Comparison of calculated bare critical masses between two versions of the Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL-5 and JENDL-4.0

JENDL-5とJENDL-4.0を用いて算出された裸の臨界質量(BCM)の比較

大泉 昭人   

Oizumi, Akito

環境負荷低減の観点で、商業サイクルから分離したマイナーアクチノイド(MA)を高効率で核変換させることを目的とした、加速器駆動システム(ADS)を用いた核燃料サイクル設計が進められている。ADS燃料は効率的に核変換させたいMAを大量に含んでいる。MAの多くは臨界質量の実測値や実験値が無いため、臨界安全の観点でのADSサイクル内の施設設計は、解析値に頼らざるを得ない。評価済み核データの更新が臨界質量にどの程度の影響を与えるか把握しておくことが重要となる。本研究では、2021年12月に公開された最新のJENDL-5と一世代前のJENDL-4.0を用いて算出した、臨界質量の評価の基本となる裸の金属球の臨界質量について、アクチノイドの同位体ごとに比較し、議論した。その結果、ICSBEPに登録された金属球の積分実験データを有している核種、U, U, Np, Puは、両核データのBCMの差が1%未満であった。一方で、ICSBEPやIRPhEPに登録されている積分実験データが比較的少ないか、無い核種、Am, Am, Cm, Cmは、両核データのBCMの差がおよそ7-40%の差があった。さらにBCMの差に影響を与えた核データについても分析した結果、例えばCmの場合、核分裂反応断面積とprompt の更新が大きな寄与を有していることを明らかにした。

Research and development of the transuranium fuel cycle with accelerator-drive systems (ADSs) transmuting minor actinides (MAs) separated from commercial cycles has been continuously conducted by the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) to reduce the high-level radioactive waste contained in the spent fuel discharged from nuclear power plants. To transmute MA with high efficiency, the ADS fuel contains a large amount of MA. The criticality safety design of facilities within the ADS cycle must rely on calculated values using the nuclear data library because there are no experimental or measured values for the critical mass of many MAs. Thus, it is crucial to figure out the impact of updating the evaluated nuclear data library on the critical mass calculation. This study compared the differences in the calculated critical masses of a bare metal sphere (BCMs) for each actinide isotope between two version of Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL-5 (released in December 2021) and JENDL-4.0 as a basic assessment. The study found that the differences in BCMs between JENDL-5 and JENDL-4.0 were less than 1% for U, U, Np, and Pu, which have the integral experimental data for metallic spheres registered in the International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP). On the other hands, the difference in BCMs between two nuclear data libraries was found to be almost 7-40% for nuclides such as Am, Am, Cm, and Cm, which have relatively limited or no integral experimental data registered in ICSBEP and International Handbook of Evaluated Reactor Physics Benchmark Experiments (IRPhEP). Furthermore, as a result of analyzing the nuclear data that influenced the difference in BCM, for example in the case of Cm, it was clarified that the update of fission reaction and prompt gave a significant contribution.