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[HBM's Nuclear Tech] 연구용 원자로 설계의 기초와 효율적인 연구용 원자로 설계

2022.08.20 조회 수 79 추천 수 1
장르 (모드) 기술 
장르 (모드팩) 기술 
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* 해당 글은 1.0.27_X4327 버전을 기준으로 작성되었습니다.
*
해당 글은 독자가 연구용 원자로의 사용법을 알고 있다는 전제를 바탕으로 작성되었습니다. 연구용 원자로 (Research Reactor)와 증식로 (Breeding Reactor)의 기초는 myang2님이 티스토리 블로그에 올리신 강좌를 추천합니다.

HBM's Nuclear Tech 모드 (이하 HBM NTM으로 서술)는 퀄리티 높은 기계들과 특이한 메커니즘을 가진 모드 중 하나지만, 모드 커뮤니티 내에서도 마이너한 모드라 국내는 물론 해외에서도 Fandom 위키Savage Vegata의 영상들을 제외하면 팁이나 공략을 찾기가 매우 힘듭니다. 

이후 해당 모드가 유명까진 아니더라도 국내에서 어느 정도 사용되길 바라는 마음으로 한마포와 기타 커뮤니티에 NTM의 공략을 올릴 예정입니다. 제대로 된 공략을 올리기 전에 제가 이 모드를 플레이 하면서 익힌 약간의 팁(?)을 올려볼까 합니다. 첫번째 팁은 연구용 원자로 (Research Reactor)의 효율적 설계입니다.

1. 연료와 연구용 원자로의 기본적인 작동 방식

연구용 원자로의 판형 연료 (Plate Fuel)의 플럭스 생산 방식은 RBMK 원자로와 비슷합니다. 패시브 연료 (Ra226Be, Pu238Be) 연료가 정수로 다른 연료에 플럭스를 정수로 공급하면 판형 연료 고유 함수값에 따라 플럭스를 생산합니다. 

수율 값(Yield)은 연료가 고갈되기 전 다른 연료와 상호작용할 수 있는 횟수입니다.

판형 연료의 고유 함수 값과 수율 값은 다음과 같습니다:

연료함수 값수율 값
함수 유형비고
HEU-233
f(x)=sqrt(x)*50/10
2.2M
제곱근함수 (Square Root)

HEU-235f(x)=sqrt(x)*40/10

MOXf(x)=log10(x+1)*0.5*502.4M로그함수 (Logarithmic)
HEP-239f(x)=[x-(x2/10000)]/100*252M마이너스 이차함수 (Negative-Quadratic)
HES-326f(x)=x/100*80
선형함수 (Linear)
Ra226Bef(x)=301.3M정수패시브 연료 (중성자원)
Pu238Bef(x)=501M정수

%값을 직접 입력하여 조절할 수 있는 출력(Control)은 핵분열 중인 연료나 중성자원이 주변 연료 x값에 영향을 미칠 때 그 입력되는 x값을 조절하는 역할을 합니다.

예를 들면, 50 플럭스를 발생시키는 Pu238Be 판형 중성자원과 HEP-239 연료를 나란히 두고 출력을 100%로 설정했을 때, Pu238Be의 50 플럭스와 HEP-239 연료의 x값을 50으로 한 함수 값 12.4975가 합쳐져 대략 62 플럭스가 생산됩니다. 2022-08-19_23.19.18.png


그런데 출력을 50%로 설정하면 Pu238Be가 생산하는 50 플럭스의 50%인 25 플럭스만이 기타 연료에 영향을 미칩니다. Pu238Be가 생산하는 50 플럭스는 출력 조정에 영향을 받지 않고 그대로 출력에 반영되므로 f(25)+50, 총 56 플럭스가 생산됩니다. 즉 해당 설계에서 HEP-239 연료는 100%일 때 f(50), 50%일 때 f(25),  25%일 때 f(12.5)... 이런 식입니다.

2022-08-19_23.19.26.png


2. 응용 

그러나 위의 예시와는 달리 패시브 연료를 계속 중성자원으로 사용하는 일은 거의 없습니다. 연료를 삽입 가능한 슬롯은 한정되어 있고, 다른 연료에 비하면 패시브 연료는 활용 가능성이 적을 뿐더러 출력량도 적은 편이기 때문입니다. 그래서 대게 패시브 연료로 그 이후에는 잘 사용되지 않는 편입니다. 즉 핵분열하는 일반 연료가 주요 중성자원으로 쓰이게 되는데, 여기서 일이 상당히 복잡해집니다.

이 사진에선 HEU-233 연료 4개가 100% 출력으로 총 100 플럭스를 생산하고 있는데, 그럼 연료 당 25 플럭스를 생산하는 겁니다. 그럼 왼쪽 연료 아래에 연료를 삽입하면 f(25)=25로 총 125 플럭스가 생산되어야 합니다. 그런데 과연 125 플럭스가 출력될까요?

실제론 125 플럭스보다 많은 148 플럭스가 출력됩니다. 사실 연구용 원자로에서 중성자가 어떻게 이동하는지 이해하면 떠올릴 수 있는 간단한 원리입니다.

중성자는 대각선으로 이동하지 않으므로 4번 슬롯과 9번 슬롯의 연료는 11번 슬롯에 연료를 추가한 후에도 각각 25 플럭스를 생산합니다. 하지만 추가된 11번 연료 역시 핵분열을 일으키므로 6번 연료가 받는 플럭스 양은 7번 연료가 제공하던 25보다 많아지게 되고, 이는 6번 연료의 플럭스 양을 늘려 6번과 7번 연료에 영향을 끼쳐 예상한 125 플럭스보다 많은 148 플럭스가 나오는 것입니다. (이를 감안해서 소수점 제외하고 계산하여 144라는 꽤 근접한 값을 얻었습니다. 자원 아낄 겸 돌리기 전에 직접 계산 해보는 것도 나쁘지 않아요.)

3. 효율적인 설계를 위한 팁

효율적이다가 어느 정도 주관적인 개념이긴 하지만, 필자가 최대한 객관화해본 효율적인 설계의 개념은 다음과 같습니다.

1. 최소한의 자원 사용,
2. 동시에 최대한의 출력
3. 뛰어난 안정성 (특별한 관리가 없어도 노심용융을 일으키지 않을 것)

HES-326 연료의 사용을 최소화하는 것이 좋습니다. 테크가 충분히 높아져서 슈라비듐 생산을 자동화 하는 단계라면 큰 문제가 없겠지만, 슈라비듐을 5개나 먹는 HES-326 연료는 슈라비듐 생산이 매우 까다로운 초중반부에 사용하기엔 큰 무리가 있기도 하고, RBMK도 마찬가지이지만 선형함수를 사용하는 연료는 제어하기가 다른 연료에 비하여 까다로운 편이기에 (RBMK 연료에는 아예 선형함수 연료 태그가 Dangerous/Linear), 정 사용한다면 크리에이티브에서 충분한 실험을 거치고 슈라비듐 사용 부담이 비교적 적은 중반부 테크부터 사용하는 것이 좋습니다. 

무조건 출력이 큰 연료를 사용하는 것도 좋지 않습니다. 그런 연료들의 열 발생률이 높아서 그런 것도 있지만, 출력이 적은 연료를 사용함으로써 주변 연료에게 주는 플럭스 양을 조절할 수도 있거든요.

출력 값 조정도 중요한 요소 중 하나인데, 필자가 설계한 원자로에선 약간의 출력 차이만으로도 온도와 출력량이 크게 변합니다. 받는 플럭스 양이 커질 수록 열량이 드라마틱하게 변하는 HES-326 연료와 HEP-239 연료는 조금씩 출력을 높이는게 좋습니다.


동일한 설계의 65%와 66% 출력. 1% 차이지만 48 플럭스, 온도는 52도 가량 차이난다.

만약 조금 더 출력을 높이고 싶지만 온도가 너무 오른다 싶으면 Reactor Remote Control Block의 온도에 따라 출력을 조절하는 기능을 사용할 수도 있긴 하지만 필자는 별로 추천하지 않습니다. 안정성은 보장할 수 있지만 증식로는 플럭스가 요구 플럭스보다 적으면 진행 사항이 초기화 되는 기계 중 하나이기 때문에 온도와는 어느 정도 타협하는 것이 좋습니다. 



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