NMB4.0: Development of integrated nuclear fuel cycle simulator from the front to back-end

NMB4.0: フロントエンドからバックエンドまでの統合核燃料サイクルシミュレーターの開発

岡村 知拓*; 方野 量太   ; 大泉 昭人   ; 西原 健司  ; 中瀬 正彦*; 朝野 英一*; 竹下 健二*

Okamura, Tomohiro*; Katano, Ryota; Oizumi, Akito; Nishihara, Kenji; Nakase, Masahiko*; Asano, Hidekazu*; Takeshita, Kenji*

東京工業大学と日本原子力研究開発機構の共同研究開発により、Nuclear Material Balance code version 4.0 (NMB4.0)が開発された。従来の核燃料サイクルシミュレーションコードは、主にアクチノイドの解析を行い、フロントエンドのマスバランス解析に特化していた。しかし、近年、研究開発戦略や持続的な原子力利用を考える上で、バックエンドの定量的なシミュレーションのニーズが高まっている。そこで、フロントエンドからバックエンドまでを統合した核燃料サイクルシミュレーションを実現するために、NMB4.0が開発された。NMB4.0には3つの技術的特徴がある。(1)179核種を核燃料サイクル全体で追跡していること、(2)半減期の短い核種の枯渇計算の精度を維持しつつ、数値計算コストの削減に貢献するOkamura explicit method (OEM)を実装していること、(3)バックエンドシミュレーションの柔軟性を実現していることである。本論文の目的は、統合的な核燃料サイクルシミュレーションのために新たに開発された機能を示し、他のコードとのベンチマークを行い、NMB4.0の計算性能を示すことである。

Nuclear Material Balance code version 4.0 (NMB4.0) has been developed through collaborative R&D between Tokyo Institute of Technology and JAEA. Conventional nuclear fuel cycle simulation codes mainly analyze actinides and are specialized for front-end mass balance analysis. However, quantitative back-end simulation has recently become necessary for considering R&D strategies and sustainable nuclear energy utilization. Therefore, NMB4.0 was developed to realize the integrated nuclear fuel cycle simulation from front- to back-end. There are three technical features in NMB4.0: 179 nuclides are tracked, more than any other code, throughout the nuclear fuel cycle; the Okamura explicit method is implemented, which contributes to reducing the numerical cost while maintaining the accuracy of depletion calculations on nuclides with a shorter half-life; and flexibility of back-end simulation is achieved. The main objective of this paper is to show the newly developed functions, made for integrated back-end simulation, and verify NMB4.0 through a benchmark study to show the computational performance.