Minor actinide-bearing oxide fuel core design study for the JSFR

JSFRにおけるマイナーアクチニド含有酸化物燃料炉心の設計研究

永沼 正行  ; 小川 隆; 大木 繁夫 ; 水野 朋保; 小竹 庄司*

Naganuma, Masayuki; Ogawa, Takashi; Oki, Shigeo; Mizuno, Tomoyasu; Kotake, Shoji*

FaCTプロジェクトでは、Na冷却MOX燃料炉心が主概念として選定された。本論文では、TRU組成のJSFR炉心・燃料設計への影響に着目した検討を実施した。LWRからFBRの移行時期においては、LWR使用済燃料からリサイクルされた高MA含有率の燃料がJSFR炉心に供給される可能性がある。高MA含有燃料は、炉心反応度特性,燃料物性(融点・熱伝導度),ガス生成量等を通じて炉心・燃料設計に影響を与える。そこで、これらの影響を定量的に把握するため、FBR平衡時期の組成(FBR多重リサイクル組成: MA含有率1wt%程度),移行時期の組成(LWRリサイクル組成: 代表的なMA含有率として3wt%を暫定)の2種類の組成を用いたJSFR MOX燃料炉心の設計検討を行った。結果として、FBR多重リサイクル組成からLWRリサイクル組成に変更することで、冷却材ボイド反応度は10%増加,線出力制限値は12%低下,ガスプレナム長は5%増加するが、TRU組成の炉心・燃料設計への影響は比較的小さいことが示された。

In FaCT project, sodium-cooled fast reactor with mixed-oxide fuel was selected as the primary candidate. Present study focused on effects of TRU composition on the design of JSFR. In a transitional stage from LWR to FBR, there is possibility for the JSFR fuel to have high MA content due to recycle of LWR spent fuel. That affects core and fuel designs (core reactivity, material property and so on). Thus, to evaluate the effects quantitatively, design studies for the JSFR cores with two TRU compositions were conducted, one was FBR multi-recycle composition with about 1wt% of MA and the other was LWR recycle one, for which 3wt% of MA was assumed as a typical composition. The results showed that the change from FBR multi-recycle composition to LWR recycle one leads to 10% increase of sodium void reactivity, 1-2% decrease of linear power limit and 5% extension of gas plenum length. As a result, effects of TRU composition on the core and fuel designs were indicated to be benign.