear instrument in step S50 is calculated by [Equation 4] derived by applying [Equation 2-1] to [Equation 1].
[Formula 4]
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|---|---|---|---|
| KR1020230057603A KR102607743B1 (en) | 2023-05-03 | 2023-05-03 | Monitoring methods for neutron fluence of reactor pressure vessel |
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR102607743B1 (en) |
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