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A Study on the criticality safety for the direct disposal of used nuclear fuel in Japan; Application of burnup credit to the criticality safety evaluation for the disposal canister

日本における使用済燃料直接処分の臨界安全性に関する研究; 処分容器体系の臨界安全評価における燃焼度クレジットの適用

山本 健土; 秋江 拓志; 須山 賢也

Yamamoto, Kento; Akie, Hiroshi; Suyama, Kenya

日本では使用済燃料の処分に関する技術基盤を整備することを目的として、直接処分の技術開発に着手している。使用済燃料には一定量の核分裂性物質が含まれるため、直接処分時には臨界安全性が重要となる。本論文では、使用済燃料直接処分における臨界安全性に関する課題、ならびにこれに関連する日本の研究を挙げ、その中でも処分容器体系における燃焼度クレジットを採用した臨界安全評価の結果を報告する。評価においては、燃焼計算コードの予測誤差による実効増倍率の不確かさや、軸方向の燃焼度分布ならびに水平方向の燃焼度勾配による実効増倍率への影響についても検討した。代表的な条件のPWR使用済燃料を対象とした評価の結果、燃料集合体及び処分容器が健全な状態である場合については、種々の不確かさや保守性を考慮しても、実効増倍率が0.95を下回ることが示された。

Japan has recently started to study the technical issues for the direct disposal of the used nuclear fuel (UNF) to prepare various disposal options. The criticality safety is important for the direct disposal because of the presence of certain amount of the fissile nuclides in UNF. This paper gives the outline of the research to be addressed in this field and the relevant studies in Japan. Especially, it presents the first result of the criticality safety evaluation for a disposal canister model adopting burnup credit. The uncertainties of effective neutron multiplication factor ($$k_{eff}$$) caused by the depletion calculation errors as well as the effect of the axial burnup profile and the horizontal burnup gradient on $$k_{eff}$$ were also evaluated. It was found that the $$k_{eff}$$ including these uncertainties and conservatism was below 0.95 for the representative used PWR fuel when the fuel assemblies and the disposal canister were assumed to keep intact.

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