초·중·고 정보 과학(상미분 방정식 수치 적분·피드백 제어 시스템·0-Alloc SIMD 가속)·물리(원자핵 반응·중성자 감속·방사성 붕괴·비열과 열전달)·화학(핵연료 분열 생성물·냉각재 붕산 농도 화학 평형) 2022 개정 교육과정과 국방부 해군 잠수함사령부 차세대 원자력 추진 잠수함(SSN) 1차 냉각재 루프 소형 모듈 원자로(SMR) 가압경수로(PWR) 열수력학(Thermal-Hydraulics) 과도 해석: ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 1차 루프 노심-증기발생기(Steam Generator) 점동특성(Point Kinetics) 결합 수치 시뮬레이션, 도플러/감속재 온도 반응도 피드백 계수 및 무급유(No Refueling) 30년 은밀 수중 초장기 작전 원자로 제어봉(Control Rod) 서보 제어 엔진 아키텍처

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Defense.NuclearPropulsion
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct SmrReactorState
    {
        public float RelativeNeutronDensity; // n / n0 (정격 대비 상대 중성자 밀도)
        public float ThermalPowerMw;         // 열출력 (MWth, 정격 65.0 MWth)
        public float FuelTemperatureC;       // 핵연료 평균 온도 Tf (°C)
        public float ModeratorTemperatureC;  // 감속재(냉각수) 평균 온도 Tm (°C)
        public float CoreInletTempC;         // 노심 입구 냉각수 온도 Tin (°C)
        public float CoreOutletTempC;        // 노심 출구 냉각수 온도 Tout (°C)
        public float TotalReactivityDk;      // 총 반응도 ρ (Δk/k)
        public float ControlRodPositionMm;   // 제어봉 삽입 위치 (0 ~ 1500 mm)

        // 6군 지발중성자 선행핵 농도 (Ci / n0)
        public float PrecursorC1;
        public float PrecursorC2;
        public float PrecursorC3;
        public float PrecursorC4;
        public float PrecursorC5;
        public float PrecursorC6;
    }

    public sealed class SsnSmrThermalHydraulicsEngine
    {
        public const float RatedPowerMw = 65.0f;       // 정격 열출력 65 MWth
        private const float NeutronLifetimeLambda = 2.5e-5f; // 중성자 생성 시간 (초)
        private const float TotalBeta = 0.0065f;       // 총 지발중성자 분율 β

        // 6군 지발중성자 상수 (βi, λi)
        private static readonly float[] Beta = { 0.000215f, 0.001424f, 0.001274f, 0.002568f, 0.000748f, 0.000271f };
        private static readonly float[] Lambda = { 0.0124f, 0.0305f, 0.111f, 0.301f, 1.14f, 3.01f };

        // 반응도 피드백 계수
        private const float AlphaFuel = -2.5e-5f;      // 도플러 계수 (Δk/k / °C)
        private const float AlphaMod = -3.2e-4f;       // 감속재 계수 (Δk/k / °C)

        // 열수력학 파라미터
        private const float MfCf = 18500000.0f;        // 핵연료 열용량 (J/°C)
        private const float MmCm = 12200000.0f;        // 감속재 열용량 (J/°C)
        private const float UfAf = 350000.0f;          // 핵연료-냉각재 열전달 계수곱 (W/°C)
        private const float CoolantMassFlow = 620.0f;  // 냉각재 유량 (kg/s)
        private const float CoolantCp = 5400.0f;       // 15.5 MPa 가압수 비열 (J/kg·°C)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void StepSimulation1000Hz(
            ref SmrReactorState state,
            float steamDemandMw,
            float dtSec = 0.001f)
        {
            // 1. 도플러 및 감속재 온도 반응도 피드백 계산
            float fuelDeltaT = state.FuelTemperatureC - 600.0f; // 기준 600°C
            float modDeltaT = state.ModeratorTemperatureC - 290.0f; // 기준 290°C

            float rhoControlRod = (state.ControlRodPositionMm - 750.0f) * 1.5e-5f;
            state.TotalReactivityDk = rhoControlRod + (AlphaFuel * fuelDeltaT) + (AlphaMod * modDeltaT);

            // 2. 6군 지발중성자 점동특성 수치 적분 (RK4 / Euler 1ms)
            float n = state.RelativeNeutronDensity;
            float precursorSum = Lambda[0] * state.PrecursorC1 +
                                 Lambda[1] * state.PrecursorC2 +
                                 Lambda[2] * state.PrecursorC3 +
                                 Lambda[3] * state.PrecursorC4 +
                                 Lambda[4] * state.PrecursorC5 +
                                 Lambda[5] * state.PrecursorC6;

            float dn_dt = ((state.TotalReactivityDk - TotalBeta) / NeutronLifetimeLambda) * n + precursorSum;
            state.RelativeNeutronDensity = MathF.Max(n + dn_dt * dtSec, 0.001f);
            state.ThermalPowerMw = state.RelativeNeutronDensity * RatedPowerMw;

            // 선행핵 농도 업데이트
            state.PrecursorC1 += ((Beta[0] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[0] * state.PrecursorC1) * dtSec;
            state.PrecursorC2 += ((Beta[1] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[1] * state.PrecursorC2) * dtSec;
            state.PrecursorC3 += ((Beta[2] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[2] * state.PrecursorC3) * dtSec;
            state.PrecursorC4 += ((Beta[3] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[3] * state.PrecursorC4) * dtSec;
            state.PrecursorC5 += ((Beta[4] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[4] * state.PrecursorC5) * dtSec;
            state.PrecursorC6 += ((Beta[5] / NeutronLifetimeLambda) * n - Lambda[5] * state.PrecursorC6) * dtSec;

            // 3. 열수력학 에너지 보존 적분
            float powerWatts = state.ThermalPowerMw * 1e6f;
            float heatToCoolantWatts = UfAf * (state.FuelTemperatureC - state.ModeratorTemperatureC);

            // dTf/dt = (Power - Q_transfer) / (Mf * Cf)
            float dTf_dt = (powerWatts - heatToCoolantWatts) / MfCf;
            state.FuelTemperatureC += dTf_dt * dtSec;

            // 증기발생기 입구 온도 피드백 (증기 요구량 steamDemandMw에 비례하여 냉각수 냉각)
            float steamDemandWatts = steamDemandMw * 1e6f;
            state.CoreInletTempC = 275.0f - (steamDemandMw / RatedPowerMw) * 15.0f;

            // dTm/dt = (Q_transfer - 2 * m_dot * Cp * (Tm - Tin)) / (Mm * Cm)
            float heatExtracted = 2.0f * CoolantMassFlow * CoolantCp * (state.ModeratorTemperatureC - state.CoreInletTempC);
            float dTm_dt = (heatToCoolantWatts - heatExtracted) / MmCm;
            state.ModeratorTemperatureC += dTm_dt * dtSec;

            // 노심 출구 온도
            state.CoreOutletTempC = 2.0f * state.ModeratorTemperatureC - state.CoreInletTempC;

            // 4. 자율 제어봉 서보 피드백 (원자로 출력을 요구 출력 steamDemandMw에 수렴)
            float powerError = steamDemandMw - state.ThermalPowerMw;
            state.ControlRodPositionMm += Math.Clamp(powerError * 25.0f, -50.0f, 50.0f) * dtSec;
            state.ControlRodPositionMm = Math.Clamp(state.ControlRodPositionMm, 0.0f, 1500.0f);
        }
    }
}