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永沼 正行; 相田 達也*; 林 秀行
JAEA-Research 2006-087, 72 Pages, 2007/02
JAEA-Research-2006-087.pdf:4.5MB
実用化戦略調査研究(FS)におけるNa冷却MOX燃料炉心の設計では、ペレット燃料を採用した炉心を中心に評価を実施している。一方、FSでは、燃料形態として、振動充填燃料も検討対象としている。振動充填燃料を採用した炉心では、ペレット燃料との燃料挙動の相違を反映した設計検討が必要であるが、十分な検討がなされていない状況である。そこで、本検討では、設計評価上重要と考えられる燃料熱設計モデルについて、現状の知見の範囲で適当と判断されるモデルを選定し、炉心・燃料仕様,核特性への影響を評価した。検討の結果、燃料熱設計モデルに関しては、組織変化開始温度,組織変化領域密度等の組織変化モデル条件の設定が重要であることがわかり、照射後試験結果との整合性から選定した。このモデルでは、振動充填燃料の設計線出力は390W/cm程度まで低減される可能性があることがわかった。この結果を反映し、FSの代表炉心を対象に影響評価を行ったところ、燃料ピン径等の仕様の一部に見直しは要求されるものの、核特性に与える影響は小さく、FSの設計条件,炉心性能目標を満足できる設計が可能であることがわかった。
大木 繁夫; 杉野 和輝; 小川 隆; 相田 達也*; 林 秀行
JAEA-Research 2006-077, 86 Pages, 2006/11
JAEA-Research-2006-077.pdf:6.34MB
ナトリウム冷却MOX燃料炉心と同等の原子炉出入口温(550
C/395C)を達成可能な「ナトリウム冷却金属燃料高出口温度型炉心」の炉心・燃料設計検討を行い、実用化戦略調査研究フェーズIIの大型(1,500MWe)及び中型(750MWe)代表炉心を構築した。本炉心は、単一Pu富化度を用い、局所内部転換比を炉心燃料のすべての領域で約1.0として出力分布の時間的変動を抑制し、冷却材流量配分を最適化して原子炉出口温度を高めたものである。工学的安全係数の合理化により、大型炉心は流量領域数5、中型炉心は流量領域数8で、被覆管内面最高温度を金属燃料の制限である650C以下とすることが可能な見通しが得られた。燃料健全性,遮へい体設計も成立する見通しである。さらなる高出口温度化を目指し、制御棒挿入深度の詳細なモデル化や余剰反応度不確かさを合理化した時の被覆管内面最高温度の低減化を検討した。開発段階であるODS鋼の代替材としてPNC-FMS鋼を被覆管材に用いた炉心を検討し、原子炉出口温度が550Cより数度低下するものの成立性を見通せることを明らかにした。制御棒長寿命化の検討では、
B濃縮度の低減,B
Cペレットの細径化により、炉心燃料と同じ3サイクル寿命が可能な見通しを示した。
永沼 正行; 相田 達也*; 林 秀行
JAEA-Research 2006-063, 97 Pages, 2006/09
JAEA-Research-2006-063.pdf:9.19MB
実用化戦略調査研究(FS)では、環境負荷低減の観点から、高速実用炉を用いたLLFP核変換に関する検討を行っている。本報告では、LLFP集合体装荷法,FSの各炉型におけるLLFP核変換特性,サポートファクタ(SF)向上炉心の実現性に関する検討を行った(SF:LLFP核種の変換/生成量の比)。LLFP集合体装荷法について、炉外・炉内装荷方式を適用した核変換炉心の設計評価に基づき定量的な比較を行った。炉内装荷では大幅に初装荷LLFP重量を低減できる結果が得られ、核変換炉心の導入ペース向上が望める炉内装荷方式を選定した。FS検討の各炉型におけるLLFP核変換特性について、フェーズIIで設定した代表炉心を基準炉心として、LLFP核変換炉心の評価を行った。いずれの炉型についても、設計条件を確保しつつ1.0以上のSFを達成する見通しが得られた。また、SF向上炉心の実現性について、実用炉の設計条件のうち幾つかの項目の制限を緩和することで、どの程度SFの向上が可能か感度評価を行った。いずれの項目もSFへの感度は小さく、実用炉でSFが2を超えるような大幅な向上は困難との結論に達した。
小川 隆; 佐藤 勇; 永沼 正行; 相田 達也*; 杉野 和輝; 林 秀行
JAEA-Research 2006-061, 54 Pages, 2006/09
JAEA-Research-2006-061.pdf:3.86MB
実用化戦略調査研究の候補概念であるナトリウム冷却炉MOX燃料炉心についての2005年度の炉心・燃料設計に関する検討結果を報告する。本年度は、フェーズIIのまとめに向けた各種の設計検討を行った。(1)高内部転換型炉心の検討:(i)軽水炉使用済燃料から回収したTRUを用いた場合の炉心・燃料設計への影響評価を行った。(ii)大型MOX燃料高内部転換型炉心の被覆管材をPNC-FMS鋼とした代替材炉心を構築した。(iii)大型MOX燃料高内部転換型炉心の遮へい特性評価を行った。(iv)大型MOX燃料高内部転換型炉心を対象とした制御棒長寿命化方策の検討を行った。(2)高増殖炉心の検討:高い増殖性の要求に対応する炉心について、2004年度の大型MOXコンパクト型炉心をベースに検討した。
永沼 正行; 高木 直行*; 相田 達也; 水野 朋保
Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10
FSでは、環境負荷低減の目的からLLFP核変換の検討を行っている。本研究では、LLFPターゲット集合体の装荷法に関する検討、及び、FSフェーズIIの代表的な炉心概念についてLLFP核変換特性の評価を行った。ターゲット集合体の装荷法については、炉内装荷法と炉外装荷法の定量的な比較評価を行い、炉内装荷はLLFPインベントリを低減でき、有望であることが示された。この炉内装荷法を採用し、代表的なFSフェーズII炉心概念を対象に核変換特性を評価した結果、いずれの炉心も増殖性を確保しながら生成した以上のTc・Iを変換できる見通しが得られた。
水野 朋保; 小川 隆; 永沼 正行; 相田 達也
Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10
None
永沼 正行; 杉野 和輝; 相田 達也; 小川 隆; 水野 朋保
JNC TN9400 2005-051, 239 Pages, 2005/09
JNC-TN9400-2005-051.pdf:21.91MB
実用化戦略調査研究の候補概念であるナトリウム冷却炉(MOXおよび金属燃料炉心)についての2004年度の炉心・燃料設計に関する検討結果を報告する。2004年度のMOX燃料炉心の設計検討は、改良内部ダクト型燃料集合体を採用した炉心を対象として行った。設計検討は2003年度と同様に2つの炉心概念を対象として行った。検討対象とした炉心概念は従来設計で適用されてきた「コンパクト型」と「高内部転換型」である。検討により高内部転換型炉心はコンパクト型炉心に比較して、全炉心取出平均燃焼度が高く、長期運転サイクルが可能であり、燃料サイクルコストの低減と稼動率の向上が可能であるとの結果を得た。このことから、高内部転換型炉心をFSフェーズⅡとしての大型炉(1500MWe)と中型炉(1500MWe)の代表炉心として選定した。金属燃料炉心の検討は、経済性向上の観点からナトリウム冷却MOX燃料炉心と同等の原子炉出入口温度(550
/395)を目指した高出口温度型炉心を対象として行った。高出口温度型炉心の構築においては、Pu富化度及びピン径を単一とし、新しい出力分布平坦化方策として、燃料のZr含有率とスミア密度を多段階化し、かつ、燃料製造性を従来より悪化させないためにZr含有率を10wt%以下とする方法を適用した。このような炉心仕様を採用することにより、MOX燃料コンパクト型炉心よりも更に小さいサイズの炉心を構築することができた。被覆管内面最高温度は、大型炉心が650、中型炉心が652とほぼ制限の650を満足できる結果が得られた。工学的安全係数の合理化により更なる原子炉出口温度の向上が期待できる。
岡野 靖; 相田 達也; 水野 朋保
JNC TN9400 2005-031, 173 Pages, 2005/07
JNC-TN9400-2005-031.pdf:7.14MB
実用化戦略調査研究(以下、FS)では、被覆粒子窒化物燃料を用いた「ヘリウムガス冷却高速炉」の炉心概念設計を進めている。H16年度は、被覆粒子燃料を固相マトリクスに内蔵し、縦方向に貫通する多数の冷却管内流により、燃料を間接冷却する六角ブロック型概念に対し、自然循環除熱の性能向上方策を様々な観点から評価し、接触熱抵抗合理化策及び自然循環時炉心入口温度低減策を選定した。さらにそれらを炉心特性向上に反映する設計を指向し、FSフェーズII取り纏めに向け、優れた特性を有する炉心概念を構築した。
永沼 正行; 水野 朋保; 相田 達也
no journal, ,
実用化戦略調査研究(以下、FS)では、環境負荷低減の観点から、高速炉を用いたLLFP核変換に関する検討を行っている。これまでの検討から、効果的な核変換には減速材による中性子の減速が必要であり、LLFP核変換炉心の設計において、減速材を含むLLFPターゲット集合体の装荷法が重要であることがわかった。そこで、有望な装荷法として、ターゲット集合体を炉内に装荷した炉心、及び、炉外(径方向ブランケット位置)に装荷した炉心の核熱設計を実施し、定量的な比較評価を行った。結果として、炉内・炉外装荷炉心とも、FSにおける主要な要求性能について達成可能な見通しが示された。ただし、炉外装荷炉心ではLLFP装荷量が過大となることから、FSフェーズIIの代表装荷法としては、炉内装荷炉心を選定した。