「常陽」使用済燃料の崩壊熱の測定評価(3)

Measurement and analysis of JOYO MK-II spent MOX fuel decay heat (3)

前田 茂貴   ; 長崎 英明*; 関根 隆 

Maeda, Shigetaka; not registered; not registered

「常陽」では、使用済燃料の崩壊熱評価精度を向上し、原子炉冷却系及び使用済燃料の取扱・貯蔵設備の熱設計に反映するため、実際の使用済 MOX燃料の崩壊熱測定データを蓄積し、崩壊熱解析法を検証している。今回、長期間に渡る冷却時の使用済燃料の崩壊熱を測定し、この結果と ORIGEN2の計算値を比較し、崩壊熱計算の誤差要因について検討した。平成12年度に引続き、使用済MK-II燃料(集合体平均燃焼度:約6.6万MWd/t)について、冷却期間319日から729日の崩壊熱を測定し、実測値35116Wから1589Wを得た。 崩壊熱が250W以下となる冷却期間約500日以上の測定では、測定誤差を低減させるため、 崩壊熱測定装置の冷却材出入口温度差を大きくするよう、冷却水の流量を低下させて測定した。これにより、 長期冷却時においても誤差(1)約6%で崩壊熱が測定可能となった。崩壊熱計算では ORIGEN2により照射位置での中性子スペクトルを反映した燃焼計算を行い、計算と測定との比(C/E)0.960.90の値を得た。 全冷却基幹を通じて、計算値は実測値を約68%を過小評価しており、 これは崩壊熱測定に伴う誤差(1=1.76.0%)よりも大きい。 崩壊熱の内訳の中で、アクチニド核種の崩壊熱については242Cm,238Pu,241Amが主要な発熱核種である。このうち、242Cm以外のアクチニド核種は殆ど減衰しないため、その崩壊熱は一定であり、上記の系統的な過小評価の原因とは考えにくい。もう一つの発熱源であるFP崩壊熱については、冷却期間100日までに殆ど核種が減衰し、それ以降では95Zr,96Nb,106Rh,144Prの4核種が主要な発熱源である。よって、系統的な差の主要因は、242Cm及び上記FP4核種の生成量の計算誤差あるいは崩壊熱の測定誤差が考えられ、これらの核種生成に係る断面積、核分裂収率及び発熱定数の不確かさを検討するとともに、測定誤差を再評価する必要がある。

It is important to precisely evaluate decay heat of the spent MOX fuel not only from the viewpoint of reactor safety concerning a decay heat removal at the reactor shut down, but also for the thermal design of the spent fuel storage and handling facility, In order to obtain the experimental data and to improve the accuracy of calculation, the decay heat of spent fuel subassemblies (Burn-up : 66 GWd/t) of the JOYO MK-II core was measured from the cooling time of 319 to 729 days. Measured decay heat of the spent fuel subassemblies was 351161589W. The low flow rate measurement to make large temperature gadient between inlet and outlet of measurement system has allowed us to measure decay heat after cooling time of 500 days by less than 6% error(1). The decay heat was calculated by "ORIGEN2" code using the JENDL-3.2 cross section library and the JNDC-V2 decay data and fission yield data library. Then it was compared with the measured value. The ratios between calculated and experimental value, C/Es, were approximately between 0.96 and 0.90. There exists a systematic discrepancy (68%) between calculation and measurement, which was larger than the experimental error (1 = 1.76.0%). Decay heat was generated from actinides and fission products (FP). Major heat sources in actinides are Cm, Pu and Am. However, nuclides except for Cm were not considered as the cause of systematic discrepancy because these decay heat was almost constant throughout this measurement. After cooling time of 100 days, Zr, Nb, Rh and Pr remained as major FP decay heat source. As a result, the discrepancy appears due to the decay heat calculation uncertainty of Cm and these FP, or measurement error and further investigation will be required.