A Series of experiments on criticality and reflector reactivity worth in FCA-XXIII-1 and FCA-XXIV-1 assemblies simulating a small fast reactor with a thick stainless steel reflector

福島 昌宏; 安藤 真樹; 長家 康展

Nuclear Science and Engineering, 200(10), p.2204 - 2220, 2026/10

https://doi.org/10.1080/00295639.2025.2583701

A series of integral experiments were conducted at the Fast Critical Assembly (FCA) of the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) using the FCA-XXIII-1 and FCA-XXIV-1 assemblies to simulate a small fast reactor with a thick stainless-steel reflector. The objective was to provide systematic data for assessing the effects of reflector configurations on the accuracy of neutronic calculations. FCA-XXIII-1 included multiple configurations with partial voids introduced into the reflector to enhance neutron leakage, while FCA-XXIV-1 utilized a depleted uranium blanket to suppress it. This paper presents a detailed description of measurements of criticality and reflector reactivity worth under various reflector conditions. Calculations were performed using the MVP3 Monte Carlo code with the JENDL-5 nuclear data library. The calculated effective multiplication factors agreed with the experimental values within 300 pcm, with slight overestimations. Reflector reactivity worths were also well reproduced across configurations, regardless of neutron leakage levels. These results serve as benchmarks for validating computational codes and nuclear data libraries, and they thereby support the reliable design and analysis of small fast reactors with reflectors.

パイロットADSの概念設計

西原 健司; 福島 昌宏; 阿部 拓海; 方野 量太; Yee-Rendon, B.; 岩元 大樹; 菅原 隆徳; 大林 寛生; 斎藤 滋

JAEA-Research 2025-013, 125 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-013.pdf:4.68MB

マイナーアクチノイドの分離変換を目的とした商用加速器駆動未臨界システム(ADS)の前段階となるパイロットADSの概念設計を行った。パイロットADSの炉心出力は200MWとし、安全評価の結果、深い未臨界度と安全棒を備える設計とした。炉心設計、加速器設計、ターゲット設計、炉内機器設計を行い、具体的な概念を明らかにした。

The JUPITER experiments; HIGH-240 plutonium metal plates separated by lead and reflected by copper

Bess, J. D.*; Shepherd, D.*; McSpaden, A. T.*; 福島 昌宏; 大泉 昭人

International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP) Handbook (2025 edition); NEA/NSC/DOC(95)03/I, Vol.I; PU-MET-FAST-050 (Internet), 544 Pages, 2026/02

本報告は、加速器駆動システム(ADS)の設計において重要となる鉛断面積の積分検証データを取得することを目的としたシリーズ実験に関するものである。本実験キャンペーンでは、高濃縮ウラン、低濃縮ウラン、プルトニウムなど、種々の燃料組成を用い、鉛による高速中性子スペクトル場における系統的なデータが取得された。すべての実験は、JAEAと米国ロスアラモス国立研究所(LANL)の共同研究により国立臨界実験研究センター(NCERC)で実施された。プルトニウム燃料を用いた実験として2種類の炉心が構築され、Jupiter炉心では95wt.% Puおよび4.5wt.% Puのプルトニウム金属燃料が使用され、High-240 Pu Jupiter炉心ではPu高含有のプルトニウム金属燃料(72.8wt.% Pu, 22wt.% Pu)が使用された。本ベンチマークレポートは、このうちHigh-240 Pu Jupiter炉心構成に基づく高中性子スペクトル臨界実験の結果を、国際臨界安全評価プロジェクト(ICSBEP)への登録のためにまとめたものである。

Design policy of pilot plant for accelerator-driven system

西原 健司; 菅原 隆徳; 福島 昌宏; 岩元 大樹; 方野 量太; 阿部 拓海

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 8, p.185 - 190, 2025/09

https://doi.org/10.15669/pnst.8.185

マイナーアクチノイド核変換用の熱出力800MWの鉛ビスマス冷却ADSのスケールダウンとして、加速器駆動システムのパイロットプラントを提案する。本論文では、安全性、未臨界管理、未臨界炉心、加速器、ターゲット及び炉内機器の各設計領域ごとにパイロットプラントの設計方針を詳述する。また、以下のようなパイロットADSの概念設計も示す:熱出力200MW、keff0.95以下、制御棒の導入、1.0GeV-10mA加速器、および炉内機器の概算寸法

Uncertainty quantification of Np, Am, and Am reaction rates in highly enriched uranium fuel cores at Kyoto University Critical Assembly

Pyeon, C. H.*; 大泉 昭人; 方野 量太; 福島 昌宏

Nuclear Science and Engineering, 199(3), p.429 - 444, 2025/03

https://doi.org/10.1080/00295639.2024.2380624

京都大学KUCAの高濃縮ウラン燃料による複数の炉心で取得したNp、Am、Amの核分裂率とNp捕獲反応率に関する積分実験データに対して、ENDF/B-VIII.0及びJENDL-5とSerpent2コードを用いた実験解析を実施した。Np/U、Am/U、Am/Uの核分裂率比の実験値と解析値の比較では、ENDF/B-VIII.0及びJENDL-5のいずれにおいて、それぞれ約5、15、および10%の精度が示された。Np/Auの捕獲反応率比については、熱中性子スペクトルの炉心において高い精度が得られることを明らかにした。また、Np/U、Am/U、Am/Uの核データに起因した不確かさは、概ね4%以内であることを示した。

ZEUS: Fast-spectrum critical assembly with a mixed core of highly enriched and natural uranium containing lead surrounded by a copper reflector

大泉 昭人; 福島 昌宏; 郡司 智; McKenzie, G.*; Amundson, K.*

International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP) Handbook (2022/23 edition) (Internet) , 313 Pages, 2024/11

本稿は、加速器駆動システム(ADS)の設計精度向上を目的として2015-2019年にかけて実施された米国ロスアラモス研究所との共同実験シリーズの内の低濃縮ウラン(LEU)体系炉心について、国際臨界安全実験データ評価プロジェクト(ICSBEP)への登録用にまとめられた、ベンチマーク評価結果である。体系は、高濃縮ウラン(HEU)及び天然ウラン(NU)を交互に装荷することで、LEUを模擬している。また、加速器駆動システム(ADS)の冷却材の一部である鉛の核データを検証するために、HEU, NUと共に鉛を交互に装荷した高速中性子スペクトル場を有する炉心となっている。本評価において、実効増倍率に対する実験誤差はおおよそ100pcmであることが明らかとなり、連続エネルギーモンテカルロコードMCNPと核データENDF/B-VIII.0及びJENDL-4.0を用いた解析結果との比較では、C/E-1値はそれぞれおおよそ-70pcm及び-145pcmとなった。

Impact of uncertainty reduction on lead-bismuth coolant in accelerator-driven system using sample reactivity experiments

方野 量太; 大泉 昭人; 福島 昌宏; Pyeon, C. H.*; 山本 章夫*; 遠藤 知弘*

Nuclear Science and Engineering, 198(6), p.1215 - 1234, 2024/06

https://doi.org/10.1080/00295639.2023.2246779

京都大学臨界集合体A架台で測定された鉛ビスマスサンプル反応度を用いたデータ同化によって加速器駆動システムの冷却材ボイド反応度の鉛ビスマス非弾性散乱断面積に起因した不確かさを低減できることを実証した。サンプル反応度について、データ同化の式中に現れる実験不確かさと相関を再評価し、結果を明示した。不確かさ評価に用いる感度係数はMCNP6.2で評価し、データ同化はMARBLEを用いて実行した。鉛ビスマスに対してサンプル反応度は感度係数が大きいため、加速器駆動システムの冷却材ボイド反応度の断面積起因不確かさを6.3%から4.8%まで減少させ、本研究で設定した暫定的な目標精度5%を達成できることを示した。さらに、ADJ2017に使用された積分実験データを用いることで、マイナーアクチニドや鉄など他の支配的な核種に起因する不確かさを効果的に低減できることを示した。

JENDL-5 benchmarking for fission reactor applications

多田 健一; 長家 康展; 谷中 裕; 横山 賢治; 沖田 将一朗; 大泉 昭人; 福島 昌宏; 中山 梓介

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(1), p.2 - 22, 2024/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2197439

日本の新しい評価済み核データライブラリJENDL-5が2021年12月に公開された。本論文は、核分裂炉に対するベンチマーク計算によりJENDL-5の妥当性を実証するものである。ベンチマーク計算は連続エネルギーモンテカルロコードMVP、MCNP及び決定論コードMARBLEを用いて実施された。ベンチマーク計算結果より、核分裂炉に対するJENDL-5の計算精度が、以前のJENDL-4.0に比べて改善されていることが分かった。

Japanese Evaluated Nuclear Data Library version 5; JENDL-5

岩本 修; 岩本 信之; 国枝 賢; 湊 太志; 中山 梓介; 安部 豊*; 椿原 康介*; 奥村 森*; 石塚 知香子*; 吉田 正*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(1), p.1 - 60, 2023/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2141903

The fifth version of Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL-5, was developed. JENDL-5 aimed to meet a variety of needs not only from nuclear reactors but also from other applications such as accelerators. Most of the JENDL special purpose files published so far were integrated into JENDL-5 with revisions. JENDL-5 consists of 11 sublibraries: (1) Neutron, (2) Thermal scattering law, (3) Fission product yield, (4) Decay data, (5) Proton, (6) Deuteron, (7) Alpha-particle, (8) Photonuclear, (9) Photo-atomic, (10) Electro-atomic, and (11) Atomic relaxation. The neutron reaction data for a large number of nuclei in JENDL-4.0 were updated ranging from light to heavy ones, including major and minor actinides which affect nuclear reactor calculations. In addition, the number of nuclei of neutron reaction data stored in JENDL-5 was largely increased; the neutron data covered not only all of naturally existing nuclei but also their neighbor ones with half-lives longer than 1 day. JENDL-5 included the originally evaluated data of thermal scattering law and fission product yield for the first time. Light charged-particle and photon induced reaction data were also included for the first time as the JENDL general purpose file.

Measurement of Np and Am fission reaction rates in lead region at A-core of KUCA

大泉 昭人; 方野 量太; 児島 亮平; 福島 昌宏; 辻本 和文; Pyeon, C. H.*

KURNS Progress Report 2020, P. 104, 2021/08

加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発において、マイナーアクチノイド(MA)の核データ検証に資する反応率の実験データの拡充は重要である。本研究では、京都大学臨界実験装置(KUCA)で局所的に構築した鉛と高濃縮ウランの混合装荷領域において、ウラン-235(U)に対するネプツニウム-237(Np)及びアメリシウム-243(Am)の各核分裂反応率比を核分裂計数管で測定した。その結果、Np/U及びAm/Uは、それぞれ0.0480.003及び0.0420.004となった。ここで得られた実験結果は、今後核データの検証に用いられる。