倍増時間短縮を指向とした炉心・燃料仕様の検討

Study on core and fuel specifications aiming at short doubling time

関 雄次*; 田中 洋司*

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FBR実証炉あるいは今後の高速炉の実用化においては、核燃料サイクルコスト低減に向けた高燃焼度化が指向されている。現在のPu需給状況から判断するに、当面、増殖性向上のニーズは小さいといえるが、2030年頃と想定されている高速炉実用化時代以降にはPu需給の変化により、増殖性への要求高まる可能性もある。このため、「高燃焼度、長期運転サイクル」を目指した実用化炉心のレファレンス炉心仕様に対して、運転開始以降に倍増時間短縮の要求があった場合に、燃料集合体仕様のみを変更することにより、この要求に対応できる見通しを得るための検討を行ったものである。レファレンス炉心(原子炉熱出力3800Mwtの富化度2領域均質炉心)において、取出平均燃焼度150GWd/t一定の条件で、倍増時間を短縮するための設計方策(炉心・燃料集合体仕様の変更案)について検討した。倍増時間短縮に有効な方策は、炉心インベントリを低減することと、軸方向ブランケット厚を増して増殖比を上げることであり、このために炉心高さを減じ、ガスプレナムも短縮して軸方向ブランケット厚を増し、炉心平均線出力を維持するように燃料ピン数/集合体を増加(ピン細径化)した。また、取出燃料平均燃焼度を一定に保つよう運転サイクル長を短かくした。サーベイ結果に基づき、倍増時間短縮に好適な炉心(倍増時間短縮炉心)として上記の397本ピン炉心を選定した。Pu富化度の微調整を行った上で、倍増時間短縮炉心の炉心特性を評価した。また、この倍増時間短縮炉心ベースに、炉心高さを変えずに軸方向非均質炉心にした場合の倍増時間を評価し、均質炉心とほぼ同じ倍増時間を得た。以上の検討から、運転開始以降に倍増時間短縮の要求があった場合に燃料集合体仕様のみを変更することにより、複合インベントリ倍増時間を30年程度に短縮できる見通しが得られた。

In the JNC design of the reference core of a commercial fast breeder reactor, priority is placed on high-burnup fuel and long-cycle operation leading to a low fuel cycle cost. Less attention is paid to the breeding characteristics, given the present situation of plutonium demand and supply. However, after about 2030, a rapid growth of fast breeder reactors is expected and the need for plutonium breeding is likely to arise. Therefore, we have studied feasibility of meeting a future demand for short doubling time, only by modifying the fuel assembly specifications of the reference core, when required after the commencement of the commercial plant operation. The survey has been made on a variety of modifications starting from the reference two-region homogeneous core under a fixed condition of average discharge fuel burnup of 150GWd/t. The study shows that an effective way to shorten the doubling time is a combination of modifications such as decreasing the core height and the gas plenum length, increasing the axial blanket thickness, increasing the number of fuel pins per assembly and shortening the period of the cycle operation. On the basis of the survey, the 39/-pin core has been chosen as a suitable candidate for short doubling time and the core characteristics have been evaluated. In addition, a study has been made on axial heterogeneous core configurations, revealing that the doubling times are about the same as that of the homogeneous core. This study shows that the complex inventory doubling time of the commercial plant can be shortened to about 30 years, only by modifying the fuel assembly specifications.