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竹田 敏一*; 北田 孝典*; 山本 敏久*; 片木 洋介*
PNC TJ9605 98-001, 267 Pages, 1998/03
高速炉核特性の数値解析手法の改良として、マルチバンド法、摂動モンテカルロ法、輸送ノード法に関連する研究を行った。本報告書は以下の3部に分かれている。第1部 マルチバンド法による反応率計算法の改良マルチバンド法を用いて、ブランケット領域の反応率分布を詳細に評価する手法を検討した。フィッティング法によって作成した3バンドパラメータを用いて、U-238捕獲反応、U-235核分裂反応、Pu-239核分裂反応、U-238核分裂反応の反応率分布を解析した。対象核種としては、構造核種である鉄、ニッケル、クロム、およびナトリウムの4核種とした。マルチバンド法を用いることにより、いずれの反応率もブランケット深部で反応が増大する方向に補正され、補正量は最大で5%に達した。この結果は、従来の解析手法による実験値とのずれを改善する方向である。またこの補正量は、マルチバンド法におけるバンド間の散乱の取り扱いによって大幅に異なることがわかった。従来のフィッティング法の問題点を解決するべく、直接的なマルチバンドパラメータの作成法の検討も行った。第2部 摂動モンテカルロ法による反応度評価手法の改良摂動モンテカルロ法による摂動計算理論の検討及び、計算コードの作成を行った。昨年度までに使用していた相関サンプリング法だけでなく、導関数演算子サンプリング法でも計算できる、連続エネルギー摂動モンテカルロ計算コードを作成した。作成した計算コードを用いて「もんじゅ」炉心を対象とした計算を行い、参照解と比較検討した。「もんじゅ」にGEMまたは模擬燃料集合体を装荷した体系で、それらの集合体内のナトリウム密度を変化させた摂動、また制御棒全引き抜き体系で体系内のナトリウム密度を一様に変化させた摂動にともなう固有値の変化を調べた。ナトリウム密度の変化が小さい場合には、相関サンプリング法と導関数演算子サンプリング法のどちらの手法でも良好な結果を得ることができた。しかしながら、密度変化が大きい場合には、相関サンプリング法では妥当な結果を得ることができなかったが、導関数演算子サンプリング法では、そのような大きな密度摂動の場合でも良好な結果を得ることができることがわかった。第3部 3次元六角体系用輸送ノード法の改良集合体(ノード)内平均中性子束及びノード境界の中性子束から、集合体出力分布を評価する手法を、輸送理論に基づき導出し
竹田 敏一*; 木本 達也*; 北田 孝典*; 片木 洋介*
PNC TJ9605 97-001, 100 Pages, 1997/03
本報告書は次の2部と付録から構成されている。第1部 摂動モンテカルロ法による反応度評価手法の改良第2部 3次元六角体系用輸送ノード法の改良付録 高速炉におけるドップラー反応度解析のためのU238サンプルの実効断面積第1部 摂動モンテカルロ法による反応度評価手法の改良摂動モンテカルロ法の理論式の検討を行い、その後摂動モンテカルロ法の計算コードへの導入を行った。同じヒストリー数の計算を行ったところ、摂動モンテカルロ計算コードでの計算時間は、通常のモンテカルロ計算の1
2割程度の増加であった。作成した摂動モンテカルロ計算コードを用いて行った試計算結果は概ね妥当であり、また偏差も十分に小さいことから、摂動モンテカルロ法の有効性が示された。 しかしながら、得られた摂動前後の固有値の差が評価手法により、正や負になる場合があること、また、摂動による中性子源分布の変化を考慮しない従来手法と、摂動による中性子源分布の変化を考慮する新手法の間で、計算結果に有為な差が見られないことから、さらに摂動モンテカルロ計算コードに対して検討を加える必要がある。第2部 3次元六角体系用輸送ノード法の改良ノード法を用いた六角-Z体系用輸送計算コード「NSHEX」は、高速炉の炉心計算において非常に精度のよい評価を得ることがこれまでの研究で確かめられてきた。しかし非均質性の高い炉心においてややその精度が劣ることがわかっている。その原因として、ノード内空間分布を求める際用いる横方向もれの評価法が挙げられる。径方向スイープ時における、集合体からの径方向もれ分布を得るためには各ノード頂点中性子束を評価する必要がある。従来法では、その頂点の周囲のノード境界平均中性子束を用いている。新手法においては、その頂点近傍の中性子束分布を、いくつかの寄与が大きいと考えられるノード、およびノード境界の中性子束をパラメータとしてx,u 2次式で評価し、その分布式より頂点中性子束を算出している。以上の手法を用い、NEACRP 3D NEUTRON TRANSPORT BENCHMARKSの小型高速炉モデル、および実機「もんじゅ」体系を用いて検討計算を行った。その結果実効増倍率においては、多群モンテカルロ法によるGMVPに対して、どの手法もほぼ0.1%以内に一致する。各領域の中性子束も、数%以内に一致したものの、制御棒の挿入された体
竹田 敏一*; 北田 孝典*; 木本 達也*; 片木 洋介*
PNC TJ9605 96-001, 120 Pages, 1996/03
第1部 モンテカルロ法による反応率分布算出法の改良モンテカルロ法による反応率分布算出法の改良を行なう前の段階として、モンテカルロ法による反応度を正確に評価する手法に関して検討を行なった。モンテカルロ法を用いた反応度計算手法としては、摂動前と摂動後の各々について2回の独立なモンテカルロ計算を行ない、各々の結果の差から反応度を求める方法と、摂動モンテカルロ法を用いて1回のモンテカルロ計算より得る方法がある。しかしながら第1の手法では、各々のモンテカルロ計算結果にともなう偏差の為、小さな反応度変化では正確な解が得られない。また、第2の手法である摂動モンテカルロ法では、従来手法のままでは中性子源分布が大きく歪むような摂動の場合に正確な解が得られなくなる。そこで従来の摂動モンテカルロ法を改良し、中性子源分布が大きく歪むような摂動の場合でも有効となる方法を開発した。これにより、摂動モンテカルロ法を用いて反応度を正確に評価することが可能になると考えられる。第2部 ドップラー反応度の超微細群計算手法の整備高速臨界集合体ZPPR-9におけるドップラー反応度の実験が、米国のアルゴンヌ国立研究所にて行われた。その実験値をもとに、ドップラー反応度を精度よく評価するため、ドップラーサンプル領域における格子計算手法の比較検討を行なった。自己遮蔽因子を用いた解析手法では、ドップラー反応度のC/E値がおよそ0.83前後とあまりよい精度評価を得ることができなかった。そこで超微細群セル計算を行なうPEACOルーチンを用いると、C/E値が0.863となり、サンプルと炉心燃料領域中のU-238による共鳴干渉効果を考慮することができることが分かった。しかしPEACOルーチンが作動するエネルギー範囲が961eVまでであり、また高速炉において961eV以上の中性子スペクトルによるドップラー反応度への寄与を軽視することはできない。そこで961eV以上のエネルギー範囲においてDancoff係数を1.0とし、ドップラーサンプル領域において非常に強い干渉を想定することによって、C/E値が0.930と大きな増加を示した。ZPPR-9の内側炉心のセルは、U-238を中心とした組成とFeを中心とした組成の左右非対称なセルが用いられている。そのため炉心中央部にU側の組成が連続した部分が存在し、中性子束に歪みが生じる。この非対
