Study on Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Design study of fuel and reactor core

日本におけるプルトニウム燃焼高温ガス炉の研究; 燃料及び炉心の設計研究

後藤 実  ; 相原 純 ; 稲葉 良知  ; 植田 祥平   ; 深谷 裕司   ; 岡本 孝司*

Goto, Minoru; Aihara, Jun; Inaba, Yoshitomo; Ueta, Shohei; Fukaya, Yuji; Okamoto, Koji*

日本原子力研究開発機構はプルトニウム燃焼高温ガス炉の設計研究を行っている。プルトニウム燃焼高温ガス炉は核分裂によりプルトニウムを削減するため、効率的な削減には高燃焼度が必要とされる。燃料設計においては、高燃焼度での被覆燃料粒子の破損を防ぐために、酸素ゲッターとして機能し内圧を抑制する薄いZrC層を燃料核に被覆することとした。被覆燃料粒子の圧力容器としての機能を持つSiC層の応力解析をZrC層による内圧抑制効果を考慮して行い、500GWd/tの高燃焼度における被覆燃料粒子の破損割合は目標値を満たした。炉心設計においては、高燃焼度を達成するために軸方向燃料シャッフリングを採用することとした。全炉心燃焼計算及び燃料温度計算を行い、炉停止余裕及び反応度温度係数といった核特性値、及び燃料温度は目標値を満たした。

JAEA has conducted design studies of a Pu-burner HTGR. The Pu-burner HTGR incinerates Pu by fission, and hence a high burn-up is required for the efficient incineration. In the fuel design, a thin ZrC layer, which acts as an oxygen getter and suppresses the internal pressure, was coated on the fuel kernel to prevent the CFP failure at the high burn-up. A stress analysis of the SiC layer, which acts as a pressure vessel for the CFP, was performed for with consideration of the depression effect due to the ZrC layer. As a result, the CFP failure fraction at high burn-up of 500 GWd/t satisfied the target value. In the reactor core design, an axial fuel shuffling was employed to attain the high burn-up, and the nuclear burn-up calculations with the whole core model and the fuel temperature calculations were performed. As a result, the nuclear characteristics, which are the shutdown margin and the temperature coefficient of reactivity, and the fuel temperature satisfied their target values.