報告書番号

EX21010

タイトル（和文）

早期乾式貯蔵移行に向けた使用済燃料管理方策の構築　－崩壊熱の観点からの合理化手法の提案－

タイトル（英文）

CRIEPI Report "Development of Spent Nuclear Fuel Management Strategy for Early Transfer to Dry Storage - Proposal of Rationalized Storage from Viewpoint of Decay Heat -"

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
使用済燃料再処理施設の商用運転がまだ開始されていないため、使用済燃料の貯蔵能力の拡大と選択肢の拡充は電気事業者の重要な課題の1つである。使用済燃料を乾式キャスクに収納し保管する乾式貯蔵は、維持管理の容易さや施設設置場所の柔軟性などに優れており、一部の電気事業者が設置の準備を進めている。48燃料(注1)用の乾式キャスクはすでに実用化されており、一律に15~20年程度の冷却後に乾式貯蔵に移行することが許認可されているが、55燃料(注2)用の乾式キャスクはまだ実用化されていない。55燃料では、崩壊熱の最大値が48燃料よりも大きくなり、燃料集合体毎の崩壊熱の幅がより広範となるため、48燃料と同様に燃料集合体の制限燃焼度を指標として一律に冷却期間を設定すると、大きな保守性を含んだ冷却期間が設定される懸念がある。

目的
55燃料の崩壊熱が乾式キャスクの熱的制限値を下回る冷却期間を評価する。また、崩壊熱の観点から55燃料に対する合理的な使用済燃料管理方策を提案する。

主な成果
(1) 熱的制限値を下回る冷却期間の評価
・55燃料を採用したBWR平衡炉心におけるサイクル到達燃焼度と減速材密度をランダムサンプリングし、その値を入力として燃焼計算コードORIGEN-ARP(注3)により多数の燃焼計算を実施することで、55燃料の崩壊熱の頻度分布を得た(図1)。
・48燃料用乾式キャスクの最大貯蔵能力を参考にして、燃料集合体1体あたりの熱的制限値を設定し、55燃料の崩壊熱がこの制限値を下回るまでに必要となる冷却期間を評価した(図2, 3)。これより、4~5サイクル照射燃料では冷却期間が大幅に増加すること、照射サイクル数によらず燃焼度が35 GWd/t程度を超えると冷却期間の増加幅がより大きくなることなどが明らかになった。
(2) 合理的な使用済燃料管理方策の提案
・照射サイクル数を指標として用いることで、1, 2, 3サイクル照射燃料は、制限燃焼度で一律に冷却期間を設定した場合よりも必要となる冷却期間が大幅に短縮される。この方法は、昨今の廃止措置が決定した原子炉の最終炉心にある燃料など、制限燃焼度よりも燃焼度が相当に低くなる照射サイクル数が少ない燃料に対して有効である。
・集合体燃焼度を指標として用いることで、燃料集合体毎に熱的制限値を下回るまでに必要となる最短の冷却期間を設定することが可能となり、最も合理的に使用済燃料を乾式貯蔵に移行できる。この方法は、必要となる冷却期間が燃料毎に大きく異なる照射サイクル数が進んだ燃料に対してより高い効果が得られる。

概要 （英文）

Cycle burnup and moderator density were randomly sampled base on typical condition in a BWR equilibrium core, and depletion calculations with these sampled parameters were performed with ORIGEN-ARP code to evaluate decay heat distribution of spent nuclear fuels limited up to 55 GWd/t. Limit values of decay heat per fuel assembly were determined based on maximum storage capacity of dry casks for fuels limited up to 48 GWd/t, and cooling time which the decay heat of 55 fuels were below these limits were evaluated. It was found that the required cooling time increases significantly for fuels irradiated for 4 or 5 cycles, and that the increase in the required cooling time is larger for fuels with burnup of more than about 35 GWd/t, regardless of the number of irradiation cycles. Based on the results of the cooling time satisfying the thermal limits, efficient spent fuel management strategies were proposed using the number of irradiation cycles and the burnup as indicators. By using the number of irradiation cycles as an indicator, 1, 2 and 3 cycle irradiated fuels can be transferred to dry storage in much shorter cooling time than the case where the cooling time is uniformly set for all fuels. If further efficiency is desired, it is possible to set the shortest cooling times below the thermal limits for each fuel by monitoring the burnup of each fuel, and the spent fuels can be transferred to dry storage in the most efficient manner. This strategy using burnup as an indicator is more effective for fuels with an advanced number of irradiation cycles.

報告者

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