第9回「炉物理専門研究会」

[1] S. Tsuda, et al. “Status of the NEA international activities on nuclear

criticality safety”. ICNC 2019. Paris, France. (2019)

[2] P. Thomas, et al. “A Review of Criticality Accidents”. LA-13638. (2000)

図 2 実効増倍率の時間変化

[3] ATOMOΣ2020 年 62 巻 1 月号 p.42. (2020)

[4] OpenCFD Ltd. “OpenFOAM v2006”. (2020)

*Kodai Fukuda and Yuichi Yamane. JAEA, Nuclear Safety Research Center, Criticality Safety Research Group.

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MPS 法を用いた燃料デブリ水中落下における臨界安全解析

Criticality safety analysis using MPS method for fuel debris falling into water

西山

潤 1，文元 太郎 1，村本 武司 1，竹澤 宏樹 1，小原 徹 1

東工大

燃料デブリ取出し作業を想定した体系において、粒子法を用いた燃料デブリの水中落下挙動のシミュレーシ

ョンを実施し、落下途中の燃料デブリの動きを考慮した臨界解析を行った。燃料デブリが堆積しているペデ

スタル内部の体系において水だまりのサイズや水面の揺動の影響に関する知見を得た。

キーワード：福島第一原子力発電所事故，燃料デブリ，臨界安全，粒子法，モンテカルロ法

1. 緒言

燃料デブリの取出し作業時に万一再臨界事故が発生すれば、作業員を危険にさらし、社会的にインパクト

を与え、廃炉作業全体に大きな影響を及ぼす可能性がある。一方で取出し対象となる燃料デブリは、その溶

融・堆積状況や取出し作業によりさまざまな形状が想定されている。本研究の目的は、そのような多粒子形

状の燃料デブリが水中に落下した場合の臨界性評価を、燃料デブリと水の挙動を考慮して高度化することで

ある。実機規模の大きさの体系において、粒子法を用いた水中落下挙動のシミュレーションを行い、得られ

た燃料デブリと水の挙動から中性子輸送計算によって臨界性の評価を行った。

2. 解析方法

燃料デブリ水中落下シミュレーションは、粒⼦法の⼀種である

MPS 法に基づく流体解析ソフトウェア Particleworks を用いて行っ

た。燃料デブリ取出しの初号機として準備が行われている 2 号機

を解析対象とし、ペデスタル底部の冷却水だまり（水深 30 cm）へ

臨界量以上の燃料デブリ（0.33 m3 直径 5 cm の燃料デブリ球

5000 個）が落下する状況を想定した。水中落下シミュレーション

結果から得られた燃料デブリの位置変化を考慮したモンテカルロ

中性子輸送計算を MVP-3.0 を用いて計算し、実効増倍率変化を

図１水中落下シミュレーションの計算

評価した。

例（下の容器は内径 2.0 m）

3. 結果

図 1 に直径 2.0 m の水だまりへの水中落下シミュレーションの

計算例を示す。今回の解析では最大で、2 号機のペデスタル直径に

等しい直径 5.4 m の水だまりの体系について計算が可能であるこ

とを確認した。図２に臨界計算の結果を示す。水面を一定として

水位が変化しないと仮定した場合、落下途中に最大値を取る。一

方で水面の変化を考慮した場合は、燃料デブリ落下による水排除

の効果により最終堆積時が最大となる結果となった。

謝辞：本研究は、廃炉国際共同研究センター/国立研究開発法人日

図 2 水面変化による実効増倍率変化

本原子力研究開発機構の「英知を集結した原子力科学技術・人材

育成推進事業」による研究費支援の下で実施されました。

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Nishiyama1, Taro Fumimoto1, Takeshi Muramoto1, Hiroki Takezawa1, Toru Obara1

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2017. (In Japanese)

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KUCA での黒鉛減速体系における Cd サンプルの反応度価値測定

Measurement of Cd worth in Graphite moderated system at KUCA

山崎誠司 , 守屋壮一郎 1, Irwan Liapto Simanullang1, 藤本望 1，左近敦士 2，佐野忠史 2，高橋佳之 3

九州大学，2 近畿大学，3 京都大学

京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)に黒鉛減速炉心を構築，燃料棒に Cd を付加し反応度測定を行った．

実験により，燃料要素中の Cd の位置関係と反応度の関係が示された．本発表ではその実験結果についての

報告を行う．

キーワード: 高温ガス炉，KUCA，SRAC，MVP，中性子吸収体，反応度，黒鉛減速体系

1. 緒言

高温ガス炉では燃焼による過剰反応度の変化を小さく保つために可燃性毒物が用いられており，反応度価

値についての研究は高温ガス炉臨界実験装置(VHTRC)のものがあるが，データが古いこと，測定値と計算値の

乖離が未だ解消されていないのが現状である．そこで，本検討では KUCA の B 架台に黒鉛体型炉心を構築し，

中性子吸収体の反応度価値の解析手法についての検討の為の実験データの取得を行った．

2. 実験

図 1 に今年度 B 架台に構築された炉心を示す．本炉心は，燃料領域，ドライ

バー燃料領域，黒鉛反射体領域から構成され，燃料領域のうち図１の青丸で示

す燃料棒について図 2 に示す燃料要素内に 15mm×15mm×0.5mm の Cd 板を挿入し

て，その位置を変更しながら，制御棒反応度価値の校正曲線を用いて臨界制御

棒位置の変化から反応度の測定を行った．

3. 実験結果

図 1 炉心構成

表 1 に Cd 板挿入位置と反応度の測定結果を示す．EU に隣接させた場合が最も反応度が小さく，EU と Cd

の間の距離の増加に伴い反応度が大きくなった．Cd の黒鉛中の位置変化により，中性子吸収量が増加した

ものと考えられる．

表 1 反応度の測定結果

4. 今後の予定

Cd 板挿入位置

本検討で用いた炉心体系について，SRAC[1]及び MVP[2]計算コードを用い

た計算を実施中である．特に SRAC について，BP 近傍のメッシュ分割の細

分化が重要[3]であることを考慮しつつ計算手法の検討，計算を行う予定で

ある．

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図 2 Cd 板挿入位置

[1] K. Okumura, et al., JAEA-Data/Code 2007-004.

[3] N. Fujimoto, et al. JAEA-Technology 2021-008.

[2] Y. Nagaya, et al., JAEA-Data/Code 2016-019.

*Seiji

Yamasaki1, Soichiro Moriya1, Irwan Liapto Simanullang1, Nozomu Fujimoto1, Atsushi Sakon2, Tadafumi Sano2, Yoshiyuki

Takahashi3

1Kyushu

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