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Analysis of used BWR fuel assay data with the integrated burnup code system SWAT4.0

統合化燃焼計算コードシステムSWAT4.0を用いたBWR使用済燃料組成評価

多田 健一; 菊地 丈夫*; 崎野 孝夫; 須山 賢也

Tada, Kenichi; Kikuchi, Takeo*; Sakino, Takao; Suyama, Kenya

東京電力福島第一原子力発電所の燃料デブリの臨界安全は、最も重要な研究課題の一つである。合理的な燃料デブリの臨界安全のためには、燃焼度クレジットを適用することが求められている。燃焼度クレジットを適用するためには、燃焼計算コードの妥当性検証が必要となる。そこで、日本原子力研究所が1990年代に取得した東京電力福島第二原子力発電所二号機の使用済み燃料のPIEデータを統合化燃焼計算コードシステムSWAT4.0の検証に用いた。実験値との比較結果を見ると、多くの核種で実験値とよく一致したが、$$^{235}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{238}$$Pu、及びSmで実験値との差異が大きくなることが分かった。これらの差異は燃料中の初期原子数密度及びボイド率の仮定と、$$^{237}$$Npの捕獲断面積の過大評価が要因であると考えられる。これらの差異はウラン燃料かGd入り燃料かによって変化せず、またPWR燃料の場合とほぼ同程度であった。このことから、SWAT4.0はBWR使用済燃料組成を適切に評価でき、かつ燃焼度クレジットを適用するために十分な解析精度を有していることが分かった。

The criticality safety of the fuel debris in Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant is one of the most important issues and the adoption of the burnup credit is desired for the criticality analysis. The assay data of used nuclear fuel irradiated in 2F2 is evaluated to validate SWAT4.0 for BWR fuel burnup problem. The calculation results revealed that number density of many heavy nuclides and FPs showed good agreement with the experimental data except for $$^{235}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{238}$$Pu and Sm isotopes. The cause of the difference is assumption of the initial number density and void ratio and overestimation of the capture cross section of $$^{237}$$Np. The C/E-1 values do not depend on the types of fuel rods (UO$$_{2}$$ or UO$$_{2}$$-Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$) and it is similar to that for the PWR fuel. These results indicate that SWAT4.0 appropriately analyzes the isotopic composition of the BWR fuel and it has sufficient accuracy to be adopted in the burnup credit evaluation of the fuel debris.

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