The nuclear criticality analyses considering burnup credit were performed for a spent nuclear fuel (SNF) disposal cell consisting of bentonite buffer and two different types of SNF disposal canister: the KBS-3 canister and small standardized transportation, aging and disposal (STAD) canister. Firstly, the KBS-3 & STAD canister containing four SNFs of the initial enrichment of 4.0wt% 235U and discharge burnup of 45,000 MWD/MTU were modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years of SNFs were calculated to be 0.79108, 0.78803, and 0.78484 & 0.76149, 0.75683, and 0.75444, respectively. Secondly, the KBS-3 & STAD canister with four SNFs of 4.5wt% and 55,000 MWD/MTU were modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years were 0.78067, 0.77581, and 0.77335 & 0.75024, 0.74647, and 0.74420, respectively. Therefore, all cases met the performance criterion with respect to the keff value, 0.95. The STAD canister had the lower keff values than KBS-3. The neutron absorber plates in the STAD canister significantly affected the reduction in keff values although the distance among the SNFs in the STAD canister was considerably shorter than that in the KBS-3 canister.

The criticality analyses considering burnup credit were performed for a spent nuclear fuel (SNF) disposal cell consisting of bentonite buffer and two different types of PWR SNF disposal canister: the KBS-3 type canister and the small standardized transportation, aging and disposal (STAD) canister. The criticality analyses were carried out for four cases as follows: (1) the calculation of isotopic compositions within a SNF using a depletion assessment code and (2) the calculation of the effective multiplication factor (keff) value using a criticality assessment code. Firstly, the KBS-3 type canister containing four SNFs of the initial enrichment of 4.0wt% 235U and discharge burnup of 45,000 MWD/MTU was modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years of SNFs were calculated to be 0.74407, 0.74102, and 0.73783, respectively. Secondly, the STAD canister was modelled. The SNFs contained in the STAD canister were assumed to be the enrichment of 4.0wt% and the burnup of 45,000 MWD/MTU. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years were estimated to be 0.71448, 0.70982, and 0.70743, respectively. Thirdly, the KBS-3 canister with four SNFs of which the enrichment was 4.5wt% and the burnup was 55,000 MWD/MTU was modelled. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years were 0.73366, 0.72880, and 0.72634, respectively. Finally, the calculations were carried out for the STAD canister containing four SNFs of the enrichment of 4.5wt% and the burnup of 55,000 MWD/MTU. The keff values for the cooling times of 40, 50, and 60 years were 0.70323, 0.69946, and 0.69719, respectively. Therefore, all of four cases met the performance target with respect to the keff values, 0.95. The STAD canister showed lower keff values than the KBS-3 canister. This appears to be the neutron absorber plate installed in the STAD canister although the distance among the four SNFs in the STAD canister was shorter than the KBS-3 canister.

경수로 사용후핵연료 수송/저장용기의 핵임계 해석은 사용후핵연료내의 악티나이드핵종 및 핵분열생성물 함유량에 대한 불확실성을 이유로 신연료로 가정된 가상의 연료를 선정하여 평가해오고 있다. 그러나 이러한 평가방법은 용기 설계 시 과 도한 임계여유도를 유도하여 경제적 손실을 유발할 수 있는 단점이있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 최근 연소도이 득효과(burnup credit, BUC)를 반영한 수송저장용기의 설계 및 상용화를 위한 연구가 추진되었다. 이에 본 연구에서는 한국 원자력환경공단에서 개발중인 금속겸용용기를 대상으로 연소도 이득효과적용 시 핵임계 안전성(criticality safety)에 영향을 미칠 것으로 예상되는 ‘노심 운전인자’, ‘축방향 연소도 분포’, ‘오장전 사고상황’에 대하여 핵임계 평가를 수행하였다. 그 결과 노심운전인자 중 저농축, 고연소도일 때 비출력에 따른 핵임계 변화가 크게 평가되었으며, 고연소도 사용후핵연료에서 End effect가 양의 값을 나타내었다. 특히 오장전에 의한 유효증배계수는 최대 0.18467증가하였으므로, 연소도이득효과를 적용 할 경우 필수고려사항임을 확인하였다. 본 연구결과는 국내모델(금속겸용용기)의 연소도 이득효과 적용기술 개발 및 사용 후핵연료 장전 시 일어날 수 있는 오장전 사고를 방지하기 위한 운영절차 개발에 참고자료로 활용될 수 있다.

한국방사성폐기물관리공단 주관 하에 개념 설계된, 연소도이득효과 적용 대용량 수송용기에 대해 방사 선 차폐 안전성을 평가하였으며 여러 방사선원들이 수송용기 주변 선량률 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 가능한 모든 방사선원(중성자선원, 감마선원, 방사화선원)들을 고려하였으며 보수적인 가상의 핵 연료(너비: WH 17 RFA, 축방향: CE Type)를 선정, 실제 상황과 동일한 조건이 되도록 계산모델을 구축 하였다. 모든 조건(정상 및 가상사고 조건)에서 표면선량률과 외부선량률이 법적기준치를 만족하고 있었 으며 축방향 높이에 따라 각 선원들의 기여도가 변하고 있었지만 정상조건에서의 최대 표면선량률과 외 부선량률은 방사화선원에 의한 영향이 가장 높은 것으로 확인되었다. 가상사고 조건에서는, 중성자선원 의 선량률 기여도가 대략 90%에 달하고 있었으나 수송용기 끝단에서는 방사화선원에 의한 선량률이 급 격하게 상승함에 따라 BUC 적용 수송용기의 방사선 차폐해석시 충분히 보수적으로 해석되도록 방사화선 원을 정밀하게 분석하여 설정하여야 할 것으로 판단되었다.