MK-III炉心燃料のU濃縮度低減に関するサーベイ計算

Parametric study to reduce the U-235 enrichment of the MK-III core fuel

長田 博夫*; 河北 孝司*; 池田 一三*

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本作業では、燃料U濃縮度が低減した時のMK-III標準炉心への影響をみるために、MK-III炉心のPu富化度や燃焼・構造材体積等をパラメータとして低減可能なU濃縮度をサーベイした。(1)低濃縮U燃料炉心の特性計算外側炉心のPu富化度の増加、燃料体積割合増大、構造材体積割合削減、燃料スタック長伸長、15N濃縮窒化物燃料への変更、Pu同位体組成比の変更を想定して臨界性および出力分布の平坦化の条件を満足するように燃焼計算によるサーベイを行い、燃焼特性および出力特性の評価を行った。今回のサーベイの範囲では最大線出力は標準炉心の値と同等あるいはそれ以下であった。また燃焼欠損反応度は最大13%の増加、要素最高燃焼度は1%の増加、炉心内最大高速中性子束は最大で7%増加した。(2)燃料U濃縮度の計算今回の計算から次のことがわかった。Pu富化度を28.8w/oから35w/oまで増加させることにより、U濃縮度を18w/oから8.5w/oまで下げられる。構造材体積割合を下げてもU濃縮度は下げられない。燃料体積割合を1.08倍にした場合、U濃縮度を13w/oまで下げられる。燃料スタック長50cmから60cmに伸ばすとU濃縮度を12w/oまで下げられる。15N濃縮窒化物燃料への変更はU濃縮度を5w/oまで下げられる。兵器用Pu同位体組成比への変更のみでU濃縮度を9w/oまで下げられる。さらに外側炉心のPu富化度を約33w/oに変えた場合、劣化Uを利用することができる。

In order to confirm the influence of lower U-235 enriched fuel on MK-III core, achievable U-235 enrichment is evaluated. The Pu enrichment, the fuel volume fraction, the structure volume fraction and etc. are chosen to be parameters. (1)Nuclear calculation of lower U-235 enriched core. Supposing enhancing the Pu enrichment, increasing the fuel volume fraction, reducing the structure volume fraction, extending the core height, employing N-15 enriched fuel and changing the Pu isotope ratio, the burnup calculation is performed so that the conditions of criticality and power distribution are satisfied and burnup characteristics and power characteristics are evaluated. Among the result, the linear heat rates are almost the same as those of MK-III standard core. The maximum of these burnup reactivity swing is increasing by 13%, the maximum of these fuel element burnup is increasing by 1% and the maximum of these fast neutron flux is increasing by 7%. (2)Calculation of U-235 enrichment. When the Pu enrichment of the outer core fuel is changed from 28.8w/o to 35w/o, the U-235 enrichment is reduced from 18.0w/o to 8.5w/o. Reducing structure volume fraction doesn't result in the reduction of the U-235 enrichment and increasing fuel volume fraction by 8% result in 13w/o of U-235 enrichment. When the core height extends from 50 cm to 60cm, the U-235 enrichment was reduced to 12%. Employing N-15 enriched nitride fuel lower the U-235 enrichment up to 5w/o. Supposing a Pu isotope ratio of weapon class, 9w/o of U-235 enrichment is feasible. Furthermore if the Pu isotope ratio is the weapon class and the Pu enrichment of outer core is increased to 33.4w/o, degraded U can be used.