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Feasibility study on burnable poison credit concept to HTGR fuel fabrication from core specification perspective

高温ガス炉燃料製造に関するBPクレジット概念の炉心性能の観点からの成立性の研究

深谷 裕司; 植田 祥平; 後藤 実; 大橋 弘史

Fukaya, Yuji; Ueta, Shohei; Goto, Minoru; Ohashi, Hirofumi

高温ガス炉燃料製造に関するBPクレジット概念の成立性に関して研究を実施した。可燃性毒物(BP)を燃料製造の前段において燃料物質に混合することにより、商用高温ガス炉の濃縮度14wt%のような高い濃縮度の燃料製造においても、全工程で臨界安全が担保される。しかしながら、その毒作用は高温ガス炉炉内においての臨界性も妨げ、炉心の運転サイクル長や達成燃焼度を低下させる恐れがある。そのため、その効果は全炉心燃焼解析によって評価されるべきである。BPとしては、ホウ素,ガドリニウム,エルビウム,ハフニウムについて検討した。その結果、ホウ素とガドリニウムに関し、この概念に適していること、濃縮度14wt%の燃料も濃縮度9.9wt%の高温工学試験研究炉(HTTR)燃料製造プラントで製造が可能であることが分かった。ホウ素とガドリニウムを用いた際、商用高温ガス炉燃料は濃縮度の上限が5wt%である軽水炉燃料製造プラントと同程度の臨界安全対策で製造可能であることも分かった。特に、ガドリニウムはそのスペクトル依存性により、顕著な適用性を示しており、更なる強力な安全対策も成立する。

Feasibility study on Burnable Poison (BP) credit concept to High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) fuel fabrication has been performed. By mixing BP into fuel material in the first place of fuel fabrication, criticality safety is ensured in the all fuel fabrication process even with high enrichment fuel such as 14 wt% used in commercial HTGR. However, the poison effect also prevents the criticality even in the HTGR core, and it may shorten cycle length and achievable burn-up of the core. Therefore, the effect is evaluated by whole core burn-up calculation. As a BP, boron, gadolinium, erbium, and hafnium are investigated. As a result, it is found that boron and gadolinium suit this concept and the 14 wt% fuel can be fabricated in the plant fabricating 9.9 wt% High Temperature engineering Test Reactor (HTTR) fuel. With the boron and gadolinium, the commercial HTGR fuel can be fabricated with the safety measure as same as Light Water Reactor (LWR) fuel facility to treat the fuel with the enrichment up to 5 wt%. Especially, gadolinium is significantly suitable to this concept due to the dependency to spectrum, and more enhanced safety measure is feasible as well.

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