Nuclear criticality safety evaluation of a mixture of MOX, UO and additive in the most conservative concentration distribution

ウラン・プルトニウム混合酸化物,二酸化ウラン及び添加剤の最も保守的な濃度分布下での臨界安全評価

奥野 浩  ; 佐藤 庄平; 酒井 友宏*; 内山 軍蔵 

Okuno, Hiroshi; Sato, Shohei; Sakai, Tomohiro*; Uchiyama, Gunzo

MOX燃料加工施設の臨界安全評価のために、MOX, UO及び添加剤であるステアリン酸亜鉛の3つの化学物質の粉末の不均一性を考慮するべきである。この論文で考慮した均一化混合装置モデルは、PuO富化度33wt%MOX,劣化UO及びステアリン酸亜鉛が逆円錐形状をしており、厚さ30cmのポリエチレンにより囲まれているものとした。計算件数の制限から、混合物の核分裂プルトニウム質量は98kgに、MOXとUOの濃度の和を4g/cmに固定した。これらの条件の下での臨界安全上で最も保守的な燃料分布は、二次元最適燃料分布計算コードOPT-TWOを用いて、MOXとステアリン酸亜鉛それぞれの要素のインポータンスを、質量を保存させつつ平坦化させるように計算した。OPT-TWO計算の後MCNPコードにより臨界計算を実施して当該分布における中性子増倍率を得た。この研究によって得られた最も保守的な燃料分布は、ステアリン酸亜鉛が中心部のMOX粉末領域に殻状に入り込み、周辺部をUOの領域により囲まれている、と典型的に表される。この分布の場合、粉末の混合割合によって均一状態に比べて中性子増倍率が最大で25%増大する場合があること、この増大にはPu富化度及び添加剤の不均一性がそれぞれ独立に寄与していることが明らかになった。

For nuclear criticality safety evaluation of blenders at the mixed uranium-plutonium oxide (MOX) fuel plant, non-uniformity distributions of powders in three chemical components, i.e., MOX, uranium-dioxide (UO) and zinc-stearate, which is a fuel additive, should be taken into account. The model blender considered in this article contained a mixture of 33 wt% PuO-enriched MOX, depleted UO and zinc-stearate in a shape of an upside-down truncated cone, which was surrounded by 30 cm-thick polyethylene. For a limitation of the number of calculation cases, the fissile plutonium mass of the mixture was fixed to 98 kg, and the total concentration of MOX and UO was fixed to 4.0 g/cm. The most conservative fuel distribution in the aspect of nuclear criticality safety under these constraints was calculated with a two-dimensional optimum fuel distribution code OPT-TWO, so that the importance distribution of MOX and that of zinc-stearate should be individually flattened by conserving the mass of each component. The OPT-TWO calculation was followed by criticality calculation performed with the MCNP code to obtain the neutron multiplication factor of the fuel in the optimum fuel distribution. The most conservative fuel distribution obtained in this research was typically depicted as a shell of zinc-stearate embedded into the central MOX region surrounded by the peripheral UO region. An increase in the neutron multiplication factor was found 25% at most; non-uniformity of plutonium enrichment concentration and that of zinc-stearate concentration contributed to it in almost equal and independent ways.