報告書番号

L07007

タイトル（和文）

ナトリウム冷却小型高速炉4Sの炉心湾曲に伴う反応度評価

タイトル（英文）

Analytical Evaluation of Core Bowing Reactivity in Sodium Cooled Small Fast Reactor (4S)

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

当所が設計研究を進めている4S炉は、従来の高速炉とは異なり、長尺の燃料集合体で構成された縦長の炉心周囲に可動式反射体を設置し、これを炉心下部から徐々に上昇させることにより燃焼制御を行う方式を採用している。したがって、高速炉におけるシビアアクシデントの支配的な事象である一次冷却材流量喪失時スクラム失敗事象（ULOF）において、受動的な負の反応度として期待される炉心湾曲反応度が従来炉とは異なることが予想される。このような背景から、4S炉の炉心設計および過渡時安全評価を行うにあたっては、過渡時の炉心湾曲形状と反応度特性を事前に把握しておく必要がある。そこで、電気出力1万kWの4S炉を対象に、炉心湾曲形状とそれに起因する反応度の関係を定量的に把握するため、炉心平均出力／流量比（P/F）を変化させて詳細炉心湾曲解析を行った。その結果、4S炉の炉心湾曲反応度は、P/Fが1.0の基準状態に対し、燃焼初期ではP/Fが2.0まで、燃焼末期では1.5までは従来炉と同様にP/Fの増加に伴い負の反応度が増加するが、これらを超えるP/F条件では正の増加に転じ、最終的には正の反応度となることがわかった。4S炉において、高P/F条件で炉心湾曲反応度が正となるのは、
①内側炉心集合体の径方向外側への変位に伴う固定吸収体での中性子の吸収減少（燃焼初期）
②炉心の径方向への膨張によって炉心と反射体とのギャップが狭くなることによる中性子ストリーミング（漏洩）の減少（燃焼末期）
という4S炉の構造上の特徴に起因している。また別途得られた、安全上最も厳しい状態である燃焼末期の4S炉におけるULOF時のP/F変化をもとに、今回得られた解析結果を適用して炉心湾曲反応度を予備評価した。その結果、P/Fによっては正の反応度が投入されるもののその絶対値は小さく、他の温度反応度を含めた正味の合計反応度は負を維持することがわかった。したがって、炉心湾曲反応度は4S炉のULOF事象推移に大きな影響を及ぼすことなく、事象は安全に収束すると予測された。

概要 （英文）

In order to evaluate core bowing behavior and resulting reactivity feedback in sodium cooled small fast reactor 4S (Super-Safe, Small and Simple), an analytical evaluation was conducted under various core power/flow ratio (P/F) conditions by advanced core bowing analysis code "ARKAS-cellule".
Under the BOC condition, the core bowing reactivity becomes negative with increasing P/F by 2.0, then turns into positive change with increasing from 2.0 to 3.0 and finally becomes positive value at P/F = 3.0. Under the EOC condition, the core bowing reactivity becomes negative with increasing P/F by 1.5, then turns into positive change with increasing from 1.5 to 3.0 except for 2.0 to 2.5, and the value of reactivity becomes positive beyond P/F = 1.5. These results can be mainly caused by following two mechanisms originated from structual characteristics of 4S reactor:
(1) decrease of neutron absorption by fixed absorber caused by radial displacement of inner core subassemblies (at BOC)
(2) decrease of neutron streaming caused by small gap between outer core subassembly and reflector due to core radial expansion (at EOC)
Then we applied these results to ULOF event in 4S reactor and conducted preliminal evaluation of core bowing reactivity. Analytical result indicates that although positive core bowing reactivity is inserted depending on the P/F condition, its quantity is small and the net reactivity including another thermal reactivities (doppler, fuel, coolant, etc.) maintains negative. Therefore, the effect of core bowing reactivity on ULOF event in 4S reactor is not significant and the event will be expected to terminate safely.

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