Development of core hot spot evaluation method for natural circulation decay heat removal in sodium cooled fast reactor

堂田 哲広; 大島 宏之; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-14) (CD-ROM), 13 Pages, 2011/09

ナトリウム冷却高速実用炉(JSFR)の崩壊熱除去系として完全自然循環式崩壊熱除去系が採用されている。完全自然循環システムの成立性を評価する目的で、定格運転状態から自然循環崩壊熱除去状態への移行時における炉心最高温度評価手法を開発した。本評価手法は、自然循環時に特徴的な物理現象である集合体間熱移行や集合体間及び集合体内の流量再配分効果を考慮するため、3ステップの熱流動解析で構成するものとした。また、3ステップ目の解析(サブチャンネル解析)は比較的計算負荷が大きいため、簡易評価モデルを開発し、その低減を図った。本評価手法を大型炉の外部電源喪失事象及び2次ナトリウム漏えい事故時の評価に適用した。

Effects of wire spacer contact and pellet-cladding eccentricity on fuel cladding temperature under natural circulation decay heat removal conditions in sodium-cooled fast reactor

堂田 哲広; 大島 宏之; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

Proceedings of 8th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-8) (CD-ROM), 11 Pages, 2010/10

ナトリウム冷却高速炉の実用化に向けたJSFR(Japan Sodium Cooled Fast Reactor)の設計研究においては、完全自然循環システムの採用が検討されている。われわれは完全自然循環システムの成立性を評価する目的で、定格運転状態から自然循環崩壊熱除去状態への移行時における炉心最高温度評価手法の開発を行っている。本論文では、その評価の不確かさ要因の一部であるワイヤースペーサーコンタクトと燃料ペレット偏心が被覆管最高温度へ与える影響に着目し、自然循環時におけるこれら2つの影響を定量的に評価した。商用CFDコードを用いて3次元熱流動解析を実施し、19本ワイヤ巻き燃料集合体における詳細な冷却材の流速・温度分布及び被覆管の温度分布を求めた。結果として、被覆管の最高温度に対するこれら2つの不確かさ要因の影響は発熱が崩壊熱レベルとなる自然循環状態においても無視できず、外部電源喪失事象の場合にはこれらの影響によって2次ピーク時の被覆管最高温度が数C上昇することがわかった。

A Feasibility study on a small sodium cooled reactor as a diversified power source

近澤 佳隆; 岡野 靖; 堀 徹*; 大久保 良幸*; 島川 佳郎*; 田中 俊彦*

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(8), p.829 - 843, 2006/08

https://doi.org/10.3327/jnst.43.829

実用化戦略調査研究の一環として、都市近郊設置型の電源を想定したナトリウム冷却小型炉の概念検討を実施した。原子炉構造及び主冷却系構成をパラメータとしてプラント概念案のサーベイ検討を実施し中間熱交換器・電磁ポンプ直列配置タンク型炉を選定した。炉心コンパクト化及び中間熱交換器と電磁ポンプの直列配置による原子炉容器構造の簡素化を中心に検討を実施した。炉心型式はZr含有率3領域単一Pu富化度炉心を採用して炉心出口温度を510Cから550Cに上昇した。この効果により熱効率が向上し原子炉電気出力は150MWeから165MWeに向上した。建設単価の評価では、都市近郊設置型電源の建設単価目標として35万円/kWeを設定したが、本概念は初号基建設単価(FOAK)は目標の160.1%となった。ただし、複数基の建設を前提とした建設単価(NOAK)では85.6%となり目標を達成する可能性があることが示された。

水プール直接貯蔵方式における使用済燃料冷却特性の検討

藤井 正; 堀 徹; 此村 守; 堺 公明; 小川 伸太; 大木 義久; 大久保 良幸

JNC TN9400 2002-049, 78 Pages, 2002/09

JNC-TN9400-2002-049.pdf:3.72MB

実用化戦略調査研究において概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、燃料取扱設備の簡素化を図る候補概念として、水プール直接貯蔵方式を検討している。 本概念では、取扱う集合体の崩壊熱量が比較的高い条件(実証炉の炉外貯蔵方式の約4.5倍である18KW)となるため、通常時でのプール浸漬過程や、プール移送中の事故を想定した上部からの注水過程における冷却特性に関する知見が不足している。このため、高発熱燃料の冷却特性を把握することが、プラント概念の成立性を左右する熱流動課題の一つとして指摘されていた。今回、単ピン体系での試験装置を用いて、燃料ピンの熱的条件、集合体出口形状、浸漬速度等をパラメータとした試験を実施し、冷却特性に関して、実機設計に反映できる以下のような基礎的データを取得した。・通常浸漬時の沸騰挙動の可視化やヒータピンの温度変化等により、通常浸漬時の冷却形態を同定した。・ヒータ初期温度と出口部閉塞率が、発熱部全体の冷却終了時間に対する支配因子となる。・試験中のヒータ温度上昇の最大値は、通常浸積時で約4K、注水時に約6Kと小さく、有意な温度上昇を伴うことなく冷却できる。・通常浸漬時には、出口部閉塞率を大きくした条件でも、試験体上部圧力が下部圧力を上回ることはなく、発熱部への水位上昇は阻害されない。

プルトニウム消費型高速炉の特性解析(II)

矢野 眞理*; 大久保 良幸*; 小山 和也*; 田中 洋司*

PNC TJ9678 95-002, 180 Pages, 1995/03

PNC-TJ9678-95-002.pdf:3.95MB

これまでに炉心の主要性能を損ねることなくPu消滅特性を向上きせる為の高速炉の各種炉心概念(中性子漏洩増大型高富化度炉心,吸収材添加型高富化度炉心等)の検村を行い、反応度特性を含む主要炉心特性を把握した。昨年度は80万kWe級炉心を対象に炉心高さ60cm、炉心直径5.3m、運転サイクル日数123日の基準炉心を選定し、炉心高さ、燃料体積比等の炉心パラメータが炉心特性に及ぽす影響を広範囲に解析秤価した。本年度は炉出カを60万kWeとし、以下の仕様条件の下で解析を実施し、Pu消費型高速炉の概念を更に明確にした。主要仕様は以下の通りである。炉心高さ :60cm炉心直径 :4m以内違転期間 :半年程度検討対象とした炉心概念は、(1)高富化度炉心1(最大45w/O Pu富化度)(2)高富化度炉心2(乎均30w/O Pu富化度)(3)B4C添加型炉心である。・また高富化度炉心1をペースに,1・出カ密度,2・MA添加,4・Pu組成比変更の影響を調べた.更に上紀(1).(2)の炉心を対象に炉心動特性解析を行い、ULOF、UTOP時の受動的炉停止能力を検討すると共に従来炉(60万kWe級MOX燃料炉心)との比較もおこなった。

Recurrence formula for numerical solution of slowing down equation with P approximation

大久保 良幸*; 石黒 幸雄; 鶴田 新一郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 11(8), p.348 - 352, 1974/08

https://doi.org/10.3327/jnst.11.348

これまで高中性子スペクトルの計算に用いられてきた方法には、(i)連続減速理論、(ii)減速積分を直接散乱マトリックスを用いて数値計算する、(iii)減速積分をRecurrence Formulaを使って表式化して数値計算する方法らがあった。方法(iii)は、計算機を利用する場合、コア-・メモリーと計算上の演算が少ないので、多数群を用いた詳細計算には適していると考えられている。ここでは、方法(iii)では重心・実験室系とも散乱が対称な場合のみ取り扱られていたのを、散乱のP成分まで考慮できるようRecurrence Formulaを拡張し、速中性子スペクトルの計算精度を上げれるようにしたので報告する。

A Development of High Performance MOX Fuel Large LMFBR Core-A Design Study for an Advanced LMFBR Core with High Burnup-

若林 利男; 水野 朋保; 大久保 良幸; 鹿倉 栄; 山下 芳興

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles, , 

実用化段階のFBRプラントとして、炉心燃料取出平均燃焼度20万Mwd/t、増殖比1.2を達成する1500MWe MOX大型炉の炉心概念について、炉心核特性、熱特性、燃料健全性の観点から検討した。これらの目標を達成する炉心概念としては、炉心高さ80cm、ピン径8.5mm、燃料集合体当たりのピン本数331本の高燃料体積比炉心が有効であることが分った。しかし、熱的及び燃料健全性上の課題も多く、特に炉心材料の開発が不可欠である。高性能炉心開発に必要な炉心燃料材料に関する研究開発課題を摘出し、R&D計画を示した。

ナトリウム冷却小型炉の崩壊熱除去系フローダイオード性能試験

相澤 康介; 近澤 佳隆; 白石 直*; 坂田 英之*; 大久保 良幸*

no journal, , 

実用化戦略調査研究におけるナトリウム冷却小型炉では、崩壊熱除去系として原子炉の上部及び下部プレナムに貫通部を設けるDRACS(直接炉心冷却系)の採用を検討しており、定常運転時の逆流を抑制するためにフローダイオードを貫通部に設置する計画である。本検討では、ナトリウム冷却小型炉(電気出力50MWe及び300MWe)の崩壊熱除去系に設置することを対象にしたフローダイオードの性能試験を実施し、その成立性を評価した。

過渡時の自然循環による除熱特性評価手法の開発,7; 炉心高温点評価手法の開発,2

堂田 哲広; 大島 宏之; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉で採用を検討している完全自然循環式炉心崩壊熱除去システムに対して、自然循環特性を取り込んだ合理的な評価手順で炉心高温点を評価することを目的に、大型炉を対象に過渡事象の評価を試みた。

高速炉における自然循環時炉心高温点評価手法の開発

堂田 哲広; 大島 宏之; 上出 英樹; 渡辺 収*; 大久保 良幸*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の実用化に向けて、経済性及び受動的安全の観点から完全自然循環方式での炉心崩壊熱除去システムの採用が検討されている。本報では自然循環時の炉心高温点を評価するための新しい手法を紹介する。本手法は自然循環時の熱流動特性である集合体間熱移行,浮力による集合体内及び炉心内の流量再配分を取り込むため、3ステップで構成される。本手法を外部電源喪失事象に適用し、解析結果を従来手法及び詳細3次元解析の結果と比較し、本手法が合理的な保守性をもって炉心高温点を評価できることを確認した。