Feasibility of FBR core concept with two different TRU-composition regions

異種のTRU組成燃料で構成した高速炉2領域炉心の研究

丸山 修平   

Maruyama, Shuhei

軽水炉-高速炉移行期には、軽水炉使用済燃料から回収されるMAを蓄積した燃料をFBRで使用することが想定される。MAの蓄積した燃料は、原子炉の安全性の指標となるパラメータ(ナトリウムボイド反応度,ドップラ係数)を厳しい方向へ向ける。本論文では、これを緩和する一つのMA装荷方法として、外側炉心燃料にAm-Cmを集中させる方法を提案した。この方策によって出力分布変動の抑制による冷却材必要流量の減少という利点も見込むことができる。一方でAm-Cmを外側炉心燃料に集中装荷するこの概念は、燃料の融点や熱伝導度の低下、ヘリウムガス生成量の増加といった燃料設計上の困難を招く可能性がある。著者は基準とする従来型の炉心(径方向2領域炉心)から、径・軸方向の両方向に2領域化を行った炉心に仕様を変更し、この炉心の外側炉心燃料にAm-Cmを集中装荷する方法を採用した。これにより安全性の指標となるパラメータを改善しつつ、最大線出力や燃料ピンあたりの最大希ガス生成量,出力分布変動を抑制できる炉心概念を構築した。本概念は、MAが蓄積した燃料を高速炉炉心で受け入れる場合に1つの魅力的な装荷概念となる。

In the transition stage from LWR to FBR, it can be assumed for FBR to use high-MA-content fuel recovered from LWR SF. The high-MA-content fuel may cause decrement of design margin for safety parameters. As an effective MA-loading method, Am-Cm concentration in outer core fuel was proposed in this study, which leads to the improvement of safety parameters. It also causes the reduction of required coolant flow rate that results from the suppression of power distribution mismatch. On the other hand, high-MA-content fuel may bring difficulties in fuel design, for example, the reduction of melting point of fuel and the increment of helium production. The author employed an enhanced core concept which has two TRU-composition regions not only in the radial direction but also in the axial direction. This concept leads to the decreasing of the maximum linear heat rate and the maximum rare gases production of high-MA-content fuel. As a result of these improvements, main core characteristics were improved in comparison with the reference core. It is concluded that the new core concept proposed in this paper has the potential to mitigate the impacts on safety parameters and fuel design when high-MA-content fuel is loaded.