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Self-shielding effect of double heterogeneity for plutonium burner HTGR design

プルトニウム燃焼高温ガス炉設計の二重非均質による自己遮蔽効果

深谷 裕司; 後藤 実; 大橋 弘史

Fukaya, Yuji; Goto, Minoru; Ohashi, Hirofumi

プルトニウム燃焼高温ガス炉のための二重非均質による自己遮蔽効果の研究が行われた。プルトニウム燃焼高温ガス炉設計の先行研究では、二重非均質性の利点を用い余剰反応度の制御を行った。本研究では、自己遮蔽効果のメカニズムを燃焼解析及び厳密摂動論に基づいた反応度分解法により解明した。結果として、燃焼反応度の特性が$$^{240}$$Puの1eVの共鳴断面積ピークにより決まり、背景断面積の表面項に依存することが明らかとなった。すなわち燃料塊からの中性子の漏洩と減速材への衝突により決定される。さらに、顕著なスペクトルシフトが燃焼期間中に起こり、この効果が、$$^{239}$$Puと$$^{240}$$PuのEOLにおける反応度価値が強化されることが分かった。

The investigation on self-shielding effect of double heterogeneity for plutonium burner High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) design has been performed. Plutonium burner HTGR designed in the previous study by using the advantage of double heterogeneity to control excess reactivity. In the present study, the mechanism of the self-shielding effect is elucidated by the analysis of burn-up calculation and reactivity decomposition based on exact perturbation theory. As a result, it is revealed that the characteristics of burn-up reactivity are determined by resonance cross section peak at 1 eV of $$^{240}$$Pu due to the surface term of background cross section, this is, the characteristics of neutron leakage from fuel lump and collision to a moderator. Moreover, significant spectrum shift is caused during the burn-up period, and it enhances reactivity worth of $$^{239}$$Pu and $$^{240}$$Pu in EOL.

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