ナトリウム冷却炉の炉心・燃料設計検討; 2003年度金属燃料炉心の検討

Fuel and Core Design Study of the Sodium-cooled Fast Reactors; Studies on Metallic Fuel Cores in the JFY2003

杉野 和輝; 小川 隆; 永沼 正行  ; 高木 直行

Sugino, Kazuteru; Ogawa, Takashi; Naganuma, Masayuki; Takaki, Naoyuki

FBR実用化時代に求められる高い経済性や安全性の観点から、MOX燃料と比較して高い増殖性能や燃料インベントリの低減が期待できる金属燃料炉心を取り上げ、大型(電気出力1,500MWe)及び中型(750MWe)のナトリウム冷却金属燃料コンパクト型炉心及び高出口温度型炉心の概念を構築した。 ナトリウム冷却MOX燃料炉心と同等の原子炉出入口温度(550/395)を目指した高出口温度型炉心の構築においては、新しい出力分布平坦化方策として、従来のピン径の多段階化による方法から、ピン径を単一として燃料のZr含有率を多段階化する方法を適用した。その結果、ナトリウムボイド反応度を大幅に低減でき、それに伴う設計範囲の拡大を炉心のコンパクト化に充てることができた。 熱特性解析として、原子炉出口/入口温度550/395の条件で開発課題の少ないワイヤ型スペーサの適用を想定して冷却材流量配分計画を策定した。その結果、被覆管内面最高温度について、中型炉心では659、大型炉心では655といずれも制限の650を超過する結果となったが、工学的安全係数の合理化等により満足できる範囲内であると考えられる。 他方、コンパクト型炉心の構築においては、ナトリウムボイド反応度の非均質効果等の改訂を反映させて、2002年度炉心に構築した炉心部取出平均燃焼度150GWd/tを達成する高燃焼度化炉心に対して見直しを図った。 以上示した炉心は、実用化戦略調査研究フェーズII中間まとめに向けて構築した炉心であり、総合評価等の幅広い視点からの検討により、ナトリウム冷却金属燃料炉心概念の相対的ポテンシャルや課題等が明らかになるものと期待できる。

For the requirement of superior economics and safety in the future commercial FBR period, metal fuel cores have been investigated, that have advantage of higher breeding capability and lower fuel inventory compared with oxide fuel cores. In this study, attractive concepts of large-size (electric output of 1,500MWe) and middle-size (750MWe) sodium cooled metal fuel core of compact type and high outlet temperature type have been constructed.