「常陽」MK-III炉心燃料のウラン濃縮度低減に関する検討

Evaluation for the nuclear characteristics of the low U enriched fueled MK-III core

吉田 昌宏 ; 青山 卓史 

Yoshida, Akihiro; Aoyama, Takafumi

将来、濃縮ウランの入手が困難になった場合に備え、かつ、燃料製造コスト削減を図るため、「常陽」MK-III炉心燃料のウラン濃縮度を低減した場合の燃料仕様を検討し、核計算により炉心の成立性を検討した。また、現在使用している原子炉級プルトニウム(以下、Pu)以外に、239Puの同位体組成比が90%を超える高フィッサイルPuを使用した場合についても検討した。まず、現行のMK-III炉心燃料に対して、ウラン濃縮度を現行の18%から軽水炉燃料並みの5%以下にすることを目標とし、ウラン濃縮度の低下により減少した核分裂性物質量を補完し、燃焼末期において現行のMK-III炉心と同等の臨界性を維持できるように等価フィッサイル係数を用いて燃料仕様を検討した結果、以下の結論が得られた。1)Pu富化度を現行の29%から35%まで増加させた場合、または高フィッサイルPuを採用した場合、内側炉心のウラン濃縮度を5%以下とすることができる。2)外側炉心のウラン濃縮度を5%以下とするには、Pu富化度を37%まで増加する必要がある。この時、内側炉心には劣化ウランを使用できることができる。また、高フィッサイルPuを採用した場合、Pu富化度を33%まで増加させることにより、内側・外側炉心とも劣化ウランを使用できる。次に、Pu富化度を増加した炉心及び高フィッサイルPuを採用した炉心の核特性を計算し、その結果を現行のMK-III標準設計炉心の値と比較した。1)Pu富化度を増加した場合には、235Uの代わりに反応度価値の高いPuが燃焼するため、同じ運転期間でも燃焼欠損反応度が大きくなるが、新燃料との置換反応度も大きくなるため、反応度バランスは同じである。2)高フィッサイルPuを使用した場合には、燃焼によりPuのフィッサイル率は新燃料時の94%から89%まで低下するが、原子炉級Puの場合に比べて核特性に特異な変化はみられない。

The investigation is underway to reduce the U enrichment of Joyo MK-III core fuel. The difficulties of obtaining enriched Uranium and reducing fuel fabrication costs are the items being investigated. In addition, the utilization of weapon-grade Plutonium, of which Pu content exceeds 90%, instead of current reactor-grade Pu, is also under investigation. Initially, specification of the MK-III core fuel was adjusted in order to have the same reactivity worth as the current fuel. The U enrichment were reduced from 18% to 10%, and in some cases as low as 5%. The results are as follows: (1)When Pu content was improved from 30% to 35%, or when weapon-grade Pu was adopted, U enrichment can be decreased lower than 5% for the inner core fuel. (2)To decrease U enrichment lower than 5% for outer core fuel, Pu content must be improved up to 37%. Then deplated Uranium can be adopted for the inner core fuel. When weapon-grade Pu was adopted and Pu content was improved up to 33%, deplated Uranium can be utilized for both inner and outer core fuel. The nuclear characteristics of the low U enriched fueled core were calculated and compared with that of the MK-III standard core (reference corc). The results are as follows: (1)With the increase of Pu and Pu, burn-up reactivity increase. By increasing the substitution reactivity between a spent fuel and fresh fuel subassembly, burn-up reactivity could be compensated. (2)When weapon-grade Pu was adopted, the change of Pu vector per unit burn-up increased when compared with current core fuel. However, the nuclear characteristics were almost the same when compared with the standard core.