Design studies of a low sodium void reactivity core able to accommodate degraded TRU fuel

高次化TRU燃料に対応可能な低ナトリウムボイド反応度炉心の設計検討

川島 克之; 杉野 和輝; 大木 繁夫 ; 大久保 努

Kawashima, Katsuyuki; Sugino, Kazuteru; Oki, Shigeo; Okubo, Tsutomu

JSFRの設計では、ボイド反応度の設計目安値を6ドル程度としているが、JSFRが受け入れるTRU燃料組成の影響を考慮すると、レファレンス炉心とは別に、低ボイド反応度炉心の検討を進めておくことは意味があると考えられる。本検討では、ボイド反応度の低減を図る新しい炉心概念として、炉心上部にNaプレナムを分散配置した炉心(BUMPY炉心と称する)を提案した。BUMPY炉心の特徴は、上部にNaプレナムを設けた部分長燃料を炉心内に分散配置して、燃料集合体間で燃料長さに段差をつけたことである。部分長燃料を分散配置することで、段差部のNaプレナム領域に隣接する燃料領域の面積が大きくなり、ボイド時に、燃料領域からNaプレナム領域への中性子漏洩(上方向及び横方向)が促進される。これによりボイド反応度を低減するものである。JSFRにBUMPY炉心概念を適用した。部分長燃料の装荷割合と段差の調整により、ボイド反応度の設計目標値にフレキシブルに対応できる。ボイド反応度は、レファレンス炉心の5.3ドル(高速炉多重リサイクル組成TRU燃料)に対して、BUMPY炉心では2.5ドルと大幅に低減された。ドップラー係数はレファレンス炉心の値と大きく変わらない。

Although the sodium void reactivity is limited up to 6 dollars in the current JSFR design, it should be significant to perform design studies of the low sodium void reactivity core besides the reference design, to increase the design margin considering any influence of the TRU fuel compositions. In this study, the BUMPY core is proposed as the low sodium void core concept, in which the partial-length fuels with upper sodium plenum are interspersed within the core, causing the steps in fuel length in the neighboring fuel assemblies. The void reactivity is considerably reduced due to the upward and lateral neutron leakage from the fuel region to the sodium plenum upon voiding. The BUMPY core is applied to the JSFR design. The calculated void reactivity of the BUMPY core is 2.5 dollars, which is considerably reduced from 5.3 dollars for the reference core. Moreover, the Doppler coefficient is almost the same as the reference core.