ピン型MOX燃料炭酸ガス冷却高速増殖炉のULOF事象評価

An Evaluation of ULOF event sequences for pin-type MOX-fueled; carbon-dioxide-cooled fast breeder reactor

山野 秀将   ; 飛田 吉春

Yamano, Hidemasa; Tobita, Yoshiharu

実用化戦略調査研究の第1期における候補概念の一つであるピン型MOX燃料炭酸ガス冷却炉の炉心損傷事故(CDA)評価をSIMMER-IIIコードにより実施した。本研究の目的は、ガス炉におけるCDA事象推移とその特性を把握するとともに再臨界回避方策の必要性を判断することである。本解析では、代表的な事象として流量喪失事故(ULOF)を選定した。事象推移は次のとおりである。炉心から被覆管が溶融移動することにより、反応度は即発臨界を超過して出カバーストが発生する。反応度のピークはドップラーによる負の反応度効果により収まる。燃料破損直後、溶融燃料が流路ガスを加熱すること、またFPガスが放出されることにより炉心部の圧力が高まる。これによって溶融燃料は主として流動抵抗の小さな下方へ流出し、反応度は未臨界状態に静定する。この事象推移は、被覆管溶融移動の非同時性を考慮して反応度挿入率を低下させても定性的には変わらない。ガス炉では、被覆管溶融移動のみによって反応度印加を生じるため、これを緩和する方策はない。ただし、再臨界が発生したとしても、スラグインパクトの作動流体としての液体冷却材が存在しないため、炉容器バウンダリヘの機械的負荷はきわめて小さい。一方、燃料破損直後に炉心圧力レベルが過大になる場合には、炉心上部構造物(UCS)がミサイル化して上部プレナムへ飛び出す可能性があり、設計対応が必要であると考えられる。本解析対象とした設計では、下部軸ブランケット(LAB)が10cmと短いので、大量の溶融燃料が閉塞せずに幅広いピン束流路を通して炉外へ継続的に流出する可能性は高く、再臨界回避方策は不要である。一方で、高増殖比を目標として40cm程度の下部軸ブランケット長さを採用する場合、燃料固化モデルの不確定性及び流路内のグリッドスペーサなどの熱・流動抵抗を考慮すると、通常集合体では炉心外への大量の燃料流出は困難であると考えられる。ただし、新しい燃料集合体設計のアイデアの一つである軸ブランケット一部削除(ABLE)型燃料集合体によって再臨界排除は可能と考えられる。

We carried out the analyses of a core-disruptive-accident (CDA) sequence using a SIMMER-IIl code for a pin-type MOX-fueled, carbon-dioxide-cooled fast breeder reactor, which is a one of candidate concepts in Phase I of Feasibility Study on Commercialized Fast Reactor Cycle System. The objectives of this study were: to draw a rough sketch of CDA event sequences, to understand the characteristics of CDA, and to judge whether the measures to eliminate energetic recriticality are necessary or not. In the present analysis, an unprotected loss-of flow(ULOF) accident was chosen as a representative CDA. The analysis showed that a power burst occurred when the reactivity reached prompt criticality as a result of molten cladding relocation out of the core. The negative reactivity feedback due to Doppler effect determined the power peak and the energy release. High pressure generation as a result of rapid heating of the channel gas by the ejected molten fuel and fission gas discharge allowed the molten fuel to disperse mainly toward a downward direction, which has the small flow resistance, then the reactivity settled down under the sub-critical condition. This sequence did not vary much qualitatively, even if a smaller reactivity ramp rate was applied to take into account the incoherency of the molten cladding motion. The gas-cooled reactor has no measures to mitigate the positive reactivity effect caused by the molten cladding motion. However, the mechanical loading to the reactor vessel boundary is negligibly small due to the absence of liquid coolant as a working fluid for the slug impact even if the recriticality occurs. On the other hand, the countermeasure to prevent the upper core structures (UCS) from being accelerated as a solid missile by the high pressure in the core just after the fuel disruption might be necessary. In the present design with the short lower axial blanket (LAB) of 10cm length, the measure for avoiding the energetic recriticality is not ...