Development of new treatment of fuel isotope vector in the core disruptive accident analysis of fast reactors

高速炉炉心損傷事故解析における燃料同位体の新しい取り扱い方法の開発

田上 浩孝 ; 石田 真也  ; 飛田 吉春

Tagami, Hirotaka; Ishida, Shinya; Tobita, Yoshiharu

将来炉の設計において、軸方向及び水平方向に非均質な炉心を持つ高速炉の炉心崩壊事故の事象進展評価の需要がある。これを実現するために、高速炉の炉心崩壊事故解析コードであるSIMMERに、計算負荷を増大させずに任意の数の燃料核種成分の移動を流動場で評価し、その空間分布を詳細化するPu vectorモデルを考案した。従来のコードでは、流動部が扱う燃料核種成分が2つであったことから、炉心損傷事故評価を実施する前に、対象炉心に対して、燃料核種を最適な2成分に分類するための作業を行う必要があった。また、大型炉やブランケット燃料を含む炉で顕著となる、燃料核種成分の空間的に不規則な分布を評価するために扱える燃料成分数が不十分であり、集合体ごとの出力分布の解析精度に限界があった。Pu vectorモデルの導入によって、考慮すべき燃料核種成分の初期分布を与えるのみで、計算セルにおける燃料核種成分の割合と対流を通したその分布の変化が詳細化されるため、将来の大型非均質炉解析へのSIMMERの適用性が向上すると考えられる。

In a design of future Sodium-cooled Fast Reactor, there is a demand for evaluation of sequences and consequences of core disruptive accidents. Future SFRs include a unique core design with axially or horizontally heterogeneous core arrangement having complex fuel isotope distribution. A new model to flexibly represent fuel isotope distribution, called the Pu-vector model, has been developed in this study for inclusion in the SIMMER-III and SIMMER-IV codes (simply called as SIMMER). The model calculates movement of individual fuel isotopes, assuming they always accompany the convecting fuel in the fluid-dynamics model. The accuracy of the Pu-vector model was confirmed by comparing with the standard Monte Carlo static neutronics calculation. The new model can improve some of the limitations in the current SIMMER code, in which the fuel isotopes are represented only by two groups, fertile and fissile fuels. Assignment of a number of fuel isotopes to the two groups requires a detailed examination of different combinations of fuel isotopes to determine an optimized combination. The Pu-vector model can eliminate this complicated procedure to be performed prior to a SIMMER analysis, and more importantly provides accurate spatial distribution of fuel isotopes and thus will improve the applicability of SIMMER to the analyses of future large heterogeneous reactors.