可搬型炉小型炉心の検討

Characteristics of small reactor core for transportable reactor

大谷 暢夫*; 神戸 満*; 角田 弘和*; 羽賀 一男*

Otani, Nobuo*; not registered; not registered; Haga, Kazuo*

可搬型炉の一応用である宇宙用のものにつき、その小型炉心の核特性に係わる検討を行った。本炉心は、窒化物燃料を用いた高速炉で、冷却材としてリチウムを採用する。まず、簡単な球モデルの1次元計算によって、典型的なウラン炉心およびプルトニウム炉心の核特性を検討した。炉心サイズを等しく取った組成での計算結果の比較から、つぎのことが明らかになった。(1)炉心寿命の観点からは、ウラン炉心の方がプルトニウム炉心よりも同一燃焼期間(10年)での反応度欠損が小さく、優れている。(2)プルトニウム炉心の反応度欠損が大きい理由は、Pu-241の崩壊による現象によるものである。したがって、プルトニウムを燃料とする炉心は、比較的大きな燃焼度反応度欠損をカバーし得る炉心構成をとる必要がある。(3)炉心寿命を延ばす方法としては、炉心と反射体との間に熱中性子吸収体を設置することが、ある程度有効である。つぎに、設定された濃縮ウランを燃料とする炉心設計案を基とし、反応度調整のための炉心構成及び炉心組成、さらに炉心サイズの変更等を行い、この解析範囲で適当な炉心を提示した。基本的な核特性量としては、クリーン炉心の臨界性、燃焼反応度欠損量、水没時の未臨界性確保、炉停止マージン等を取り上げた。その結果、水没時の未臨界性確保と炉停止マージンについては、当初設定した目標値に到達したかったものの、ある程度の安全余裕が確保できる見通しが得られた。以上の解析では3次元モンテカルロコードを一部使用したが、この過程でより形状模擬性の優れた計算コードが必要なことが明らかとなった。

Core physics of small reactor was examined as a part of conceptual design study of space reactor which is an application of transportable reactor. The design requirements were a fast spectrum reactor using nitride fuel and lithium coolant. Firstly, characteristics of typical uranium core and plutonium core was compared by means of one-dimensional calculation using simple sphere model. Followings were revealed from the comparison of both calculation results. (1)Reactivity loss of uranium core in ten years is smaller than that of plutonium core. (2)Shorter lifetime of plutonium core is due to decay of Pu-241. Hence, plutonium core must be designed to compensate higher fuel degradation. (3)Installation of thermal neutron absorber between core and reflector region is effective to extend lifetime of plutonium core. Secondly, study to optimize the design of enriched uranium core was performed as a parameter of core configuration, fuel composition and core size from the point of reactivity adjustment. Attention was focused on criticality of fresh core, reactivity degradation, sub-criticality and reactor shut down margin. The results showed that some safety margin can be obtained although it was less than that objected. A 3-dimensional Monte Carlo code was partly used in the analysis. It was revealed that a more superior code in simulating core configuration is necessary.