Study on double heterogeneity effect of Pu-rich agglomerates in mixed oxide fuel using cross section homogenization method for particle-dispersed media

粒子分散媒質に対する断面積均質化法を用いたMOX燃料におけるプルトニウムスポットの二重非均質性に関する研究

山本 俊弘

Yamamoto, Toshihiro

粒子がランダムかつ一様に分散している媒質に対する均質化断面積計算法がShmakovらによって提唱されているが、この手法(Shmakov法)をプルトニウムスポットを含むMOX燃料に対して適用した。この手法を連続エネルギーモンテカルロコードMCNPに組み込み、MOX燃料棒の無限配列の格子計算に適用した。Shmakov法は、プルトニウムスポットを実際に非均質に分散させたときの臨界計算結果を正確に再現できる。Shmakov法において実効的な微視的断面積を求めるために定義される補正因子は、プルトニウムスポットを含むMOX燃料の二重非均質性の定量的な指標となり得るものである。この補正因子によれば、MOX燃料ペレット中に分散するプルトニウムスポットの二重非均質効果は顕著に現れている。プルトニウムスポットを含むMOX燃料中のプルトニウム同位体の実効的な微視的断面積は、均質なMOX燃料に比べると、自己遮へい効果によってかなり小さくなる。しかし、プルトニウムスポットの二重非均質効果は、反応率の共鳴エネルギー領域での過小評価と熱エネルギー領域での過大評価が打ち消しあうことにより、実効増倍率に与える影響は予想外に小さい。

A cross section homogenization method for media containing randomly and uniformly dispersed particles has been applied to MOX fuels containing Pu-rich agglomerates. This method (Shmakov method), which is incorporated into a Monte Carlo code MCNP, has been applied to lattice calculations of an infinite MOX fuel rod array. Shmakov method can accurately reproduce the calculation results for a heterogeneous arrangement of Pu-rich agglomerates. A correction factor used to define an effective microscopic cross section provides a quantitative indication of the double heterogeneity of Pu-rich agglomerates. The correction factors exhibit an obvious double heterogeneity effect. However, the double heterogeneity effect of Pu-rich agglomerates on k-eff seems to be unexpectedly minor because the underestimate of the reaction rates in the resonance energy range is offset by the overestimate of the reaction rates in the thermal energy range.