ナトリウム冷却炉の炉心・燃料設計検討(MOX燃料炉心); 2003年度報告

Design Study on Core and Fuel Properties of Sodium Cooled Fast Reactor (Mixed Oxide Fuel Core); Results in JFY2003

永沼 正行  ; 小川 隆; 高木 直行; 水野 朋保

Naganuma, Masayuki; Ogawa, Takashi; Takaki, Naoyuki; Mizuno, Tomoyasu

実用化戦略調査研究 (FS) の候補概念であるナトリウム冷却炉 (大型・中型MOX燃料炉心) について、2003年度の炉心・燃料設計に関する検討結果を報告する。本年度は、フェーズII中間まとめの年であり、これまでのFS検討の中で有望と考えられる均質2領域ABLE型集合体炉心について、「コンパクト型炉心」と「高内部転換型炉心」の2つの炉心概念を対象に設計評価を行った。ここで、高内部転換型は、燃料サイクルコスト上、ブランケットを含めた燃料の物量が支配的であり、太径ピン燃料を採用し内部転換を高めることでブランケットの装荷量を極力低減し、全炉心取出平均燃焼度を増加させることで燃料サイクルコストの低減を指向した炉心概念である。以下に、大型炉と中型炉に分けて設計検討の成果をまとめた。(1) 大型炉 (出力 1,500MWe)コンパクト型と高内部転換型の両炉心概念について、設計要求・目標を満足する炉心を構築した。両炉心概念とも、炉心部取出平均燃焼度150GWd/tで、FBR平衡期向けには径方向ブランケットの装荷無しで増殖比1.04、FBR導入期向けには径方向ブランケットの装荷で1.2程度の増殖比を達成可能である炉心を構築できた。高内部転換型炉心については、ブランケットの装荷割合が小さいため、全炉心取出平均燃焼度は110GWd/t (FBR平衡期向け炉心)・91GWd/t (FBR導入期向け炉心)となり、コンパクト型炉心と比較し2040%程度燃料サイクルコストが向上することがわかった。高内部転換型炉心では、炉心径の増加により建設コストは増加する傾向にあるが、発電単価で比較すると、その影響は燃料サイクルコストの低減に比べて僅かであり、コンパクト型炉心より経済性に優れることが示された。(2) 中型炉 (出力 750 MWe)コンパクト型と高内部転換型の両炉心概念について、設計要求・目標を満足する炉心を構築した。両炉心概念の特徴は大型炉と同様であるが、高内部転換型炉心における発電単価低減の程度は中型炉の方が大きい傾向となることが示された。

Sodium cooled fast reactor (mixed oxide fuel core) is one of promising candidates in Feasibility Study on Commercialized Fast Reactor Cycle System in Japan (FS). Its design study has been conducted thorough FS. In JFY2003's study, two types of core were evaluated. One is "Compact type" that follows a conventional type, and the other is "High internal conversion type (HIC type)". The HIC type is core concept aiming to reduce fuel cycle cost by increasing total average burn-up. As actual measurements, large diameter fuel pins are applied to increase the internal conversion, the amount of blankets is reduced as much as possible. The main results are summarized as follows:(1) Large scale reactor (Power 1,500 MWe)The cores to satisfy requirements and targets of FS could be constructed in Compact type and HIC type. Both types of core are found to enable to attain over 1.1 of breeding ratio at initial deployment of FBR with radial blankets and 1.04 of breeding ratio at major share stage of FBR without radial blankets under 150 GWd/t of core average burn-up.The total average burn-ups of HIS type core are 91 GWd/t at initial deployment and 110 GWd/t at major share stage. The fuel cycle cost reduces by 20~40 % in comparison to Compact type core. On the other hand, HIC type core becomes large in core diameter and increases the plant construction cost. However, that effect is very benign, unit cost of electricity generation that takes account of fuel cycle cost and plant construction cost is found to decrease. HIC type is recognized to be superior to Compact type in economics.(2) Medium scale reactor (Power 750 MWe)The cores to satisfy requirements and targets of FS could be constructed in Compact type and HIC type. The tendencies of both cores' characteristics are same as those in the larger scale reactor, and the decrease of unit cost of electricity generation is found to be larger than that in the large scale reactor.