2次元格子計算による核特性評価

Evaluation of core characteristics with two-dimensional lattice calculations

佐藤 理*; 前田 章雄*

Sato, Osamu*; Maeda, Akio*

高速炉の燃料集合体の格子計算では燃料ピンやラッパ管の非均質構造の扱いが重要であるが、その正確なモデル化には二次元格子計算が必要である。 サイクル機構で開発中の新SLAROMコードでは二次元格子計算機能を整備しており、本研究ではその検証と二次元格子計算の効果を確認した。 検証は中性子束、集合体平均断面積(セル平均断面積)をGMVPコードによるモンテカルロ計算で得られた結果と比較することによって実施した。六角配列集合体(IGT=13)の機能の確認には「常陽」燃料集合体の水平断面を模擬した二次元モデルを用い、平板集合体(IGT=8)の機能の確認には、ZPPR-9のSCF及びDCFセルの水平断面を模擬した二次元モデルを評価対象とした。 この結果、六角配列集合体に関してはモンテカルロ計算と統計誤差の範囲で一致することが判り、新SLAROMでの二次元衝突確立計算の妥当性が確認された。平板集合体の二次元衝突確立計算に関しては、ナトリウムの共鳴(24keV)以下のエネルギーで、吸収断面積及び核分裂中性子生成断面積が新SLAROMの方が最大20%程度大きくなっており、更なる検討が必要である。 また、CITATIONコードにより、新SLAROMで一次元モデル及び二次元モデルで計算された集合体平均実効断面積を用いた炉心計算をそれぞれ行って、その相違を調べた。その結果、炉心燃料集合体よりも、径方向ブランケット集合体の平均断面積に一次元/二次元モデルによる相違が大きく現れることが判った。これは、集合体内のピン数(及びピンのサイズ)の相違によるものと考えられる。すなわち、ピン数の少ない径方向ブランケットの方が、一次元近似による影響を受けやすいためと考えられる。

Two-dimensional cell calculation is necessary to exactly treat the major heterogeneous structure of fuel pins and a wrapper tube in fast reactor fuel assemblies. JNC has been developing the new SLAROM, which includes a two-dimensional cell calculation routine. In this report, validity and effect of two-dimensional calculation were investigated. The validity was checked by comparing neutron flux in fuel assemblies and assembly averaged cross sections with those calculated by Monte Carlo code GMVP. The comparisons were made for the calculation model called "concentric layers of hexagon with equi-distance pin-rod array"(IGT=13) with a fuel assembly of JOYO and were also made for the model of a two-dimensional slab called "Quadrant of an octant symmetric assembly" (IGT=8) with SCF and DCF fuel cells in ZPPR=9. The calculated results with the new SLAROM and GMVP were agreed within statistical errors for the JOYO fuel assembly and the adequacy of the collision probability calculations in the new SLAROM was proved for a hexagonal fuel assembly. For a two-dimensional slab geometry, the assembly averaged absorption cross sections and total cross sections were 20% higher than those with Monte Carlo calculations below 24keV at which the large resonance of sodium exist. Further investigations are required to explain the differences. The results of core calculations with CITATION were performed and compared with the assembly-averaged cross sections using one-dimensional cell model and with the cross sections using two-dimentional cell model. THe differences caused by the cell calculation model were larger for radial blanket regions than for fuel regions. It revealed that the fewer numbers of fuel pins in radial blanket bring out the larger error of one-dimensional cell model.