Application of Monte Carlo solver Solomon to critical mass calculation of fuel randomization system

モンテカルロソルバーSolomonの燃料乱雑体系の臨界量解析への適用

渡邉 友章  ; 植木 太郎  ; 須山 賢也

Watanabe, Tomoaki; Ueki, Taro; Suyama, Kenya

原子力機構が開発中のモンテカルロソルバーSolomonは、燃料デブリの臨界性評価を目的とした複数の物質の乱雑体系における臨界性の計算が可能である。本研究では、Solomonを用いて燃料乱雑体系の臨界量計算を実施することにより、燃料デブリの臨界量計算へのSolomonの適用性を検討した。臨界量計算では、燃焼度の異なる燃料と水が乱雑に分布するような燃料乱雑体系に対してSolomonの不完全確率的乱雑化ワイエルシュトラス関数(IRWF)モデルあるいはボクセル形状によりモデル化された。また、単純な均質系及び不均質系の臨界量計算を行い、燃料乱雑体系の臨界量と比較した。その結果、燃料の乱雑化によって臨界量が大きく変化することが分かった。得られた臨界量は正規分布に近い分布をしており、臨界量の不確かさをSolomonにより得られた標準偏差により推定できる見通しが得られた。また、燃料の乱雑さによる不確かさを考慮した場合、Solomonによって得られた臨界量は単純な非均質体系のものよりも小さくなるケースが見いだされた。この結果から、Solomonが燃料デブリの臨界安全評価において妥当な安全裕度の推定などに有用である可能性が示された。

Solomon, a Monte Carlo solver being developed by JAEA, can calculate criticality in multi-material randomized systems for criticality evaluation of fuel debris. This study investigates the applicability of Solomon to critical mass calculations of fuel debris. We performed critical mass calculations of fuel randomization systems using Solomon. The fuel randomization systems, where burned fuels with different burnups and water are randomly distributed, were modeled by the incomplete randomized Weierstrass function (IRWF) model or voxel geometry in Solomon. Critical mass calculations of simple homogeneous and heterogeneous systems were also performed, and the critical sizes were compared to fuel randomization systems. The results showed that the fuel randomization causes significant variations in the critical mass. The obtained critical sizes were distributed close to a normal distribution, which made it reasonable to estimate the uncertainty of critical mass as the standard deviation. The critical sizes with uncertainty obtained by Solomon were smaller than those of a simple heterogeneous system. This indicates Solomon would be useful for estimating or evaluating a reasonable safety margin in criticality safety evaluations of fuel debris.