第9章 大洗工学センターにおけるATR研究開発![]() |
第 9 章 |
制御棒挿入炉心の反応度、出力分布を測定し、「ふげん」の安全性、動特性解析の資料とした。![]() 熱中性子寿命と遅発中性子の割合の比を測定して、「ふげん」の安全性、動特性解析の資料とした。 ![]() 各種燃料集合体の局所出力ピーキングを求め、「ふげん」燃料集合体内のプルトニウム富化度分布決定に寄与した。 ![]() 燃料棒内を含め単位格子における各種中性子エネルギーによる反応率比を測定し、詳細計算コードのチェックに役立てた。 なお、上記実験は、各種濃縮度のウラン及びプルトニウム富化天然ウラン燃料及び各種減速材と燃料体積比を持つ体系について系統的に行った。 次に、上記実験項目に従って、実験の内容と主な成果について詳述する。 ( ![]() DCAのような大型臨界実験装置によって達成される測定結果の大きな特徴は、同一種類の燃料から構成された単領域炉心の臨界量を、実験手段のみにより決定できることである(多領域炉心の場合は解析手段も必要)。この単領域炉心は、1.2%濃縮ウラン燃料によって形成した。使用した格子間隔は、「ふげん」の24.0cmをはさむ25.0cmと22.5cm、それに20.0cmを入れた3種類、冷却材ボイド率は、4種類、減速材中のボロン濃度は、2種類を使用し、これらの組合せの中から計18種類の単領域炉心を選び、臨界量を測定した。臨界量は、上・下部の構造材による反射体効果の検討、後述の格子パラメータとの対比・検討を経たあと、解析値と比較され1)、計算精度の評価に役立てられた。 この結果より、「ふげん」の最小臨界体数、プルトニウム燃料装荷炉心、全装荷炉心のボロン濃度等が、精度良く予測(一部は事後解析)され、「ふげん」の炉心核設計の妥当性が、確認されるとともに、起動試験が安全裏に進行された。 単領域炉心に関するデータの集積と解析精度の評価を確立し、これを基に2領域及び多領域炉心の臨界量を測定し、試験領域のみで単領域を形成したと仮定した場合の物質バックリング(臨界量)を次々に決定した。試験領域は、天然ウラン、1.5%濃縮ウラン、4種類のプルトニウム富化天然ウラン等組成の異なるクラスター燃料を9〜36体配置した炉心中央 |
領域である。この試験領域の物質バックリング決定のため、精度の良い置換法による実験の解析手法を開発し、実験データの集積に成功した。多種類にわたる大量の燃料製造は、費用の面でも困難であるため、この解析手法の開発は、重水臨界実験室における自主技術開発の特筆すべきものの一つといえよう。
また、上記の方法と並行して、中性子束分布外挿法による物質バックリングの測定も行われた。また、独立した別の実験・解析法にり実験データの精度を吟味・評価した。 ( ![]() 冷却材喪失時の反応度の変化を測定するため、圧力管中に軽水が満たされた場合(0%ボイド率)、空になった場合(100%ボイド率)の2つの状態を作るとともに、途中の沸騰水のボイド率を核的に模擬するため、2種類(30%ボイド率と70%ボイド率)の軽水と重水の混合液を作った。重水は、核的に熱中性子の吸収断面積が小さく、また減速能も軽水に比べて小さいため、ボイドの部分の模擬に使われたものである。この4つのボイド率により、ボイド率変化に対する反応度の変化、すなわちボイド係数を測定した。 ボイド反応度・係数は、「ふげん」型単位格子が、重水・軽水の二重減速の構成であるため、次のいくつかの要因の働き具合により微妙に変化する。 (イ)ボイドの増加により、冷却材の中性子減速効果が減少し、共鳴エネルギーの中性子が増大して、238Uの共鳴吸収が増大する(負の反応度効果)。 (ロ)減速効果の減少に伴い、熱エネルギーの中性子が減少し、235Uの核分裂も減少する(負の反応度効果)。 (ハ)ボイドの増加により、炉心の外へ漏洩する中性子が増大する(負の反応度効果)。 (ニ)ボイドの増加により、冷却材の中性子吸収が減少する(正の反応度効果)。 また、(イ)と(ロ)の項目は、格子ピッチの増大とともに効果が弱まり、(ハ)の効果は、炉心の大きさに依存し、(ニ)の項目は、格子ピッチと、炉心の大きさにはあまり依存しないなど、複雑に変化する。1.2%濃縮ウラン炉心で、格子ピッチが22.5cmと25cmの場合の冷却材ボイド率に対する反応度変化(微係数がボイド係数)を図9.3.3に示す。ボイド反応度・係数の格子ピッチへの依存が、明確に表われている。これらのデータにより、ボイド反応度・係数に対する核計算コードの精度を評価し |
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