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報告書

多様な高速炉炉心のための核特性解析手法の研究

山本 敏久*; 北田 孝典*; 田川 明広*; 丸山 学*; 竹田 敏一*

JNC-TJ9400 2000-006, 272 Pages, 2000/02

JNC-TJ9400-2000-006.pdf:9.69MB

多様な高速炉炉心の核特性に対する解析予測精度の向上を目的として、以下の3つの項目について検討を行った。第1部高速炉心の中性子スペクトルの誤差評価と計算精度向上策の検討高速実験炉「常陽」で用いられているスペクトルアンフォールディング法の精度を向上するため、初期推定スペクトル誤差を詳細に分析し、各々の誤差の大きさを定量的に評価するとともに、各誤差を積み上げることによって、より合理的な初期推定スペクトル誤差を評価することを試みた。検討の結果、初期推定スペクトル誤差に起因する誤差は相対的に小さく、断面積誤差に起因する誤差がほとんどであることがわかった。また、核分裂スペクトルの影響によって、数MeV以上の高速中性子束に無視できない量の誤差を生じることがわかった。第2部ガス冷却高速炉の解析手法に関する検討ガス冷却高速炉では、通常のNa冷却炉に比べて、冷却材チャンネルが体積割合に占める比率が大きく、顕著な中性子ストリーミング効果が現れることが予想される。一方、Na冷却炉用に提唱されている既存の手法では、冷却材チャンネルと平行な方向の拡散係数が無限大となり、そのまま適用することができない。本研究では、Kohlerが提唱した軸方向バックリングを考慮した方向依存拡散係数の概念を拡張し、ガス冷却炉でも正確に中性子ストリーミング効果が評価できる手法の検討を行った。第3部水冷却高速炉の解析手法に関する検討低減速の水冷却炉に対して、解析手法の違いによりどの程度計算結果に影響が現れるかについて検討を行った。軽水炉においては、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果が強い空間依存性を持つことが知られており、燃料ペレットを複数の領域に分割して評価する手法が用いられている。水冷却高速炉においても、冷却材として水を使用する以上、同様の問題が現れる可能性がある。検討の結果、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果の空間依存性は小さく、燃料領域を1領域として扱っても、臨界性、転換比ともに解析精度には問題が出ないことが確認された。

論文

Na以外の冷却材を用いた高速炉

岡嶋 成晃

日本原子力学会第31回炉物理夏期セミナーテキスト, p.68 - 83, 1999/00

Naに代わる冷却材として有望視されている液体金属の鉛又はガスを用いた高速炉の概要を示した。鉛冷却高速炉では、LFRを中心にプラント及び核特性等について解説した。一方、ガス冷却高速炉では、GBRAが設計したHe冷却高速炉について、プラント及び核特性等を説明した。

報告書

多目的高温ガス炉とガス冷却高速炉からなる共存エネルギー・システムの研究(III); ガス冷却高速炉の炉心構成と熱流動特性

吉田 弘幸; 飯島 進; 田中 良佶*; 川辺 俊明*; 堀田 雅一*

JAERI-M 82-183, 68 Pages, 1982/12

JAERI-M-82-183.pdf:1.92MB

共存システムの形成に適するという観点からGCFRの基準炉心を設定した。基準炉心は13本の主炉停止系と6本の後備炉停止系の合計19本の制御棒を有し、炉心と軸方向ブランケットにはPu-Uサイクル、径方向ブランケットにはU-Thサイクルを適用し、核分裂性Puと$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{3}$$Uの両方を増殖する目的を有している。本報告書では1.48という高い増殖比を有するGCFRにおいて、19本制御棒による反応度制御が可能かどうか、設定した燃料ペレットと被覆管最高温度条件を満足するかどうか、について核、熱流動両面から検討した結果について記述した。

報告書

ガス冷却高速増殖炉

吉田 弘幸

JAERI-M 82-084, 68 Pages, 1982/07

JAERI-M-82-084.pdf:2.29MB

世界的にみて、ガス冷却高速炉の研究開発は1980年末をもって実質的に終結した。この終結がガス冷却高速炉自身の特つ技術的問題によるものではないことを示すことを目的として、ガス冷却高速炉のプラント概念、原子炉性能、安全性、経済性、核燃料サイクル特性、およびこれまでの開発技術の蓄積、残された開発課題、開発体制など広範囲に亘る項目について総説した。

報告書

ガス冷却高速炉における水蒸気の炉心侵入による反応度効果

吉田 弘幸; 飯島 進; 太田 文夫*; 堀田 雅一*

JAERI-M 9473, 105 Pages, 1981/05

JAERI-M-9473.pdf:2.98MB

安全性の観点からLMFBRのNaボイド反応度効果に匹敵すると考えられていたガス冷却高速炉の水蒸気侵入反応度効果について多岐にわたる検討を加えた。対象としたガス冷却高速炉(GCFR)は300MWeGCFRと1000MWeGCFRである。解析は主にJAERI-Fast群定数セット、2次元拡散コードCITATIONとそれに基くExact Perturbation法を用いて行った。検討は、燃焼、燃料温度、制御棒挿入に関し異なる状態における反応度効果を明らかにすることに重点を置いた。加えて、燃料ピンの非均質配列を考慮することの影響、異なる群定数セットおよびエネルギー群数による影響についても、詳細に検討した。上述GCFRの反応度効果の予測精度を明らかにするため、ZPR-9の実験解析を行った。結果として、予測精度にはまだ問題があるが、従来云われていたほど水蒸気侵入反応度効果はGCFRの安全性を支配する因子とは考えられないことを明らかにした。本論文は、ThサイクルのGCFRの水蒸気侵入反応度効果についても言及している。

報告書

1,000MWeガス冷却高速炉の臨界性,増殖性および安全性に関連した炉物理性能の燃焼効果

吉田 弘幸; 太田 文夫*

JAERI-M 7423, 53 Pages, 1977/12

JAERI-M-7423.pdf:1.53MB

PuO$$_{2}$$-UO$$_{2}$$燃料を使用した1000MWe級He-冷却高速増殖炉について、臨界質量、出力分布、反応度損失の臨界性能、核種の変化、倍増時間等の増殖性能およびドップラー反応度効果、冷却材喪失反応度効果、水蒸気侵入反応度効果等の安全性に関連する炉物理的性能の燃焼による影響を総合的に検討を加えた。主な結論は以下の通りである。(1)年間の反応度損失は1.5%$$Delta$$K/Kと小さく、長時間燃料滞在の燃料サイクルが可能である。(2)システム倍増時間は9年、他の高速増殖炉と比較してすぐれた増殖性能を有している。(3)冷却材喪失反応度効果は、燃焼によってより正になるが、ナトリウム・ポイド反応度効果ほど重大ではない。(4)水蒸気炉心侵入反応度効果は、初期炉心において、0.02gr/cc以上の水蒸気侵入反応度効果に対して正になり、侵入密度増加にしたがって大きな正値をとる。燃焼進行につれて、反応度効果は負、しかも蒸気密度増加と共により負になる。

報告書

ガス冷却高速炉の炉心設計パラメターが炉心性能および燃料サイクル・コストに与える効果

清水 健宏; 吉田 弘幸

JAERI-M 6795, 30 Pages, 1976/11

JAERI-M-6795.pdf:0.89MB

ガス冷却高速炉の主要な炉心設計パラメータである燃料ペレット直径、燃料ピンに対する冷却材の体積比、炉心高さの変化が、1000MWeピン型ヘリウム冷却高速炉の核熱特性および燃料サイクルコストに、どの程度影響を及ぼすかを解析した。この比較検討に用いる、上述の3つのパラメターの組合わせをもつ原子炉モデルは、定常運転時における燃料と被覆管の最高温度がそれぞれ2200$$^{circ}$$C、700$$^{circ}$$Cであると言う条件のもとに、単チャンネル熱計算と2次元燃焼計算を行なう事によって作成したものである。燃料ペレット直径(6~7mm)、燃料ピンに対する冷却材の体積比(0.8~1.2)、炉心高さ(100~140cm)のサイベイ範囲内において、臨海質量は3200~4800Kg,倍増時間は10~14年に分布する。また、燃料サイクルコストは燃料加工費の推定方法に依存し、パラメータに対する傾向が大きく変化する。

報告書

ガス冷却高速増殖炉の核的炉心性能の検討評価

吉田 弘幸

JAERI-M 6728, 52 Pages, 1976/10

JAERI-M-6728.pdf:1.48MB

ガス冷却高速炉の核的炉心性能を、増殖性能を中心として、ピン型燃料と被覆粒子燃料を用いた2つの1000MWeガス冷却高速炉概念について評価した。また、ガス冷却高速炉の核的性能を、かつて原研において設計した高増殖比をもつナトリウム冷却高速炉の性能と比較した。この評価は、2次元拡散近似もとずく燃焼解析コードAPOLLOとJAERI-FAST 25群断面積セットを用いて行なった。ピン型燃料を用いたガス冷却高速炉は、増殖比が高く、燃料の炉内滞在時間を長くとれることで、短倍増時間を達成する可能性がある。一方、被覆粒子燃料を用いたガス冷却高速炉は、炉心転換比がかなり低くなることが原因となり、ピン型ガス冷却高速炉やナトリウム冷却高速炉と比較して、その増殖性能は低くなる。

報告書

ガス冷却高速炉の反応率比の実験解析

大杉 俊隆; 吉田 弘幸

JAERI-M 5971, 13 Pages, 1975/02

JAERI-M-5971.pdf:0.55MB

PROTEUS炉から得られたガス冷却高速炉中心での反応率比の実験解析を、JAERI-FAST群定数セットと、Benoistの定義する非等方拡散理論を適用した拡散理論を用いて行った。セルの実効断面積は衝突確率法を用いて非均質性を考慮して作成した。解析の対象とした実験値は、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Puの核分裂反応率(F9)に対する$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{8}$$Uの捕獲反応率(C8)、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{8}$$U及び$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$Uの核分裂反応率(F8、F5)の各々の反応率比である。解析の結果、各々の反応率比の計算に於て均質計算と非均質計算との差異は認められず、C/Eとして、C8/F9、F8/F9、F5/F9について各々1.06$$pm$$0.017、0.972$$pm$$0.016、1.006$$pm$$0.015なる値を得た。

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