Study on reactivity effect of fission products for introducing burnup credit into the criticality safety evaluation of spent nuclear fuel

使用済燃料の臨界安全評価への燃焼度クレジット導入のための核分裂生成物の反応度効果の研究

大久保 清志*; 須山 賢也; 内山 軍蔵 

Okubo, Kiyoshi*; Suyama, Kenya; Uchiyama, Gunzo

日本では原子炉サイトに貯蔵されている使用済燃料量は増大を続けている。このような状況に対応するため、使用済燃料の臨界安全管理に燃焼に伴う反応度の低下を考慮することが検討されている。これを燃焼度クレジットと言う。ウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットに核分裂生成物の蓄積に伴う負の反応度効果が適用されれば、同じ施設で扱うことのできる燃料集合体の量は増加する。本研究では、核分裂生成物の反応度効果は、溶液及び非均質体系のどちらにおいても使用済燃料の燃焼度にほぼ線形の相関を有することを明らかにした。選択された核分裂生成物の反応度効果は、溶液体系においては20-25%の燃焼度増加、非均質体系においては30-35%の燃焼度増加にそれぞれ等価である。このことはまた、核分裂生成物を安全裕度として考えるのであれば、もしウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットが採用されるなら、20%の燃焼度評価誤差は許容可能であることを示している。

The amount of the spent nuclear fuel (SNF) stored at the nuclear reactor sites is increasing continuously in Japan. To correspond to such a situation, it is considered to take into account the decrease in the reactivity of SNF according to the burnup for the criticality safety control of SNF. This idea is called as burnup credit. If the negative reactivity effect of the fission product nuclides accumulated during the burnup is adopted into the burnup credit which considers only uranium and plutonium, the amount of fuel assembly that can be treated in the same facility is increased. This study reveals the reactivity effect of fission products has almost linear correlation with the increase of burnup SNF for both solution and heterogeneous systems. The negative reactivity effect of the selected fission product is equal to the increase of the burnup of approximately 20-25% for the solution system and 30-35% for the heterogeneous system respectively. It also implies that the estimation error of burnup value of 20% could be acceptable if we take the burnup credit adopting only uranium and plutonium isotopes, considering the fission products as the safety margin.