JP5567904B2 - Method for measuring subcritical multiplication factor of irradiated fuel assembly, measuring apparatus, program for measurement, and method for verifying prediction accuracy of nuclide composition of irradiated fuel assembly - Google Patents
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Description
本発明は、照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法、測定装置および測定用プログラム、並びに照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、貯蔵プール等に水没させている照射燃料集合体に中性子源を挿入して未臨界増倍率を測定する照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法、測定装置および測定用プログラム、並びに前記測定方法を利用した照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法に関するものである。 The present invention relates to a method for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly, a measuring apparatus and a program for measurement, and a method for verifying the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly. More specifically, the present invention relates to a method for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly, a measuring apparatus, and a measurement method for measuring a subcritical multiplication factor by inserting a neutron source into the irradiated fuel assembly submerged in a storage pool or the like. And a method for confirming the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly using the measurement method.
核燃料の輸送に燃焼度クレジットを導入するためには、照射燃料集合体の反応度を決定する集合体内核種組成の予測値が正しいことを、測定によって確認する必要がある。 In order to introduce burn-up credits for nuclear fuel transport, it is necessary to confirm by measurement that the predicted value of the nuclide composition in the assembly that determines the reactivity of the irradiated fuel assembly is correct.
照射燃料集合体の核種組成によって決定される値として未臨界増倍率ksubがある。したがって、照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを測定し、この測定値が、照射燃料集合体の管理データから予測される核種組成に基づいて算出された値と一致するか否かによって、燃焼度クレジット導入に必要な核種組成の予測精度の確証を行うことができる。 There is a subcritical multiplication factor ksub as a value determined by the nuclide composition of the irradiated fuel assembly. Accordingly, the subcritical multiplication factor ksub of the irradiated fuel assembly is measured, and the combustion value is determined depending on whether or not this measured value matches the value calculated based on the nuclide composition predicted from the management data of the irradiated fuel assembly. The accuracy of prediction of nuclide composition required for the introduction of credits can be confirmed.
照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubの測定に適用可能であると考えられる方法として中性子源増倍法がある。中性子源増倍法では燃料集合体全体の中性子発生率Sを求める必要があり、そのため、原子炉や核燃料集合体内外の測定可能な1ないし複数点での中性子束φの測定値に基づいて全中性子発生率Sを推定することが考えられている。 There is a neutron source multiplication method as a method considered to be applicable to the measurement of the subcritical multiplication factor ksub of the irradiated fuel assembly. In the neutron source multiplication method, it is necessary to obtain the neutron generation rate S of the entire fuel assembly. Therefore, based on the measured value of the neutron flux φ at one or more measurable points inside or outside the nuclear reactor or nuclear fuel assembly, It is considered to estimate the neutron generation rate S.
なお、照射燃料集合体の未臨界度を測定する装置としては、例えば特許文献1がある。
An apparatus for measuring the subcriticality of an irradiated fuel assembly is, for example,
しかしながら、中性子束φの分布を原子炉や核燃料集合体内で詳細に測定することは出来ない。従来手法では測定する燃料集合体内外の中性子束φの分布がほとんど変化しないと仮定し、測定可能な箇所の中性子束φを1ないし数点測定して中性子発生率Sを評価するが、中性子束φの分布は燃料集合体の核種組成等に強く依存し変化する。このため、中性子束φの分布を正確に求めるためには、未臨界度に関する情報(原子炉管理システムで評価した燃料集合体毎の燃焼履歴、予測した核種組成等)をもとに詳細計算を行なう必要があり、これらの情報がなければ測定可能な箇所で中性子束φを実測しても中性子発生率Sを得ることが出来ず、未臨界増倍率ksubを求めることができない。 However, the distribution of the neutron flux φ cannot be measured in detail in the nuclear reactor or nuclear fuel assembly. In the conventional method, it is assumed that the distribution of the neutron flux φ inside and outside the fuel assembly to be measured hardly changes, and the neutron generation rate S is evaluated by measuring the neutron flux φ at one or several points where measurement is possible. The distribution of φ varies strongly depending on the nuclide composition of the fuel assembly. For this reason, in order to accurately determine the distribution of the neutron flux φ, detailed calculation is performed based on information on subcriticality (combustion history for each fuel assembly evaluated by the reactor management system, predicted nuclide composition, etc.). Without this information, the neutron generation rate S cannot be obtained even if the neutron flux φ is actually measured at a measurable location, and the subcritical multiplication factor ksub cannot be obtained.
本発明は、測定対象となる照射燃料集合体内部の中性子束φの分布をその未臨界度に関する情報(原子炉管理システムで評価した燃料集合体毎の燃焼履歴、予測した核種組成等)を用いて計算すること無く、実測データから未臨界増倍率ksubを求めることが可能な照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法、測定装置および測定用プログラム、並びに照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法を提供することを目的とする。 The present invention uses the information on the subcriticality of the distribution of the neutron flux φ inside the irradiated fuel assembly to be measured (combustion history for each fuel assembly evaluated by the reactor management system, predicted nuclide composition, etc.) The subcritical multiplication factor measurement method, measuring apparatus and program for the irradiated fuel assembly, and the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly that can determine the subcritical multiplication factor ksub from the measured data without calculation The purpose is to provide a verification method.
本発明者らは、照射燃料集合体の核特性について鋭意研究を行った結果、水中に保管した燃料集合体に 252 Cf中性子源を挿入した場合、その燃料集合体の燃焼度にかかわらず中性子漏洩率Lが一定であることを知見した。そして、かかる知見に基づき更に研究を進めることで、この知見を従来の「中性子源増倍法」に適用することで、当該照射燃料集合体の中性子発生率Sを高精度に算出できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies on the nuclear characteristics of irradiated fuel assemblies, the present inventors have found that when a 252 Cf neutron source is inserted into a fuel assembly stored in water, neutron leakage occurs regardless of the burnup of the fuel assembly. It was found that the rate L is constant. And by further research based on this knowledge, by applying this knowledge to the conventional "neutron source multiplication method", it was found that the neutron generation rate S of the irradiated fuel assembly can be calculated with high accuracy , The present invention has been completed.
即ち、請求項1記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法は、測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体の中性子漏洩率Lを予め求めておき、水没されている測定対象の照射燃料集合体について中性子放出強度S0の 252 Cf中性子源を使用して外部での中性子吸収率Aを測定し、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の中性子発生率Sを算出し、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出するものである。
That is, the method for measuring the subcritical multiplication factor of the irradiated fuel assembly according to
また、請求項2記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法は、中性子放出強度S0が不明な場合、中性子放出強度S0が不明な 252 Cf中性子源を使用して、測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体を水没させて外部での中性子吸収率Axを測定すると共に、前記の核種組成を有する燃料集合体についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出し、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出するものである。
Further, in the method for measuring the subcritical multiplication factor of the irradiated fuel assembly according to
また、請求項3記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置は、予め求めておいた測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体の中性子漏洩率Lを記憶している記憶手段と、水没されている測定対象の照射燃料集合体について中性子放出強度S0の 252 Cf中性子源を用いて外部での中性子吸収率Aを測定する吸収率測定手段と、中性子吸収率Aと中性子放出強度S0とを読み込む入力手段と、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の中性子発生率Sを算出すると共に、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出する算出手段とを備えるものである。
The apparatus for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly according to
また、請求項4記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置は、水没されている測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体について中性子放出強度S0が不明な 252 Cf中性子源を用いて外部での中性子吸収率Axを測定する第2の吸収率測定手段と、中性子吸収率Axを読み込む第2の入力手段と、前記の核種組成を有する燃料集合体についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出すると共に、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出する第2の算出手段とを備えるものである。
The apparatus for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly according to
また、請求項5記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定用プログラムは、少なくとも、記憶手段に予め記憶されている測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体の中性子漏洩率Lを読み込む手段、水没されている測定対象の照射燃料集合体について中性子放出強度S0の 252 Cf中性子源を用いて測定された外部での中性子吸収率Aと中性子放出強度S0とを読み込む手段、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の中性子発生率Sを算出すると共に、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出する手段としてコンピュータを機能させるためのものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a program for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly, at least a fuel having the same composition and shape at the time of new fuel as the irradiated fuel assembly to be measured that is stored in advance in the storage means. Means for reading the neutron leakage rate L of a fuel assembly whose nuclide composition is known, and the externally measured fuel submerged irradiated fuel assembly using a 252 Cf neutron source of neutron emission intensity S0 Means for reading the neutron absorption rate A and the neutron emission intensity S0, and calculating the neutron generation rate S of the irradiated fuel assembly to be measured based on the neutron leakage rate L and the neutron absorption rate A, and the neutron emission intensity S0 And a neutron generation rate S for causing the computer to function as means for calculating the subcritical multiplication factor ksub of the irradiated fuel assembly to be measured.
また、請求項6記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定用プログラムは、少なくとも、記憶手段に予め記憶されている測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体の中性子漏洩率Lを読み込む手段、水没されている測定対象の照射燃料集合体について中性子放出強度S0の 252 Cf中性子源を用いて測定された外部での中性子吸収率Aと中性子放出強度S0とを読み込む手段、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の中性子発生率Sを算出すると共に、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象の照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出する手段、水没されている測定対象の照射燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体について中性子放出強度S0が不明な 252 Cf中性子源を用いて測定された中性子吸収率Axを読み込む手段、前記の核種組成を有する燃料集合体についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出すると共に、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出する手段としてコンピュータを機能させるためのものである。
The program for measuring the subcritical multiplication factor of the irradiated fuel assembly according to
さらに、請求項7記載の照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法は、請求項1又は2記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法を使用して照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを測定すると共に、照射燃料集合体について管理上予測される核種組成をもとに、照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出し、この算出値と未臨界増倍率ksubの測定値との比較によって照射燃料集合体の核種組成の予測が臨界安全の観点で十分な精度を有することを確証するものである。
Furthermore, the method for confirming the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly according to
ここで、中性子放出強度S0とは、単位時間あたりに、放射性崩壊に起因して中性子源から発生する中性子数をいう。また、中性子発生率Sとは、単位時間あたりに燃料集合体内部に挿入された中性子源の放射性崩壊に起因し発生する中性子数と、その中性子に起因した核分裂連鎖反応で燃料集合体内部で単位時間あたりに発生する中性子数の合計をいう。さらに、中性子漏洩率Lとは、燃料集合体内部で発生する中性子の数に対して、集合体外部で吸収される中性子の数の割合をいう。 Here, the neutron emission intensity S0 means the number of neutrons generated from the neutron source due to radioactive decay per unit time. The neutron generation rate S is the number of neutrons generated due to radioactive decay of the neutron source inserted inside the fuel assembly per unit time, and the unit inside the fuel assembly due to the fission chain reaction caused by the neutron. The total number of neutrons generated per hour. Furthermore, the neutron leakage rate L refers to the ratio of the number of neutrons absorbed outside the assembly to the number of neutrons generated inside the fuel assembly.
請求項1記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法、請求項3記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置および請求項5記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定用プログラムによれば、測定対象の照射燃料集合体に挿入する 252 Cf中性子源の中性子放出強度S0が既知の場合に、測定対象となる照射燃料集合体内部の中性子束φの分布をその未臨界度に関する情報(原子炉管理システムで評価した燃料集合体毎の燃焼履歴、予測した核種組成等)を用いて計算すること無く、その照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを高い精度で求めることが可能になる。
The method for measuring the subcritical multiplication factor of the irradiated fuel assembly according to
また、請求項2記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定方法、請求項4記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置および請求項6記載の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定用プログラムによれば、測定対象の照射燃料集合体に挿入する 252 Cf中性子源の中性子放出強度S0が不明な場合であっても、中性子放出強度S0を求めることができ、求めた中性子放出強度S0を用いて未臨界増倍率ksubを高い精度で求めることができる。
A method for measuring a subcritical multiplication factor of an irradiated fuel assembly according to
さらに、請求項7記載の照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法によれば、未臨界増倍率ksubと核種組成は対応するので、管理上の核種組成が実際のものと一致しているか否かを確認することができる。そのため、照射燃料集合体の核種組成の予測精度が臨界安全管理にとって十分な精度を有すことを確証でき、核燃料の輸送に際し、燃焼度クレジットの導入が可能になる。
Further, according to the method for confirming the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly according to
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。本発明は燃料集合体から漏洩する中性子の数を測定することを特徴とする中性子源増倍法を利用して照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを測定するものであり、水没させた照射燃料集合体に中性子源を挿入して未臨界増倍率ksubを測定する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the form shown in the drawings. The present invention measures the subcritical multiplication factor ksub of an irradiated fuel assembly using a neutron source multiplication method characterized by measuring the number of neutrons leaking from the fuel assembly, and is submerged in irradiation. A neutron source is inserted into the fuel assembly and the subcritical multiplication factor ksub is measured.
図1に、本発明の照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置の第1の実施形態を示す。本実施形態では、外部での中性子吸収率Aの測定と中性子漏洩率Lの算出に用いる中性子源として中性子放出強度S0が既知のものを使用する。照射燃料集合体の未臨界増倍率測定装置(以下、単に未臨界増倍率測定装置という)は、予め求めておいた測定対象の照射燃料集合体1と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体2の中性子漏洩率Lを記憶している記憶手段3と、水没されている測定対象の照射燃料集合体1について中性子放出強度S0の中性子源4を用いて外部での中性子吸収率Aを測定する吸収率測定手段5と、中性子吸収率Aと中性子放出強度S0とを読み込む入力手段6と、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象の照射燃料集合体1の中性子発生率Sを算出すると共に、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象の照射燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを算出する算出手段7とを備えるものである。この未臨界増倍率測定装置は、本発明の照射燃料集合体1の未臨界増倍率測定用プログラム8をコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、照射燃料集合体1の未臨界増倍率測定用プログラム(以下、単に測定用プログラムという)8をコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。なお、以下、「測定対象の照射燃料集合体1」を単に測定対象燃料集合体1といい、「測定対象の照射燃料集合体1と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体2」を単に組成既知燃料集合体2という。
FIG. 1 shows a first embodiment of a subcritical multiplication factor measuring apparatus for irradiated fuel assemblies according to the present invention. In the present embodiment, a neutron source having a known neutron emission intensity S0 is used as a neutron source used for external measurement of the neutron absorption rate A and calculation of the neutron leakage rate L. An irradiation fuel assembly subcritical multiplication factor measurement device (hereinafter simply referred to as a subcritical multiplication factor measurement device) is a fuel having the same composition and shape at the time of new fuel as the previously determined
測定用プログラム8を実行するための本実施形態の未臨界増倍率測定装置の全体構成を図1に示す。この未臨界増倍率測定装置は、制御部9、記憶部(記憶手段)3、入力部(入力手段)6、表示部10を備え、これらは相互にバス等の信号回線11により接続されている。
FIG. 1 shows the overall configuration of the subcritical multiplication factor measuring apparatus according to this embodiment for executing the measurement program 8. This subcritical multiplication factor measuring device includes a
制御部9は記憶部3に記憶されている測定用プログラム8によって未臨界増倍率測定装置全体の制御並びに未臨界増倍率ksubの算出等に係る演算を行うものであり、例えばCPU(中央演算処理装置)である。記憶部3は少なくともデータやプログラム8を記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
The
入力部6は少なくとも作業者の命令等を制御部9等に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。表示部10は制御部9の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
The
未臨界増倍率測定装置の制御部9には、測定用プログラム8を実行することにより、記憶手段3に予め記憶されている組成既知燃料集合体2の中性子漏洩率Lを読み込む手段としての漏洩率読込部12、水没されている測定対象燃料集合体1について中性子放出強度S0の中性子源4を用いて測定された外部での中性子吸収率Aと中性子放出強度S0とを読み込む手段としての入力データ読込部13、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象燃料集合体1の中性子発生率Sを算出すると共に、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを算出する手段としての算出部(算出手段)7が構成される。
The
未臨界増倍率測定装置には、受信装置14がバス等の信号回線11等により接続されており、例えば吸収率測定手段5によって測定された照射燃料集合体1の外部での中性子吸収率Aはこの受信装置14を介して記憶部3に記憶される。ここで、例えば照射燃料集合体1を水没させておくプールに設置した吸収率測定手段5と受信装置14とを通信回線15によって接続し、吸収率測定手段5の測定値(燃料集合体の外部での中性子吸収率A)を自動的に受信装置14に供給するようにしても良いし、作業者の送信操作によって中性子吸収率Aを受信装置14に供給するようにしても良い。あるいは、作業者が入力部6を操作して中性子吸収率Aを直接入力し、記憶部3に記憶させるようにしても良い。
A
中性子源4の中性子放出強度S0は、例えば作業者が入力部6を操作して直接入力し、記憶部3に記憶させる。
The neutron emission intensity S0 of the
吸収率測定手段5としては、公知の中性子吸収率測定方法を実施する測定装置が使用される。公知の中性子吸収率測定方法としては、例えば特開2007−315909号に開示された中性子放出体の中性子放出率測定方法があり、当該方法の「中性子放出率」が本発明における「中性子吸収率」である。 As the absorptivity measuring means 5, a measuring device that implements a known neutron absorptivity measuring method is used. As a known neutron absorption rate measurement method, for example, there is a neutron emission rate measurement method of a neutron emitter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-315909, and the “neutron emission rate” of the method is “neutron absorption rate” in the present invention. It is.
本実施形態では、吸収率測定手段5は照射燃料集合体を貯蔵しておくプールを利用して設けられている。吸収率測定手段5を図6に示す。プール内に測定対象燃料集合体1を沈め、内挿物取扱い装置を使用して測定対象燃料集合体1の例えば制御棒案内管に中性子源4が挿入される。例えば17×17型PWR燃料集合体には24本の制御棒案内管が設けられているので、24本の全てに中性子源4が挿入される。ここで、24本の制御棒案内管の全てに中性子源4を同時に挿入して測定を行うようにしても良いが、一部(1本又は複数本)の制御棒案内管にのみ中性子源4を挿入して測定を行い、この測定を、挿入する制御棒案内管を代えながら繰り返し行うことで24本の制御棒案内管の全てについて測定を行うようにしても良い。測定を複数回に分けた場合には、測定値を合計する。
In the present embodiment, the absorptivity measuring means 5 is provided using a pool for storing irradiated fuel assemblies. The absorptivity measuring means 5 is shown in FIG. The measurement
中性子源4として例えば十分な長さのものが使用され、燃料集合体1全長にわたり挿入される。このように燃料集合体1全長にわたり挿入できる長さの中性子源4を使用することで、中性子吸収率A(中性子放出率)の測定を短時間で行うことができる。ただし、中性子源4として、必ずしもこのように十分な長さを有するものを使用する必要はなく、点状のもの等より短いものを使用することも可能である。より短い中性子源4を使用する場合には、中性子源4を管の中で燃料集合体1全長にわたり等速度で移動させながら測定を行い、測定値を合計することで上述の十分な長さの中性子源4を使用した場合と実質的に同じ条件で測定することができる。また、一定間隔の複数点で中性子源をとめて測定を行い、測定値を合算した場合でも、測定点数を増やせば上述の十分な長さの中性子源4を使用した場合と実質的に同じ条件で測定することができる。
For example, a
吸収率測定手段5は算出した中性子吸収率Aを受信装置14に供給する。あるいは、吸収率測定手段5が算出した中性子吸収率Aを作業者が入力部6を操作して入力する。中性子吸収率Aは一旦記憶部3に記憶される。
The absorption rate measuring means 5 supplies the calculated neutron absorption rate A to the receiving
測定対象燃料集合体1は、例えばPWRの照射燃料集合体1である。PWRの照射燃料集合体1は上からの中性子源4の挿入が可能であり、また貯蔵プール内に立てた状態で沈めて貯蔵されるため、吸収率測定手段5による中性子吸収率Aの測定が容易である。ただし、中性子源4を挿入して中性子吸収率Aを測定することが可能であれば、PWR以外の燃料集合体、例えばBWR等の燃料集合体を測定対象にしても良い。
The measurement
中性子源4は例えば制御棒案内管に挿入可能な棒状を成している。本発明では、中性子源4として、自発核分裂中性子源である 252 Cfを使用する。
The
中性子漏洩率Lは数値解析によって求められ、予め記憶部3に記憶されている。本発明者らは、照射燃料集合体1の核特性について鋭意研究を行った結果、燃料集合体の中性子漏洩率Lは核燃料の燃焼度に依存せず一定(少なくとも未臨界増倍率ksubの算出においては一定であるとみなしても良い程度に一定)であることを知見した。また、燃料集合体の中性子漏洩率Lは、核燃料の核種組成が解れば、数値解析によって算出することができる。したがって、本発明では、測定対象燃料集合体1と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体2について中性子漏洩率Lを算出し、この中性子漏洩率Lを測定対象燃料集合体1について使用する。中性子漏洩率Lの算出は計算コードを使用して行われる。計算コードとしては、三次元の中性子束分布を計算できるコードであればいずれも使用可能であるが、例えば、多群拡散法としてCITATIONコード等、多群決定論的輸送法としてDANTSYS等、多群モンテカルロ法コードとしてKENO等、連続エネルギーモンテカルロ法コードとしてMCNP-5,MVP-II等の使用が可能である。中性子漏洩率Lは吸収率測定手段5の測定体系と同じ体系について算出される。
The neutron leakage rate L is obtained by numerical analysis and stored in the
組成既知燃料集合体2としては、未使用の新燃料集合体がある。さらに照射履歴はあっても管理データ等の参照により現在の核種組成が解析可能な燃料集合体がある。組成既知燃料集合体2を使用して中性子漏洩率Lを求めておけば、初期の核種組成が同じものを測定対象にする限り、測定の度に中性子漏洩率Lを求め直す必要がない。
As the
算出された中性子漏洩率Lは、例えば作業者が入力部6を操作して直接入力し、記憶部3に記憶させておく。
The calculated neutron leakage rate L is directly input by, for example, an operator operating the
次に、本発明の照射燃料集合体1の未臨界増倍率測定方法について説明する。この照射燃料集合体1の未臨界増倍率測定方法(以下、単に未臨界増倍率測定方法という)は、例えば図2に示すように、組成既知燃料集合体2の中性子漏洩率Lを予め求めておき(ステップS31)、水没されている測定対象燃料集合体1について中性子放出強度S0の中性子源4を使用して外部での中性子吸収率Aを測定し(ステップS32)、中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象燃料集合体1の中性子発生率Sを算出し(ステップS33)、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを算出する(ステップS34)ものである。
Next, the subcritical multiplication factor measuring method of the irradiated
まず最初に、組成既知燃料集合体2について数値解析を行なって中性子漏洩率Lを求めておき、記憶部3に予め記憶しておく(ステップS31)。この中性子漏洩率Lを制御部9の漏洩率読込部12が記憶部3から読み込み、算出部7に供給する。
First, numerical analysis is performed on the
次に、吸収率測定手段5が測定対象燃料集合体1の外部での中性子吸収率Aを測定し、測定された中性子吸収率Aが記憶部3に記憶される。また、測定に使用した中性子源4の中性子放出強度S0も記憶部3に記憶される。入力データ読込部13は中性子吸収率Aと中性子放出強度S0を記憶部3から読み込み、算出部7に供給する。
Next, the absorption rate measuring means 5 measures the neutron absorption rate A outside the measurement
算出部7は中性子漏洩率Lと中性子吸収率Aとに基づいて測定対象燃料集合体1の中性子発生率Sを算出し(ステップS33)、中性子放出強度S0と中性子発生率Sとに基づいて測定対象燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを算出する(ステップS34)。具体的には、数式1に基づいて中性子発生率Sを算出し、数式2に基づいて未臨界増倍率ksubを算出する。
The
<数1>
中性子発生率S=集合体外部での中性子吸収率A/中性子漏洩率L
<数2>
未臨界増倍率ksub=(中性子発生率S−中性子放出強度S0)/中性子発生率S
<
Neutron generation rate S = neutron absorption rate A / neutron leakage rate L outside the assembly
<
Subcritical multiplication factor ksub = (neutron generation rate S−neutron emission intensity S0) / neutron generation rate S
そして、算出された未臨界増倍率ksubは記憶部3に記憶されると共に、表示部10に表示される(ステップS35)。その後、測定用プログラム8は終了する。
The calculated subcritical multiplication factor ksub is stored in the
なお、2回目以降の測定では、中性子漏洩率Lが既に記憶部3に記憶されているので、ステップS31を飛ばしてステップS32から実行される。
Note that, in the second and subsequent measurements, the neutron leakage rate L is already stored in the
本発明では、中性子源4の中性子放出強度S0が既知の場合に、原子炉管理システムで評価した集合体毎の燃焼履歴、予測した核種組成等を参照せずに測定対象燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを直接求めることができる。
In the present invention, when the neutron emission intensity S0 of the
次に、本発明の未臨界増倍率測定装置の第2の実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と同一の部材やステップついては同一の符号を付し、それらについての説明を省略する。 Next, a second embodiment of the subcritical multiplication factor measuring apparatus of the present invention will be described. The same members and steps as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図3に、未臨界増倍率測定装置を示す。この未臨界増倍率測定装置は、中性子吸収率Aの測定に中性子放出強度S0が不明の中性子源4を使用可能にしたものであり、上記の各構成要素に加えて、水没されている組成既知燃料集合体2について中性子放出強度S0が不明な中性子源4を用いて外部での中性子吸収率Axを測定する第2の吸収率測定手段16と、中性子吸収率Axを読み込む第2の入力手段17と、上記既知の核種組成を有する燃料集合体(想定燃料集合体)についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出すると共に、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出する第2の算出手段18とを備えている。
FIG. 3 shows a subcritical multiplication factor measuring device. This subcritical multiplication factor measuring device enables the
本実施形態では、上述の吸収率測定手段5によって第2の吸収率測定手段16を兼用している。即ち、上述の吸収率測定手段5を使用して中性子吸収率Axを測定する。測定された中性子吸収率Axは中性子吸収率Aと同様にして記憶部3に記憶される。
In the present embodiment, the second absorptivity measuring means 16 is also used by the absorptivity measuring means 5 described above. That is, the neutron absorption rate Ax is measured using the above-described absorption rate measuring means 5. The measured neutron absorption rate Ax is stored in the
また、本実施形態では、上述の入力手段(入力部)6によって第2の入力手段17を兼用している。即ち、上述の入力部6を操作して作業者が中性子吸収率Axを入力しても良い。
In the present embodiment, the second input means 17 is also used by the input means (input unit) 6 described above. That is, the operator may input the neutron absorption rate Ax by operating the
また、測定用プログラム8の実行により、制御部9には、上記の手段12,13,7の他に、水没されている組成既知燃料集合体2について中性子放出強度S0が不明な中性子源4を用いて測定された中性子吸収率Axを読み込む手段としての第2の入力データ読込部19、上記既知の核種組成を有する燃料集合体(想定燃料集合体)についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出すると共に、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出する手段としての第2の算出部(第2の算出手段)18が構成される。
Further, by executing the measurement program 8, in addition to the above means 12, 13, and 7, the
次に、未臨界増倍率測定方法について説明する。この未臨界増倍率測定方法は、例えば図4に示すように、中性子源4の中性子放出強度S0を求めるステップS40を有している。本実施形態では、組成既知燃料集合体2の中性子漏洩率Lを求めた(ステップS31)後に、ステップS40を実行する。
Next, the subcritical multiplication factor measuring method will be described. For example, as shown in FIG. 4, the subcritical multiplication factor measuring method includes a step S40 for obtaining the neutron emission intensity S0 of the
ステップS40のルーチンは、例えば図5に示すように、中性子放出強度S0が不明な中性子源4を使用して組成既知燃料集合体2を水没させて中性子吸収率Axを測定し(ステップS41)、上記既知の核種組成を有する燃料集合体についての中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出し(ステップS42)、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて中性子発生率Sxを算出し(ステップS43)、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいて中性子放出強度S0を算出する(ステップS44)ものである。
In the routine of step S40, for example, as shown in FIG. 5, the
ステップS41では、中性子放出強度S0が不明な中性子源4を使用して、組成既知燃料集合体2を対象に吸収率測定手段5によって外部での中性子吸収率Axを測定する。測定した中性子吸収率Axは受信装置14又は第2の入力部17(入力部6)を介して記憶部3に記憶させておく。また、制御部9の第2の入力データ読込部19は中性子吸収率Axを記憶部3から読み込み、第2の算出部18に供給する。
In step S41, the external neutron absorption rate Ax is measured by the absorption rate measuring means 5 for the
第2の算出部18は、ステップS41で測定した組成既知燃料集合体2と同じ核種組成を有する燃料集合体(想定燃料集合体)を想定し、中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxを算出する(ステップS42)。中性子漏洩率Lxと未臨界増倍率ksubxの算出は計算コードを使用して行われる。計算コードとしては、三次元の中性子束分布を計算できるコードであればいずれも使用可能であるが、例えば、多群拡散法としてCITATIONコード等、多群決定論的輸送法としてDANTSYS等、多群モンテカルロ法コードとしてKENO等、連続エネルギーモンテカルロ法コードとしてMCNP-5,MVP-II等の使用が可能である。中性子漏洩率Lx,未臨界増倍率ksubxは吸収率測定手段5の測定系と同じ測定系について算出される。
The second calculating
また、第2の算出部18は、中性子吸収率Axと中性子漏洩率Lxとに基づいて想定燃料集合体の中性子発生率Sxを算出し(ステップS43)、中性子発生率Sxと未臨界増倍率ksubxとに基づいてステップS41で使用した中性子源4の中性子放出強度S0を算出する(ステップS44)。具体的には、数式3に基づいて中性子発生率Sxを算出し、数式4に基づいて中性子放出強度S0を算出する。なお、数式4は数式2の変形である。
The second calculating
<数3>
中性子発生率Sx=集合体外部での中性子吸収率Ax/中性子漏洩率Lx
<数4>
中性子放出強度S0=中性子発生率S(1−未臨界増倍率ksubx)
<
Neutron generation rate Sx = neutron absorption rate Ax outside assembly / neutron leakage rate Lx
<
Neutron emission intensity S0 = neutron generation rate S (1-subcritical multiplication factor ksubx)
そして、算出された中性子放出強度S0は記憶部3に記憶された後、図4のステップS32へと戻り、ステップS32→ステップS33→ステップS34→ステップS35へと進み、測定対象燃料集合体1について未臨界増倍率ksubを求めて表示部10に表示する。その後、測定用プログラム8は終了する。
Then, after the calculated neutron emission intensity S0 is stored in the
なお、2回目以降の測定では、中性子源4の中性子放出強度S0は既に記憶部3に記憶されているので、図2の測定方法によって未臨界増倍率ksubが求められる。
In the second and subsequent measurements, since the neutron emission intensity S0 of the
本実施形態では、中性子源4の中性子放出強度S0が不明であっても中性子放出強度S0を求めることができ、求めた中性子放出強度S0を用いて未臨界増倍率ksubを求めることができる。即ち、中性子源4の中性子放出強度S0が不明な場合であっても、新燃料集合体のように組成が既知の集合体を用いれば、測定対象燃料集合体に関する原子炉管理システムで評価した燃焼履歴、予測した核種組成等を参照せずに照射燃料集合体1の未臨界増倍率ksubを直接求めることができる。
In this embodiment, the neutron emission intensity S0 can be obtained even if the neutron emission intensity S0 of the
次に、本発明の照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法について説明する。 Next, a method for confirming the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly of the present invention will be described.
この照射燃料集合体の核種組成の予測精度の確証方法(以下、単に確証方法という)は、上述の未臨界増倍率測定方法を使用して、照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを測定すると共に、照射燃料集合体について管理上予測される核種組成をもとに照射燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出し、この算出値と未臨界増倍率ksubの測定値との比較によって照射燃料集合体の核種組成の予測精度を確証するものである。 This verification method for the prediction accuracy of the nuclide composition of the irradiated fuel assembly (hereinafter simply referred to as the verification method) measures the subcritical multiplication factor ksub of the irradiated fuel assembly using the above-mentioned subcritical multiplication factor measurement method. At the same time, the subcritical multiplication factor ksub of the irradiated fuel assembly is calculated based on the nuclide composition predicted for the irradiated fuel assembly, and the irradiated fuel assembly is compared with the measured value of the subcritical multiplication factor ksub. This confirms the prediction accuracy of the nuclide composition of the aggregate.
燃料集合体の核種組成は、例えば原子炉炉心管理システム等によって管理されている。管理上の核種組成に基づいて燃料集合体の未臨界増倍率ksubを算出し、この算出値を、実際の未臨界増倍率ksubの測定値と比較することで、核燃料の管理上の核種組成の予測が臨界安全の観点で十分な精度を有することを確証することができる。 The nuclide composition of the fuel assembly is managed by, for example, a reactor core management system. The subcritical multiplication factor ksub of the fuel assembly is calculated on the basis of the administrative nuclide composition, and this calculated value is compared with the measured value of the actual subcritical multiplication factor ksub. It can be confirmed that the prediction has sufficient accuracy in terms of criticality safety.
管理上の核種組成に基づいた燃料集合体の未臨界増倍率ksubの算出は計算コードを使用して行われる。計算コードとしては、三次元の中性子束分布を計算できるコードであればいずれも使用可能であるが、例えば、多群拡散法としてCITATIONコード等、多群決定論的輸送法としてDANTSYS等、多群モンテカルロ法コードとしてKENO等、連続エネルギーモンテカルロ法コードとしてMCNP-5,MVP-II等の使用が可能である。 Calculation of the subcritical multiplication factor ksub of the fuel assembly based on the administrative nuclide composition is performed using a calculation code. As the calculation code, any code that can calculate the three-dimensional neutron flux distribution can be used. For example, CITATION code as a multigroup diffusion method, DANTSYS as a multigroup deterministic transport method, etc. It is possible to use KENO etc. as the Monte Carlo method code and MCNP-5, MVP-II, etc. as the continuous energy Monte Carlo code.
燃料集合体についての未臨界増倍率ksubの実際の測定は、本発明の未臨界増倍率測定方法によって行われる。この測定値を炉心管理システムで管理されている核種組成に基づく未臨界増倍率ksub(算出値)と比較することで、その炉心管理システムによる組成の予測の正確性を検証することができる。即ち、測定値と炉心管理システムに基づく算出値とが一致している又は相違するが許容範囲内である場合には、その炉心管理システムによる核種組成と実際の照射燃料集合体1の核種組成との間に齟齬がないと評価(照射燃料集合体の核種組成の予測が臨界安全管理にとって十分な精度を有する、との評価)できる。一方、測定値と炉心管理システムに基づく算出値とが相違しており且つその相違が許容範囲を超えている場合には、その炉心管理システムによる核種組成と実際の照射燃料集合体1の核種組成との間に齟齬があると評価(照射燃料集合体の核種組成の予測が臨界安全管理にとって十分な精度を有しない、との評価)できる。このように齟齬の有無の確認手段として有効である。
The actual measurement of the subcritical multiplication factor ksub for the fuel assembly is performed by the subcritical multiplication factor measuring method of the present invention. By comparing this measured value with the subcritical multiplication factor ksub (calculated value) based on the nuclide composition managed by the core management system, the accuracy of the composition prediction by the core management system can be verified. That is, when the measured value and the calculated value based on the core management system are the same or different but within the allowable range, the nuclide composition by the core management system and the actual nuclide composition of the irradiated
このように燃料集合体1の未臨界増倍率ksubの確証を行うことで、核燃料の輸送に際し、燃焼度クレジットの導入が可能になる。
By verifying the subcritical multiplication factor ksub of the
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、図2の方法において、ステップS31の実行後にステップS32を実行するようにしていたが、ステップS32の実行後にステップS31を実行するようにしても良い。 For example, in the method shown in FIG. 2, step S32 is executed after step S31. However, step S31 may be executed after step S32.
また、上述の説明では、測定時の測定対象燃料集合体1に対する中性子源4の挿入を全ての制御棒案内管に対して行うようにしていたが、必ずしも全ての制御棒案内管に対して行う必要はなく、一部の制御棒案内管のみに対して行うようにしても良い。例えば、制御棒案内管が24本ある場合には、23本以下の複数本又は1本の制御棒案内管に対して中性子源4を挿入するようにしても良い。
In the above description, the
燃料集合体の中性子漏洩率Lと燃焼度との関係についての数値実験を行った。実験は、17×17型燃料集合体について行った(図6)。同集合体では24本の制御棒案内管があって、鉛直方向上部から容易にアクセスできる。さらに、原子炉に装荷する燃料集合体のうち2〜4体程度には、この制御棒案内管に中性子源の棒群を挿入して使うことになっている。 A numerical experiment was conducted on the relationship between the neutron leakage rate L of the fuel assembly and the burnup. The experiment was conducted on a 17 × 17 type fuel assembly (FIG. 6). The assembly has 24 control rod guide tubes that are easily accessible from the top in the vertical direction. Further, about 2 to 4 fuel assemblies loaded in the nuclear reactor are used by inserting a rod group of a neutron source into the control rod guide tube.
この制御棒案内管に、燃料棒有効長さ=366cmの円筒形の252CfとSb−Be中性子源を挿入したケースを想定し、中性子の増倍と、集合体外部での中性子吸収率Aを連続エネルギーモンテカルロ法コードMCNP−5で数値実験した。 Assuming the case where a cylindrical 252 Cf and Sb-Be neutron source with a fuel rod effective length of 366 cm is inserted into this control rod guide tube, the multiplication of neutrons and the neutron absorption rate A outside the assembly are Numerical experiments were performed with the continuous energy Monte Carlo code MCNP-5.
ここで、燃料集合体は新燃料と、1〜4運転サイクル期間原子炉で使用された燃料を対象にした。この数値実験では、実際の照射燃料集合体の、燃料棒毎、鉛直方向核種組成分布を商用炉設計コードにより詳細に評価し、その評価した核種組成を使用している。この結果を図7に示す。 Here, the fuel assembly was intended for new fuel and fuel used in the reactor for 1-4 cycle cycles. In this numerical experiment, the vertical nuclide composition distribution for each fuel rod of the actual irradiated fuel assembly is evaluated in detail using a commercial reactor design code, and the evaluated nuclide composition is used. The result is shown in FIG.
252Cf中性子源では中性子漏洩率Lが燃焼度に殆ど依存せず一定であることが確認された。一方、Sb−Be中性子源を挿入したケースでは、252Cf中性子源のケースに比べると燃焼度の増加に応じて中性子漏洩率Lが若干減少する傾向にあるものの、大きく変化しないことがわかった。 In the 252 Cf neutron source, it was confirmed that the neutron leakage rate L is almost independent of the burnup and is constant. On the other hand, in the case where the Sb-Be neutron source was inserted, the neutron leakage rate L tended to decrease slightly as the burnup increased compared to the case of the 252 Cf neutron source, but it was found that it did not change significantly.
以上より、測定対象燃料集合体1と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体2について中性子漏洩率Lを算出し、この中性子漏洩率Lを測定対象燃料集合体1について使用し、測定対象燃料集合体1の中性子発生率Sを算出できることがわかった。特に、中性子源として252Cfを使用した場合には、中性子漏洩率Lが燃焼度に殆ど依存せず一定であることから、中性子発生率Sを高精度に算出できることもわかった。
As described above, the neutron leakage rate L is calculated for the
(1)商用PWR取替炉心設計コードを使用して典型的な照射燃料の詳細核種組成分布の解析を行うと共に、これを用いて数値シミュレーションを行い、PWR照射燃料の周囲の中性子、γ線場を明らかにした。また、これに基づき、未臨界増倍率ksubの測定法を検討し提案した。 (1) Using the commercial PWR replacement core design code, we will analyze the detailed nuclide composition distribution of typical irradiated fuel and perform numerical simulations using this to determine the neutron and γ-ray fields around the PWR irradiated fuel. Was revealed. Based on this, a method for measuring the subcritical multiplication factor ksub was examined and proposed.
(2. 照射燃料の基本特性の解析)
(2.1 燃料集合体内組成の詳細計算)
本実施例では、 集合体取り出し最高燃焼度55MWD/kgHMの17×17型燃料集合体を157体装荷する3ループ型PWR炉心を対象に、 原子炉の安全要件を満たす平衡炉心の燃料装荷パターンを解析した。この際、 燃料はウラン標準燃料集合体と、10wt%ガドリニア添加ウラン燃料棒を16本装荷した燃料集合体(Gd入り燃料)を併用する条件とした。炉心熱出力は2652MW、炉心サイクル燃焼度は14.8MWd/kgHM、サイクル燃焼日数は約410日とした。
(2. Analysis of basic characteristics of irradiated fuel)
(2.1 Detailed calculation of fuel assembly composition)
In this embodiment, the fuel loading pattern of an equilibrium core satisfying the safety requirements of a nuclear reactor is intended for a three-loop PWR core loaded with 157 17 × 17 type fuel assemblies with a maximum burnup of 55 MWD / kg HM. Analyzed. In this case, the fuel was used under the condition that a uranium standard fuel assembly and a fuel assembly (Gd-containing fuel) loaded with 16 10 wt% gadolinia-added uranium fuel rods were used. The core thermal power was 2652 MW, the core cycle burnup was 14.8 MWd / kgHM, and the cycle combustion days were about 410 days.
本燃料中の典型的な核種組成分布を得るため、(株)原子力エンジニアリングが開発した集合体計算コードAEGIS、及び原子燃料工業(株)(以下NFI)の開発した三次元詳細メッシュ炉心計算コードSCOPE2を用いた計算を実施した。 In order to obtain typical nuclide composition distribution in this fuel, the aggregate calculation code AEGIS developed by Nuclear Engineering Co., Ltd., and the three-dimensional detailed mesh core calculation code SCOPE2 developed by Nuclear Fuel Industry Co., Ltd. (hereinafter NFI) The calculation using was performed.
AEGISは、超詳細群共鳴計算により各燃料棒の実効断面積を求め、Characteristics法(MOC)により非均質集合体体系の中性子輸送計算を行い、得られた微視的反応率に基づいてKrylov部分空間法により燃焼計算を実施するコードである。 AEGIS calculates the effective cross-sectional area of each fuel rod by ultra-detail group resonance calculation, performs neutron transport calculation of heterogeneous assembly system by Characteristics method (MOC), and based on the obtained microscopic reaction rate, Krylov part It is a code that performs combustion calculation by the spatial method.
SCOPE2は燃料棒を含む単位格子1個まで詳細に分割した計算メッシュを用い、原子炉の三次元中性子束分布、出力分布を、SP3輸送ノード法で計算するコードである。燃料棒鉛直方向は、等間隔の24の計算メッシュ=ノードに分割している。グリッドなどによるノード内での中性子束の局所変化は、解析的多項式展開ノード法によって明示的に考慮している。本実施例での平衡炉心解析では、中性子のエネルギー群数は9群とし、AEGISコードにより作成された集合体核定数を使用した。 SCOPE2 is a code for calculating the three-dimensional neutron flux distribution and power distribution of a nuclear reactor using the SP3 transport node method using a calculation mesh that is divided in detail up to one unit cell including fuel rods. The fuel rod vertical direction is divided into 24 equidistant calculation mesh = nodes. The local change of the neutron flux in the node due to the grid etc. is explicitly considered by the analytical polynomial expansion node method. In the equilibrium core analysis in this example, the number of neutron energy groups was nine, and the assembly nuclear constant created by the AEGIS code was used.
SCOPE2コードの計算により、平衡炉心の取り出し燃料の出力履歴、水密度履歴が計算された。この結果、取り出し燃焼度最高となる燃料はウラン標準燃料で、取り出しは4サイクル終了時点となった。当該燃料の炉内での装荷位置は、1,2サイクルが最外周、3,4サイクルが内側である。 By calculating the SCOPE2 code, the output history and water density history of the fuel taken out of the equilibrium core were calculated. As a result, the fuel with the highest removal burnup was the uranium standard fuel, and the extraction was at the end of the 4th cycle. As for the loading position of the fuel in the furnace, 1, 2 cycles are the outermost periphery, and 3, 4 cycles are inside.
各サイクル終了時の本集合体燃焼度を表1(PWR3ループ型平衡炉心で取出時最高燃焼度となる燃料集合体のサイクル燃焼度)に示す。
本実施例では当該燃料集合体をPWR照射燃料の典型例とし、以降の解析で使用した。 In this embodiment, the fuel assembly is used as a typical example of PWR irradiated fuel and used in the subsequent analysis.
当該燃料について、鉛直方向で同じ高さのノード毎に燃料棒の到達燃焼度、出力履歴、水密度履歴の平均値(集合体ノード平均値)を求めた。これらの履歴を用いて、集合体ノード毎の264本の燃料に対して、AEGISコードを用いて集合体燃焼計算を実施した。この燃焼計算では、エネルギー群数は172とし、燃焼チェーンとしてはアクチニド28核種、核分裂生成核種193核種を考慮した。サイクル毎の燃焼ステップ数は10とした。これにより、各サイクル終了時点での燃料棒内の核種組成分布を得た。核種組成は、燃料集合体中の1/8対称を仮定し、図8の38本について、鉛直方向24ノード毎に評価した。 With respect to the fuel, the average value (aggregate node average value) of the burn-up fuel burnup, the output history, and the water density history was obtained for each node having the same height in the vertical direction. Using these histories, aggregate combustion calculation was performed using AEGIS code for 264 fuels per aggregate node. In this combustion calculation, the number of energy groups was 172, and the actinide 28 nuclides and the fission product nuclides 193 nuclides were considered as the combustion chain. The number of combustion steps per cycle was 10. Thereby, the nuclide composition distribution in the fuel rod at the end of each cycle was obtained. The nuclide composition was evaluated for every 24 nodes in the vertical direction for 38 lines in FIG. 8 assuming 1/8 symmetry in the fuel assembly.
ここで評価した核種組成は各サイクル停止時のものであるが、その後冷却期間中に放射性崩壊により核種数密度が変化する。これをMVP−IIコードで計算し、照射後10年経過時点での集合体内の詳細核種組成分布を評価した。対象とした核種は表2(核計算で使用した核種)のとおりで、アクチニド核種と、中性子吸収断面積の大きい核分裂生成核種(FP核種)などを選択した。先行研究により、燃焼度30MWd/kgHMのPWR取出燃料集合体に蓄積された個々のFP核種の、中性子吸収に対する寄与がORIGEN−2コードで計算されている。それによれば、表2で選択したFP核種による中性子吸収率の全FP核種による吸収率に対する比は91%である。この比から、本実施例で考慮するFP核種の種類は、所期の測定法開発という目的に対して十分である。本実施例では、以降この組成を用いた解析を進めた。
(2.2 照射燃料集合体の固有値計算)
連続エネルギーモンテカルロ法コードMCNP−5を使用して、照射燃料の核特性の計算を進めた。燃料集合体の解析では燃料棒264本と制御棒案内管および計装案内管からなる289本の円柱で構成した体系を用いた。燃料棒箇所は鉛直方向24ノード毎に前項で計算した組成を与えた。制御棒および計装案内管内部、燃料棒間は軽水で満たされているとした。燃料棒は有効長部のみ考慮し、グリッド、プレナム、端栓、上下部ノズルは無視した。集合体の外周部と上下部は厚さ50cmの軽水とした(図9参照)。軽水および燃料の温度は20℃とし、軽水の密度は1gcm−3とした。
(2.2 Calculation of eigenvalues of irradiated fuel assembly)
The calculation of nuclear properties of irradiated fuel was advanced using the continuous energy Monte Carlo code MCNP-5. In the analysis of the fuel assembly, a system composed of 264 cylinders composed of 264 fuel rods, a control rod guide tube, and an instrumentation guide tube was used. The fuel rod locations were given the composition calculated in the previous section every 24 nodes in the vertical direction. The inside of the control rod, the instrumentation guide tube, and the space between the fuel rods are assumed to be filled with light water. Only the effective length of the fuel rod was considered, and the grid, plenum, end plug, and upper and lower nozzles were ignored. The outer peripheral portion and the upper and lower portions of the aggregate were light water having a thickness of 50 cm (see FIG. 9). The temperature of light water and fuel was 20 ° C., and the density of light water was 1 gcm −3 .
モンテカルロ法計算では、ライブラリにENDF/B−VI.8ベースのACTIおよびENDF66を使用し、水素の熱中性子非弾性散乱断面積補正にはSAB2002データライブラリを使用した。 In the Monte Carlo calculation, ENDF / B-VI. 8-base ACTI and ENDF66 were used, and SAB2002 data library was used for thermal neutron inelastic scattering cross section correction of hydrogen.
燃料集合体が1体軽水中に保管された場の実効増倍率keffを計算した。表3(燃料集合体が単独で軽水中に保管された体系の実効増倍率keff)にまとめた。PWR新燃料集合体は反応度が大きく、1体でkeffが0.9を超過するが、燃焼が進むにつれ集合体の反応度が7割程度まで減少する。
(3.燃焼による反応度低下の確証手法)
燃料集合体を取り扱う際の臨界管理、あるいは原子炉起動にあたって臨界状態予測では、中性子源増倍法が用いられてきている。中性子源増倍法では中性子放出強度S0の中性子源を燃料集合体に挿入した際、燃料による増倍で得られる全中性子発生率Sが数式5となることを利用している。
(3. Confirmation method of reactivity decrease by combustion)
Neutron source multiplication has been used for criticality control when handling fuel assemblies or for predicting critical states for reactor startup. The neutron source multiplication method utilizes the fact that the total neutron generation rate S obtained by multiplication with fuel is expressed by
<数5>
S=中性子放出強度S0/(1−未臨界増倍率ksub)
<
S = neutron emission intensity S0 / (1-subcritical multiplication factor ksub)
中性子源増倍法を燃料1体が軽水中に保管された場の未臨界度の測定に適用する上では
・中性子計数率と全中性子発生率Sの比、検出効率が燃焼度に依存しないような中性子検出法の開発
・基準未臨界度もしくは中性子放出強度S0の評価
が課題となる。これを解決する手法について検討する。
When applying the neutron source multiplication method to the measurement of subcriticality when a single fuel is stored in light water, the ratio of the neutron count rate to the total neutron generation rate S, so that the detection efficiency does not depend on the burnup Development of a new neutron detection method and evaluation of the standard subcriticality or neutron emission intensity S0 are problems. A method to solve this will be examined.
(3.1 中性子源増倍法)
(3.1.1 中性子漏洩率と全中性子発生率)
照射燃料が1体軽水中に保管された体系(図9)に対して、中性子増倍と、集合体外部での中性子吸収率をMCNP−5コードで計算した。中性子源として、252Cf、Sb−Beと、照射燃料に蓄積したアクチニド中性子源を検討の対象とした。
(3.1 Neutron source multiplication method)
(3.1.1 Neutron leakage rate and total neutron generation rate)
The neutron multiplication and the neutron absorption rate outside the assembly were calculated with the MCNP-5 code for the system (Fig. 9) where one irradiated fuel was stored in light water. As neutron sources, 252 Cf, Sb-Be and an actinide neutron source accumulated in irradiated fuel were considered.
252Cfは初装荷PWR炉心の燃料装荷時臨界管理及び原子炉起動用の中性子源として使用され、一次中性子源PSと呼ばれる。一方Sb−Be中性子源は二次中性子源SSとよばれ、燃料取替え後のサイクル起動時に使用される。SSは、前サイクルの運転でアンチモン123Sbの中性子捕獲反応により半減期60.4日の124Sbを生成し、そのγ線によって光核反応で9Beから中性子を放出する中性子源である。252Cf及びSb−Beは実機では円筒状の棒に封入され、図8の制御棒案内管1ないし4本に挿入されて利用されているが、本解析では24本の制御棒案内管に同強度の中性子源が挿入される条件とし、 集合体鉛直方向は均一強度とした。 252 Cf is used as a neutron source for fuel-criticality control and reactor start-up of the initially loaded PWR core, and is called a primary neutron source PS. On the other hand, the Sb-Be neutron source is called a secondary neutron source SS, and is used when the cycle is started after the fuel is replaced. SS is a neutron source that generates 124 Sb with a half-life of 60.4 days by neutron capture reaction of antimony 123 Sb in the previous cycle operation, and emits neutrons from 9 Be by photonuclear reaction with the γ rays. In the actual machine, 252 Cf and Sb-Be are enclosed in a cylindrical rod and inserted into one to four control rod guide tubes shown in FIG. 8, but in this analysis, the same number of 24 control rod guide tubes is used. The conditions were such that a strong neutron source was inserted, and the vertical direction of the assembly was uniform.
アクチニド中性子源については燃料棒を鉛直方向24のノードに分割した分布を考慮した発生率分布とした。 For the actinide neutron source, the distribution of occurrence was taken into account, taking into account the distribution of fuel rods divided into 24 nodes in the vertical direction.
中性子発生率に対する図9の外周及び上/下部水領域への中性子吸収率の割合、 漏洩率Lを図7に示す。 アクチニド中性子源、 もしくは252Cf中性子源挿入時の漏洩率Lは燃料集合体の燃焼度に関わらず40%程度で一定(最大/最小比はアクチニド中性子源で1.012、252Cfで1.007)であった。 一方、Sb−Beを使用した場合は、燃焼度が進み未臨界増倍率が減少する体系で中性子漏洩率Lが減少した。 FIG. 7 shows the ratio of the neutron absorption rate to the outer circumference and the upper / lower water region in FIG. 9 and the leakage rate L with respect to the neutron generation rate. The leakage rate L when an actinide neutron source or 252 Cf neutron source is inserted is constant at about 40% regardless of the burnup of the fuel assembly (the maximum / minimum ratio is 1.012 for the actinide neutron source and 1.007 for 252 Cf) )Met. On the other hand, when Sb-Be was used, the neutron leakage rate L decreased in a system in which the burnup progressed and the subcritical multiplication factor decreased.
図9の外周及び上/下部水領域での中性子吸収率を実測すれば、アクチニド中性子に起因する一次+二次中性子発生率S、 あるいは252Cfの挿入による一次+二次中性子発生率Sを、燃料集合体の燃焼度とは無関係の漏洩率を用いることで推定することが可能となる。また、Sb−Beを挿入した場合は、252Cfを挿入した場合に比べて誤差が大きくなるが、漏洩率の推定は可能である。 If the neutron absorption rate in the outer periphery and the upper / lower water region of FIG. 9 is measured, the primary + secondary neutron generation rate S caused by actinide neutrons, or the primary + secondary neutron generation rate S by insertion of 252 Cf, It can be estimated by using a leak rate that is unrelated to the burnup of the fuel assembly. In addition, when Sb-Be is inserted, the error is larger than when 252 Cf is inserted, but the leakage rate can be estimated.
(3.1.2 中性子漏洩率の分析)
(3.1.2.1 漏洩率一定の要因)
燃料集合体は水平方向バックリングが鉛直方向バックリングに比べ充分に大きく、 中性子は主に水平方向に漏洩する。 一群拡散理論によれば、 裸矩形炉心の側面方向への中性子漏洩は水平方向幾何学バックリングBh 2と炉心の拡散係数Dの積に比例する。 一方炉心部での吸収率は、炉心平均での中性子吸収断面積Σaに比例する。 したがって、数式6が燃焼度に依存しなければ側面方向への中性子漏洩率一定を説明できる。集合体形状は一定なので、幾何学バックリングBh 2は概略一定である。ここではDとΣaを調査した。
(3.1.2 Analysis of neutron leakage rate)
(3.1.2.1 Factors with a constant leakage rate)
The fuel assembly has a sufficiently large horizontal buckling compared to the vertical buckling, and neutrons leak mainly in the horizontal direction. According to the group diffusion theory, the neutron leakage in the lateral direction of the bare rectangular core is proportional to the product of the horizontal geometric buckling B h 2 and the core diffusion coefficient D. On the other hand, the absorption rate at the core is proportional to the neutron absorption cross section Σa at the core average. Therefore, the constant neutron leakage rate in the lateral direction can be explained if
図10の鉛直方向を、組成は変えずに366cmに伸張し、上下面を真空境界として、252Cf中性子源をその上端から70cmの位置において固定源計算を行った。この体系で各鉛直方向位置(z)毎に、集合体断面平均の中性子束φCf(z)と中性子流JCf(z)を求めた。 さらに、数式7に示すFickの法則で集合体部分の拡散係数Dを評価し、図11に示した。統計的ばらつき等はあるものの、燃焼による拡散係数の変化が小さい。
The vertical direction of FIG. 10 was extended to 366 cm without changing the composition, and the fixed source calculation was performed at a position of 70 cm from the upper end of the 252 Cf neutron source with the upper and lower surfaces as the vacuum boundary. In this system, the average neutron flux φCf (z) and neutron current JCf (z) of the aggregate cross section were obtained for each vertical position (z). Further, the diffusion coefficient D of the aggregate portion was evaluated according to Fick's law expressed by
一方、 図10の集合体ノードの体系で、固有値計算によりノード内の集合体部での平均中性子束と中性子吸収率を計算し、中性子吸収断面積Σaを求め、図12に示した。同図では核分裂中性子生成断面積としてνΣfも示した。燃焼度の進展によりνΣfは減少するものの、Σaの変化は小さいことがわかった。これは燃焼により235Uなどの吸収断面積は減少するものの、蓄積する超ウラン元素やFP核種の吸収効果の増分が同程度あることによると考えられる。 On the other hand, the average neutron flux and neutron absorption rate in the aggregate portion in the node were calculated by eigenvalue calculation using the aggregate node system of FIG. 10, and the neutron absorption cross section Σa was obtained and shown in FIG. The figure also shows νΣf as the fission neutron production cross section. It was found that the change in Σa was small, although νΣf decreased with the progress of burnup. This is thought to be due to the fact that the absorption cross-sectional area of 235 U and the like is reduced by combustion, but the increase in the absorption effect of the accumulated uranium element and FP nuclide is about the same.
以上より、照射燃料において、燃焼による拡散係数及び吸収断面積の変化が小さいことから、中性子漏洩率Lの燃焼変化も小さい結果となった。 From the above, in the irradiated fuel, the change in the diffusion coefficient and the absorption cross-sectional area due to combustion is small, so the change in combustion of the neutron leakage rate L is also small.
ここで、2.1節でのFP核種の選択を再点検する。FP核種について、代表核種のみ考慮したことに伴う誤差は、特に4サイクル照射燃料での中性子吸収率に影響する。表4(4サイクル照射燃料に中性子源252Cfを挿入した際の一次中性子発生率に対する集合体内各要素の中性子吸収率の比)に4サイクル照射燃料での中性子の吸収先をまとめた。全吸収量に対するFP核種の割合は12%弱である。先述のとおり、表2で選択したFP核種による中性子吸収率の全FP核種による吸収率に対する先行研究によれば91%であり、無視したFP核種の吸収効果は、本体系に対して1%程度と評価される。この結果は漏洩率一定性の成立条件に影響しない。 Here, we review the selection of FP nuclides in Section 2.1. For FP nuclides, the error associated with considering only the representative nuclides particularly affects the neutron absorption rate of the 4-cycle irradiated fuel. Table 4 (ratio of the neutron absorption rate of each element in the assembly to the primary neutron generation rate when the neutron source 252 Cf is inserted into the 4-cycle irradiated fuel) summarizes the neutron absorption destinations in the 4-cycle irradiated fuel. The ratio of FP nuclides to the total absorbed amount is less than 12%. As mentioned above, according to the previous study, the neutron absorption rate of the FP nuclides selected in Table 2 is 91%, and the neglected FP nuclide absorption effect is about 1% of the main system It is evaluated. This result does not affect the conditions for establishing a constant leak rate.
(3.1.2.2 ほう酸水中での中性子漏洩率)
照射燃料の臨界安全性評価では、燃料が軽水に水没した状態を想定する場合が多いが、PWR発電所での輸送キャスクへの装荷は、高濃度ほう酸水中で実施される。このためほう酸水中での中性子漏洩率について、252Cf中性子源(24本、燃料棒長)を挿入した場合の計算評価を行い、表5(使用済PWR燃料の制御棒案内管24本に全長相当の中性子源252Cfを挿入した際のボロン濃度と中性子漏洩率(全中性子発生率に対する外周及び上下部水領域への中性子吸収率)との関係)にまとめた。
(3.1.2.2 Neutron leakage rate in boric acid water)
In the criticality safety evaluation of irradiated fuel, it is often assumed that the fuel is submerged in light water. However, loading of the transport cask at the PWR power plant is performed in high-concentration boric acid water. Therefore, the neutron leakage rate in boric acid water was calculated and evaluated when a 252 Cf neutron source (24, fuel rod length) was inserted. Table 5 (corresponding to the total length of 24 control rod guide tubes for spent PWR fuel) The neutron source 252 Cf was inserted and the boron concentration and the neutron leakage rate (the relationship between the total neutron generation rate and the neutron absorption rate to the outer and upper and lower water regions).
ボロン濃度の増加によって中性子の漏洩率が増加している。燃料集合体から外部へ透過した中性子は、複数回の散乱により減速しながら一部が集合体内部へと再流入するが、ボロン濃度が増加すると、外周水領域で減速した中性子がボロンに吸収される。中性子の集合体内部への再流入量の減少により、集合体内部での中性子吸収量が減少し、高ボロン濃度下で中性子漏洩率が増加していると考えられる。しかし、同ボロン濃度では、集合体の照射サイクル数による漏洩率の差異は1%未満と小さい。ボロン濃度を測定で求めれば、燃料集合体外部での中性子吸収率を測定した後、ボロン濃度に応じた漏洩率を考慮することにより、全中性子発生率を推定することが可能である。 The increase in boron concentration increases the neutron leakage rate. Some of the neutrons transmitted from the fuel assembly to the outside re-enter into the assembly while being decelerated due to multiple scattering, but when the boron concentration increases, the neutrons that have been decelerated in the peripheral water region are absorbed by boron. The It is considered that the amount of neutron absorption inside the aggregate decreases due to the decrease in the amount of neutron re-inflow into the aggregate, and the neutron leakage rate increases under high boron concentration. However, at the same boron concentration, the difference in leakage rate due to the number of irradiation cycles of the aggregate is as small as less than 1%. If the boron concentration is obtained by measurement, it is possible to estimate the total neutron generation rate by measuring the neutron absorption rate outside the fuel assembly and then considering the leakage rate according to the boron concentration.
(3.1.2 未臨界増倍率測定のための漏洩中性子測定手法の検討)
(3.1.2.1 中性子漏洩率と中性子源増倍法)
3.1.1項の計算で、集合体に252CfあるいはSb−Beを挿入した状態での燃料集合体外部での中性子吸収率が得られている。新燃料に対する中性子の漏洩率Lを照射燃料に対して共通に用いて全中性子発生率Sを求め、中性子源増倍法(数式5)よりksubを推定し、通常の計算で得られたksubと表6(照射PWR燃料の制御棒案内管24本に全長相当の中性子源252Cf、Sb−Beを挿入した際の未臨界増倍率ksubと共通の中性子漏洩率Lを用いた場合のksub誤差)で比較した。252Cfを使用した場合はこの誤差は0.5%未満であり、燃焼度に関わらず共通のLを使ってksubを高い精度で求めることができる。すなわち、燃料集合体の制御棒案内管24本に円柱状、燃料有効長の252Cf中性子源を挿入して集合体外部の中性子吸収率を測定すれば、燃焼度に関する情報なしにksubが求まり、燃料集合体の燃焼による反応度低下の確証に利用できる。
(3.1.2 Examination of leakage neutron measurement technique for subcritical multiplication measurement)
(3.1.2.1 Neutron leakage rate and neutron source multiplication method)
According to the calculation in Section 3.1.1, the neutron absorption rate outside the fuel assembly in a state where 252 Cf or Sb-Be is inserted into the assembly is obtained. The total neutron generation rate S is obtained by using the neutron leakage rate L for the new fuel in common with the irradiated fuel, ksub is estimated from the neutron source multiplication method (Equation 5), and ksub Table 6 (ksub error when subcritical multiplication factor ksub and common neutron leakage rate L are used when neutron source 252 Cf and Sb-Be corresponding to the full length are inserted into 24 control rod guide tubes of irradiated PWR fuel) Compared. When 252 Cf is used, this error is less than 0.5%, and ksub can be obtained with high accuracy using a common L regardless of the burnup. That is, if a 252 Cf neutron source with a cylindrical and effective fuel length is inserted into 24 control rod guide tubes of the fuel assembly and the neutron absorption rate outside the assembly is measured, ksub can be obtained without information on the burnup, It can be used to confirm the decrease in reactivity due to combustion of the fuel assembly.
また、Sb−Beを使用した場合は、252Cfを使用した場合に比べて、3,4サイクル照射燃料に対するksub評価精度が劣るものの、中性子源増倍法によるksub推定は可能である。 In addition, when Sb-Be is used, ksub estimation by the neutron source multiplication method is possible, although the ksub evaluation accuracy for the three- and four-cycle irradiated fuel is inferior compared with the case where 252 Cf is used.
以下、燃料集合体外部での中性子吸収量測定法について検討した。 In the following, a method for measuring neutron absorption outside the fuel assembly was examined.
(3.1.2.2 H(n、γ)線測定法)
4サイクル照射燃料に252Cfを挿入した体系に対する計算では、外周水領域で吸収される中性子の99.5%が水素への吸収となった。この反応H+n→D+γでは、2.223MeVγ線が発生する。この2.223MeV特性γ線の測定により、外周水領域での中性子吸収率を評価する手法(本実施例ではH(n、γ)線測定法と呼ぶ。特開2007-315909号参照)の概念を図13に示す。
(3.1.2.2 H (n, γ) ray measurement method)
In the calculation for the system in which 252 Cf was inserted into the 4-cycle irradiated fuel, 99.5% of the neutrons absorbed in the peripheral water region were absorbed into hydrogen. In this reaction H + n → D + γ, 2.223 MeVγ rays are generated. Concept of a technique for evaluating the neutron absorption rate in the peripheral water region by measuring the 2.223 MeV characteristic γ-ray (referred to as H (n, γ) -ray measurement method in this embodiment; see Japanese Patent Laid-Open No. 2007-315909). Is shown in FIG.
燃料集合体から漏洩した中性子を見込む位置にγ線スペクトロメータ検出器を配置する。集合体内部を見込ないように、検出器を集合体から遮蔽する。中性子の関心領域での吸収率Aは中性子束をφ、吸収断面積をΣa、水と水素をそれぞれH2OとHで示すと数式8となる。 A γ-ray spectrometer detector is placed at the position where the neutron leaked from the fuel assembly is expected. The detector is shielded from the aggregate so that the interior of the aggregate is not expected. The absorptance A in the neutron region of interest is expressed by Equation 8 when the neutron flux is φ, the absorption cross section is Σa, and water and hydrogen are H 2 O and H, respectively.
位置rで発生した特性γ線1個に対する検出器地点での特性γ線束の期待値cはrと検出器間の距離dをもちいて数式9となる。
The expected value c of the characteristic γ-ray flux at the detector point for one characteristic γ-ray generated at the position r is given by
ここでΩは位置rからみた検出器の立体角で、μは2.223MeVγ線の水中での減弱係数である。スペクトル測定で2.223MeVγ線を選別する場合、0回衝突事象のみ考慮すればよいので、cの評価は容易である。 測定評価される特性γ線束Gは数式10となるので、水素への中性子の吸収率分布φΣa,Hを求めればGからφΣa,Hの絶対値が求まる。
Here, Ω is a solid angle of the detector viewed from the position r, and μ is an attenuation coefficient of 2.223 MeVγ ray in water. When 2.223 MeVγ rays are selected by spectrum measurement, it is only necessary to consider the zero-th collision event, so that the evaluation of c is easy. Since the characteristic γ-ray flux G to be measured and evaluated is given by
吸収率分布φΣa,Hの評価法で、照射燃料の組成情報が不要の手法として、類似反応を用いる手段がある。図14のように、6Li(n、t)反応、10B(n、α)反応はH(n、γ)反応と類似の分布を示すので、10B比例計数管や6Liファイバー検出器の使用によりH(n、γ)反応率分布を実測評価することが考えられる。 As a method for evaluating the absorptance distribution φΣa, H, there is a method using a similar reaction as a method that does not require composition information of irradiated fuel. As shown in FIG. 14, the 6 Li (n, t) reaction and the 10 B (n, α) reaction show similar distributions as the H (n, γ) reaction, so a 10 B proportional counter or 6 Li fiber detector is used. It is conceivable to actually measure and evaluate the H (n, γ) reaction rate distribution.
(3.1.3.3 照射燃料と新燃料に対しての中性子源増倍法に基づく未臨界度測定法)
H(n、γ)線測定法は、熱中性子検出器をγ線スペクトロメータでの特性γ線計数率により絶対値校正して使用するという特徴がある。一方中性子源増倍法のみに使用するのであれば、絶対値は不要である。組成の情報が確実な新燃料に対し、252Cfを挿入する。この場合252Cfからの中性子1個あたりの外周水領域での中性子吸収率は正確に計算できる。この体系に対して10B比例計数管や6Li(n、t)ファイバー検出器での測定を行い、252Cf中性子放出率を基準に、これらの検出器の相対検出効率を求める(校正する)。その後、目的とする照射燃料に対して同じ252Cfを挿入して、校正した10B比例計数管や6Li(n、t)ファイバー検出器で中性子検出を行えば、外部での中性子吸収率と全中性子発生率が252Cf中性子放出率の相対値として求まる。それらによりksubが求まる。
(3.1.3.3 Subcriticality measurement method based on neutron source multiplication method for irradiated fuel and new fuel)
The H (n, γ) ray measurement method is characterized in that a thermal neutron detector is used after the absolute value is calibrated by a characteristic γ ray count rate with a γ ray spectrometer. On the other hand, if it is used only for the neutron source multiplication method, an absolute value is not necessary. Insert 252 Cf for new fuel with reliable composition information. In this case, the neutron absorption rate in the peripheral water region per neutron from 252 Cf can be accurately calculated. This system is measured with a 10 B proportional counter or a 6Li (n, t) fiber detector, and the relative detection efficiency of these detectors is obtained (calibrated) based on the 252 Cf neutron emission rate. After that, if the same 252 Cf is inserted into the target irradiated fuel and neutron detection is performed with a calibrated 10 B proportional counter or 6 Li (n, t) fiber detector, the external neutron absorption rate and The total neutron generation rate is obtained as a relative value of the 252 Cf neutron emission rate. From these, ksub is obtained.
(3.1.2.4 H(n、γ)線測定の簡易法)
3.1.2.1節の手法から、吸収率分布φΣa、H評価を省く計測法を検討した。照射燃料集合体に対し252Cf中性子源を配置、もしくは照射燃料に蓄積したアクチニド中性子源のみを与え、図13の検出器位置に鉛直方向24点、すなわち集合体側の各鉛直方向ノードの中心高さ位置でのγ線束を計算し、合算した。これはγ線スペクトロメータを鉛直方向に走査して連続的にH(n、γ)特性γ線を測定することと等価である。このγ線束合算値を集合体内の中性子発生率で除し、表7(集合体中での中性子発生量に対する遠方での2.223MeVγ線束比)にまとめた。
(Simple method of 3.1.2.4 H (n, γ) ray measurement)
From the method described in 3.1.2.1, a measurement method that omits the absorption rate distribution φΣa and H evaluation was studied. A 252 Cf neutron source is arranged for the irradiated fuel assembly, or only the actinide neutron source stored in the irradiated fuel is given, and the vertical position at the detector position in FIG. 13 is the center height of each vertical node on the assembly side. The gamma ray flux at the position was calculated and added up. This is equivalent to continuously measuring the H (n, γ) characteristic γ rays by scanning the γ ray spectrometer in the vertical direction. The total value of the γ-ray flux was divided by the neutron generation rate in the aggregate and summarized in Table 7 (distance of 2.223 MeV γ-radiation at a distance relative to the amount of neutron generation in the aggregate).
アククチニド中性子源と、252Cfのケースでは中性子源分布の形状の違いにより燃料集合体外部での中性子吸収率分布が異なるため、γ線束合算値/中性子発生率比は系統的な差が見られ、また燃焼度に依存した変化もある。しかし、252Cfを用いた中性子源増倍法において、新燃料でのγ線束合算値/中性子発生率比を各照射燃料に対して共通に用い、各体系でγ線束合算値から全中性子発生率を推定し、ksubを評価した場合の誤差は2.5%となった。これは表6の3,4サイクル照射燃料のksubの差異を十分に分離できるものである。吸収率分布φΣa、Hの測定は行わないこの簡易手法も中性子発生率測定に有望である。 In the case of actinide neutron source and 252 Cf, the distribution of neutron absorption outside the fuel assembly is different due to the difference in the shape of the neutron source distribution, so there is a systematic difference in the γ-ray flux total value / neutron generation rate ratio. There are also changes depending on the burnup. However, in the neutron source multiplication method using 252 Cf, the total neutron generation rate is calculated from the combined γ-ray flux value in each system by using the combined γ-ray flux value / neutron generation rate ratio for each new fuel. When ksub was estimated, the error was 2.5%. This can sufficiently separate the ksub difference of the 3 and 4 cycle irradiated fuels in Table 6. This simple method that does not measure the absorptance distributions φΣa and H is also promising for neutron generation rate measurement.
1 測定対象燃料集合体
2 測定対象燃料集合体と新燃料時点での組成と形状が同じ燃料集合体であって核種組成が既知の燃料集合体
3 記憶手段
4 中性子源
5 吸収率測定手段
6 入力手段
7 算出手段
16 第2の吸収率測定手段
17 第2の入力手段
18 第2の算出手段
19 第2の入力データ読込部
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