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論文

Sensitivity and Optimization Studies on Plutonium Vector Variations for a Plutonium Burning Fast Reactor

Hunter

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(10), p.855 - 869, 2000/00

600MMW(e)Pu燃焼型高速炉についてPuベクターの変化に合わせた炉心仕様の変更を決定するための研究を行った。増殖炉用の炉心計算モデルのPu燃焼型炉心計算への適用性について調査した。単一の炉心の最適化によって、高いグレード(兵器級)から多重リサイクルで得られる低いグレードのPuまでを扱える可能性が示された。すべてのグレードのPuについてMOX燃料(富化度約45%)とし、共通の集合体形状を用いた。ここでPuベクターの変化に対して一部の燃料の希釈材への置き換えを行った。最も適切な希釈材は吸収材(11B4C)、減速材あるいは中性子透過物質(ZrHが最も有効)の二つからなり、これにより安全性に関係する炉心パラメータの最適化に対する設計の自由度を得ることができる。Pu燃焼型高速炉の中性子スペクトルは希釈材によって大きく軟化される。増殖ブランケットが無くなることにより炉心上下部において中性子束分布に歪

報告書

Analysis of measurements for a Uranium-free core experiment at the BFS-2 critical assembly

Hunter

JNC-TN9400 99-049, 74 Pages, 1999/04

JNC-TN9400-99-049.pdf:2.03MB

本報告書は、ロシア・オブニンスク物理エネルギー研究所(IPPE)の臨界実験施設BFS-2において実施されたBFS-58-1-I1実験の測定値に対する解析結果を記載したものである。同実験体系は、Pu燃焼炉としてUが存在しない炉心を構成したものである。測定量は、実効増倍係数、Naボイド反応度価値、物資サンプル反応度価値及び反応率比である。解析における基本核データライブラリは、JENDL-3.2を用いた。種々の物質構成を持つ実験体系各部の実効断面積はSLAROM及びCASUPにより求めた。この際、2次元的な物質配置を1次元非均質モデルで処理するために、3種類のオプションを用いて検討を行った。中性子束分布及び実効増倍係数は、2次元r-z体系で、拡散理論(CITATION)及び輸送理論(TWOTRAN2)を用いて求めた。反応度価値は、直接計算及び厳密摂動計算(拡散計算の場合PERKYを、輸送計算の場合SN-PERTを使用)によって求めた。実験体系仕様及び実験結果の詳細は、ロシアへの委託研究ISTC-220の報告書をベースに、不明点をIPPE技術者から追加入手した。解析結果については、ISTC報告会でIPPE及び仏CEAの結果を入手した。参考のため、本実験値に対するIPPE及び仏CEAによる解析値も記載した。実効増倍係数は、解析値が実験値に対して1.1%$$delta$$k/kk'大きかった。Naボイド反応度価値のC/E値は約1.06だった。これらは実験解析上の誤差を考慮すれば整合性に問題ない結果と考えられる。物質サンプル反応度価値のC/E値は概ね1.1$$sim$$1.3の範囲であり、各種反応率比のC/E値は1.0からのずれが大きかった。これらについては、実験解析上の誤差からは合理的な説明ができず、IPPE提示の実験誤差や今回使用した解析モデルの改善等についてさらなる検討が必要である。本実験解析の実施により、Uが存在しない炉心体系における解析精度に関する情報が初めて得られたことに加え、今後推進されるロシアとの研究協力を通じて解析対象とすべきBFS-2臨界実験体系のモデル化に関する知見を蓄積できた。なお、今後の検討に資するため、BFS-58-1-I1実験体系に関するIPPEの提示情報、計算モデル構築上修正する必要性が生じた情報、及び解析用データセットをそれぞれ付録にまとめた。

報告書

Super-Phenix Benchmark used for Comparison of PNC and CEA Calculation Methods,and of JENDL-3.2 and CARNAVAL IV Nuclear Data

Hunter

PNC-TN9410 98-015, 81 Pages, 1998/02

PNC-TN9410-98-015.pdf:3.14MB

本研究は、CEAから提供されたSuper-Phenixの起動試験炉心ベンチマークデータを動燃が解析した成果であり、動燃-CEA共同研究の一環として実施されたものである。動燃によるSuper-Phenixの解析結果を、CEAの解析結果及び実験測定値と比較したところ、CEAのC/E(解析/実験)値が系統的な径方向依存性を示すのに対して、動燃のC/E値はその30$$sim$$40%しかなく非常に小さいことが判明した。CEAが原因を検討した結果、両者のC/E値径方向依存性の違いの主たる要因は、使用した核データセット(JENDL-3.2CARNAVAL-IIII)にあると結論された。本検討の最終段階として、動燃はこの2種の核データセットの違い詳細に検討するために、感度解析を実施した。中性子束分布計算で用いた解析コードは2次元RZまたは3次元Hex-モデルのCITATIONとMOSESコードである。JENDL-3.2CARNAVAL-IIIIの違いに対する感度解析は、SAGEPコードを用いて行われた。ここでは、両者のエネルギー構造を統一するための縮約操作を施す必要があり、また、両者の核断面積の定義には幾つか食い違いがあることが分かった。感度解析の結果、JENDL-3.2とCARNAVAL-IIIIのC/E値径方向依存性の違いの原因は、少数の核種による寄与であることが判明した。両者の核データの比較結果は以下のとおりである。核分裂当たりの中性子発生数$$nu$$の違いは小さい($$<$$5%)。低エネルギーでの核分裂断面積差は大きい($$<$$30%、代表値$$<$$10%)。下方散乱断面積は相対差としては大きい違いがあるが、絶対値の差は自群散乱と比較すれば無視できる。自群散乱の相対差は75%程度まであり、一般には20%以下である。捕獲断面積の違いは非常に大きく、30$$sim$$200%まで見られた。

報告書

Fast Reactor Calculational Route for Pu Burning Core Design

Hunter

PNC-TN9460 98-001, 156 Pages, 1998/01

PNC-TN9460-98-001.pdf:5.71MB

この報告書では、炉新技術開発室において用いられている高速炉心の感度解析や初期炉心設計の最適化に関する解析手順について解説する。この報告書の主目的は、将来、この計算手順を追うことになる日本語に不慣れなユーザーの助けとなるように、英語でこの計算手順について解説することにある。また、その他のすべてのユーザーの助けとなるよう、この報告書には、この計算手順の各部分についての詳細な情報も記述した。著者は、プルトニウム燃焼炉心の-これらの変更点についても、本報告書に記載した。この解析手順では、複数のコンピュータプログラムを利用する。SLAROMコードは、均質、非均質モデルを用いて、燃料組成から実行断面積を計算する。CITATIONコード、MOSESコードは炉心の燃焼方程式や中性子拡散方程式を解く。CITATIONコードは、2次元(RZモデル)体系の計算に対して用い、MOSESコードは3次元(HEX-Zモデル)体系の計算に用いる。PENCILコード、CITDENSコードは、CITATIONを特殊目的利用のために書き換えたものである。(PENCILコードは、計算データの準備等の機能を持つ。)MASSNコードは、燃料サイクル物質収支を計算する。PERKYは、1次摂動計算や厳密摂動計算と計算コード間のデータ交換の機能を持つ。解析手順について簡単な述べた後、この解析の流れをステップ毎に詳細に説明する。また、付録にはサンプルJCLとデータファイルを添付し、ユーザーが必要なコードについては、完全に解説を行った。なお、この報告書は、それぞれの計算コードについては、解説を行っていない。通常、無視できるオプションや、通常、固定値を用いるデータに関する記述は省いた。この報告書には、種々の計算で行ったモデル化や仮定についてもコメントや説明を記載した。また、この計算手順やコンピュータシステムを利用する上で必要となる実際的な情報についてあわせて記載した。

報告書

Pu Vector Sensitivity Study for a Pu Burning Fast Reactor Part II:Rod Worth Assessment and Design Optimization

Hunter

PNC-TN9410 97-057, 106 Pages, 1997/05

PNC-TN9410-97-057.pdf:2.99MB

本研究の目的は、高速炉におけるPu同位体組成比(Puベクター)変化の炉心特性に与える影響を調べ、そしてそれに対応する方策を検討し、最終的には、同一炉心において色々なPuベクターの燃料を燃焼できる最適炉心を構築することにある。本研究では、PWRでのMOX燃料照射によって得られたPuベクターを持つPu燃料を燃焼するために最適化された600MWeクラス高速炉炉心をベースとした。このレファレンスPuベクターに加えて、2つの極端なPuベクター(高フィッサイルPu:解体核Pu、劣化Pu:多重リサイクルPu)の場合について解析評価した。Puベクターの変化に対して、燃料体積比の調整(幾つかの燃料ピンを希釈ピンで置き換えたり、燃料ピン径を変更する方策)により対応できることが分かった。希釈材として、ZrHを使用した場合、炉心性能が大幅に改善されることが分かった。ただ、劣化Puにたいしては、燃料体積比を大幅に増加させることに加えて、制御棒ワースのマージンを確保するために、制御棒本数の増加が必要となることが分かった。今回の検討により、燃料ピン径の増大や制御棒本数の増加により、ラッパー管サイズを変更せずに、1つの炉心で幅広いPuベクターを持つ燃料を燃焼できる炉心概念を構築することができた。これにより、高速炉のPu燃焼における柔軟性を示すことができた。

報告書

Pu Vector sensitivity Study for a Pu burning fast reactor

Hunter, S.

PNC-TN9410 96-011, 107 Pages, 1996/01

PNC-TN9410-96-011.pdf:3.41MB

動燃事業団では、核種分離・消滅処理研究の一環として、大電力電子加速器を用いて長寿命核分裂生成物を消滅する可能性を研究している。電子加速器を用いると、二次的な放射化が少ないこと、広範な加速器技術を利用することができることという利点がある。現在開発中のエネルギー10MeV進行波還流型大電力CW電子線形加速器の前段部分を設置し、入射部試験を実施している。これまでに、進行波加速管にビーム電流100mAのビーム負荷を加えることができた。またパルス幅が3msecという長い電子ビ-ムを安定に加速することができた.平成9年3月に、残りの加速管6本を設置が完了し、平成9年度から全加速器の運転試験に向けて準備・調整を行っている。また、消滅処理システムして電子線加速器による単色光子の発生装置についても触れる。

論文

Study on Pu Burning in a Fast Reactor

若林 利男; 杉野 和輝; Hunter

NEA Workshop on the Physics and Fuel Peactor-Based Pluto-nium Disposition, , 

高速炉は、中性子経済が良いためPuの増殖、燃焼等、多様な炉心を構築することが可能である。この様な多様な可能性を持つ高速炉は、Pu蓄積量の適正化において重要な役割を果たすことが期待される。高速炉のPu燃焼特性について検討、評価した。MOX燃料のPu燃焼炉において、ブランケットの削除、燃料ピンピンの最適化により、Pu燃焼率(75kg/TWe)が達成することができる見通しである。また、ウラン無し燃料炉心においては、110-120kg/TWeの高いPu燃焼率が得られることが分かった。更に、多様なPu同位体組成比に対応できるPu燃焼高速炉の最適炉心の検討を行った。

論文

Calculational Analysis of the Critical Assembly BFS-58-1-11 Simulating a Fast Reactor Core with Uranium-free Fuel

Hunter; Tikhom, A. V.*; Semen, M. Yu.*; Rimpault, G.*

International Congress ENS '98 and World Exhibitio, , 

ISTC協力の枠組みで,ロシアの臨界実験装置BFS-2を用いて,ウラン無し高速炉炉心の臨界実験BFS-IIが実施された。本論文は,このウラン無し炉心の解析を,ロシアIPPE・動燃・フランスCEAが各々実施した結果を,比較検討して評価したものである。3つの機関は,異なった核データライブラリと解析コードシステムを用いたが,全体的な傾向として,3者の解析結果に大きな違いは見られなかった。また,ウラン無し炉心の解析精度は,従来型のMOX炉心とさほど違わないことも判明したが,Naボイド反応度については,一部大きなC/E値のいずれが見られ,今後の検討を要する。

論文

Pu Vector Sensitivity Study for a 600MW(e), Pu Burning ,Fast Reactor

Hunter

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors (PHYSOR '96), , 

高速炉でPu燃焼を行う場合の,Pu同位体組成比変化が炉心特性に与える影響について解析評価した。Pu同位体組成比変化に対応して,燃料集合体内に希釈ピン(アルミナ,ZrH1.7),吸収ピン(10B4C)等を配置することにより,Pu高化度45%の燃焼できることがわかった。高速炉のPu利用の柔軟性を示すことができた。

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