「常陽」MK-3炉心管理コードシステム"HESTIA"の開発

Development of JOYO MK-III core management code system "HESTIA"

大川内 靖 ; 前田 茂貴   ; 関根 隆 ; 長崎 英明*

Okawachi, Yasushi; Maeda, Shigetaka; Sekine, Takashi; Nagasaki, Hideaki*

「常陽」の高度化計画(MK-III計画)の一環として、MK-III炉心における炉心管理及び照射条件評価を高精度で行うため、MK-III炉心管理コードシステム"HESTIA"を開発した。 HESTIAでは、核計算の精度向上として、計算体系については、MK-II炉心管理コードシステム"MAGI"で使用してきたHex-Z体系からTri-Z体系に変更し、集合体あたりの径方向メッシュ数を1から24へ、燃料領域における軸方向メッシュ幅を5cmから2.5cmへ詳細化した。また、エネルギー群数については、中性子束は7群から18群に、線は3群から7群に増加した。これにより、"MAGI"では十分に模擬できなかったステンレス鋼製反射体と隣接した炉心燃料集合体内での中性子束の空間分布及びスペクトル変化を詳細に計算でき、反射体に隣接した炉心燃料集合体内の出力分布の計算精度を改善できることを確認した。 また、熱流力計算については、上記の核計算で得られた集合体内の詳細な出力分布を考慮でき、集合体内の乱流熱伝達を取り扱え、さらに計算時間が短いポーラスボディモデルを採用することにより、集合体内の冷却材温度の計算精度を向上させた。この結果、サブチャンネルモデルと同等の計算結果が得られることを確認した。 MK-III炉心での実用に先立って、HESTIAを用いてMK-II炉心の記録計算を行い、運用実績のあるMAGIの計算結果と比較することにより、HESTIAの計算値の妥当性を確認した。この結果、両コードシステムによる評価結果は、過剰反応度はエネルギー群縮約効果及びメッシュ効果を考慮すると約0.01%k/kk'以内で、最大中性子束及び炉心平均燃焼度は約3%以内で、冷却材出入口温度差は約7度C以内で一致し、HESTIAによる計算結果の妥当性がかくにんされた。 今後は、MK-III炉心の炉心・燃料管理にHESTIAを用いるとともに、MK-III性能試験及び核特性測定用集合体を用いた出力・中性子束分布測定試験の解析により、本コードシステムの計算精度を評価する計画である。

As part of the JOYO upgrading program (MK-III program), the JOYO MK-III core management code system "HESTIA" was developed in order to improve the calculation accuracy concerning the core and fuel management and irradiation condition evaluation in the MK-III core. The neutronic calculation of HESTIA was modified to improve the power and neutron flux distribution. The calculation geometry was changed to Tri-Z geometry from Hex-Z geometry which was used in the MK-II core management code system "MAGI". The number of calculation mesh per subassembly was increased to 24 meshes in the radial direction, and the fuel region was divided into 20 meshes in the axial direction. The number of neutron energy group was increased from 7 to 18, and that of gamma energy group was increased from 3 to 7 groups respectively. As a result, HESTIA can accurately calculate the local neutron flux distribution and spectrum change within the fuel subassembly at the boundary between the fuel and reflector regions, which can not be fully simulated by MAGI. It was also confirmed that HESTIA can improve the power distribution in the driver fuel subassembly adjacent to radial reflector. As to thermo-hydraulic calculation, the porous body model was adopted to improve the calculation accuracy of coolant temperature. This model can take into account the detailed power distribution and the turbulent heat transfer in a fuel subassembly. It was found that the calculated value by HESTIA agreed well with that of the subchannel model. In order to verify the calculation accuracy of HESTIA, JOYO MK-II core characteristics calculation was conducted using HESTIA, and calculation results were compared with those of MAGI. The MAGI calculation results were already confirmed by the core performance test and post irradiation examination data. The comparison of both calculation code systems showed that the excess reactivity agreed within 0.01 % k/kk', the maximum neutron flux agreed within 3%, the ...