Mechanisms of positive temperature reactivity coefficients of dilute plutonium solutions

希薄プルトニウム溶液の正の温度係数のメカニズム

山本 俊弘; 三好 慶典

Yamamoto, Toshihiro; Miyoshi, Yoshinori

希薄プルトニウム溶液における正の温度反応度係数について摂動論及び四因子公式に基づき考察した。溶液燃料の温度係数は、随伴中性子束またはf値が0.05eVから0.2eVの範囲で中性子エネルギーとともに上昇する場合に正になる。Pu-239に比べてPu-241は、その捕獲断面積のエネルギー依存性ゆえに、プルトニウム溶液の温度係数を正にする傾向を持つ。Pu-241が時間とともにAm-241に崩壊するにつれて溶液の温度係数はより正の方向に変化する。ホウ素やガドリニウム等の中性子吸収材のおおかたは、エネルギー上昇とともに0.05eVから0.2eVの範囲で捕獲断面積が減少するために、可溶性毒物として用いるとより濃度の高いプルトニウム溶液に対しても温度係数が正になる。例外的に、カドミウムやサマリウムは、希薄プルトニウム溶液に溶解しても温度係数を負に維持することができる。固定吸収体は、その吸収特性如何に関わらず、一般的に温度係数を負にする傾向を持つ。

Mechanisms of a positive temperature reactivity coefficient that occurs in a dilute plutonium solution are investigated based on the perturbation theory and the four-factor formula. The temperature coefficient of a solution fuel is positive if the adjoint flux or f between 0.05eV and 0.2eV increases with neutron energy. As compared to Pu-239, Pu-241 has a tendency to make the temperature coefficient of a plutonium solution. As Pu-241 in a plutonium solution decays into Am-241 with time, the temperature coefficient becomes more positive. Since the capture cross sections of most neutron absorbers such as boron and gadolinium decreases with increasing neutron energy, soluble absorbers make the temperature coefficient positive for higher concentration plutonium solution. Cadmium and samarium solved in a dilute plutonium solution exceptionally can keep the temperature coefficient. A fixed neutron absorber generally makes the temperature coefficient negative regardless of the property of absorber materials.