資料第 4BAB-15-4号 (資料第 4BAB-14-4号改1) 日本原子力研究開発機構の加工事業許可申請 / ーへ臨界安全評価について (クロスチェック) ， ( 、平成 19年 9月原子力安全・保安院 ! 、ノ I 本資料は、核燃料安全専門審査会第 48部会の求めに応じ作成したものであり、基本設計ないし基本的設計方針に係る内容以外の情報(申請者から必要に応じて聴取した情報等)が含まれている場合があります。、 ' 1.はじめに独立行政法人日本原子力研究開発機構東海研究開発センター核燃料サイクノレ工学研究所における核燃料物質の加工の事業の許可申請に係る安全審査の一環として、問機構が提出した「核燃料物質加工事業許可申請書及び同添付書類」 ω (以下「申請書J という。)に示される臨界安全設計等についてクロスチェック解析(以下「本解析」という。)を実施し、妥当性を確認した。〆-¥ ¥ 2 . 解析コード及び核データ解析に当たっては、 ①申請者と同じ核データ及びコードによる解析 (SCALE-4.4a∞コードシス .a (以降 rSCALEJ という。)、 ENDF/B-IVに基づく 27群断テムの KENOV 面積を使用する。) ②申請者と同じコードであるがそれより新しくエネノレギ}分割が詳細な核データによる解析 (SCALE、ENDF/B-Vに基づく 238群断面積を使用する。) ③申請者と異なるコードで最新の連続エネノレギー核データによる解析 ( M V P ω 、]ENDL-3.3に基づく連続エネルギー断面積を使用する。) を実施し、相互の結果を比較することで、解析が適切に実施されていることを確認した。また、原子数密度の計算等に使用するデータについては、申請書記載値及び理科年表などを参考にした。これらの異なるコード及びライブラリの影響を把握するため、予備解析を実施した。解析条件を表 1 1乙、解析結果を図 1に示すが、申請者の用いた①のコ拡 L ' l .k ード及びライプラリは②、③のコード及びライブラリの結果よりも約1.0 ~L5出L'l. k 程度大きな結果を示しており、申請者の用いたコード及びライブラリは安全側の結果を与えるものと考える。 r、 3. 核的制限値等の妥当性の確認核的制限値の保守性及び解析条件の適切性について、本解析により確認した。 3 . 1 工程施設の単一ユニットの核的制限値申請書記載の工程施設(成形施設、被覆施設、組立施設等)では、取り扱う核燃料物質の状態を考慮して、設備によらず単ーユニットの種類を原料粉末系、濃縮ウラン酸化物系、燃料混合酸化物系、分析試料溶液系、燃料要素系、燃料集合体系に分類している。本解析では、高速i 曽殖炉燃料に対する工程施設の単一ユニットの核的制限値 U 本質量、②燃料混合酸化物系の P u * 質量、③分析試料として、①原料粉末系の P 溶液系の P U 本質量、④燃料要素系の燃料要素本数と外接円の直径、⑤燃料集合体の数について、申請書記載の条件により中性子実効増倍率を求めた。解析条件 1 を表 2、解析結果を表 3に示す。高速増殖炉燃料、高速実験炉燃料共に、結果の中性子実効増倍率は、①申請者の解析結果、@包些旦による 27群の解析結果、③E 旦LEによる 238群の解析結果、④MVPコードによる解析結果と、核データ等の詳細化にともない、ほぼ系統的に低下する傾向を示しており、また、中性子実効増倍率の制限値 0.95に比べて、申請者の解析結果は裕度がある事が認められる。なお、高速実験炉の燃料集合体で、 MVPと些些互の結果の差が比較的大きくなっているが、これは、 E 旦L 旦では申請者と同様にラッパ管を円環状にモデ、/レ化しているのに対し MVPでは実際に近い形状(六角形)で解析していること、特に高速実験炉の燃料集合体は小型なために、外周のラッパ管形状の影響が大きく出たものと考えられる。以上の解析結果より、 P u * 質量や燃料要素本数、燃料要素束外径など、申請書に記載される工程施設の単一ユニットの核的制限値は所定の管理条件の下で最も厳しい結果であり、また裕度があることを確認した。 ¥-' 3 . 2 複数ユニットの臨界安全複数の貯蔵容器が、存在する貯蔵施設の各設備、工程施設の成形設備、被覆設備、組立設備、試料受け払いと分析設備における複数設備の臨界管理因子を対象とし、申請書に記載されている 1 2種の計算例について解析を実施した。解析条件を表 4、解析結果を表 5に示す。一部、 E 旦L 旦による 27群の解析結果の中性子実効増倍率が、申請者の解析結果よりも 1~2%/:::' k高くなった例が認められるものの、詳細解析結果との一致は良く、中性子実効噌倍率の値も制限値 0.95に対して裕度があり、球や直方体などモデノレを非常に単純化していること、吸収効果を持つ金属構造材を無視していることなど、モデルに十分な保守性があることから、申請書に記載されている 1 2種の複数ユニットの配列では、安全性に問題はないと考える。 ¥ ) 4. 臨界管理上の具常時の安全裕度確認、申請者が行った臨界管理上の異常時の評価結果の保守性、その解析条件の適切性について解析により確認した。主な解析条件及び解析結果を表 6に示す。評価番号 4~7 では、 SCALE と MVP による結果の差が大きいが、この差の原因は、足些Eと MVPで非均質体系の取扱い方法が異なることによると考えられる。日L 旦による解析結果では、中性子実効増倍率が 0.96というまた、評価 5の E 結果が得られているが、 MVPの結果との比較からモデノレが保守的であること、また、包些旦及び ENDF/B-Nに基づく 27群ライブラリの組合せによる推定下限増倍率である 0.97を下回っていることから問題ないものと考える。 5. まとめ 2 申請書の臨界安全評価について、解析モデJレ、使用解析コード、核的制限値の設定条件等を確認し、申請書の解析条件が臨昇宴会葬繕圭藤長品品三~でちり、適切に設定されていることを確認した。以上より、申請書の臨界安全評価に関する解析は、安全裕度を有し妥当なものであると判断する。 ( 、 ¥ヤ，〆ー、、、 3 参考文献 ( 1 ) 独立行政法人日本原子力研究開発機構 “核燃料物質加工事業許可申請書 ( 2 ) SCALE: AModularCodeSys七emforPerformingStandardizedComputer icensing Evaluation. NUREG/CR-0200， R e v . Analyses for L 6 o l s .1 ，II andIII (December 1999) (ORNL/NUREG/CSD-2/R6)，V ( 3 ) 森賞王、中 ) 1 1正幸、 rMVP/GMVP 連続エネノレギー法及び多群法に基づく汎用中性子・光子輸送計算モンテカルロコード j 、 JAERI~Data/Code 94-007、(19 9 4 ) 、、 ' 、唱〆ノ 4 ¥ / 表 1 解析条件と解析モデル核燃料物質プルトニウム富化度核分裂性プルトニウム U濃縮度富化度水分含有率燃料密度体系質量、寸法、配置反射{本雰囲気 M O X粉末、ペレツト(高速増殖炉 25.6 首 23目 0 . 7 1目 5 略 3 7g/cm 25.6見 23 目 0 . 7 1目 0世 3 11 .1g/cm 球 18.5kgPu* 7 J く3 0cm 用) M O X燃料棒 (高速増殖炉用) 無限長円柱三三角記列等ピ角格子配列ツチプルトニウム同位体組成は、 Pu239・Pu240・Pu241=80・1 0 :1 0 υ可球体系モデル三角配列モデル燃料棒 73本ピッチ 2.5cm 燃料棒直径 5 .59cm i J <30cm i J <100略田 0 9 3 9 T1+llよ 0 . 9 4 0 時 : ! j ! ! 一一一一一一一一 ← 一一一一 3 5 5 2 トー 9 a 0 . 9 2 0 3 g o 号 m 了 B i t T I t i - p ト日主 TIli--l 上 i o m 一一一一 ← 一一〆、、 J 0 . 9 1 0 L . . . . _ _ . _ 一一一一一一一一 SCALE ， ENDF/B-IV ， 27 群図 1 (1) 0 . 9 6 0 r 一一一 ← 一一一一一一」一一一 → 一一一 J SCALE， ENDF/B-V ， 238 群 MVP， JENDL3.3 球体系モデルによる比較結果一一一一一→一一一一一←一日一一ー一一 nunU 5 4 99 時迎訓告夜鰍仲記号 nunU 、ー../ . 0 . 9 3 0 I 一一一一一一一一一ι 一一一一」“一一一一一一一一一 MVP， JENDL3.3 SCA 日，ENDF/B-IV ， 27 群 SCALE ， ENDF/B-V， 238 群図 1 (2) 三角配列モデルによる比較結果 6 表 2 工程施設の単一ユニットの核的制限値解析条件 1M}: 田~lI!I..'司'温訓同 .1"I:m2""' ，，-，，>r 解訴条件対象区分原料紛米系技的制限植の対象 P"，の質量実銭効 ( 的中治制性信煩 ' f 寧悩} 按賎料拍質 2 B.2ku'u+( 0 . 9I ) PuO，紛末プムル富ト化ニ茂ウ P 後u 分富裂化性度 1 0 0 省 U道館Jl 水分含有率 " 90略描料密度体系費量配.寸置法. 主主 ."量 (p~) 4 . 5 g / e m ' *300m . . . . . . . . . . . . . . . . ー・・・・ . . . . . . . . . . P のu 週・吻議質荷量考 ( 慮 1 移〉送分ー MOX 粉末 M ) ベレット( 2 5 . 6見 "略 1 酬 90 諸 0. 71 苛 5 計局 .p" 周位体組成 [ 耽肌2 41=SO:10:10) I .，車体系モデル、 *30cmt ，球体系モデル‘ *300mt 1 8 . 9 山，d'. . . . ( 0. 95 ) 娘料理合酸化拍嘉備考反射体 7g/cm ' ま求質量 ( P "・ } O.03 ，/cm~ 球 0. 43hPu+ 水 30"m ，6>勾;P . . . . ( O . 9 2 ) -球体系モデJ l -.*30cmt• . . 招'"仇~(白.9 5) 場退機 " 格炉斉分続民斜稽液系ー・ . . . . . . ・・ . . . . . . ・ー . . . . . . . . . . . . . P のu 渇 eの装貧荷盆考れ慮移) 送分 - P凶，量通揖軍最件、 *30cn D. 2 1 kKP 帥【0 皿} M 拠軒喪紫本位総斜要素系強きの将外要篠調時同を束のね直た径と， . . . 縮桝..合体系原料掛京系 -帰属長三角格子配.，‘ピッチ箆化 70 本【 0 . 92 ) . . . ・・・ . . . . . . . ・・ . . . . ー . . ー . .. . . ・・・・・・・・ー . . ・ . . . . ・・・・・・・・ー . . . . MOX ，ベレッf.{M ) 泊料集合体数 P"，の質量 2 5 . 6見 2 ド訓臥7 1笥 2 5 . 6 省 " ' 0. 71 省摂三。% 1 1 . 1 & 1cm' 。 ‘ 1 I. I R / C! 7 I ヨ " ' . 5 ι10m' η' . 2 c :m( ロ9 3 ) t体何 6 3 ) MOX ペレ ' : I I (M ) puOJ初来 26.2k~(0.9 0 1 0 0略 E ト " 円程限角列長格手 E 無三角限長格岡子栓外毘権〈列本問ピ敏直ツと径テ } "没状限 1体水控訴闇主議約2 6kK 水 300m ."同位体組成 < 2 . 3 9 : 2 4 0 : 2 4 1 =的 : 1 0 : 1 0 ) 高速増班炉蝿科の結果と同じー母体系モデ"‘ *30 喧m . 2 0 7 .5 1 c g Pu 叫回目混縮ウラン融他物再 -畑科医G;S.59mm、稿料要素'"本体‘，.進状阻 -掃限長1 配到・・ . . . . . . . . . . . . . . ・ー . . . . . . . . . . . . の p" 週 ' の畿質稽量考〈慮 1 移}送分 - uo， t I t 末 2 0需 1 見 4 . 5 g / c m ' 事 2 旋霊 ( P " 吋 *300m 担."，判例何. 7 4 ) .，車体系モデ"‘ *30<>mt 19.3k~(O.95). 速高組料理合酸化物系 . ・・ー・ . . . . ー・・ . . . . . . . . . . . . . . . ー・・・ P の酬過の護実衛置考。慮移〉送分 . 4 実 Mレ O X ッ初ト ( 来 J ) ペ 2 5 . 6包 "諸 2 0 誌 S 情 7g/cm' . ，質量 ( P u . ) 水 30cm 1 & . 9k "，u+( 0. 92 ) Z 栴燃炉食 -球体系モデル、ホ3 00 ; :m l. . . . ( 0. 95 ) a ω . . .gP. J 分折餌料選;官系・・ . ・ . . . . . . . ー・ . . . . . . . . . . . . ー . . . . . のM 過の技鍵荷盆宥( a 1 E 移)送分 P 1 0 ' 覧 MOX ベレツト( J ) 2 5 . 6 ! ! 23覧 2 0鳴。略 MOX ベレット( J ) 2 5 . 6 % " 認却現凶 O. 2 7 l 1 u ' ' ' ' 【0 . 8 5 ) 期制要素本融熔料要最系燃料集合体系 a 儲料集合体散最適濡盟条件 g / c m ' 。 + 口3 ま求 oωk t :Pu" 水 30cm 外 " 後 { 列本同ピ敏直ッと径チ〉水泣状掴 l l i . 1cm( 口>3) 1 体( 0. 5 7 ) 1体水没状泊高速増殖炉熔軒の轄果と同じ -隅限長=角格子".，‘ピッチ.." 岡本【口..】 . . ー・・・ . . . . . . _ . . . . . . . . . .. ・ . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . ・ . ' ・・・鍵きの斜外要篠素円を束のね直た径と " . PuO， l1 . 1g/cm ヨ無三限角長緒阿子佐 'm 良長絡陀桧手 l続三調角列 11 .1 g! cm 配 -燃料置径4.83mm ‘棺料要罰 1 2 7本ー無眼長 1 体、"投杭畑、表 3 工程施設の単一ユニットの核的制限値解析結果核的制限値 SGALE， ENDF/B-JV， 27G SGALE， ENDF IB-V， 238G (中性子実効増倍率) Ke 仔' + 3 σ K e f 干 +30" 26.2kgPu* 原料粉末系 0 . 9 1 0 . 9 0 ( 0 . 9 1) 1 6 . 2 k g P u * 高燃料混合酸化物系 0 . 9 2 0 . 9 0 ( 0 . 9 2 ) 速 . 10.27kgPu* i 普分析誌料溶液系 0 . 8 5 0 . 8 4 ( 0 . 8 5 ) 炉殖 70本 0 . 9 2 0 . 9 2 ( 0 . 9 2 ) 燃燃料要素系 17.2cm 料、口92 0 . 9 1 ( 0 . 9 3 ) 対象 a : > 区分燃料集合体系原料粉末系濃縮ウラン酸化物系高速燃料混合酸化物系，実験分析試料溶液系炉燃事ヰ燃料要素系燃料集合体系 1 f ; 本 ( 0 . 6 3 ) 26.2kgPu* ( 0 . 91 ) 38.6kgPu* ω . 7 4 ) 1 6 . 9 k g P u キ ( 日目9 2 ) 0.27kgPu* ( 0， 8 5 ) 69本 ( 0 . 9 1 ) 1 6 . 1cm ( 0 . 9 3 ) 1 体 ( 0 . 5 7 ) MVP， JENDL3目 3 Ke 梓+ 3 σ 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 9 1 0 . 9 1 0 . 6 2 0 . 6 2 0 . 6 1 0 . 9 1 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 7 3 0 . 7 3 0 . 7 3 0 . 9 2 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 8 5 0 . 8 4 0 . 9 1 0 . 9 1 0 . 9 2 0 . 9 2 0 . 5 6 0 . 5 5 0 . 9 1 . 0 . 9 3 0. 46 表4 ニットの解析条件複(M)高数速機=嫡摂ユ( J O百解訴条件計磁番界号算貯蔵施盤、貯糠物質櫨数ユ二ツトの記列信主空Zトの配初J ' I プ貯ル蔵トニ蚊ウ備ム M P M U u O 0 O 0 X 2 X 2 ペ紛粉紛レ末末末、 V 、、卜 1 出口官事例刀問E ツナ I 効中惟活子 { 音実感 1 祖。民間以4 ( 1) ( 2 ) 品 2 I原料保問鳴慈、￨」鵠目下 3 ￨ 2 Z 粉末保管銀鏑犠燃料開 I~也詰|え読~Iu醐度 I ~l品|醐開| PU02 翌主. I…・ I1 5 .5% 1 … 1 " 1 4.5ucm 1 1 20略￨ 1省 I 1 1 UO，割末 4.5νcm I 体系￨ー比￨ l 内向 I0.80 l 1 . . . " : . 1 1 三日￨、 . . . 1 阿桧 l F u r l噌 fnlJL … ￨ M M O O X X ペ紛レ ' " ッ ‘ト蛾科保要管素段ー備符燃保料管妻訟帯備。、貯集磁合殴体備醐保管ー飯備時 lU M 0 か O 2 ペ X らペレ成レッるットト， 1 UO，粉末ウのラ貯ン斑貯苧naJnク~ I そウのラン化及合ぴ物 I 1 I舗雌萄函問問4 題題貨方磁離向、横奥方行き向 1 0 I 被 ( U U の F F 軍 F A 鼠 A 施『 8 儲 1 也 3 盤 . 、 } U M の 0 M O 燃 2 O ペ X 腐ペ紛レ宴レ宋ッッ索トト. 1 1 I U の M 0 O 2 繍 X ベ科ペレ3 レッ要ッ素トト . ， E 股 a 路倫『盤 1 0 行1 4 1 向 l 自， m以上 3 0 100cm以上目日到以下 180cm以上 2" 0 ， 9 0 U02 t : 密実 " " 0 . 9 2 1 1 PuO: 粉末 1 2 I 弓~.:"1"'!'~同￨ P M U 0 O 2 X 紛紛末末、 3 祖 -』 90cmP . 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I:;:r<;N J " B II : I ' 9 ' ' ! 内容，過剰装荷 (質量異常) l 日。抑制).......1~~~~~p.~~~........L.....2.~~.....L..~:叩 l 日粉制￨お出f f ￨￨￨日 MOX 限門門似一 I.~.0臥x明門抗均仇えω l~~~ 鍔協協喜品品議ゐ2制8.8附且い￨ M似粉末和制心 J ) 記 I 記 : 宮 ; : 益 L 川￨川￨捌￨開肌出 2 ￨「燃酬附料肝 … … デ宇円一 → 引空何の悶 ( p 向刷 u沼閣化 b 暗度の暗異駒 L t 慨 3 ￨閣潔憾霊弘執語 ? 斡欝齢 ; l焼結脱ガス炉、多機能 4l 1 炉内への浸水 1 (減速条件の異常) トa K . f 作3 σ K . 仔4 σ K e f f +3 σ 1 4 1 k g p u O I' " L ^I I~~ "，，~~_~':':: 9 師￨ー￨同 1 4 . 5 g/ cm31 0 . 8 1 In~h~f.'.~*.............l ・・…...l.................I.......::.:......I.::.:.:..::.:::I........:.・"・.....・...1...‘・・ PuOz 粉末ド I 阿 MX 附附。似淵嚇粉榔糊閃宋烈馴馴 ( M 附伽側 ) I ド阿 o 臥拍 k 刷柚叩酬O 以X いz い I川叩 7 1 % 0回・・ 0 0 . 1 9 . . . . 1 . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . : : . : . : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . :~~~L.....0..8.1.........L........~~1................1. 1 1 : . 0 .• 1 7 . 0 g / c m 3 1 0 . 8 9 0 . 8 9 I;.~帥向m 耐~斗I 口花 7 ~I ω 日乱7 万5 叩 0 . 6 8 5 . 7 . 0 g / c m 3 ! 柳川口山 1 0 . 1 9 叩 0 . 8 5 叩 0 . 8 1 日7 刊4 ω 且叩7 4 M 且6 6 0師似レツト(~).r~~~~~~............l......2.3.~.....L. ~::..:::....L..~~:~::....l ~:~.I~....l酬 l山~~.l........0:.72.........1....................~:7.~..................1....................0..1.~....................I...................~:~~ [::~::.....~.~.:..:::::.L.~::~:::.~:.:............L...~.~.::.....J... ~..............................l.................l..................~..................~ MOX ペレット ( J )1 10kgMOX 2 3 弘 2 0 % 2 3 . 6 % 3 . 2 g / c m 3 0 . 7 2 0 . 1 3 0 . 7 2 0 . 6 1 ト" ￨￨￨￨￨ .:.:.......I................~:~~..................l..............~::~..................j..，..............:::: :.~:::~;).f:;:~:::.............r....;::...+..~:~~%....j....:~:::....j.::;:;::~.f.......: 1 : . : . 1 : : : 1 ........ 1..:.:1 . 5 1予備焼結炉内への浸水￨￨ ( 減速条件の異常 r .. _ . . . . ".. L~...~.. 1 4 . 4k.MOX IMOX ベレット ( M )1 忌スキッド I. .. . . . . I. . .. . . . I 1 2 3 10 . 7 1 12 3 . 6 % 1 3 . 2 c m 3 1 . " " . " V 1 ' " " 1 "."" 1 '""" 1 い"。 ¥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . ¥ . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¥ 連続予備焼結・連続焼 r"~" 6 ¥結炉内への浸水 (減速条件の異常 7I 機器の破損 (形状寸法の異常) 注) 思 g / 話 0 . 7 3 0 . 7 4 0 . 7 2 0 . 6 7 0 . 7 3 0 . 7 4 0 . 7 2 0 . 6 8 “ 1 . . _ . . . . . ".. 1 3. 4k.MOX ベレツト (J) I~.':"!'~:~:' MOX ソスキット 2 3 % 2 0 % 2 3田 1 3 . 2 g / c m 3 1 2 1 詑￨ i ; 5 2 1 2 1 3 1 : ￨ : : : 5 1 5 1 2 1 2 1 2 ω は高速増殖炉燃料、 ( J )は高速実験炉燃料