Analysis of measurements for a Uranium-free core experiment at the BFS-2 critical assembly

BFS-2におけるウラン無し炉心臨界実験の解析結果

Hunter

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本報告書は、ロシア・オブニンスク物理エネルギー研究所(IPPE)の臨界実験施設BFS-2において実施されたBFS-58-1-I1実験の測定値に対する解析結果を記載したものである。同実験体系は、Pu燃焼炉としてUが存在しない炉心を構成したものである。測定量は、実効増倍係数、Naボイド反応度価値、物資サンプル反応度価値及び反応率比である。解析における基本核データライブラリは、JENDL-3.2を用いた。種々の物質構成を持つ実験体系各部の実効断面積はSLAROM及びCASUPにより求めた。この際、2次元的な物質配置を1次元非均質モデルで処理するために、3種類のオプションを用いて検討を行った。中性子束分布及び実効増倍係数は、2次元r-z体系で、拡散理論(CITATION)及び輸送理論(TWOTRAN2)を用いて求めた。反応度価値は、直接計算及び厳密摂動計算(拡散計算の場合PERKYを、輸送計算の場合SN-PERTを使用)によって求めた。実験体系仕様及び実験結果の詳細は、ロシアへの委託研究ISTC-220の報告書をベースに、不明点をIPPE技術者から追加入手した。解析結果については、ISTC報告会でIPPE及び仏CEAの結果を入手した。参考のため、本実験値に対するIPPE及び仏CEAによる解析値も記載した。実効増倍係数は、解析値が実験値に対して1.1%k/kk'大きかった。Naボイド反応度価値のC/E値は約1.06だった。これらは実験解析上の誤差を考慮すれば整合性に問題ない結果と考えられる。物質サンプル反応度価値のC/E値は概ね1.11.3の範囲であり、各種反応率比のC/E値は1.0からのずれが大きかった。これらについては、実験解析上の誤差からは合理的な説明ができず、IPPE提示の実験誤差や今回使用した解析モデルの改善等についてさらなる検討が必要である。本実験解析の実施により、Uが存在しない炉心体系における解析精度に関する情報が初めて得られたことに加え、今後推進されるロシアとの研究協力を通じて解析対象とすべきBFS-2臨界実験体系のモデル化に関する知見を蓄積できた。なお、今後の検討に資するため、BFS-58-1-I1実験体系に関するIPPEの提示情報、計算モデル構築上修正する必要性が生じた情報、及び解析用データセットをそれぞれ付録にまとめた。

This document describes a series of calculations that were carried out to model various measurements from the BFS-58-1-I1 experiment. BFS-58-1-I1 was a mock-up of a uranium-free, Pu burning core at BFS-2, a Russian critical assembly operated by IPPE. The experiment measured values of keff, Na void reactivity worth, material sample reactivity worths and reaction rate ratios. The experiments were modelled using a number of different methods. Basic nuclear data was taken from JENDL-3.2, in either 70 or 18 groups. Cross-section data for the various material regions of the assembly were calculated by either SLAROM or CASUP; the heterogeneous structure of the core regions was modelled in these calculations, with 3 different options considered for representing the (essentially 2d) geometry of the assembly components in a 1D cell model. Whole reactor calculations of flux and keff were done using both a diffusion model (CITATION) and a transport model (TWOTRAN2), both using an RZ geometry. Reactivity worths were calculated both directly from differences in keff values and by using the exact perturbation calculations of PERKY and SN-PERT (for CITATION and TWOTRAN2, respectively). Initial calculations included a number of inaccuracies in the assembly representation, a result of communication difficulties between JNC and IPPE; these errors were removed for the final calculations that are presented. Calculations for the experiments have also been carried out in Russia (IPPE) and France (CEA) as part of an international comparison exercise, some of those results are also presented here. The calculated value of keff was 1.1%k/k higher than the measured value, Na void worth C/E values were 1.06; these results were considered to be reasonable. (Discrepancies in certain Na void values were probably due to experimental causes, though the efect should be investigated in any future experiments.) several sample worth values were small compared with calculational uncertaint