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報告書

$$^{239}$$Pu高濃度のプルトニウムを装荷したペブルベッド型高温ガス炉の温度係数の検討

徳原 一実*; 山下 清信; 新藤 隆一; 藤本 望

JAERI-Tech 96-025, 50 Pages, 1996/06

JAERI-Tech-96-025.pdf:1.3MB

ペブルベッド型高温ガス炉に兵器級Puを装荷した場合、温度係数が正になるという問題があった。そこで、温度係数を負にする方法を、兵器級Puを劣化U等の親物質と混合せずに、全炉心に兵器級Puの燃料のみを装荷する炉心を対象として検討した。検討の結果、熱領域に共鳴捕獲反応を持つ核種(Er)を炉心に添加すれば、温度係数が負になることを確認した。また、この場合には燃料球の燃焼度が低下するが、Erを添加せずとも、Puの装荷量を増大して熱中性子束のピークを小さくすれば、燃焼度の低下なしに温度係数を負にできることを明らかにした。燃焼度の増大とともに熱中性子束のピークが再び大きくなる可能性があるが、ペブルベッド型炉では燃料球の最大燃焼度の1/2程度で原子炉が平衡状態になるため、初期の装荷量が多い限り熱中性子束のピークが再び大きくなることはない。

論文

Nuclear design of the high-temperature engineering test reactor (HTTR)

山下 清信; 新藤 隆一; 村田 勲; 丸山 創; 藤本 望; 竹田 武司

Nuclear Science and Engineering, 122, p.212 - 228, 1996/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:85.58(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉用の核設計コードシステム(NDCS)を、既存のコードの改良及び格子燃焼計算コードDELIGHTの新たな開発により、確立し、その検証は、VHTRC-1の実験データを用いて行った。NDCSを用い炉心内の出力分布の最適化を行い、ブロック型高温ガス炉として世界で最も高い原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cを達成可能な高温工学試験研究炉(HTTR)の核設計を行った。出力分布の最適化は、ウラン濃縮度及び可燃性毒物諸元を炉心内で変化させることにより行った。核分裂性物質の燃焼による出力分布の最適形状からの逸脱は、局所反応度を平坦化することにより防止した。同時に炉心全体の過剰反応度を必要最小限に抑制し、制御棒を炉心内に殆ど挿入せずに原子炉を運転できるようにした。ここで行ったNDCSの開発及びHTTRの設計により、低濃縮ウランを用い、950$$^{circ}$$Cのような高い原子炉出口冷却材温度を目ざすブロック型高温ガス炉の核設計手法の基礎が確立したと言える。

論文

Importance determination method for geometry splitting with Russian roulette in Monte Carlo calculations of thick and complicated core shielding structure

村田 勲; 新藤 隆一; 塩沢 周策

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(10), p.971 - 980, 1995/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.89(Nuclear Science & Technology)

厚く複雑な体系をモンテカルロコードにより遮へい解析する場合、精度の高い解を得るためにはかなりの計算時間を必要とする。本研究では、インポータンスサンプリング法を用い、厚く複雑な体系の遮へい計算を実施する場合に重要となる、インポータンス分布を設定する方法を開発した。この方法では、2つの最適インポータンス曲線を用いることにより厚く複雑な体系のインポータンスを簡単に決定することができる。本手法は簡単なベンチマーク計算によりその妥当性を検証した。また、複雑な構造を持つ実体系の解析を実施することによりその応用性を確認した。

報告書

高温工学試験研究炉の広領域中性子検出器の中性子応答特性

村田 勲; 山下 清信; 新藤 隆一; 塩沢 周策; 竹村 守雄*

JAERI-Tech 95-036, 101 Pages, 1995/07

JAERI-Tech-95-036.pdf:2.46MB

HTTRでは、中性子計装として固定反射体内に広領域系を圧力容器の外側に出力領域系をそれぞれ設置する。このうち、広領域中性子検出器は、30%出力までの計測をカバーすることとなっているが、定格運転時においても検出器を炉外に取り出さないため、100%出力運転時でも検出器がその健全性を保てることを示す必要がある。また、この検出器は、原子炉の未臨界の確認のためにも使用されるため、低温未臨界時に所定レベル以上の計数率を確保できることを確認する必要がある。本検討では、この確認計算をモンテカルロコードと2次元輸送計算コードによる重ね合わせ法を用いた相対解析により、さらに3次元モンテカルロコードによる絶対値計算により実施した。その結果、天然ほう素濃度約1.7~1.9wt%の吸収体を中性子検出器外側に巻き付けることで、低温未臨界時には未臨界の確認のために必要な3CPS以上の計数が得られかつ定格運転時でも中性子検出器の健全性を保つことができることがわかった。

報告書

Design of High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR)

斎藤 伸三; 田中 利幸; 数土 幸夫; 馬場 治; 新藤 雅美; 塩沢 周策; 茂木 春義; 大久保 実; 伊藤 昇; 新藤 隆一; et al.

JAERI 1332, 247 Pages, 1994/09

JAERI-1332.pdf:11.53MB

現在原研は、高温ガス炉技術基盤の確立と高度化、高温における先端的基礎研究の実施を主な目的として、高温工学試験研究炉(HTTR)の建設を進めている。HTTRは、熱出力30MW、原子炉出口冷却材温度が定格運転時850$$^{circ}$$C、高温試験運転時950$$^{circ}$$Cであり、燃料・材料の各種照射試験、安全性実証試験、核熱利用に関する試験研究を行うことが計画されている。本報は、平成2年11月にHTTRの安全審査が終了し、設置許可を受けたことから、主要機器の設計の概要をまとめるとともに、関連するR&D、安全評価等について報告するものである。

論文

Prediction of nongaseous fission products behavior in the primary cooling system of high temperature gas-cooled reactor

沢 和弘; 村田 勲; 七種 明雄; 新藤 隆一; 塩沢 周策; 馬場 治

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(7), p.654 - 661, 1994/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.51(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉(HTGR)では、通常運転時に微量の核分裂生成物が主に被覆層が破損した燃料から放出され、1次系を移行する。一方、高温ガス炉は1次冷却材としてヘリウムガスを用いるのでそれ自身の放射化が無く、放射化生成物の発生量も非常に少ない。そのため、核分裂生成物からのガンマ線が高温ガス炉の遮へい設計上主要な線源となり、核分裂生成物の燃料からの放出量のみならず1次系内の沈着分布も適切に評価する必要がある。そこで、高温ガス炉の1次系における沈着分布の予測を高温工学試験研究炉の1次系における沈着分布の計算結果に基づき行った。計算に先立って、計算モデルの妥当性を実験で得られた沈着分布と比較することによって検証し、モデルのHTGR1次系の沈着分布予測への適用性を確認した。本報は、解析モデルの検証結果とともに、HTGRの1次系の沈着分布の予測を示したものである。

論文

Analysis of control rod reactivity worths for AVR power plant at cold and hot conditions

山下 清信; 村田 勲; 新藤 隆一; 徳原 一実*; H.Werner*

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(5), p.470 - 478, 1994/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

反射体制御棒の反応度価値の解析方法を検証するため、AVR動力プラントの高温および低温状態の制御棒価値の解析を行った。解析では、黒鉛突起部に挿入した制御棒の実効群定数を得るため、群定数を中性子束で重みずけする方法を使用した。制御棒価値は、高温工学試験研究炉(HTTR)用の核特性解析コードを用いて計算した。高温および低温状態の制御棒価値の実験値は、それぞれ6.81および6.47%$$Delta$$$$rho$$であった。高温および低温状態の実験値と解析値の差は、それぞれ10及び2%であった。本結果より、ここで用いた解析方法によりAVRの制御棒価値を十分正確に予測でき、更に小型高温ガス炉の反射体制御棒の核設計に使用できることが明かとなった。

論文

Evaluation of local power distribution with fine-mesh core model for High Temperature Engineering Test Reactor(HTTR)

村田 勲; 山下 清信; 丸山 創; 新藤 隆一; 藤本 望; 数土 幸夫; 中田 哲夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(1), p.62 - 72, 1994/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:36.41(Nuclear Science & Technology)

本報は、高温ガス炉(HTGR)のために開発された詳細出力分布評価手法について述べたものである。本手法はベクトル化された3次元拡散コードを用いることにより径方向及び軸方向の非均質性を全炉心レベルで正確に取り扱うことができる。この評価手法を高温工学試験研究炉(HTTR)に適用することにより、炉心内のウランの濃縮度、反応度調整材、ブロック端黒鉛や制御棒案内カラムの黒鉛による径方向及び軸方向の非均管性を考慮した、燃料ピン毎の出力分布を得ることが出来るようになった。本評価手法の精度は、臨界実験装置VHTRCの実験結果により検証され、出力分布について3%以下の精度で実験結果と一致することを確認した。本手法は、HTTRの燃料最高温度評価におけるホットスポットファクターの評価に応用され、燃料最高温度が制限値(通常運転時1495$$^{circ}$$C、運転時の異常な過渡変化時1600$$^{circ}$$C)を下回ることを確認した。

論文

燃料用燃料球と増殖用燃料球を用いたペブルベッド型高温ガス炉による兵器級プルトニウムの消滅

山下 清信; 徳原 一実*; 新藤 隆一; 村田 勲; 七種 明雄

日本原子力学会誌, 36(9), p.865 - 868, 1994/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

解体核兵器から出るプルトニウムの処理方法として、ウラン(U)等の親物質と混合した燃料を軽水炉等で燃焼する方法が提案されている。この場合、核変換によって生成した核分裂性物質を有効利用するためには、使用済燃料を繰り返し再処理する必要がある。そこで、燃料をPuからなる燃料球(消滅用燃料球)と親物質からなる燃料球(増殖用燃料球)に分離し、これらをペブルベッド型高温ガス炉の炉心内に混在させて燃焼させ、更に連続的交換することにより、Puを有効的に消滅する方法を考案した。この方法では、消滅用燃料球の$$^{239}$$Puは初期値の1%以下まで消滅でき、消滅用燃料球を直接廃棄できる。また、増殖用燃料球の燃焼は極めて緩慢であるため、健全性が保たれる限り繰り返し使用し再処理の回数を少なくすることができる。ここでは、Pu消滅率、消滅用燃料球1個の最大Pu装荷量等について述べる。

論文

Reactor shielding design of the High Temperature Engineering Test Reactor; Design analysis and shielding characteristics

新藤 隆一; 村田 勲; 沢 和弘; 塩沢 周策; 竹村 守雄*; 毛利 智聡*

Proc. of the 8th Int. Conf. on Radiation Shielding, p.351 - 358, 1994/00

熱出力30MW、原子炉出口冷却材温度950$$^{circ}$$Cである黒鉛減速・ヘリウムガス冷却の高温工学試験研究炉(HTTR)は、1998年の臨界に向けて現在建設中である。本報は、HTTRの炉体廻り遮へい設計の解析についてまとめたものである。本解析は、2次元S$$_{N}$$輸送コードを適用し、HTTR固有の遮へい解析上の課題に着目して実施した。この解析から、燃取フロア上の線量当量には、炉心部の制御棒案内カラムの貫通部および一次上部遮へい体のスタンドパイプ貫通部のストリーミングの寄与が比較的大きいこと等が明らかとなった。本解析により、HTTRの遮へい解析結果は、設計基準を満足していることが確認された。

論文

Reactor shielding design of the High Temperature Engineering Test Reactor; Analysis of radiation streaming through the standpipes by Monte Carlo code MCNP

村田 勲; 新藤 隆一; 多田 恵子*; 佐々木 研治*; 吉田 匡志*

Proc. of the 8th Int. Conf. on Radiation Shielding, p.359 - 364, 1994/00

HTTRの一次上部遮へい体は、31本のスタンドパイプ(S/P)が貫通しているため、その周りのギャップをストリーミングする放射線によるオペレーティングフロア上の線量当量率が増大することが予想された。このため、パラメータ計算により、S/Pの貫通構造は、S/Pからの線量当量率の寄与がコーベルからの寄与と同程度になるよう遮へい対策が施された。一方、遮へい設計において、S/Pを2次元モデルにより適切に考慮した計算を実施し、オペレーティングフロア上への線量当量率が十分小さいことを確認すると共に、S/Pからの寄与がコーベル部からの寄与と同程度であり合理的な遮へい構造になっていることを確認した。しかし、S/Pは実際には複雑な形状をしているため、3次元モンテカルロコードMCNPを用いた計算を行い、S/Pの林立効果を考慮したストリーミング係数を評価した。その結果を、2次元輸送コードを用いた遮へい設計のストリーミング係数と比較し、遮へい設計手法が妥当であることを確認した。本報は、これらの解析結果をまとめたものである。

論文

Reactor shielding design of the High Temperature Engineering Test Reactor; Application of 3-dimensional Monte Carlo code MCNP to shielding analysis for thick and complicated structure

村田 勲; 新藤 隆一; 塩沢 周策

Proc. of the 8th Int. Conf. on Radiation Shielding, p.365 - 370, 1994/00

原研では現在、大洗研究所に黒鉛減速ヘリウムガス冷却炉である高温工学試験研究炉を建設中である。HTTRは、軽水炉と異なり、冷却材に遮へい能力を期待することができないことから、原子炉は複雑な形状を持つ遮へい体により遮へいされている。遮へい設計では、この構造を2次元輸送計算コードを用い、モデル化を保守的に行うことでその解析を可能にしている。本研究では、HTTRのような複雑な形状を持つ遮へい体の解析を3次元モンテカルロコードによりできるだけ詳細に実施する手法を開発した。本手法は、HTTRの遮へい解析に適用され、その結果、本手法がHTTRのような複雑な体系に対しても、適切な計算時間で十分な精度を持った結果が得られることが確かめられた。また、HTTRの遮へい設計結果と比較することにより、遮へい設計が十分な保守性を持って実施されていることが確認された。

論文

Effects of core models and neutron energy group structures on xenon oscillation in large graphite-moderated reactors

山下 清信; 原田 裕夫; 村田 勲; 新藤 隆一; 鶴岡 卓也*

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(3), p.249 - 260, 1993/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:19.05(Nuclear Science & Technology)

本報は、大型黒鉛減速炉のキセノン振動を2次元或いは3次元の炉心モデルで多群拡散理論を用いて解析し、炉心モデル及びエネルギー群構造の違いがキセノン振動挙動の評価に与える効果を検討した結果を報告するものである。精度の高いキセノン振動挙動の評価には、キセノンの中性子吸収断面積の変化が大きい0.1eVと0.65eVの間の熱中性子領域の群構造が出力分布の振動幅及び周期に有意な影響を与えるのでこの領域を詳細に扱ったエネルギー群構造の群定数を用いた多群計算が重要であることが明らかとなった。また、3次元R-O-Zモデルより得られたしきい値は、2次元R-Zモデルのしきい値と一致し、2次元R-Oモデルのしきい値と一致しなかった。このため、キセノン振動が発生し始める炉心出力のしきい値の評価には、3次元R-O-Zのモデルの代わりに2次元R-Zモデルを使用することができるが、2次元R-Oモデルは使用できないことが明らかとなった。これは、軸方向の出力分布の影響が評価できないからである。

論文

プルトニウムの利用上の特徴とその課題

新藤 隆一

エネルギー・資源, 14(5), p.419 - 423, 1993/00

プルトニウムは天然には存在しない超ウラン元素であり、$$^{238}$$Uが中性子を吸収して生成する人工の元素である。このプルトニウムには原子炉の設計上重要な$$^{239}$$Pu,$$^{240}$$Pu,$$^{241}$$Pu及び$$^{242}$$Puの4つの同位元素がある。プルトニウムは原子力の平和利用の開始早々から特に高速増殖炉の有効な燃料として注目されてきた。しかし、その実用化には使用済燃料からプルトニウムを抽出する再処理の技術が必要不可欠である。また、$$^{239}$$Puは特に$$^{235}$$Uの有効な代替核分裂性物質であり、臨界質量を小さくできることから同時に核兵器の材料ともなりうることが、その対応上の問題を複雑にしている。本報はこのプルトニウム平和利用について、核的ならびに核燃料サイクル上の特徴を把握し、あわせてその実用化にむけ関連する各種課題について述べたものである。

論文

Optimization of power distribution to achieve outlet gas-coolant temperature of 950$$^{circ}$$C for HTTR

山下 清信; 丸山 創; 村田 勲; 新藤 隆一; 藤本 望; 数土 幸夫; 中田 哲夫*; 徳原 一実*

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(5), p.472 - 481, 1992/05

日本原子力研究所が建設を進めている高温工学試験研究炉(HTTR)の原子炉出口冷却材温度の達成目標値は950$$^{circ}$$Cと極めて高く、燃料の健全性を保持する必要性から燃料最高温度を極力低くする必要がある。このため、ウラン濃縮度配分の調整及び制御棒炉内挿入度の抑制による炉内出力分布の最適化により燃料最高温度を極力近くする方法を開発した。本報は、この燃料最高温度低減のための出力分布の最適化方法及びHTTRの炉心設計にこれを適用した場合の設計結果について述べたものである。

論文

Analysis of overall temperature coefficient of reactivity of the VHTRC-1 core with a nuclear design code system for the High-Temperature Engineering Test Reactor

山下 清信; 村田 勲; 新藤 隆一

Nuclear Science and Engineering, 110, p.177 - 185, 1992/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:53.41(Nuclear Science & Technology)

本報は、VHTRCの室温から200$$^{circ}$$Cまでの炉心昇温実験より得られた実効増倍率及び反応度温度係数を高温工学試験研究炉(HTTR)の核設計計算手法を用いて解析し、解析値と実験値の比較より得た低濃縮ウラン炉心の温度特性評価精度の評価結果を報告するものである。核設計計算手法に用いる計算コードはDELIGHT-7、TWOTRAN-2及びCITATION-1000VPである。DELIGHT-7コードは、特にHTTRの燃料核特性を評価するため著者らにより開発された高温ガス冷却炉・格子燃焼特性解析コードである。この精度評価では、解析値と実験値が極めてよく一致したことから、HTTRの核設計計算手法は低濃縮ウランを燃料とする高温ガス炉の温度特性を適切に評価できることが明らかとなった。

報告書

高温工学試験研究炉の遮蔽設計における核分裂生成物線源評価

沢 和弘; 村田 勲; 新藤 隆一; 塩沢 周策

JAERI-M 91-198, 58 Pages, 1991/11

JAERI-M-91-198.pdf:1.58MB

高温工学試験研究炉(HTTR)では、主に被覆層が破損した燃料粒子から核分裂生成物(FP)が放出され、1次冷却材とともに1次冷却系を移行する。一方、1次冷却材としてヘリウムガスを用いており、冷却材自身の放射化、腐食生成物の発生がほとんど無い。そのため、FPからのガンマ線が遮蔽設計上考慮すべき主要な線源となる。HTTRの遮蔽設計においては、FP線源を2種類に分類している。一つは永久構造物である遮蔽体の設計に用いるため、十分な保守性を有するように評価を行ったもので、もう一つは保修計画立案のためにより現実的な考え方で評価を行ったものである。HTTRの1次冷却系内のガンマ線源を評価するために、FP放出割合、1次冷却材中濃度、系統内沈着分布の計算を行った。本報告書は、HTTRの遮蔽設計におけるFP線源評価方法及び結果を述べたものである。

報告書

高温工学試験研究炉における原子炉スクラム時の炉停止余裕の評価

村田 勲; 山下 清信; 丸山 創; 藤本 望; 新藤 隆一; 数土 幸夫

JAERI-M 91-165, 71 Pages, 1991/10

JAERI-M-91-165.pdf:1.94MB

HTTRは原子炉出口温度が950$$^{circ}$$Cと高く、このためスクラムに伴う原子炉停止においては、制御棒の高温における繰り返し使用による寿命の低下を避けるため、まず反射体領域の制御棒を挿入して原子炉を未臨界にし、ついで炉心温度が所定の温度(原子炉出口温度が750$$^{circ}$$C)に下がるのを待って、あるいは所定の時間(2400秒)をおいて燃料領域へ制御棒を挿入して常温で未臨界を維持する制御棒2段階挿入方式を採用している。本報告では、2段階挿入方式を用いたスクラム時において燃料領域の制御棒が挿入されるまでの間、原子炉を未臨界に維持できることの確認を行った。この結果、もっとも厳しい条件となる原子炉出口温度950$$^{circ}$$Cからのスクラム時でも0.7%$$Delta$$k/k(制御棒1対のスタックを考慮した場合)の炉停止余裕を確保できることがわかった。

論文

Evaluation of local power distribution with fine-mesh core model for the HTTR

村田 勲; 山下 清信; 丸山 創; 新藤 隆一; 藤本 望; 数土 幸夫; 中田 哲夫*

Proc. of the 1st JSME/ASME Joint Int. Conf. on Nuclear Engineering,Vol. 1, p.413 - 418, 1991/00

HTTRは原子炉出口温度が950$$^{circ}$$Cと高く、燃料の健全性を確保するためにウランの濃縮度を径方向及び軸方向に適切に分配し、出力分布を調整することにより燃料温度が炉心内で均一になるようにしている。燃料最高温度は、これに加工、燃料ピン等の非均質性を考慮して評価している。径方向については、ブロック内の燃料ピンとBPロッドの配置による径方向の非均質性に起因する出口ピーキングを、そして、軸方向については、燃料ブロックのブロック端黒鉛に起因する軸方向出力スパイクを評価し、燃料最高温度の計算に使用している。本報は上記の非均質効果評価手法とその結果並びに検証結果について述べた。

論文

Optimization of power distribution to achieve outlet gas-coolant temperature of 950$$^{circ}$$C for High Temperature Engineering Test Reactor(HTTR)

山下 清信; 丸山 創; 村田 勲; 新藤 隆一; 藤本 望; 数土 幸夫; 中田 哲夫*; 徳原 一実*

Proc. of the 1st JSME/ASME Joint Int. Conf. on Nuclear Engineering,Vol. 1, p.419 - 424, 1991/00

日本原子力研究所が建設を進めている高温工学試験研究炉(HTTR)の原子炉出口冷却材温度の達成目標値は950$$^{circ}$$Cと極めて高く、燃料の健全性を保持する必要性から燃料最高温度を極力低くする必要がある。このため、ウラン濃縮度配分の調整及び制御棒炉内挿入度の抑制による炉内出力分布の最適化により燃料最高温度を極力低くする方法を開発した。本報は、この燃料最高温度低減のための出力分布の最適化方法及びHTTRの炉心設計に適用した結果について述べるものである。

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