窒化物粒子充填燃料炉心の安全解析

Safety analysis on nitride granular packed fuel core

横山 次男*; 松本 弘*

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もんじゅ高度化炉心に対して、炉心燃料として窒化物粒子充填燃料を採用した場合の安全解析を行った。炉心としてはもんじゅ高度化炉心に炉心燃料として窒化物粒子充填燃料を採用した炉心とし、それぞれの炉心の制御棒価値を評価し、さらに当該炉心のUTOP及びULOF解析評価を行い、受動的安全性を検討した。対象炉心は以下のもんじゅ炉心である。A炉心:ナトリウムボンド、充填率50% B炉心:ナトリウムボンド、充填率70% C炉心:ヘリウムボンド、充填率80% これら3ケースの炉心について、3次元解析を行い最大線出力及び制御棒価値を評価した。更にこれらの炉心に対して、出力運転中の制御棒の異常な引抜き+スクラム失敗事象について炉心動特性解析を行い、燃料損傷あるいは冷却材沸騰防止の観点から、許容し得る投入反応度を評価・整理した。また、A炉心の充填率条件とB炉心の線出力条件を組み合せて想定したD炉心(ナトリウムボンド・充填率50%・最大線出力975W/cm)についても炉心動特性解析を実施した。燃料破損条件としてはNaボンド燃料については燃料ピン内Naの沸騰又は燃料の分解開始温度、Heボンド燃料については燃料の分解開始温度とした。その結果、UTOPの観点からは、ナトリウムの沸点以下をめやすとした場合、許容投入反応度は小さいが、窒化物燃料の分解温度2390を判断条件とした場合は、ナトリウムボンド炉心は、大きな反応度が許容でき、ヘリウムボンド炉心については、40￠程度の反応度投入が許容できることが分かった。次に、外部電源喪失+スクラム失敗事象について炉心動特性解析を実施し、燃料損傷あるいは冷却材沸騰が防止され原子炉が安全に冷却されうるか否かを評価し、GEM(ガス膨張機構)の必要性を検討した。その結果、各炉心とも、所要のGEMがあれば沸騰を回避でき、その目安となる所要反応度は下記の通りであることが分かった。 A炉心:0.95$ B炉心:0.8$ C炉心:1.5$ D炉心:0.7$

An analysis on nitride granular packed fuel cores in the advanced Monju core was conducted. The cores include three types which apply nitride granular packed fuels as their core fuels in the advanced Monju core. The control rod worth of the cores were evaluated and the analyses of UTOP and ULOF for the cores were performed to assess their passive safety features. The cores analyzed are following three types of Monju cores. [Core A: sodium bond, a packing ratio of 50%] [Core B: sodium bond, a packing ratio of 70%] [Core C: helium bond, a packing ratio of 80%] An three dimensional analysis was performed for these three cores to evaluate their maximum linear heat rate and control rod worth. In addition, a core dynamics analysis on the event that consists of an abnormal control rod withdrawn and the failure of a scram at the power operation in these cores was conducted to evaluate and clalify the allowable insertion reactivity in view of preventing fuel failures or coolant boiling. A core named core D that was set from the combination of the packing ratio of core A and the linear heat rate of core B was also analyzed for its core dynamics. THe fuel failure condition was assumed to be the boiling of sodium in the pin or the start of fuel dissolution for the sodium bonded fuel and the start of fuel dissolution for the helium bonded fuel. The result shows that the maximum permissible insertion reactivity is small when a criteria of the sodium dissolution point of 2390 centi-degree is adopted for the sodium bond fuel cores in UTOP. And it is found that an insertion reactivity of about 40 ￠ is allowed for the helium bond fuel core. Furthermore, a core dynamics analysis on the event that consists of the loss of an external electric power and the failure of a scram was conducted to evaluate for preventing fuel failures or coolant boiling, and to clarify the necessity of GEM (gas expansion module). The result has proved that each core can prevent the core boiling ...