Criticality configuration design methodology applied to the design of fuel debris experiment in the new STACY

新STACYにおける燃料デブリ実験の設計に適用される臨界構成設計方法論

郡司 智  ; 外池 幸太郎 ; Clavel, J.-B.*; Duhamel, I.*

Gunji, Satoshi; Tonoike, Kotaro; Clavel, J.-B.*; Duhamel, I.*

新しい臨界実験装置STACY更新炉は、燃料デブリに関連する臨界計算の検証に貢献することができ、原子力機構(JAEA)と仏IRSNの共同研究として実験炉心設計が進行中である。この論文では、燃料デブリの溶融炉心コンクリート相互作用(MCCI)を模擬した模擬燃料デブリの臨界特性を測定するための新しいSTACYの炉心設計を最適化するために適用される方法を示す。炉心設計がコード検証に関連していることを確認するには、関心のある主要な同位体が持つ反応度価値と、断面積に対する実効増倍率kの感度を評価することが重要である。この研究で説明されている燃料デブリの場合、特にそのコンクリート組成では、ケイ素が断面に対するk感度が最も高くなる核種である。最適なアルゴリズムを使用して評価に最適な炉心設計を効率的に見つけ、ケイ素の捕獲断面積の高い感度を得るために、格子ピッチや炉心の寸法などのいくつかのパラメーターを調整した。これらの最適化手法の適用結果に基づいて、MCCIの興味深い感度フィードバックを得るための新しいSTACYでの燃料デブリの現実的な一連の実験を定義できた。この方法論は、新しいSTACYの他の実験条件を設計するのに役立てることができる。

The new critical assembly STACY will be able to contribute to the validation of criticality calculations related to the fuel debris. The experimental core designs are in progress in the frame of JAEA/IRSN collaboration. This paper presents the method applied to optimize the design of the new STACY core to measure the criticality characteristics of pseudo fuel debris that simulated Molten Core Concrete Interaction (MCCI) of the fuel debris. To ensure that a core configuration is relevant for code validation, it is important to evaluate the reactivity worth of the main isotopes of interest and their k sensitivity to their cross sections. In the case of the fuel debris described in this study, especially for the concrete composition, silicon is the nucleus with the highest k sensitivity to the cross section. For this purpose, some parameters of the core configuration, as for example the lattice pitches or the core dimensions, were adjusted using optimization algorithm to find efficiently the optimal core configurations to obtain high sensitivity of silicon capture cross section. Based on these results, realistic series of experiments for fuel debris in the new STACY could be defined to obtain an interesting feedback for the MCCI. This methodology is useful to design other experimental conditions of the new STACY.