Evaluation of critical experimental core configurations to simulate non-uniform fuel debris

不均一な燃料デブリを模擬する臨界実験炉心構成の評価

郡司 智  ; 荒木 祥平   ; 須山 賢也; 井澤 一彦 

Gunji, Satoshi; Araki, Shohei; Suyama, Kenya; Izawa, Kazuhiko

燃料デブリには、非均質な組成だけでなく、不均一な組成も想定される。そのため、その臨界管理に用いられる計算方法を実験的に検証する必要がある。本研究では、燃料デブリを構成するウラン酸化物燃料棒,コンクリート棒及びステンレス鋼棒を不均一に配置した原子力機構の臨界集合体「STACY」の炉心構成を複数検討し、燃料デブリの不均一な状態を模擬した炉心構成について解析的に検証を行った。本論文では、異なる構成要素を持つ1515の中央試験領域を持つSTACY炉心構成の4つのケースを示す。また、各ケースにおいて乱数に基づいて試験領域の配置パターンを100個作成し、その中性子実効増倍率を評価した。いずれの場合も、中央値が平均値よりも大きくなった。また、パターン変更により実効増倍率に1ドル以上の差があること、局所的な中性子減速条件を変更することで中性子スペクトルが大きく変化することが確認された。特に、熱中性子吸収量の増加により、局所的に水対燃料比の大きな中性子過減速領域が形成されると、実効増倍率が小さくなることを確認した。このような複数組成の不均一配置による臨界実験は、計算コードの妥当性を評価するために有用である。

The fuel debris is expected to have not only heterogeneous but also non-uniform compositions. Therefore, the calculation method used in their criticality management is required to be validated experimentally. In this study, several core configurations of a new critical assembly "STACY" of JAEA with non-uniform arrangements of uranium oxide fuel rods, concrete rods and stainless steel rods, which are components of the fuel debris, were studied. In each case, the median value of 100 sample patterns was larger than the mean effective multiplication factor. It was also confirmed that there are differences in the effective multiplication factor of more than one dollar by the pattern changing, and that the neutron spectra can change significantly by changing the local neutron moderation conditions. In particular, the effective multiplication factor became smaller when over-moderated regions with large water-to-fuel ratios were formed in the core configurations due to increases in thermal neutron absorption. Such criticality experiments with non-uniform arrangements of multiple compositions will be useful to evaluate the validity of the calculation code.