Nuclear data sensitivity analysis of the effective multiplication factor for a two-region damaged reactor model

Nguyen, H. H.

Annals of Nuclear Energy, 239, p.112647_1 - 112647_11, 2026/12

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2026.112647

本研究では、モデル温度、減速材中のホウ素濃度、損傷燃料集合体数の変化など、さまざまな条件下で、2領域損傷原子炉モデルのkの核データ感度係数を調査した。解析は、JENDL-5核データライブラリを用いたSerpentコードを使用して実施した。基準ケースでは、直方体形状および円筒形状の燃料デブリの感度係数は、減速材対燃料体積比の増加に伴って増加する傾向がある。一方、球形および円錐形の燃料デブリの感度係数は、減速材対燃料体積比の変化による影響を受けない。一般に、モデル温度または減速材中のホウ素濃度の変化は、燃料デブリの形状および減速材対燃料体積比が感度係数に与える影響を変化させない。損傷燃料集合体数の影響に関しては、損傷燃料集合体数の増加は、感度係数の大きさの大幅な増加をもたらす。より詳細な調査の結果、Hの弾性散乱に関連する感度係数が、モデルに含まれるすべての核種の断面積の摂動によって生じる全体の感度係数に大きく寄与していることが明らかになった。さらに、中性子スペクトルの硬さが感度係数に影響を与える上で重要な役割を果たしていることも判明した。

Effect of temperature on radiolytically generated hydrogen yield from actual nuclear fuel-derived solution

樋川 智洋; 宝徳 忍; 熊谷 友多; 阿部 侑馬*; 小山 幹一*; 深谷 洋行; 津幡 靖宏; 伴 康俊; 木田 孝; 長谷川 聡*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 63(8), p.969 - 975, 2026/08

https://doi.org/10.1080/00223131.2026.2637453

核燃料再処理における安全性評価のため、放射線分解によって生成される水素の温度依存性を調査した。放射線分解で生成される水素は可燃性であり、換気のない閉鎖空間で蓄積されると危険性が高まる。本研究では、実際の使用済み核燃料由来の溶液を用いて水素生成を評価した。従来のプルトニウム硝酸溶液を用いた研究と比較し、照射後の燃料組成を反映したより現実的な条件下での水素生成量を検討している。複数の温度における水素のG値を測定し、PHITSシミュレーションを用いて線、線、線の線量寄与を評価した。その結果、高濃度硝酸および溶解した金属イオンによるラジカル捕捉効果により水素生成量が減少し、温度依存性は小さいことが確認された。撹拌条件下では、温度上昇に伴うG値の緩やかな減少傾向が見られ、これはパラジウム種による水素消費と関連している可能性がある。

Impact of nuclear data updates from JENDL-4.0 to JENDL-5 on burnup calculations of light-water reactor fuels

渡邉 友章; 多田 健一; 遠藤 知弘*; 山本 章夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 63(1), p.3 - 18, 2026/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2025.2486798

本研究では、JENDL-4.0(J4)からJENDL-5(J5)への核データ更新が軽水炉燃料燃焼計算に与える影響を調査した。燃焼計算はPWRピンセル及びBWR燃料集合体形状について実施した。計算の結果、中性子増倍率(k)に燃焼度に依存した大きな差異があることがわかった。燃焼度0-50GWd/tの範囲において、J5のkはJ4のkよりも一貫して小さく、その差は燃焼が進むにつれて徐々に大きくなった。各核種の断面積データをJ4からJ5に置き換えた計算の結果、U, U, Puの断面積とHO中のHの熱中性子散乱則データの更新がkの差に顕著な影響を与えることが分かった。Gd燃料を含むBWR集合体形状では、10-15GWd/tの燃焼度範囲で大きなkの違いが観測された。この差異は主にU, Gd, Gd断面積の更新とHO中のHの熱中性子散乱則データに起因することが分かった。さらに、核種数密度、中性子エネルギー依存の感度係数、中性子スペクトルを調査することにより、核データの更新がkにどのように影響を与えたかを明らかにした。

福島第一原子力発電所2号機原子炉格納容器貫通部X-6内の堆積物の分析

米山 海; 二田 郁子; 田中 康之; 小高 典康; 菊池 里玖; 坂野 琢真; 古瀬 貴広; 佐藤 宗一; 三本木 満; 田中 康介

JAEA-Technology 2025-008, 44 Pages, 2025/12

JAEA-Technology-2025-008.pdf:4.3MB

東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉に向け、原子炉建屋格納容器内部の調査が行われている。燃料デブリの取出しや建屋解体の作業を安全に進めるためには、汚染状況を把握し、作業の計画や作業者の被ばくを管理する必要がある。本件は、2号機原子炉格納容器貫通部X-6(X-6ペネ)内の堆積物について、含まれる元素、放射性核種濃度、核種組成を把握することを目的に分析を実施した。本分析の対象試料は、スミヤろ紙に付着したX-6ペネ内部の堆積物である。堆積物に含まれる核種の把握、また、元素や元素の共存の様子を把握するため、非破壊分析として線スペクトル分析、蛍光X線(XRF)分析、走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線(SEM-EDX)分析を実施した。さらに、堆積物に含まれる放射性核種やその組成を詳細に明らかにするために、堆積物を硝酸及びフッ化水素酸で溶解し、溶解液中の核種、Sr-90及び核種の放射能分析を実施した。得られた結果を、2020年にX-6ペネ内の異なる場所で採取された堆積物の分析結果と比較した。非破壊での線スペクトル分析では、Co-60、Sb-125、Cs-134、Cs-137、Eu-154、Eu-155及びAm-241が検出された。XRF分析では、格納容器内の構造物由来と考えられるFeが主要な元素として検出され、そのほか燃料や燃料被覆管に由来すると考えられる微量のU及びZrが検出された。SEMEDX分析の結果では、堆積物の主要な元素としてOとFeが検出されたことに加え、Uを含む粒子が観察され、UとともにFe、Si、Cr、Ni、Zrが検出された。これらの結果は2020年採取試料と同様の傾向であった。放射能分析では、非破壊測定で検出された核種(Co-60、Sb-125、Cs-134、Cs-137、Eu-154、Eu-155)に加えて、Sr-90、Pu-238、Pu-239+240、Am-241、Cm-244、U-235、U-238の定量値を得た。これらの結果をもとに、1F事故に由来する汚染の主要な線放出核種であるCs-137を基準とした放射能比を算出した。さらに、U-238に対する放射能比についても算出し、ORIGENによる2号機の燃料組成の計算値と比較した。

Preliminary criticality analysis of a partially damaged reactor core under different scenarios

Nguyen, H. H.

Annals of Nuclear Energy, 218, p.111361_1 - 111361_9, 2025/08

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111361

本研究では、炉心中心に位置する燃料が溶融してさまざまな形状の燃料デブリとなる一方、炉心端に位置する燃料は無傷のままである部分損傷炉モデルの臨界特性を調べた。調査はSerpentコードとJENDL-5核データライブラリを用いて実施した。計算の結果、燃料デブリの体積が小さく一定に保たれている場合、燃料デブリの形状は系のkの変動則に大きな変化をもたらさないことがわかった。一方、燃料デブリの体積が変化するシナリオでは、システム温度が300Kで水中にホウ素が存在しない基準ケースにおいて、kの変動則は2つのグループに分けられる。第一のグループは立方体と円筒形の燃料デブリからなり、第二のグループは球形、円錐形、切頭円錐形の燃料デブリからなる。

Fundamental mechanisms of discontinuous deformation in metals for cryogenic-environment applications

Kim, Y. S.*; Kang, T.*; Hong, S.-K.*; Brechtl, J.*; Lebyodkin, M.*; Cheng, Y.-H.*; Huang, E.-W.*; Liaw, P. K.*; Harjo, S.; Gong, W.; et al.

Acta Materialia, 292, p.120970_1 - 120970_16, 2025/06

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120970

Metallic materials can exhibit low-temperature serrated deformation (LTSD) at cryogenic temperatures, potentially causing sudden failures. Understanding LTSD is thus crucial for ensuring material reliability in such environments. LTSD has been explained by two main mechanisms: (i) dislocation-based mechanical instability and (ii) thermomechanical instability, but each has limitations when considered alone. To address this, we propose a new LTSD mechanism, a thermally induced dislocation dynamics model, based on cryogenic experimental evidence. This model accounts for dislocation avalanches and localized heating, leading to hierarchical dislocation networks and transitions in deformation modes. A modified deformation-mechanism map for SS316L is also presented. Our findings highlight the rate-dependent nature of LTSD and negative strain-rate sensitivity, including the first observation of links between small stress fluctuations and large serrations.

DECOVALEX-2023: An International collaboration for advancing the understanding and modeling of coupled thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) processes in geological systems

Birkholzer, J. T.*; Graupner, B. J.*; Harrington, J.*; Jayne, R.*; Kolditz, O.*; Kuhlman, K. L.*; LaForce, T.*; Leone, R. C.*; Mariner, P. E.*; McDermott, C.*; et al.

Geomechanics for Energy and the Environment, 42, p.100685_1 - 100685_17, 2025/06

https://doi.org/10.1016/j.gete.2025.100685

The DECOVALEX initiative is an international research collaboration (www.decovalex.org), initiated in 1992, for advancing the understanding and modeling of coupled thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) processes in geological systems. DECOVALEX stands for "DEvelopment of COupled Models and VALidation against EXperiments". DECOVALEX emphasizes joint analysis and comparative modeling of the complex perturbations and coupled processes in geologic repositories and how these impact long-term performance predictions. More than fifty research teams associated with 17 international DECOVALEX partner organizations participated in the comparative evaluation of eight modeling tasks covering a wide range of spatial and temporal scales, geological formations, and coupled processes. This Virtual Special Issue on DECOVALEX-2023 provides an in-depth overview of these collaborative research efforts and how these have advanced the state-of-the-art of understanding and modeling coupled THMC processes. While primarily focused on radioactive waste, much of the work included here has wider application to many geoengineering topics.

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。

Enhancement of random sampling by a combined approach of control variates and Latin hypercube sampling for uncertainty quantification in light water reactor lattice calculations

藤田 達也

Journal of Nuclear Science and Technology, 62(5), p.470 - 479, 2025/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2024.2448320

本研究では、ランダムサンプリングに基づく核反応断面積(XS)共分散データに起因する不確かさ定量化手法を高度化するため、制御変量法(CV)とラテン超方格サンプリング(LHS)の併用効果について統計的なばらつきを考慮しつつ確認するとともに、CV適用時に必要な代替パラメータの選択による影響について感度解析を行った。PWRを想定したUO燃料集合体体系において、ランダムサンプリング中の中性子無限増倍率の不確かさに対する収束性能を、対称変量法(AS)、LHS、CV及びそれらを組み合わせた手法などの効率的サンプリング手法間で比較した。中性子無限増倍率の不確かさは、ENDF/B-VIII.0に基づくACE形式の摂動XSファイルを用いてSerpent2を多数回計算した結果を統計処理することにより評価した。CV+LHSは、AS、LHS、CV+ASよりも効率的に中性子無限増倍率の不確かさを評価した。また、CV適用時に必要な代替パラメータの選択に関する感度解析を行った。33燃料格子体系における計算を用いることで、CV+LHSの計算効率を改善することが可能であることを確認した。この理由は、33燃料格子体系における計算がGd同位体のXS共分散データの影響を捉えることができるためと定性的に考察される。結論として、ランダムサンプリング時の中性子無限増倍率の不確かさを評価するための収束性能の改善に対して、CV+LHSの適用性を確認した。

An Introduction to spent nuclear fuel decay heat for light water reactors; A Review from the NEA WPNCS

Rochman, D.*; 湊 太志; 渡邉 友章; 他52名*

EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 10, p.9_1 - 9_83, 2024/10

https://doi.org/10.1051/epjn/2024010

This paper summarized the efforts performed to understand decay heat estimation from existing spent nuclear fuel (SNF), under the auspices of the Working Party on Nuclear Criticality Safety (WPNCS) of the OECD Nuclear Energy Agency. Needs for precise estimations are related to safety, cost, and optimization of SNF handling, storage, and repository. The physical origins of decay heat (a more correct denomination would be decay power) are then introduced, to identify its main contributors (fission products and actinides) and time-dependent evolution. Due to limited absolute prediction capabilities, experimental information is crucial; measurement facilities and methods are then presented, highlighting both their relevance and our need for maintaining the unique current full-scale facility and developing new ones. The third part of this report is dedicated to the computational aspect of the decay heat estimation: calculation methods, codes, and validation. Different approaches and implementations currently exist for these three aspects, directly impacting our capabilities to predict decay heat and to inform decision-makers. Finally, recommendations from the expert community are proposed, potentially guiding future experimental and computational developments.