JP7398312B2 - 未臨界性評価方法、未臨界性評価装置及び未臨界性評価プログラム - Google Patents

未臨界性評価方法、未臨界性評価装置及び未臨界性評価プログラム Download PDF

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Description

本開示は、放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価方法、未臨界性評価装置及び未臨界性評価プログラムに関するものである。
従来、燃料を燃料貯蔵ラックや輸送キャスクなどの放射性物質格納容器に収納する場合、放射性物質格納容器における燃料の未臨界性を評価する方法として、未臨界中性子倍増体系の実効増倍率算出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示す実効増倍率算出方法では、未臨界中性子増倍体系の中性子束を測定すると共に、中性子束を測定した未臨界中性子増倍体系の中性子束を算出する。そして、実効増倍率算出方法では、算出した中性子束と測定した中性子束と差が所定の基準値以下となるように群定数及び中性子発生率を補正した後、燃料組成及び中性子束に基づいて実効増倍率を算出している。
特開２０１５－１８４１０７号公報
しかしながら、特許文献１では、燃料の未臨界性を評価するにあたり、中性子束を測定する必要があることから、作業が煩雑なものとなってしまう。
そこで、本開示は、放射性物質格納容器に装荷される燃料の実態に即した未臨界性を安全設計の観点から保守的に、かつ容易に評価することができる未臨界性評価方法、未臨界性評価装置及び未臨界性評価プログラムを提供することを目的とする。
本開示の未臨界性評価方法は、放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価方法において、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を備える。
本開示の未臨界性評価装置は、放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置において、前記燃料が炉心で燃焼することにより、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の実効増倍率が低下する燃焼度クレジットを考慮した評価を実行する制御部を備え、前記制御部は、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を実行する。
本開示の未臨界性評価プログラムは、放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置により実行される未臨界性評価プログラムにおいて、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を実行させる。
本開示によれば、燃料の燃焼度クレジットを考慮して、放射性物質格納容器に装荷される燃焼の進んだ燃料の未臨界性を安全設計の観点から保守的に、かつ容易に評価することができる。
図１は、本実施形態に係る未臨界性評価装置を模式的に表したブロック図である。 図２は、キャスクに装荷される燃料集合体を示す模式図である。 図３は、燃料集合体の解析モデルに関する説明図である。 図４は、本実施形態に係る未臨界性評価方法で用いられる、燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。 図５は、燃焼度に応じて変化する実効増倍率の算出に関する説明図である。 図６は、本実施形態に係る未臨界性評価方法に関する一例のフローチャートである。 図７は、本実施形態に係る未臨界性評価方法に関する一例のフローチャートである。 図８は、濃縮度を変化させたときの燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。 図９は、燃焼条件を変化させたときの燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態］
図１は、本実施形態に係る未臨界性評価装置を模式的に表したブロック図である。図２は、キャスクに装荷される燃料集合体を示す模式図である。図３は、燃料集合体の解析モデルに関する説明図である。図４は、本実施形態に係る未臨界性評価方法で用いられる、燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。図５は、燃焼度に応じて変化する実効増倍率の算出に関する説明図である。図６及び図７は、本実施形態に係る未臨界性評価方法に関する一例のフローチャートである。図８は、濃縮度を変化させたときの燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。図９は、燃焼条件を変化させたときの燃焼度に応じて変化する実効増倍率のグラフである。
本実施形態に係る未臨界性評価方法は、キャスク等の放射性物質格納容器に装荷される燃料集合体の燃料の未臨界性を評価する方法となっている。本実施形態に係る未臨界性評価方法では、未臨界性評価装置１を用いて、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価している。燃焼の進んだ燃料としては、例えば、使用済み燃料がある。
（キャスク及び燃料集合体）
先ず、図２及び図３を参照して、評価対象となるキャスク６及び燃料集合体５について説明する。図２に示すように、キャスク６には、複数の燃料集合体５が格納される。キャスク６は、沸騰水型軽水炉に用いられる使用済み燃料を格納する容器となっている。キャスク６は、複数の燃料集合体５の格納時において、臨界安全性を確保可能に設計される。
燃料集合体５は、複数の燃料棒８を有し、複数の燃料棒８が束ねられたものとなっている。複数の燃料棒８のうち、一部の燃料棒８には、可燃性毒物としてのガドリニウムＧｄが含まれている。可燃性毒物は、燃焼時において燃料から放出される中性子を吸収する。可燃性毒物は、初期において中性子を吸収することで、燃料の反応度を抑制する一方で、燃焼が進むと中性子の吸収能力が低下するため、後期における燃料の反応度の低下を抑制する。
（燃料集合体モデル）
次に、図３を参照して、燃料集合体５について説明する。図３の左側に示す燃料集合体５は、炉心に装荷される可燃性毒物を含む燃料棒８を有する実燃料の燃料集合体５である。実燃料の燃料集合体５は、ウラン等の核物質の濃縮度が異なる複数種の燃料棒８と、可燃性毒物を含む燃料棒８とを有している。実燃料の燃料集合体５は、所定の燃焼度（例えば、１５ＧＷｄ／ｔ）において、反応度がピークとなるように設計される。なお、反応度は、実効増倍率により算出されるパラメータとなっている。
図３の中央に示す燃料集合体５は、実燃料の燃料集合体５に基づいて設定される解析モデルとしてのモデルバンドル燃料の燃料集合体５である。モデルバンドル燃料は、臨界安全性の観点から、最も厳しくなった状態の燃料となっている。つまり、実燃料の反応度をいずれの燃焼度においても包絡する包絡モデル燃料となっている。なお、本実施形態では、包絡モデル燃料として、モデルバンドル燃料を適用したが、実燃料の反応度を包絡するモデルであれば、モデルバンドル燃料に特に限定されない。モデルバンドル燃料の燃料集合体５は、ウラン等の核物質の濃縮度が異なる２種類の燃料棒８を有している。モデルバンドル燃料の燃料集合体５は、いずれの燃焼度においても、反応度が一定となるように設計される。
図３の右側に示す燃料集合体５は、本実施形態の未臨界性評価に用いられる解析モデルとしての評価モデル燃料（燃料集合体モデル）の燃料集合体５である。評価モデル燃料の燃料集合体５は、ウラン等の核物質の濃縮度が単一となる１種類の燃料棒８を有している。評価モデル燃料の燃料集合体５は、燃焼が進むにつれて、反応度が低下する燃料となっている。
（未臨界性評価装置）
次に、図１を参照して、未臨界性評価装置１について説明する。上記のような燃料集合体５をキャスク６に装荷して、燃料の未臨界性を評価する場合、燃焼度クレジットを考慮している。燃焼度クレジットとは、燃料が炉心で燃焼するに伴って、キャスク６に装荷した燃料の実効増倍率が低下することである。未臨界性評価装置１は、炉心に装荷された燃料集合体５の燃焼計算と、燃焼計算の計算結果に基づいて、キャスク６に装荷された燃料集合体５の燃料の実効増倍率の計算とを行っている。また、未臨界性評価装置１は、図３に示すモデルバンドル燃料及び評価モデル燃料の実効増倍率の計算を行っている。
未臨界性評価装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、表示部１３と、入力部１４とを有している。
制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部１１は、燃料集合体５の燃焼計算を実行したり、燃料の実効増倍率の計算を実行したりする。記憶部１２は、半導体記憶デバイス及び磁気記憶デバイス等の任意の記憶デバイスである。この記憶部１２には、各種処理を実行するための各種プログラム、及び各種処理に用いられる各種データが記憶されている。各種データとしては、例えば、図３に示す燃料集合体の解析モデル及び燃料の濃縮度等の燃料諸元に関する情報Ｄ１、キャスク６のキャスク諸元に関する情報Ｄ２、燃料集合体５が装荷される炉心を含むプラントのプラント諸元に関する情報Ｄ３等である。各種プログラムとしては、燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価プログラムＰ１等である。表示部１３は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである。入力部１４は、例えば、キーボード及びマウス等の入力デバイスである。なお、表示部１３及び入力部１４は、タッチパネル等の入力操作が可能な入力表示デバイスとして一体化されたものであってもよい。
（実効増倍率の計算）
次に、図４及び図５を参照して、燃料の実効増倍率の計算について説明する。図５に示すように、図３の実燃料の実効増倍率を計算する場合、燃料集合体５の燃焼計算を実行した後、燃料の実効増倍率の計算を実行する。具体的に、燃料集合体５の燃焼計算では、設計された実燃料の燃料集合体５に関する燃料諸元の情報Ｄ１を取得する。この後、燃料集合体５の燃焼計算では、燃料諸元の情報Ｄ１に基づく実燃料の燃料集合体５の解析モデルを設定する。そして、燃料集合体５の燃焼計算では、燃料集合体５を装荷する炉心を含むプラントのプラント諸元の情報Ｄ３を取得する。この後、燃料集合体５の燃焼計算では、実燃料の燃料集合体５の解析モデルを用いて、プラント諸元の情報Ｄ３及びノミナル値となる燃焼条件に基づいて、燃料集合体５の燃焼計算を行う。燃焼条件としては、炉心内における冷却材のボイド率、燃料温度、比出力、燃料の冷却期間、制御ブレードの挿入量等である。燃料集合体５の燃焼計算では、計算結果として、燃料の燃焼度に応じた燃料の組成パラメータを算出する。燃料の組成パラメータとしては、燃焼燃料中の各核種の原子個数密度である。続いて、燃料の実効増倍率の計算では、燃料集合体５が装荷されるキャスク諸元の情報Ｄ２を取得する。この後、燃料の実効増倍率の計算では、キャスク諸元の情報Ｄ２及び燃焼度に応じた燃料の組成パラメータに基づいて、燃焼度に応じた実効増倍率を計算する。燃料の実効増倍率の計算では、計算結果として、燃料の燃焼度に応じた燃料の実効増倍率を算出する。
ここで、図４は、その縦軸が実効増倍率となっており、その横軸が燃焼度となっている。図４に示すＬは、実燃料の実効増倍率の燃焼度に応じた変化となっている。実効増倍率Ｌは、燃焼初期から所定の燃焼度まで、実効増倍率が増加する。実効増倍率は、所定の燃焼度（換言すると、反応度）においてピークとなる。この後、実効増倍率は、所定の燃焼度から燃焼後期まで、実効増倍率が低下する。なお、モデルバンドル燃料及び評価モデル燃料の実効増倍率の計算については、後述する未臨界性評価方法において説明する。
（未臨界性評価方法）
次に、図６から図９を参照して、上記の未臨界性評価装置１により実行される未臨界性評価方法について説明する。未臨界性評価方法では、燃料が炉心で燃焼することにより、キャスク６に装荷した燃料の実効増倍率が低下する燃焼度クレジットを考慮している。未臨界性評価方法は、大別して、評価モデル燃料の濃縮度を決定するステップと、決定した濃縮度に基づき臨界安全上において保守的な燃焼条件による実効増倍率の計算を行うステップと、を実行している。具体的に、評価モデル燃料の濃縮度を決定するステップは、図７のステップＳ２１からステップＳ２８となっている。また、保守的な燃焼条件による実効増倍率の計算を行うステップは、ステップＳ２９からステップＳ３１となっている。
先ず、図６に示すように、未臨界性評価方法では、未臨界性評価装置１の制御部１１が、モデルバンドル燃料に関する燃料諸元の情報Ｄ１を取得する（ステップＳ１１）。モデルバンドル燃料の燃料諸元は、燃焼度に亘って一定となっている。つまり、ステップＳ１１では、モデルバンドル燃料の燃料諸元として、燃焼度に亘って一定となる燃料の組成パラメータとしての各核種の原子個数密度を取得する。続いて、制御部１１は、モデルバンドル燃料の燃料集合体５が装荷されるキャスク諸元の情報Ｄ２を取得する（ステップＳ１２）。そして、制御部１１は、キャスク諸元の情報Ｄ２及び燃料の組成パラメータに基づいて、燃焼度に応じた実効増倍率ｋｅｆｆＭ（第２の実効増倍率）を計算する（ステップＳ１３）。実効増倍率ｋｅｆｆＭは、図４のＬ２に示すとおりであり、燃焼初期から燃焼後期に亘って、一定の実効増倍率となっており、実効増倍率Ｌ１を包絡する実効増倍率Ｌ２（ｋｅｆｆＭ）となっている。なお、算出した実効増倍率ｋｅｆｆＭは、後述するステップＳ２７において用いられる。
次に、図７に示すように、未臨界性評価方法では、未臨界性評価装置１の制御部１１が、評価モデル燃料に関する燃料諸元の情報Ｄ１を取得する（ステップＳ２１）。制御部１１は、ステップＳ２１において取得した燃料諸元の情報Ｄ１に基づく評価モデル燃料の燃料集合体５の解析モデルを設定する（ステップＳ２２）。そして、制御部１１は、燃料集合体５を装荷する炉心を含むプラントのプラント諸元の情報Ｄ３を取得する（ステップＳ２３）。この後、制御部１１は、評価モデル燃料の燃料集合体５の解析モデルを用いて、プラント諸元の情報Ｄ３及びノミナル値となる燃焼条件（第１の燃料条件）に基づいて、燃料集合体５の燃焼計算を行い、計算結果として、燃料の燃焼度に応じた燃料の組成パラメータ（第１の組成パラメータ）、つまり、各核種の原子個数密度（Ｎ．Ｄ．Ｂ）を算出する（ステップＳ２４）。続いて、制御部１１は、燃料集合体５が装荷されるキャスク諸元の情報Ｄ２を取得する（ステップＳ２５）。この後、制御部１１は、キャスク諸元の情報Ｄ２及び燃焼度に応じた燃料の組成パラメータに基づいて、燃焼度に応じた実効増倍率ｋｅｆｆＢ（第１の実効増倍率）を計算する（ステップＳ２６）。実効増倍率ｋｅｆｆＢは、図４のＬ１に示すとおりであり、燃焼初期から燃焼後期まで、実効増倍率が低下するものとなっている。
続いて、制御部１１は、所定の燃焼度、具体的には、実燃料の実効増倍率Ｌがピークとなる燃焼度において、実効増倍率ｋｅｆｆＢが、実効増倍率ｋｅｆｆＭ以上となるか否かを判定する（ステップＳ２７）。制御部１１は、ステップＳ２７において、実効増倍率ｋｅｆｆＢが実効増倍率ｋｅｆｆＭよりも小さいと判定すると（ステップＳ２７：Ｎｏ）、評価モデル燃料において設定した濃縮度を見直して、異なる濃縮度に再設定する（ステップＳ２８）。そして、制御部１１は、実効増倍率ｋｅｆｆＢが実効増倍率ｋｅｆｆＭ以上となるまで、ステップＳ２４からステップＳ２８を繰り返し実行することで、図８に示すように、実効増倍率ｋｅｆｆＢを変化させる。つまり、実効増倍率ｋｅｆｆＢ（Ｌ１）は、所定の燃焼度（例えば、１５ＧＷｄ／ｔ）において実効増倍率ｋｅｆｆＭ以上となるように濃縮度を見直すことで、図８のＬ１が点線から実線に移行する。
制御部１１は、ステップＳ２７において、実効増倍率ｋｅｆｆＢが実効増倍率ｋｅｆｆＭ以上であると判定する（ステップＳ２７：Ｎｏ）。すると、制御部１１は、評価モデル燃料の燃料集合体５の解析モデルを用いて、プラント諸元の情報Ｄ３及びステップＳ２４のノミナル値よりも保守的な燃焼条件（第２の燃焼条件）に基づいて、燃料集合体５の燃焼計算を行い、計算結果として、燃料の燃焼度に応じた組成パラメータ（第２の組成パラメータ）、つまり、各核種の原子個数密度（Ｎ．Ｄ．Ｓ）を算出する（ステップＳ２９）。具体的に、保守的な燃焼条件とは、ノミナルな燃焼条件と比較して、燃料を冷却する冷却材のボイド率と、評価モデル燃料に挿入される制御ブレードの挿入量とを変化させたものである。つまり、保守的な燃焼条件は、ノミナルな燃焼条件に比べて、ボイド率が増加し、挿入量が増加する燃焼条件となっている。換言すれば、保守的な燃焼条件は、燃料にＰｕ２３９がより多く蓄積する燃焼条件となっている。つまり、保守的な燃焼条件は、減速材が少なくなることで、高速中性子が発生し易い燃焼条件となっており、この燃焼条件においては、Ｐｕ２３９が生成され易いものとなっている。
続いて、制御部１１は、燃料集合体５が装荷されるキャスク諸元の情報Ｄ２を再び取得する（ステップＳ３０）。この後、制御部１１は、キャスク諸元の情報Ｄ２及び燃焼度に応じた燃料の組成パラメータに基づいて、燃焼度に応じた実効増倍率ｋｅｆｆＳ（第３の実効増倍率）を計算する（ステップＳ３１）。実効増倍率ｋｅｆｆＳは、図４及び図９のＬ３に示すとおりであり、燃焼初期から燃焼後期まで、実効増倍率が低下するものとなっており、Ｌ１に比して実効増倍率が高いものとなっている。
これにより、制御部１１は、保守的な燃焼条件に基づいて実効増倍率ｋｅｆｆＳを計算することで、図９に示すように、実効増倍率ｋｅｆｆＢから実効増倍率ｋｅｆｆＳに変化させる。つまり、実効増倍率ｋｅｆｆＢ（Ｌ１）は、燃焼条件を保守的なものとすることで、図９のＬ１から実効増倍率ｋｅｆｆＳ（Ｌ３）に移行する。
そして、制御部１１は、ステップＳ３１の実行後、未臨界性評価方法に関する処理を終了する。なお、キャスク６は、３０ＧＷｄ／ｔ程度から４０ＧＷｄ／ｔ程度までの燃焼度の範囲に基づいて設計される。このため、モデルバンドル燃料よりも実効増倍率が低い評価モデル燃料の実効増倍率に基づいてキャスク６を設計することができる。
以上のように、本実施形態に記載の未臨界性評価方法、未臨界性評価装置１及び未臨界性評価プログラムＰ１は、例えば、以下のように把握される。
第１の態様に係る未臨界性評価方法は、放射性物質格納容器（キャスク６）に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価方法において、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデル（評価モデル燃料）を設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２４）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＢ：Ｌ１）を算出するステップ（ステップＳ２６）と、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料（モデルバンドル燃料）を設定するステップ（ステップＳ１１）と、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＭ：Ｌ２）を算出するステップ（ステップＳ１３）と、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップ（ステップＳ２７）と、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２９）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＳ：Ｌ３）を算出するステップ（ステップＳ２９）と、を備える。
第５の態様に係る未臨界性評価装置１は、放射性物質格納容器（キャスク６）に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置１において、前記燃料が炉心で燃焼することにより、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の実効増倍率が低下する燃焼度クレジットを考慮した評価を実行する制御部１１を備え、前記制御部１１は、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデル（評価モデル燃料）を設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２４）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＢ：Ｌ１）を算出するステップ（ステップＳ２６）と、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料（モデルバンドル燃料）を設定するステップ（ステップＳ１１）と、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＭ：Ｌ２）を算出するステップ（ステップＳ１３）と、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップ（ステップＳ２７）と、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２９）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＳ：Ｌ３）を算出するステップ（ステップＳ２９）と、を実行する。
第６の態様に係る未臨界性評価プログラムＰ１は、放射性物質格納容器（キャスク６）に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置１により実行される未臨界性評価プログラムＰ１において、前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデル（評価モデル燃料）を設定するステップと、前記燃料集合体モデルを用いて、第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２４）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＢ：Ｌ１）を算出するステップ（ステップＳ２６）と、前記燃料の健全性を包絡する包絡モデル燃料（モデルバンドル燃料）を設定するステップ（ステップＳ１１）と、前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＭ：Ｌ２）を算出するステップ（ステップＳ１３）と、所定の燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップ（ステップＳ２７）と、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２９）と、前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率（実効増倍率ｋｅｆｆＳ：Ｌ３）を算出するステップ（ステップＳ２９）と、を実行させる。
これらの構成によれば、燃料の燃焼度クレジットを考慮した未臨界性評価を行うことができる。つまり、第３の実効増倍率に基づくキャスク６の設計が可能となることから、実効増倍率を過大に見積もることなく、キャスク６を設計することができる。また、中性子束の測定を行う必要もなく、キャスク６に装荷される燃料の未臨界性を安全設計の観点から保守的に、かつ容易に評価することができる。
第２の態様として、前記第２の組成パラメータを算出するステップ（ステップＳ２９）では、前記第２の燃焼条件として、前記燃料を冷却する冷却材のボイド率と、前記燃料集合体モデルに挿入される制御ブレードの挿入量とを適用し、前記第２の燃焼条件は、前記第１の燃焼条件に比べて、前記ボイド率が増加し、前記挿入量が増加する条件となっている。
この構成によれば、ボイド率及び制御ブレードの挿入量は、燃料にＰｕ２３９がより多く蓄積する燃焼条件となるため、第２の燃焼条件を保守的な燃焼条件とすることができる。
第３の態様として、前記判定するステップ（ステップＳ２７）では、所定の燃焼度として、前記放射性物質格納容器（キャスク６）に装荷される、前記燃料クレジットを考慮した実燃料の実効増倍率Ｌがピークとなる燃焼度である。
この構成によれば、第１の実効増倍率Ｌ１を、実燃料の実効増倍率Ｌを適切に包絡する実効増倍率とすることができる。このため、臨界安全性を適切に確保することができる。
第４の態様として、前記包絡モデル燃料は、モデルバンドル燃料である。
この構成によれば、包絡モデル燃料として、モデルバンドル燃料を援用することができるため、第２の実効増倍率を簡易に計算することができる。
１ 未臨界性評価装置
５ 燃料集合体
６ キャスク
８ 燃料棒
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 表示部
１４ 入力部
Ｄ１ 燃料諸元の情報
Ｄ２ キャスク諸元の情報
Ｄ３ プラント諸元の情報
Ｐ１ 未臨界性評価プログラム

Claims (5)

  1. 放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価方法において、
    前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、
    前記燃料集合体モデルを用いて、ノミナル値となる第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、
    前記燃料の健全性が最も厳しく、実燃料の反応度をいずれの燃焼度においても包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷される、燃焼度クレジットを考慮した実燃料の実効増倍率がピークとなる燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、
    前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を備える未臨界性評価方法。
  2. 前記第２の組成パラメータを算出するステップでは、前記第２の燃焼条件として、前記燃料を冷却する冷却材のボイド率と、前記燃料集合体モデルに挿入される制御ブレードの挿入量とを適用し、
    前記第２の燃焼条件は、前記第１の燃焼条件に比べて、前記ボイド率が増加し、前記挿入量が増加する条件となっている請求項１に記載の未臨界性評価方法。
  3. 前記包絡モデル燃料は、実燃料の前記燃料集合体に基づいて設定される解析モデルであり、いずれの燃焼度においても、反応度が一定となるように設計されたモデルバンドル燃料である請求項１または２に記載の未臨界性評価方法。
  4. 放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置において、
    前記燃料が炉心で燃焼することにより、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の実効増倍率が低下する燃焼度クレジットを考慮した評価を実行する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、
    前記燃料集合体モデルを用いて、ノミナル値となる第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、
    前記燃料の健全性が最も厳しく、実燃料の反応度をいずれの燃焼度においても包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷される、燃焼度クレジットを考慮した実燃料の実効増倍率がピークとなる燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、
    前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を実行する未臨界性評価装置。
  5. 放射性物質格納容器に装荷される、燃焼の進んだ燃料の未臨界性を評価する未臨界性評価装置により実行される未臨界性評価プログラムにおいて、
    前記燃料の濃縮度が単一となる燃料集合体の解析モデルである燃料集合体モデルを設定するステップと、
    前記燃料集合体モデルを用いて、ノミナル値となる第１の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第１の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第１の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第１の実効増倍率を算出するステップと、
    前記燃料の健全性が最も厳しく、実燃料の反応度をいずれの燃焼度においても包絡する包絡モデル燃料を設定するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷した前記包絡モデル燃料の燃焼度の変化に伴う第２の実効増倍率を算出するステップと、
    前記放射性物質格納容器に装荷される、燃焼度クレジットを考慮した実燃料の実効増倍率がピークとなる燃焼度において、前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となるか否かを判定するステップと、
    前記第１の実効増倍率が前記第２の実効増倍率以上となると判定した場合、前記燃料集合体モデルを用いて、前記第１の燃焼条件よりも保守的な第２の燃焼条件に基づいて、前記燃料の燃焼度に応じた第２の組成パラメータを算出するステップと、
    前記燃料の燃焼度に応じた前記第２の組成パラメータに基づいて、前記放射性物質格納容器に装荷した前記燃料の燃焼度の変化に伴う第３の実効増倍率を算出するステップと、を実行させる未臨界性評価プログラム。
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Tsukasa KIKUCHI, et al.，"Application of Gadolinia credit to cask transportation of BWR-step3 SFAs"，JAERI-CONF2003-019，2003年，Page 711-716，https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/116/36116544.pdf

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