Critical experiment plans on the new STACY to clarify the criticality characteristics of the molten core-concrete interaction products

新STACYにおけるMCCI生成物の臨界特性を明らかにするための臨界実験計画

郡司 智  ; 荒木 祥平   ; 井澤 一彦 ; 須山 賢也

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

東京電力福島第一原子力発電所事故では大量の燃料デブリが発生したと考えられている。特に、溶融炉心-コンクリート相互作用(MCCI)の生成物であるコンクリート成分を含む燃料デブリの臨界特性はこれまで十分に調査されていない。本研究では、コンクリートを含む模擬燃料デブリ試料を用いた臨界集合体での臨界実験を計画するため、コンクリート成分におけるSi断面およびCa断面の実効増倍率に対する感度を、試作試料の元素分析に基づき計算解析を用いて評価した。これらの感度計算は、試料の装荷方法および組成ごとに実施・評価された。我々は、Ca捕捉反応の感度のエネルギープロファイルに注目し、試料組成や中性子減速条件によって感度エネルギープロファイルの形状が変化することを確認した。異なる実験ケースで得られた感度の傾向を明らかにすることで、各実験法の特徴を知見として得た。試料中のコンクリートの量を増やし、実験炉心構成における中性子減速条件を変更した場合にも、同様に感度エネルギープロファイルの形状に変化が生じることがわかった。この結果は、核分裂性物質を含まないコンクリート試料を用いた実施可能な臨界実験により、MCCI製品の核的特性を再現できる可能性を示す。

It is considered that a large amount of fuel debris was generated in the TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident. In particular, the criticality characteristics of the fuel debris, including concrete components, which are products of molten core-concrete interaction (MCCI), have not been well investigated. In this study, to plan physical simulation in critical experiments at the critical assembly using pseudo fuel debris samples including concrete, we evaluated the sensitivity to the effective multiplication factor of the Si and Ca cross sections in the concrete-simulant sample based on the results of elemental analysis of the prototype. These sensitivity calculations were carried out for each sample loading method and composition. We focused on the energy profile of the sensitivity of the Ca capture reaction and confirmed that the shape of the sensitivity energy profile changed depending on the sample compositions and neutron moderation conditions. We could know the characteristics of each experimental method by clarifying the trends of sensitivity obtained in different experimental cases. It was found that increasing the amount of concrete in the samples and changing the neutron moderation conditions in the experimental core configurations produced similar changes in the shape of the sensitivity energy profile. This result shows the possibility of reproducing the characteristics of MCCI products through practical critical experiments using concrete materials that do not contain fissile materials.