Feasibility study of passive spectrometry of molten core material from Fukushima Daiichi Nuclear Power Station unit 1, 2 and 3 cores for special nuclear material accountancy; Low-volatile FP and special nuclear material inventory analysis and fundamental characteristics of -rays from fuel debris

パッシブスペクトロメトリを用いた福島第一原子力発電所1, 2, 3号機炉心溶融燃料の核燃料物質計量性のフィージビリティスタディ; 低揮発性FP及び核燃料物質インベントリ評価並びに燃料デブリからの漏えい線基礎特性評価

相樂 洋; 富川 裕文; 綿引 優; 久野 祐輔

Sagara, Hiroshi; Tomikawa, Hirofumi; Watahiki, Masaru; Kuno, Yusuke

パッシブスペクトロメトリを用いた福島第一原子力発電所1, 2, 3号機炉心溶融燃料の核燃料物質計量性のフィージビリティスタディを、低揮発性FP及び核燃料物質インベントリ評価並びに燃料デブリからの漏えい線基礎特性評価に焦点を当て実施した。低揮発性FPであるEu, Ceと核燃料物質の重量比を、炉心平均及び燃焼度依存で導出した。不確実性として、U濃縮度,比出力,水ボイド率,冷却期間,計算コード精度及び揮発率を考慮して評価した。同様の手法は3号炉にも適用可能だが、1照射MOX燃料が分離して存在する場合不確実性は大きくなる。事故後時間経過に応じた線源スペクトル評価結果より、Euは、5, 10, 20年後までピークは顕著であり、Ceは10年後まではピークが見られるが20年後までの間に減衰しピークは確認されない、Csは134及び137ともに放出率99%を考慮してもピークは顕著であり、検出可能性を確認した。質量減弱係数をデブリのさまざまな組成に対し評価し、1.2MeV以上の高エネルギーにおいて、燃料デブリ組成依存性が限定的であることを確認した。線漏えい率に対するさまざまなパラメータによる感度解析を実施し、一定以上の大きさの燃料デブリにおいて重大な遮蔽影響を確認し、Euの特性線のピーク比と線漏えい率の相関性を整理した。最後にTMI-2での収納缶を模擬した仮想収納缶モデルを使った予備的解析結果を示し、今後の研究計画を紹介した。

Feasibility study of spectrometry of molten core material from Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Unit 1, 2 and 3 cores for special nuclear material accountancy has been performed, focusing on the low-volatile fission product and heavy metal inventory analysis, and fundamental characteristics of -ray from fuel debris for passive measurement. The inventory ratio of low-volatile lanthanides, Eu and Ce, to special nuclear material were evaluated by whole core inventory in unit 1, 2 and 3 cores as reference value for homogenized molten fuel material, and also as a function of burnup for specific fuel debris, considering the sensitivity of enrichment, specific power, water void fraction, cooling time, calculation tool accuracy and release ratio. The same indices could be applied to unit 3, while the uncertainty of specific fuel debris of separated MOX fuel would be increased significantly. Source photon spectrum results showed the detectability of low-volatile high energy -rays emitted from Eu at least in 20 years after the accident, that from Ce/Pr in 10 years, and volatile Cs and Cs at least in 20 years with 99% or more release ratio. Mass attenuation coefficients of fuel debris was evaluated to be insensitive to its compositions in high energy region. Leakage photon ratio was evaluated with variety of parameters and significant impact was confirmed with certain size of fuel debris, its correlation was summarized with respect to the photopeak ratio of source Eu. Finally, preliminary study with hypothetical canister model of fuel debris based on TMI-2 experience, and future plan were introduced.