ウラン濃縮度低減炉心の核計算

Nuclear calculation of MK-III core with Low U enriched fuels

長田 博夫*; 河北 孝司*; 池田 一三*

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本作業では、将来、濃縮ウランの入手が困難となって時の対応策を検討するため、「常陽」MK-III標準炉心を対象として、ウラン濃縮度を低減させた場合の炉心特性を計算した。(1) ウラン濃縮度低減炉心の仕様選定Pu富化度、炉心スタック長及びPu同位体組成比をパラメータとし、濃縮ウランの入手性の観点から、炉心燃料の235U濃縮度を現行の18w/oから10w/o以下、あるいは軽水炉並みの5w/o以下とできる炉心の仕様をサーベイした。その結果、下記のケースにおいて、現行のMK-III標準炉心と同等の核特性を有する炉心を構成できることがわかった。ケース1:外側炉心のウラン濃縮度7.9w/o,Pu富化度35w/oケース2:外側炉心のウラン濃縮度5.0w/o,Pu富化度36.8w/oケース3:兵器級のPu同位体組成比でPu富化度29.8w/o,ウラン濃縮度6.6w/oいずれもスタック長は50cmとした。(2)ウラン濃縮度低減炉心に関する核計算(1)で設定した各ケースの炉心特性を計算し、その結果をMK-III標準炉心と比較した。主な結果を以下に示す。・平衡末期にMK-III標準炉心と同等の臨界性が確保された。内側炉心・外側炉心の最大線出力が同じになるように調整した結果、最大線出力は414W/cmから415W/cmになった。・要素最高燃焼度は、8.910の4乗MWd/t以下となった。・最大高速中性子束は増大し、平衡炉心末期で4.210の15乗/cm2乗sとなった。・中性子束スペクトルはいずれのケースも低エネルギー側にわずかにシフトした。・兵器級Puを使用したケースと他のケースで炉心特性に大差はなかった。取出し時に240Pu及び242Puの同位体組成比が約2倍に増加し、Pu重量が約1415%減少した。

For the purpose of preparing a counterplan in the event that high U enriched uranium becomes difficult to secure, the characteristics of a lower U enriched MK-III core are evaluated. (1)Specifications of the Lower U Enriched Core. The specifications for three cases of the lower U enriched core are supposed. Under the condition that they are critical at the end of the equilibrium cycle and the power distributions are flater throughout the cycle, their U enrichment and Pu enrichment are determined as follows. Case 1:U enrichment 7.9w/o (outer core), Pu enrichment 35w/o. Case 2:U enrichment 5w/o (outer core), Pu enrichment 36.8w/o (outer core). Case 3:U enrichment 6.6w/o (outer core), Pu enrichment 29.8w/o. (2)Nuclear Calculation of Lower U Enriched Core. The results of nuclear calculation for lower U enriched core are shown as follows. (a)The criticalities of their cores are equal to that of an MK-III standard core. The maximum linear heat rates are increased from 414W/cm to 415W/cm. (b)The maximum fuel pin burnups are under 8.910 MWd/t. (c)The maximum fast flux increases to 4.210/cms. (d)The flux spectrum shifts slightly toward the lower energy side. (d)In cases of weapon grade Pu, he isotope fractions of Pu and Pu double and the inventories of Pu fall by 1415% at the end of fuel life.