Decreasing in neutron multiplication factor in spent fuel storage facilities by changing fuel assembly position in axial direction

使用済燃料貯蔵施設への適用を目的とした軸方向燃料集合体位置変更による中性子増倍率の低減

須山 賢也; 村崎 穣; 奥田 泰久*

Suyama, Kenya; Murazaki, Minoru; Okuda, Yasuhisa*

使用済燃料の長期間の貯蔵は、日本における核燃料サイクルの一つのオプションとなった。このような施設では臨界安全性が担保されねばならないが、一般的に、中性子増倍率を低下させるために集合体間の間隔を広くとることが考えられていた。しかしながら、核分裂性物質を多く含む領域間の中性子相互作用を低下させるという観点からは、そのために燃料集合体を軸方向に交互にずらすことも可能である。本研究では使用済燃料の交互軸方向ずらしによる中性子増倍率低減の可能性を示す。使用済燃料軸方向交互ずらし(A3S)法、すなわち、燃料集合体を水平方向ではなく軸方向に交互にずらす方法の効果を示すために臨界計算を行った。PWR及びBWR燃料それぞれに対して、A3S法を適用することで通常の燃料配置よりも小さな中性子増倍率を得ることができた。使用済燃料の臨界安全評価で重要な端部効果についても、A3S法でそれを低減させることが確認された。本研究の結果は、使用済燃料貯蔵施設の効果的な運用を目的とした中性子増倍率と端部効果を低減するために、使用済燃料配置の変更によって臨界安全性設計を最適化させることが可能であることを示している。

Long-term spent fuel (SF) storage becomes one of the options in nuclear fuel cycle strategies in Japan. In such facilities, criticality safety should be confirmed. Generally, to reduce the neutron multiplication factor, taking wide spaces between spent fuel assemblies is usually considered. However, from the view point that reducing neutron interaction between regions where contain much fissile materials, we are able to shift the assemblies in axial direction alternatively. In this study, the possibility of reduction of neutron multiplication factor by the alternative axial shift of spent nuclear fuel is presented. Several criticality calculations were conducted in order to evaluate the effect of alternative axial assembly shift (A3S) method, which shift the assembly not to horizontal but to vertical directions. For both PWR and BWR fuels, we have smaller neutron multiplication factors if we adopt A3S method than normal configuration. Concerning the end effect which is important for criticality of spent nuclear fuels, it was confirmed that A3S method reduces the end effect. This study shows that several configurations can be considered to optimize criticality safety design of spent fuel storage facilities to reduce the neutron multiplication factor and the end effect for effective operation of such facilities.