多様な高速炉炉心のための核特性解析手法の研究

Study on improvement of reactor physics analysis method for FBRs with various core concept

山本 敏久*; 北田 孝典*; 田川 明広 ; 丸山 学*; 竹田 敏一*

not registered; Kitada, Takanori*; Tagawa, Akihiro; not registered; Takeda, Toshikazu*

多様な高速炉炉心の核特性に対する解析予測精度の向上を目的として、以下の3つの項目について検討を行った。第1部高速炉心の中性子スペクトルの誤差評価と計算精度向上策の検討高速実験炉「常陽」で用いられているスペクトルアンフォールディング法の精度を向上するため、初期推定スペクトル誤差を詳細に分析し、各々の誤差の大きさを定量的に評価するとともに、各誤差を積み上げることによって、より合理的な初期推定スペクトル誤差を評価することを試みた。検討の結果、初期推定スペクトル誤差に起因する誤差は相対的に小さく、断面積誤差に起因する誤差がほとんどであることがわかった。また、核分裂スペクトルの影響によって、数MeV以上の高速中性子束に無視できない量の誤差を生じることがわかった。第2部ガス冷却高速炉の解析手法に関する検討ガス冷却高速炉では、通常のNa冷却炉に比べて、冷却材チャンネルが体積割合に占める比率が大きく、顕著な中性子ストリーミング効果が現れることが予想される。一方、Na冷却炉用に提唱されている既存の手法では、冷却材チャンネルと平行な方向の拡散係数が無限大となり、そのまま適用することができない。本研究では、Kohlerが提唱した軸方向バックリングを考慮した方向依存拡散係数の概念を拡張し、ガス冷却炉でも正確に中性子ストリーミング効果が評価できる手法の検討を行った。第3部水冷却高速炉の解析手法に関する検討低減速の水冷却炉に対して、解析手法の違いによりどの程度計算結果に影響が現れるかについて検討を行った。軽水炉においては、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果が強い空間依存性を持つことが知られており、燃料ペレットを複数の領域に分割して評価する手法が用いられている。水冷却高速炉においても、冷却材として水を使用する以上、同様の問題が現れる可能性がある。検討の結果、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果の空間依存性は小さく、燃料領域を1領域として扱っても、臨界性、転換比ともに解析精度には問題が出ないことが確認された。

Investigation was made on the follwing three themes as a part of the improvement of reactor physics analysis method for FBR with various core concept. Part 1: Investigation of Error Estimation of Neutron Spectra in FBR and Suggestions to Improve the Accuracy. In order to improve the spectrum unfolding method used in fast experimental reactor JOYO, a trial was made to evaluate the error in the estimated neutron spectrum, cause by cause. And the evaluated errors were summed up to obtain the most probable and reasonable error as possible. The summed up error was found relatively small compared to the error caused by the uncertainty of cross section data: most of the error in the spectrum unfolding method can be attributed to the error in cross sections. It was also found that the error due to the fission spectrum causes a considerable error in the high energy neutron spectrum which is over several MeV. Part 2: Study on Reactor Physics Analysis Method for Gas-Cooled FBR. In gas-cooled FBR, the portion of coolant channels in core volume is larger than sodium-cooled FBR. This leads to strong neutron streaming effects. For sodium-cooled FBR, several methods were proposed to evaluate the neutron streaming effect, however, these methods can not be used directly to gas-cooled reactor because the direction dependent diffusion coefficient becomes infinitive along the direction pararel to the coolant chammel. In this study, a new method is proposed to evaluate the neutron streaming effect, based on the method taking the axial buckling into consideration, which method was originally proposed by Khler. Part 3: Study on Reactor Physics Analysis Method for Water-Cooled FBR An investigation was made on low-moderated water-cooled FBR, on the point that the ordinary used analysis method for FBR may give considerable difference in results in such core. In light water reactors, it is well known that the space dependence of self-shielding effect of heavy nuclides are considerably ...