Development of a two-dimensional nuclear-thermal-coupled analysis code for conceptual blanket design of fusion reactors

核融合ブランケット概念設計のための2次元核熱連成コードの開発

宇藤 裕康; 飛田 健次; 染谷 洋二; 佐藤 聡; 関 洋治; 高瀬 治彦

Uto, Hiroyasu; Tobita, Kenji; Someya, Yoji; Sato, Satoshi; Seki, Yohji; Takase, Haruhiko

原型炉のブランケット設計用として、2次元の核計算及び熱計算を連続して行う核熱連成コードDOHEATを開発した。DOHEATは、Sn法に基づく2次元輸送計算コードDOT3.5及びJENDL-3.1をもとにした群定数ライブラリーFUSION-40を用いて輸送計算を行い、得られた中性子及び線スペクトルから2次元化したAPLLE-3を介して、核発熱率やTBR等の物理量を計算する。また、得られた核発熱率及び材料物性データを用いて伝熱解析を行い定常状態における温度分布を算出することが可能である。DOHEATを用いることにより、2次元的に配置された内部構造を正確に模擬できるようになり、これまでの1次元解析から解析精度が向上した。また、描画形式の入力インターフェイスを整備することにより、さまざまなブランケット概念の構築が容易に行えるようになった。従来までの1次元コードと併用することにより、非常に多くの計算回数を要する増殖材及び増倍材等の量の最適化など第一次案の検討及び詳細検討を効率よく行い、より幅広い原型炉ブランケットの概念設計検討を進められると考えられる。

For DEMO reactor blanket design, a two-dimensional (2-D) nuclear-thermal-coupled analysis code, DOHEAT, has been developed. In DOHEAT, the neutron flux is calculated by a 2-D transport code, DOT3.5, with the nuclear data library, FUSION-40, and the nuclear heating rate and the local TBR profile of blanket are calculated using the 2-D neutronics calculation code, APPLE-3. Use of the code has showed outstanding usefulness in the blanket design where detailed evaluation of neutron flux, nuclear heating rate, tritium breeding ratio (TBR) and the temperature of materials is required for various blanket concepts and trial-and-error-basis iteration is sometimes necessary. DOHEAT can replace the actual blanket structure by a more realistic model including cooling tubes, multipliers and breeders. A validation calculation indicates that DOHEAT provides reasonable results on the temperature profile.