[논문 리뷰] A Provisional Study of ADS Within Turkic Accelerator Complex Project

M. Arik, P. S. Bi̇lgi̇n외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 20.

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 터키의 제안된 투르크 액셀러레이터 복합체(Turkic Accelerator Complex, TAC) 내에서 가속기 구동형 임계 하위핵반응로(ADS)의 초도 타당성 연구를 제시한다. 이 연구는 고에너지 프로톤 가속기를 통해 중성자 분열원(Neutron Spallation Source, NSS)과 함께 핵폐기물의 변환 및 에너지 생성을 위한 ADS로 기능하는 기간을 제안한다. 연구는 터키의 풍부한 토륨 자원으로 인한 전략적 우위를 강조하며, 다단계 액셀러레이터 프로젝트 내에서 ADS가 미래 에너지 솔루션으로 유망하다고 평가한다.

ABSTRACT

The Turkic Accelerator Complex (TAC) project has been developed with the support of the Turkish State Planning Organization by the collaboration of 10 Turkish universities. The complex is planned to have four main facilities, namely: SASE FEL Facility Based on 1 GeV Electron Linac, Third Generation Synchrotron Radiation Facility (SR) Based on 3.56 GeV Positron Synchrotron, Super-Charm Factory ($\sqrt{s} = 3.77$ GeV) by colliding the electron beam coming from the linac with an energy of 1 GeV and positron beam coming through the positron ring with an energy of 3.56 GeV, GeV scale proton accelerator. Later has two-fold goal: Neutron Spallation Source (NSS) and ADS. The proton accelerator construction will have 3 MeV, 100 MeV, and 1 GeV phases. The technical design report is planned to be finished in 2013. Since Turkey has essential Thorium reserves the ADS becomes very attractive for our country as emerging energy technology.

연구 동기 및 목표

• 가속기 구동형 임계 하위핵반응로(ADS) 시스템을 토르크 액셀러레이터 복합체(TAC) 프로젝트 전반에 통합할 수 있는 기술적 및 전략적 타당성을 평가하는 것.
• 풍부한 토륨 자원을 바탕으로 ADS가 터키의 지속 가능한 에너지 솔루션으로서의 잠재력을 평가하는 것.
• 중성자 분열 및 하위핵반응핵을 구동하는 데 응용되는 기간의 지속 가능한 기간 프로톤 가속기의 단계적 개발 계획을 수립하는 것.
• 2013년 완료 예정인 TAC 프로젝트의 기술 설계 보고서(Technical Design Report, TDR)를 지원하는 것.
• 액셀러레이터 기반 시스템을 통해 터키가 고급 원자력 기술 분야에서 지역적 리더십을 확보할 수 있는 전략적 길을 제시하는 것.

제안 방법

• 3 MeV, 100 MeV, 1 GeV 단계로 나누어 다단계 프로톤 가속기 건설을 제안하는 것.
• 프로톤 비임을 하위핵반응핵에 통합하여 외부 중성자원을 통해 지속적인 핵분열 반응을 달성하는 것.
• 프로톤 비임을 중성자 분열 반응을 통해 무거운 금속 타겟에서 중성자를 생성하는 데 활용하는 것.
• 시스템을 두 가지 모드로 운영하도록 설계하는 것: 중성자 분열원(Neutron Spallation Source, NSS)으로서의 기능과 핵폐기물 변환 및 에너지 생산을 위한 ADS로의 기능.
• TAC 프로젝트의 기존 액셀러레이터 인프라(1 GeV 전자 라인액셀러레이터 및 3.56 GeV 양전자 싱크로트론 포함)를 활용하는 것.
• 터키의 에너지 전략과 토륨 연료 순환 잠재력의 맥락에서 ADS 시스템을 모델링하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TAC 프로젝트 내 1 GeV 수준의 프로톤 가속기가 중성자 분열원(Neutron Spallation Source, NSS)과 가속기 구동형 임계 하위핵반응로(ADS) 시스템으로서 효과적으로 기능할 수 있는가?
• RQ2 풍부한 토륨 자원을 바탕으로 터키에서 ADS를 구현할 경우 기대되는 기술적 및 전략적 이점은 무엇인가?
• RQ3 3 MeV → 100 MeV → 1 GeV 단계로 진행되는 프로톤 가속기의 단계적 개발이 기본 연구와 에너지 응용 모두를 지원하는 방식은 무엇인가?
• RQ4 TAC의 기존 액셀러레이터 인프라는 어떻게 비용 효율적인 ADS 실현을 가능하게 하는가?
• RQ5 ADS 시스템은 향후 터키의 에너지 미래 맥락에서 지속 가능한 원자력 에너지와 핵폐기물 변환에 어떤 기여를 하는가?

주요 결과

• 풍부한 국내 토륨 자원 덕분에 ADS 시스템은 터키에 매우 매력적인 에너지 기술로 확인된다.
• TAC 프로젝트의 다기능 액셀러레이터 인프라는 프로톤 비임의 이중 기능을 지원한다: 중성자 분열원(Neutron Spallation Source, NSS)으로서의 기능과 ADS 시스템의 구동원으로서의 기능.
• 프로톤 가속기는 3 MeV, 100 MeV, 1 GeV의 세 단계로 계획되어 있어 ADS 구성 요소의 점진적 개발 및 검증이 가능하다.
• TAC 프로젝트의 기술 설계 보고서(Technical Design Report, TDR)는 ADS 통합을 포함하여 2013년 완료 예정이다.
• 연구는 TAC의 기존 액셀러레이터 시스템—특히 1 GeV 전자 라인액셀러레이터와 3.56 GeV 양전자 싱크로트론—이 ADS 관련 연구 및 응용을 지원하는 데 가능함을 확인한다.
• ADS를 TAC 프로젝트에 통합하는 것은 터키가 고급 원자력 기술 분야에서 발전을 이룰 수 있는 전략적 길을 제시하며, 수입된 분열성 연료 의존도를 줄이는 데 기여한다.