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Neutronic study on seed-blanket type reduced-moderation water reactor fuel assembly

シード・ブランケット型低減速軽水炉燃料集合体に関する核的検討

Shelley, A.; 久語 輝彦; 嶋田 昭一郎*; 大久保 努; 岩村 公道

Shelley, A.; Kugo, Teruhiko; Shimada, Shoichiro*; Okubo, Tsutomu; Iwamura, Takamichi

高転換,負のボイド係数,高燃焼度の達成を目指すMOX燃料シード・ブランケット型燃料集合体によるPWR型低減速軽水炉の核的検討を行った。集合体燃焼計算結果から、シード燃料棒を内側15層(S15),ブランケット燃料棒を外側5層(B5)に配置したS15B5配列が推奨できる。集合体軸方向構成を最適化した結果、S15B5配列に対して、シード部高さ1000mm$$times$$2,内部ブランケット高さ150mm,軸ブランケット高さ400mm$$times$$2の構成が高転換を得るうえで最良である。本構成により、転換比1,炉心部平均燃焼度38GWd/tが達成された。さらに、シード部高さ500mm$$times$$2とすれば、炉心部平均燃焼度45GWd/tが達成可能であり、その場合、転換比は1よりわずかに小さい0.97となる。両構成ともボイド係数,燃料温度係数は負である。MOX燃料の代わりに金属燃料やトリウムを母材とする燃料(T-MOX:PuO$$_{2}$$+ThO$$_{2}$$)を使用した場合の検討を加えた。金属燃料では、転換比は向上するが、ボイド係数は悪化し、一方、T-MOXでは、ボイド係数は改善するが、転換比は減少する。

Neutronic study has been done for a PWR-type reduced-moderation water reactor with seed-blanket fuel assemblies to achieve a high conversion ratio, a negative void coefficient and a high burnup by using a MOX fuel. The results of the precise assembly burnup calculations show that the recommended numbers of seed and blanket layers are 15(S15) and 5(B5), respectively. By the optimization of axial configuration, the S15B5 assembly with the seed of 1000$$times$$2 mm high, internal blanket of 150 mm high and axial blanket of 400$$times$$2 mm high is recommended. In this configuration, the conversion ratio is 1.0 and the core average burnup is 38 GWd/t. The S15B5 assembly can attain the core average burnup of 45 GWd/t by decreasing the height of seed to 500$$times$$2 mm, however, the conversion ratio becomes 0.97. The void and fuel temperature coefficients are negative for both of the configurations. Effect of metal or T-MOX (PuO$$_{2}$$+ThO$$_{2}$$) fuel has been also investigated. Metal improves the conversion ratio but makes the void coefficient worse. T-MOX improves the void coefficient, but decreases the conversion ratio.

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