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Accumulation of gadolinium isotopes in used nuclear fuel

使用済燃料中でのガドリニウム同位体の蓄積に関する研究

須山 賢也; 鹿島 陽夫

Suyama, Kenya; Kashima, Takao

日本における福島燃料デブリの臨界安全管理技術開発においては、FPを考慮した燃焼度クレジットの可能性が議論されてきた。OECD/NEA原子力科学委員会 臨界安全性ワーキングパーティー傘下の燃焼度クレジット臨界安全性専門家会合では、BWR燃料を対象とした国際燃焼計算ベンチマーク"Phase-IIIB"及び"Phase-IIIC"を実施してきた。これらのベンチマークでは、$$^{155}$$Gdの計算値の差が大きく、参加者の大きな注目を集めてきた。筆者等は、燃焼中のガドリニウム同位体の蓄積に関する付加的な検討を行った。冷却時間がなければ、$$^{155}$$Gdの集合体平均量は可燃性毒物棒におけるガドリニウム同位体の燃焼特性に依存する。しかしながら、数年の冷却で$$^{155}$$Gdは$$^{155}$$Euの放射性崩壊で劇的に増加し、可燃性毒物棒のガドリニウム同位体量の重要度は低下する。このことは、$$^{155}$$Gdのより良い評価のためには、可燃性毒物棒の燃焼の取扱よりも、$$^{155}$$Eu生成に係わるパラメータやデータが重要であることを示している。

In the technical development of the criticality safety control of the fuel debris of Fukushima accident in Japan, there have been a discussion on a possibility of adopting BUC with FP. The Expert Group on Burnup Credit Criticality Safety (EGBUC) under the Working Party on Nuclear Criticality Safety (WPNCS) in OECD/NEA Nuclear Science Committee had carried out an international burnup calculation benchmark "Phase-IIIB" and "Phase-IIIC" for BWR fuel assemblies. In these benchmarks the difference of the calculation results of $$^{155}$$Gd among the participants obtained keen interests because it showed rather larger difference among the participants. Authors has been carried out additional analyses on the accumulation of the gadolinium isotopes in the used nuclear fuel during the burnup. Without cooling time, the assembly-averaged amount of $$^{155}$$Gd against the burnup value depends on the burnout property of gadolinium in the burnable poison rods. However, after few year cooling time, $$^{155}$$Gd increase drastically by the decay of $$^{155}$$Eu. In this case, the amount of gadolinium isotopes in the burnable poison rods has less importance. It means that the adopted parameters and data concerning the $$^{155}$$Eu generation have much more importance than the burnup treatment of the burnable poison rods for better prediction of $$^{155}$$Gd.

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