Impact of impurity in transmutation cycle on neutronics design of revised accelerator-driven system

加速器駆動核変換システム核設計に対する核変換サイクル中の不純物の影響

菅原 隆徳  ; 方野 量太   ; 辻本 和文 

Sugawara, Takanori; Katano, Ryota; Tsujimoto, Kazufumi

本研究では、分離変換サイクル中の各プロセスにおける不純物の加速器駆動核変換システム(ADS)核特性に対する影響を評価した。また、不純物影響評価とあわせて、ADSの未臨界度設定や燃料集合体仕様等の見直しを行った。不純物の影響評価については、高レベル廃液からのアクチノイド回収プロセスでプルトニウムに付随するウランと、マイナーアクチノイド(MA)に付随するレアアース(RE)、ADS用MA燃料の乾式再処理工程におけるREの影響を解析し、各プロセスで許容される不純物の上限を評価した。その結果、アクチノイド回収プロセスにおいては、プルトニウム重量に対して最大20wt.%のウラン、およびMA重量に対して5wt.%のREの随伴が許容されることを示した。また乾式再処理におけるREについては、除染係数DF=10程度であれば、核設計に対して大きな影響がないことを示した。さらに燃料組成の精度の影響についても検討を行った結果、陽子ビーム出力を最小化するためには、MA燃料中のZrN量の不確かさを0.2%以下にする必要があることを示した。これらの評価結果により、ADS核設計の観点から分離変換サイクルを構成する各プロセスにおける不純物除去に関する条件を明示した。

This study aims to review the ADS design based on the outcome for the last dozen years and to investigate the impact of impurities in the transmutation cycle on the ADS neutronics design. The impact of impurities in the transmutation cycle is investigated for the reviewed reference design. For the uranium from the partitioning, the accompaniment of 20 wt.% U against the Pu weight is acceptable although the MA transmutation amount will be decreased slightly. For the rare earth (RE) from the partitioning, the accompaniment of 5 wt.% RE against the MA weight is allowable. In the reprocessing, the decontamination factor, DF=10 for RE is enough from the viewpoint of the neutronics design. The impact of the fuel composition accuracy is also investigated. The uncertainty of the ZrN ratio against the MA fuel should be less than 0.2% to minimize a surplus proton beam current due to the uncertainty.