MTC와 연소도의 관계

출처: https://www.nuclear-power.net/

Nuclear Power for Everybody - What is Nuclear Power

• Change of the resonance escape probability. It is known, the resonance escape probability is dependent also on the moderator-to-fuel ratio. All PWRs are designed as undermoderated reactors. As the moderator temperature increases the ratio of the moderating atoms (molecules of water) decreases as a result of the thermal expansion of water. Its density simply decreases. This, in turn, causes a hardening of neutron spectrum in the reactor core resulting in higher resonance absorption (lower p). Decreasing density of the moderator causes that neutrons stay at a higher energy for a longer period, which increases the probability of non-fission capture of these neutrons.

• Moderator의 온도가 올가가면 밀도는 내려간다. 밀도가 내려가면 neutron spectrum은 hardening 된다.  neutron energy spectrum이 hardening 된다는 말은 에너지가 높은 neutron의 비율이 높아진다는 말이다. 그렇다면 왜 밀도가 내려가면 hardening 되는가? 물 분자가 적으면 중성자가 물 분자와 충돌하여 감속할 수 있는 기회가 사라진다. 이에 따라 neutron specturm이 hardening 되고 Resonance  absorption이 증가한다. 또한 중성자가 높은 에너지 영역에 더 오래 머므르게 되어 Non-fission capture의 확률도 높아진다. 결국, keff는 감소한고, Negative MTC를 갖게 된다.

[MTC vs. burnup] 그렇다면 Spectrum이 Hardening 된 연료와 덜 Hardening된 연료를 비교하면 어떻까? 위 문장대로 Moderator의 온도가 올라가면 밀도가 감소하여 중성자의 Mean free path가 증가하고 각종 중성자 흡수 효과(제어봉, 가연성흡수체, 붕소, 누출), 즉 Non-fission capture의 확률이 증가한다. 그런데 Resonance absorption이 큰 연료와 작은 연료를 비교하면 큰 연료의 흡수효과가 더욱 크게 나타난다. 즉, 다른 조건 (수용성 붕소) 동일한 경우, 더 연소된 연료는 Plutonium의 생성으로 인해 Spectrum이 hardening 되고 Resonance absoption이 커져서 더 Negative한 MTC를 갖게 된다.