長半減期FPの消滅特性計算

Study on charactelistics of transmutation of long-lived FPs

山岡 光明*; 飯田 正明*

Yamaoka, Mitsuaki*; not registered

使用済燃料中に含まれる核分裂生成物(FP)には、TRU核種と同模にきわめて長半減期のものが存在している。中性子束の高い高速炉では、これらFPを消減できるポテンシャルがある。FPの断面積は低エネルギーで増大する傾向があるので、消減効率を上げるために、FPを含むピンの他に水素化ジルコニウム(ZrHx)等の中性子減速材ピンを装荷したターゲット集合体による消滅が考えられる。本研究では、長半減期FPであるTc-99、I-129の高速炉における消滅特性解析を行った。解析は主として、非均質性の強いターゲット熱合体におけるTc-99やI-129の共鳴吸収効果を厳密に扱うために有効と考えられる連続エネルギーモンテカルロコードを用いて実施した。これにより、FPピン配列の効果・ピン径の効果等のFP消滅ターゲット集合体仕様の効果を評価し、効率の良い消滅を行うためのターゲット集合体の仕様について検討した。今回は、ターゲット集合体は炉心領域内に配置することを前提とした。また、均質モデル化の影響、従来の決定論的手法との違い等、計算手法に関する検討を行った。その結果、以下のことがわかった。(1)Tc-99またはI-129のFPビンとZrHxピンの割合を変化させた場合、FPピン割合が増大するにつれて、消滅率は単調減少するが、消滅量は途中でピークを持つ。消滅量をほぼ量大とする場合、消滅率は年間約1-2%である。(2)消減量をほぼ量大とした夕一ゲット仕様の場合、FP消滅量へのターゲット集合体の非均質効果は非常に大きく、完全に均質化した場合の約30%減である。これは共鳴吸収への非均質効果である。(3)FPピンとZrHxピンの本数を固定した場合、FPピンの配列によっても消滅量が数10%変化する。FPピンをできるだけ分散させることが望ましい。(4)モンテカルロ法と決定論的手法(輸送・拡散)の差については、計算モデルが同じならば消滅量はl0%以内の差である。計算手法間の差は、共鳴吸収の顕著な数KeVから数eVにおいて大きい。(5)ターゲット集合体においてZrHxピンが最外周にあると、これに接した炉心燃料の出力密度は平均の数倍にもなる。各ビンの配列にはこの点を考慮する必要がある。炉心特性、特に出カ分布に影響を与えずに消滅する方法として、径ブランケットでの消滅が考えられる。今後は、径プランケットでの効卒的な消滅を

Some of fission products (FPs) in spent fuels have very long half lives as transuranic nuclides. Fast reactors have a potential to transmute these FPs into short-lived ones because of high neutron flux. As neutron capture cross sections of FPs increase in low energy region, one of the effective means to transmute them is to irradiate them using target assemblies that contain pins loaded with neutron moderating material such as ZrHx as well as FP loading Pins. A study has been performed on transmutation of long-lived FPs, Tc99 and I129 in fast reactors usig target assemblies. The Monte Carlo method (MC method) with continuous-energy cross section was mainly employed to analyze rigorously resonance absorption of FPs in target assemblies with large heterogeneity. Specications of target assemblies were investigated with a aim to transmute FPs effectively. The target assemblies were assumed to be located in the core region. Also, comparison of calculation methods was carried out, where results from deterministic methods (diffusion and transport calculations) were compared with those from the MC method. Further, the effect of heterogeneity upon resonance absorption was analyzed. The results are as follows: (1)As the number of FP pins increases with total number of FP pins and ZrHx pins kept constant, transmutation rate decreases monotonously, whereas amount of transmutation decreases after it shows its peak value. The transmutation rate is about 1-2%/year at the case with maximum transmutation amount. (2)Heterogeneity effect upon transmutation rate is very large ; the rate for heterogeneous geometry is 30% smaller than that for homogeneous geometly with the same average composition. This is caused by heterogeneity effect upon resonance absorption. (3)Amount of transmutation vary by about 20-30% with arrangement variation of FP pins. Dispersing FP pins increases transmutation rate. (4)The difference between absorption rates from the MC method and the ...