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JP4795879B2 - Identification method of plutonium generating element and computer program for identification - Google Patents
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Description

本発明は、MOX燃料中に含まれるプルトニウム(Pu)の管理に関する。   The present invention relates to management of plutonium (Pu) contained in MOX fuel.

原子燃料の一種であるMOX(Mixed Oxide:混合酸化物)燃料は、ウラン(U)にプルトニウム(Pu)を混合した燃料である。プルトニウムは、ウラン燃料の中性子吸収によって生成される。また、生成したプルトニウムは、原子炉の炉心内で核分裂を起こして消滅する。燃焼したMOX燃料中には、MOX燃料に含まれるウランから生成されたプルトニウムと、MOX燃料に元々含まれるプルトニウムとが含まれており、これらを区別して把握したい要請がある。すなわち、燃焼したMOX燃料中に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定し、把握したいという要請がある。例えば、特許文献1には、起源別重元素核種量と、着目燃料の時々刻々における中性子束とから重元素核種の起源別に燃焼方程式を解き、時々刻々における重元素核種量を起源別に算出する技術が開示されている。前記同定は、プルトニウムの国籍管理にも使用することができる。   MOX (Mixed Oxide: mixed oxide) fuel, which is a kind of nuclear fuel, is a fuel in which uranium (U) is mixed with plutonium (Pu). Plutonium is produced by neutron absorption of uranium fuel. In addition, the generated plutonium disappears by causing fission in the core of the nuclear reactor. The burned MOX fuel contains plutonium produced from uranium contained in the MOX fuel and plutonium originally contained in the MOX fuel, and there is a demand for distinguishing these. That is, there is a demand for identifying and grasping plutonium generation elements contained in the burned MOX fuel. For example, Patent Document 1 discloses a technique for solving a combustion equation for each origin of heavy element nuclides from the amount of heavy element nuclides by source and the neutron flux of the fuel of interest from time to time, and calculating the amount of heavy element nuclides by time from time to time. Is disclosed. The identification can also be used for plutonium nationality management.

特開平7−181283号公報JP-A-7-181283

特許文献1に開示された技術は、重元素核種量を起源別に算出できるので、例えば、プルトニウム生成元元素を同定するにあたっては、燃焼したMOX燃料中に存在するPu−239のうち、U−235が元となった量まで求めることができる。しかし、このために、燃焼したMOX燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでに時間を要するという問題があった。   Since the technique disclosed in Patent Document 1 can calculate the amount of heavy element nuclides by origin, for example, in identifying a plutonium production source element, U-235 of Pu-239 present in the burned MOX fuel. Can be obtained up to the original amount. However, for this reason, there is a problem that it takes time to identify the plutonium generating element contained in the burned MOX fuel.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでの時間を短縮できるプルトニウム生成元元素の同定方法及びプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and a method for identifying a plutonium generating element and a plutonium generating element capable of shortening the time required to identify the plutonium generating element contained in the burned nuclear fuel An object of the present invention is to provide a computer program for identification.

上述の目的を達成するために、この発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法は、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定するにあたり、原子炉内における核変換について、前記核変換のチェーンが連続したものとして燃焼方程式を計算する第1の燃焼計算手順と、原子炉内における核変換について、ウラン(U)からプルトニウム(Pu)に変換される過程におけるチェーンの少なくとも一箇所を分断した条件で、かつ前記第1の燃焼計算手順における反応断面積と中性子束とを用いて燃焼方程式を計算する第2の燃焼計算手順と、前記第1の燃焼計算手順で算出された、原子燃料に含まれる元素の量と、前記第2の燃焼計算手順で算出された、原子燃料に含まれる元素の量とに基づいて、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定する手順と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the method for identifying a plutonium production element according to the present invention relates to the nuclear transmutation in a nuclear reactor in identifying the plutonium (Pu) production element contained in the burned nuclear fuel. A first combustion calculation procedure for calculating a combustion equation as a chain of the transmutation, and at least a chain in a process of converting uranium (U) to plutonium (Pu) for nuclear transmutation in a nuclear reactor. A second combustion calculation procedure for calculating a combustion equation using a reaction cross-sectional area and a neutron flux in the first combustion calculation procedure under a condition in which one place is divided, and the first combustion calculation procedure. Further, based on the amount of elements contained in the nuclear fuel and the amount of elements contained in the nuclear fuel calculated in the second combustion calculation procedure, Characterized in that it comprises a step of identifying the origin of the element plutonium (Pu) contained in the fuel, the.

このような構成により、このプルトニウム生成元元素の同定方法は、原子燃料(MOX燃料)に元々含まれていたプルトニウム、及び原子燃料に含まれていたウランから生成されたプルトニウムを同定することができる。その結果、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの量を起源別に求める必要はないので、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでの時間を短縮することができる。なお、元素の量には、当該核種の質量の他、燃料単位質量あたりにおける当該核種の質量や、当該核種の数、当該核種の数密度も含む。   With this configuration, this plutonium production element identification method can identify plutonium originally contained in nuclear fuel (MOX fuel) and plutonium produced from uranium contained in nuclear fuel. . As a result, since it is not necessary to determine the amount of plutonium contained in the burned nuclear fuel for each origin, it is possible to shorten the time required to identify the plutonium generating element contained in the burned nuclear fuel. In addition to the mass of the nuclide, the amount of the element includes the mass of the nuclide per unit fuel mass, the number of the nuclide, and the number density of the nuclide.

次の本発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法のように、前記プルトニウム生成元元素の同定方法において、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定するにあたっては、前記第2の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)を元々の原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)とし、また、前記第1の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)と前記第2の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)との差分を元々の原子燃料に含まれるウラン(U)から生成されたプルトニウムとすることが好ましい。   In identifying the plutonium production element according to the present invention, in the plutonium production element identification method, in identifying the plutonium (Pu) production element contained in the burned nuclear fuel, The plutonium (Pu) obtained in the second combustion calculation procedure is defined as plutonium (Pu) contained in the original nuclear fuel, and the plutonium (Pu) obtained in the first combustion calculation procedure and the second The difference from the plutonium (Pu) obtained in the combustion calculation procedure is preferably plutonium generated from uranium (U) contained in the original nuclear fuel.

次の本発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法のように、前記プルトニウム生成元元素の同定方法において、前記第2の燃焼計算手順では、U−236からPu−238への変換過程における核変換のチェーンの少なくとも一箇所、及びU−238からPu−239への変換過程における核変換のチェーンの少なくとも一箇所を分断した条件で燃焼方程式を計算することが好ましい。   As in the method for identifying a plutonium producing element according to the present invention, in the method for identifying a plutonium producing element, in the second combustion calculation procedure, in the conversion process from U-236 to Pu-238, nuclear conversion It is preferable to calculate the combustion equation under a condition in which at least one part of the chain is divided and at least one part of the transmutation chain in the process of conversion from U-238 to Pu-239.

次の本発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法のように、前記プルトニウム生成元元素の同定方法において、前記第2の燃焼計算手順では、U−237の崩壊及びNp−239の崩壊を分断する条件、又は、U−237の生成及びNp−239の生成を分断する条件で燃焼方程式を計算することが好ましい。   In the plutonium production element identification method, as in the plutonium production element identification method of the present invention, the second combustion calculation procedure divides the decay of U-237 and the decay of Np-239. It is preferable to calculate the combustion equation under conditions or conditions that divide the generation of U-237 and the generation of Np-239.

次の本発明に係るプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラムは、前記プルトニウム生成元元素の同定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。   A computer program for identifying a plutonium generator element according to the present invention is characterized by causing a computer to execute the plutonium generator element identification method.

これによって、前記プルトニウム生成元元素の同定方法を、コンピュータに実現させることができる。   Thereby, the identification method of the plutonium production | generation element can be implement | achieved by a computer.

この発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法及びプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラムでは、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでの時間を短縮できる。   With the method for identifying a plutonium producing element and the computer program for identifying a plutonium producing element according to the present invention, the time required to identify the plutonium producing element contained in the burned nuclear fuel can be shortened.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, or those that are substantially the same, so-called equivalent ranges.

この実施形態は、燃焼した原子燃料(特にMOX燃料)に残存するプルトニウムの生成元の元素を同定するにあたり、原子炉内における核変換について、前記核変換のチェーンが連続したものとして燃焼方程式を計算する第1の燃焼計算手順と、原子炉内における核変換について、ウラン(U)からプルトニウム(Pu)に変換される過程におけるチェーンの少なくとも一箇所を分断した条件で燃焼方程式を計算する第2の燃焼計算手順とを含む点に特徴がある。   In this embodiment, in order to identify the element that produces plutonium remaining in the burned nuclear fuel (especially the MOX fuel), the combustion equation is calculated assuming that the transmutation chain is continuous for the transmutation in the nuclear reactor. A first combustion calculation procedure for calculating the combustion equation under a condition in which at least one part of the chain in the process of conversion from uranium (U) to plutonium (Pu) is divided for nuclear conversion in the nuclear reactor It is characterized in that it includes a combustion calculation procedure.

図1は、核変換のチェーンを示す概念図である。図2、図3は、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を用いて作成されたアイソトープテーブルの一例を示す説明図である。図2に示すアイソトープテーブル(第1のアイソトープテーブル)1、図3に示すアイソトープテーブル(第2のアイソトープテーブル)2は、原子炉内に配置される燃料集合体毎に、又は同一燃料種類毎に、あるいは同一燃料種類であり、かつ同一時期に炉心に装荷された燃料集合体毎に作成される。第1のアイソトープテーブル1、第2のアイソトープテーブル2は、原子燃料に含まれる核種の質量を、燃焼度に対して記述したものである。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a transmutation chain. 2 and 3 are explanatory diagrams showing an example of an isotope table created by using the plutonium production element identification method according to this embodiment. The isotope table (first isotope table) 1 shown in FIG. 2 and the isotope table (second isotope table) 2 shown in FIG. 3 are provided for each fuel assembly arranged in the nuclear reactor or for each same fuel type. Alternatively, it is created for each fuel assembly of the same fuel type and loaded in the core at the same time. The 1st isotope table 1 and the 2nd isotope table 2 describe the mass of the nuclide contained in the nuclear fuel with respect to the burnup.

原子炉内における核種の燃焼は、中性子の吸収による核分裂反応以外に、中性子の捕獲反応、核種の崩壊による他の核種への変換をともなう。特に重要なのは、プルトニウムの生成と消費である。MOX燃料では、MOX燃料中に元々存在するプルトニウムと、ウランから生成されたプルトニウムとのそれぞれが核分裂を起こすため、MOX燃料中へ最終的に残存するプルトニウムに占める、MOX燃料に元々含まれていたプルトニウムと、原子炉内においてウランから生成されたプルトニウムとの割合を同定することは難しい。   Combustion of nuclides in a nuclear reactor involves not only fission reaction due to neutron absorption but also conversion to other nuclides due to neutron capture reaction and decay of nuclides. Of particular importance is the production and consumption of plutonium. In MOX fuel, each of plutonium originally present in MOX fuel and plutonium produced from uranium undergoes fission, so it was originally included in MOX fuel, which occupies the final remaining plutonium in MOX fuel. It is difficult to identify the proportion of plutonium and plutonium produced from uranium in the reactor.

ここで、プルトニウムの国籍を管理するにあたっては、上記特許文献1の方法のように、プルトニウムの生成元となった元素の核種を同定する必要はなく、プルトニウムの生成元となった元素が同定できればよい。すなわち、プルトニウムの生成元となった元素がU235であるか、U238であるかを同定する必要はない。   Here, in managing the nationality of plutonium, it is not necessary to identify the nuclide of the element that is the source of plutonium, as in the method of Patent Document 1, and if the element that is the source of plutonium can be identified. Good. That is, it is not necessary to identify whether the element that has generated plutonium is U235 or U238.

図1に示す各変換のチェーンは、式(1)で示すように、時間に関する1次微分の連立方程式で表現される。
dNi(t)/dt=gi-1i-1(t)−lii(t)・・(1)
Nは各核種の数密度、gは生成に関する時定数、lは消滅に関する時定数である。ここで、時定数は、崩壊定数、捕獲反応率、(n、2n)反応率がある。捕獲反応率、(n、2n)反応率は、微視的な反応断面積σと、中性子束φとの積で表される。なお、iは各核種を区別するための添え字であり、整数である。
The chain of each conversion shown in FIG. 1 is expressed by a simultaneous equation of a first-order differential with respect to time, as shown in Expression (1).
dN i (t) / dt = g i−1 N i−1 (t) −l i N i (t) (1)
N is the number density of each nuclide, g is a time constant related to generation, and l is a time constant related to annihilation. Here, the time constant includes a decay constant, a capture reaction rate, and an (n, 2n) reaction rate. The capture reaction rate, (n, 2n) reaction rate, is represented by the product of the microscopic reaction cross section σ and the neutron flux φ. Note that i is a subscript for distinguishing each nuclide and is an integer.

プルトニウムは、U−238の中性子捕獲反応、U−236の中性子捕獲反応、及びU−238の(n、2n)反応から生成される。このため、これらの核変換のチェーンを分断して式(1)を解き、前記核変換のチェーンを分断しないで式(1)を解いた場合の結果と比較することにより、MOX燃料に元々含まれていたプルトニウムと、原子炉内においてウランから生成されたプルトニウムとの割合を同定することができる。   Plutonium is produced from U-238 neutron capture reaction, U-236 neutron capture reaction, and U-238 (n, 2n) reaction. Therefore, by dividing these transmutation chains and solving equation (1), and comparing with the results of solving equation (1) without breaking the transmutation chain, it is originally included in the MOX fuel. It is possible to identify the ratio of plutonium that has been produced to plutonium produced from uranium in the reactor.

ただし、核変換のチェーンを分断して式(1)を解くと、式(1)中の反応率が変化する結果、時定数が変化する。したがって、一旦通常の燃焼計算による各核種の中性子ミクロ断面積(捕獲、吸収、核分裂)、数密度N、中性子束φを計算し、これらを保存した上で、核変換のチェーンを分断して式(1)を解く際に保存した各核種の数密度N、中性子束φを適用する。   However, when the transmutation chain is broken and equation (1) is solved, the reaction rate in equation (1) changes, resulting in a change in time constant. Therefore, once the neutron micro cross section (capture, absorption, fission), number density N, and neutron flux φ of each nuclide are calculated by normal combustion calculation, and after storing these, the transmutation chain is broken and the equation is calculated. The number density N and neutron flux φ of each nuclide stored when solving (1) are applied.

例えば、U−236について考える。図1の左側から右側への核変換(例えばU−235からU−236への変換)は、中性子捕獲反応によるものであり、図1の上側から下側への核変換(例えばU−237からNp−237への変換)は、崩壊によるものである。中性子捕獲断面積をσcとし、中性子束をφとすると、核種1個あたりの中性子捕獲反応率はσc×φとなる。例えば、単位時間、単位体積あたりにおけるU−235の捕獲反応は、NU235×σcU235×φで表すことができる。これはU−236の生成率となるので、U−236に関しての式(2)は、
dNU236(t)/dt=NU235(t)×σcU235×φ−NU236(t)×σcU236×φ・・(2)
となる。ここで、σc、φは、それぞれ核種濃度(密度)に依存する。
For example, consider U-236. The transmutation from the left side to the right side in FIG. 1 (for example, conversion from U-235 to U-236) is based on the neutron capture reaction, and the transmutation from the upper side to the lower side in FIG. The conversion to Np-237 is due to decay. When the neutron capture cross section is σc and the neutron flux is φ, the neutron capture reaction rate per nuclide is σc × φ. For example, the capture reaction of U-235 per unit time and unit volume can be expressed as N U235 × σc U235 × φ. Since this is the generation rate of U-236, equation (2) for U-236 is
dN U236 (t) / dt = N U235 (t) × σc U235 × φ−N U236 (t) × σc U236 × φ (2)
It becomes. Here, σc and φ depend on the nuclide concentration (density), respectively.

U−236の生成率は、式(2)で表される。U−236と同様に、式(1)から、必要な各核種について、それぞれの生成率を求める燃焼方程式を作成する。そして、作成した各核種についての燃焼方程式を解き、燃焼度との関係で整理すると、図2に示す第1のアイソトープテーブル1が得られる。なお、燃焼度は、原子炉運転中における中性子束に基づいて算出することができる。第1のアイソトープテーブル1からわかるように、核分裂により、U−235の質量は燃焼度の増加とともに減少する。また、U−238は、中性子を吸収してプルトニウムに変換されるので、U−238の質量は燃焼度の増加とともに減少する。そして、Pu−239、Pu−240の質量は、燃焼度の増加とともに増加する。   The production rate of U-236 is expressed by equation (2). Similar to U-236, a combustion equation is created for each necessary nuclide from which the production rate is obtained from the equation (1). Then, by solving the combustion equation for each created nuclide and arranging it in relation to the burnup, the first isotope table 1 shown in FIG. 2 is obtained. The burnup can be calculated based on the neutron flux during the reactor operation. As can be seen from the first isotope table 1, the mass of U-235 decreases with increasing burnup due to fission. Moreover, since U-238 absorbs neutrons and is converted to plutonium, the mass of U-238 decreases as the burnup increases. And the mass of Pu-239 and Pu-240 increases with the increase in burnup.

Puの国籍を管理する場合、Puの生成元元素を同定する必要がある。上述したように、σc、φは、それぞれ核種濃度(密度)に依存するので、Puの生成元元素を同定するために燃焼計算における初期値(燃焼度=0の場合におけるU等の質量)を変更しても、第1のアイソトープテーブル1と整合した結果は得られない。そこで、アイソトープテーブル1を計算したときに用いたσc、φを保存しておく。これは、核種毎に保存する。   When managing the nationality of Pu, it is necessary to identify the source element of Pu. As described above, since σc and φ depend on the nuclide concentration (density), the initial value in the combustion calculation (mass such as U when the burnup = 0) is used to identify the generation source element of Pu. Even if it is changed, a result consistent with the first isotope table 1 cannot be obtained. Therefore, σc and φ used when calculating the isotope table 1 are stored. This is stored for each nuclide.

次に、例えば、UからNpに核変換するチェーンを分断した燃焼方程式を解いて、第2のアイソトープテーブル2(図3)を作成する。なお、この核変換のチェーンの分断は、UからPuに変換される過程におけるチェーンの少なくとも一箇所で行えばよい。   Next, for example, a combustion equation in which a chain for transmutation from U to Np is divided is solved to create a second isotope table 2 (FIG. 3). The nuclear transmutation chain may be divided at least at one point of the chain in the process of conversion from U to Pu.

第2のアイソトープテーブル2を作成するため、燃焼方程式を計算する際には、第1のアイソトープテーブル1を計算したときに用いたσc、φを用いてUからNpに核変換するチェーンを分断した燃焼方程式を解く。これによって、Uから変換されたPuを、第1のアイソトープテーブル1と第2のアイソトープテーブル2との差分として求めることができる。   In order to create the second isotope table 2, when calculating the combustion equation, the chain for transmutation from U to Np was divided by using σc and φ used when the first isotope table 1 was calculated. Solve the combustion equation. Thereby, Pu converted from U can be obtained as a difference between the first isotope table 1 and the second isotope table 2.

第1のアイソトープテーブル1及び第2のアイソトープテーブル2におけるウラン(U−235、U−238)の質量は変化しないので、これらが燃焼後におけるウランの質量となる。第1のアイソトープテーブル1におけるプルトニウム(Pu−239、Pu−240)の質量と第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムの質量とは異なる。この例では、第1のアイソトープテーブル1におけるプルトニウムの質量の方が、第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムの質量よりも大きい。   Since the mass of uranium (U-235, U-238) in the first isotope table 1 and the second isotope table 2 does not change, these become the mass of uranium after combustion. The mass of plutonium (Pu-239, Pu-240) in the first isotope table 1 and the mass of plutonium in the second isotope table 2 are different. In this example, the mass of plutonium in the first isotope table 1 is larger than the mass of plutonium in the second isotope table 2.

ここで、第2のアイソトープテーブル2は、UからNpに核変換するチェーンを分断した燃焼方程式を解いて得られたものなので、第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムは、ウランから変換されたものではない。したがって、第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムは、元々の燃料に含まれていたプルトニウム、あるいはこのプルトニウムから変換されたものであると同定することができる。そして、第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムの質量が、元々の燃料に含まれていたプルトニウム、あるいはこのプルトニウムから変換されたプルトニウムの質量に相当する。   Here, since the second isotope table 2 is obtained by solving a combustion equation in which a chain for transmutation from U to Np is divided, the plutonium in the second isotope table 2 is not converted from uranium. Absent. Therefore, the plutonium in the second isotope table 2 can be identified as plutonium contained in the original fuel, or converted from this plutonium. The mass of plutonium in the second isotope table 2 corresponds to the mass of plutonium contained in the original fuel or plutonium converted from this plutonium.

また、第1のアイソトープテーブル1におけるプルトニウムの質量と、第2のアイソトープテーブル2におけるプルトニウムの質量との差分が、元々の燃料に含まれていたウランから変換されたプルトニウムの質量に相当する。次に、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法の手順例、及びプルトニウム生成元元素の同定装置を説明する。まず、プルトニウム生成元元素の同定装置について説明する。   Further, the difference between the mass of plutonium in the first isotope table 1 and the mass of plutonium in the second isotope table 2 corresponds to the mass of plutonium converted from uranium contained in the original fuel. Next, a procedure example of a plutonium production element identification method and a plutonium production element identification apparatus according to this embodiment will be described. First, a plutonium production element identification apparatus will be described.

図4は、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定装置の構成を示す説明図である。図4に示すように、このプルトニウム生成元元素の同定装置50は、処理部52と記憶部54とで構成される。また、このプルトニウム生成元元素の同定装置50には、入出力装置51が接続されており、ここに備えられた入力手段53で、原子燃料(MOX燃料)に含まれるアクチノイド元素に属する重元素核種の初期濃度等を処理部52や記憶部54へ入力する。ここで、入力手段53には、キーボード、マウス等の入力デバイスを使用することができる。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the plutonium production element identification device according to this embodiment. As shown in FIG. 4, the plutonium generating element identification device 50 includes a processing unit 52 and a storage unit 54. Further, an input / output device 51 is connected to the plutonium generating element identifying device 50, and the heavy element nuclide belonging to the actinide element contained in the nuclear fuel (MOX fuel) is input by the input means 53 provided therein. Are input to the processing unit 52 and the storage unit 54. Here, an input device such as a keyboard and a mouse can be used for the input means 53.

記憶部54には、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法及びプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラムを含むコンピュータプログラムが格納されている。ここで、記憶部54は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ(CD−ROM等のような読み出しのみが可能な記憶媒体)や、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。   The storage unit 54 stores a computer program including a plutonium generation element identification method and a plutonium generation element identification computer program according to this embodiment. Here, the storage unit 54 is a hard disk device, a magneto-optical disk device, a non-volatile memory such as a flash memory (a storage medium that can be read only such as a CD-ROM), or a RAM (Random Access Memory). Such a volatile memory or a combination thereof can be used.

また、上記コンピュータプログラムは、既にコンピュータシステムへ記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を実現できるものであってもよい。また、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行させることにより、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を実行してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。   Further, the computer program may be capable of realizing the plutonium generating element identification method according to this embodiment in combination with a computer program already recorded in the computer system. Also, a computer program for realizing the plutonium generating element identification method according to this embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed. Accordingly, the method for identifying a plutonium generating element according to this embodiment may be executed. The “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.

処理部52は、メモリ及びCPUにより構成されている。この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法によりプルトニウム生成元元素を同定する際には、処理部52が前記コンピュータプログラムを当該処理部52に組み込まれたメモリに読み込んで演算する。その際に処理部52は、適宜記憶部54へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を進める。なお、この処理部52は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアにより、処理部52の機能を実現するものであってもよい。この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法に基づいて得られた同定結果や、運転管理用データ(アイソトープテーブル)は、入出力装置51に接続される表示手段55に表示される。   The processing unit 52 includes a memory and a CPU. When identifying a plutonium production element by the plutonium production element identification method according to this embodiment, the processing unit 52 reads the computer program into a memory incorporated in the processing unit 52 and performs an operation. At that time, the processing unit 52 appropriately stores the numerical value in the middle of the calculation in the storage unit 54, and advances the calculation by taking out the stored numerical value. The processing unit 52 may realize the function of the processing unit 52 by using dedicated hardware instead of the computer program. The identification result obtained based on the plutonium production element identification method and the operation management data (isotope table) according to this embodiment are displayed on the display means 55 connected to the input / output device 51.

ここで、表示手段55には、CRT(Cathode Ray Tube)や液晶表示装置等を使用することができる。また、同定結果や前記運転管理用データ(アイソトープテーブル)は、必要に応じて設けられたプリンタに出力することもできる。また、記憶部54は、処理部52に内蔵されるものであっても、他の装置(例えばデータベースサーバ)内にあってもよい。このように、上記プルトニウム生成元元素の同定装置50は、入出力装置51を備えた端末装置から通信により処理部52や記憶部54にアクセスするものであってもよい。次に、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を説明する。なお、次の説明においては、適宜図1、図2を参照されたい。   Here, a CRT (Cathode Ray Tube), a liquid crystal display device or the like can be used for the display means 55. The identification result and the operation management data (isotope table) can be output to a printer provided as necessary. The storage unit 54 may be built in the processing unit 52 or may be in another device (for example, a database server). As described above, the plutonium generating element identification device 50 may be a device that accesses the processing unit 52 and the storage unit 54 by communication from a terminal device including the input / output device 51. Next, a method for identifying a plutonium production element according to this embodiment will be described. In the following description, please refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate.

図5は、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法の手順を示すフローチャートである。図6〜図8は、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法によって作成されたアイソトープテーブルを示す説明図である。図6〜図8に示すアイソトープテーブルは、原子燃料1tonあたりにおける核種の質量が、各燃焼度に対して記述してある。なお、核種の質量は、一部のみ記述してある。   FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a method for identifying a plutonium production element according to this embodiment. 6-8 is explanatory drawing which shows the isotope table created by the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. In the isotope table shown in FIGS. 6 to 8, the mass of the nuclide per ton of nuclear fuel is described for each burnup. Only a part of the mass of the nuclide is described.

燃焼した原子燃料(MOX燃料)に含まれるプルトニウムの生成元の元素を同定するにあたり、入出力装置51の入力手段53を介して、原子燃料に含まれるアクチノイド元素に属する重元素核種の初期濃度が、プルトニウム生成元元素の同定装置50へ入力される(ステップS101)。   In identifying the plutonium generation element contained in the burned nuclear fuel (MOX fuel), the initial concentration of the heavy element nuclide belonging to the actinoid element contained in the nuclear fuel is determined via the input means 53 of the input / output device 51. , And input to the plutonium production element identification device 50 (step S101).

次に、プルトニウム生成元元素の同定装置50の処理部52は、第1の燃焼計算手順を実行する(ステップS102)。第1の燃焼計算手順は、ステップS101で入力された重元素核種の初期濃度を燃焼方程式に与え、核変換のチェーンが連続した条件でこの燃焼方程式を解く。燃焼方程式は、図1に示す核変換のチェーンのAで示す範囲について記述すると、式(3)で示すようになる。   Next, the processing unit 52 of the plutonium production element identification device 50 executes the first combustion calculation procedure (step S102). In the first combustion calculation procedure, the initial concentration of the heavy element nuclide input in step S101 is given to the combustion equation, and this combustion equation is solved under the condition that the chain of transmutation is continuous. When the range indicated by A in the chain of transmutation shown in FIG.

Figure 0004795879
Figure 0004795879

Aで示す範囲において、Np238は陽に扱っておらず、式(3)の行列内ではNp237の中性子捕獲分がPu238の生成項になっている。一方、式(3)の行列内においてU237は陽に取り扱われており、U236の中性子吸収(σa)による減少のうち、中性子捕獲(σC)がU237の生成となる。また、核反応としては、U238の(n、2n)反応を取り扱っており、式(3)にはU237の生成寄与が考慮されている。なお、σa=σf+σc−σ(n、2n)である。ここで、σaは吸収断面積、σcは捕獲断面積、σfは核分裂、σ(n、2n)は(n、2n)反応断面積である。 In the range indicated by A, Np238 is not handled explicitly, and the neutron capture amount of Np237 is the generation term of Pu238 in the matrix of Equation (3). On the other hand, U237 is handled explicitly in the matrix of Equation (3), and of the decrease due to neutron absorption (σ a ) of U236, neutron capture (σ C ) is the generation of U237. Further, as the nuclear reaction, the (n, 2n) reaction of U238 is handled, and the generation contribution of U237 is considered in the equation (3). Note that σ a = σ f + σ c −σ (n , 2 n) . Here, σ a is the absorption cross section, σ c is the capture cross section, σ f is the fission, and σ (n , 2 n) is the (n, 2n) reaction cross section.

第1の燃焼計算手順を実行したら(ステップS102)、処理部52は、第1のアイソトープテーブル1を作成し、プルトニウム生成元元素の同定装置50の記憶部54へ格納しておく(ステップS103)。また、処理部52は、第1のアイソトープテーブル1を作成したときのσ、φを記憶部54へ格納する(ステップS104)。   When the first combustion calculation procedure is executed (step S102), the processing unit 52 creates the first isotope table 1 and stores it in the storage unit 54 of the plutonium generating element identification device 50 (step S103). . The processing unit 52 stores σ and φ when the first isotope table 1 is created in the storage unit 54 (step S104).

次に、処理部52は、第2の燃焼計算手順を実行する(ステップS105)。例えば、U−237の崩壊を分断、かつNp239の崩壊を分断した条件(図1ので示す部分を分断する)で、第2の燃焼計算手順を実行する。U−237の崩壊を分断、かつNp239の崩壊を分断した条件の燃焼方程式は、図1に示す核変換のチェーンのAで示す範囲について記述すると、式(4)で示すようになる。 Next, the processing unit 52 executes a second combustion calculation procedure (step S105). For example, the second combustion calculation procedure is executed under the condition (part indicated by C in FIG. 1 is divided) where the decay of U-237 is disrupted and the decay of Np239 is disrupted. The combustion equation under the condition where the decay of U-237 is disrupted and the decay of Np239 is disrupted is expressed by equation (4) when the range indicated by A in the transmutation chain shown in FIG. 1 is described.

Figure 0004795879
Figure 0004795879

また、U−237の生成を分断、かつNp239の生成を分断した条件(図1ので示す部分を分断する)で、第2の燃焼計算手順を実行してもよい。U−237の生成を分断、かつNp239の生成を分断した条件の燃焼方程式は、図1に示す核変換のチェーンのAで示す範囲について記述すると、式(5)で示すようになる。 Further, the second combustion calculation procedure may be executed under the condition that the generation of U-237 is divided and the generation of Np239 is divided (the portion indicated by B in FIG. 1 is divided). The combustion equation under the condition that the generation of U-237 is divided and the generation of Np239 is divided is expressed by equation (5) when the range indicated by A in the transmutation chain shown in FIG. 1 is described.

Figure 0004795879
Figure 0004795879

処理部52は、ステップS105で記憶部54へ格納した第1のアイソトープテーブル1を作成したときのσ、φを記憶部54から読み出し、式(4)又は式(5)に与えて、第2の燃焼計算手順を実行する。第2の燃焼計算手順を実行したら(ステップS105)、処理部52は、第2のアイソトープテーブル2を作成し、プルトニウム生成元元素の同定装置50の記憶部54へ格納する(ステップS106)。   The processing unit 52 reads out σ and φ from the storage unit 54 when the first isotope table 1 stored in the storage unit 54 in step S105 is created, and gives it to the equation (4) or the equation (5) to obtain the second Run the combustion calculation procedure. When the second combustion calculation procedure is executed (step S105), the processing unit 52 creates the second isotope table 2 and stores it in the storage unit 54 of the plutonium generating element identification device 50 (step S106).

次に、処理部52は、作成した第1のアイソトープテーブル1、及び第2のアイソトープテーブル2を記憶部54から読み出し、原子炉の運転管理に用いるアイソトープテーブルを作成する(ステップS107)。アイソトープテーブルは、ウランについてのU−Uアイソトープテーブル3、元々のMOX燃料に含まれていたプルトニウムについてのPu−Puアイソトープテーブル4、及びウランから生成されたプルトニウムについてのU−Puアイソトープテーブル5の3種が作成される。これらのアイソトープテーブルは、プルトニウムの国籍管理や原子炉の運転管理等に用いられる。   Next, the processing unit 52 reads the created first isotope table 1 and the second isotope table 2 from the storage unit 54, and creates isotope tables used for reactor operation management (step S107). The isotope table includes a U-U isotope table 3 for uranium, a Pu-Pu isotope table 4 for plutonium contained in the original MOX fuel, and a U-Pu isotope table 5 for plutonium generated from uranium. A seed is created. These isotope tables are used for nationality management of plutonium, nuclear reactor operation management, and the like.

U−Uアイソトープテーブル3は、第1のアイソトープテーブル1(図2参照)からウランのみを抜き出したものである。Pu−Puアイソトープテーブル4は、第2のアイソトープテーブル2(図3参照)からウランを取り除いたものである。また、U−Puアイソトープテーブル5は、第1のアイソトープテーブル1に記述された核種の質量と、第2のアイソトープテーブル2に記述された前記核種の質量との差分を各燃焼度に対して記述したものである。   The U-U isotope table 3 is obtained by extracting only uranium from the first isotope table 1 (see FIG. 2). The Pu-Pu isotope table 4 is obtained by removing uranium from the second isotope table 2 (see FIG. 3). The U-Pu isotope table 5 describes the difference between the mass of the nuclide described in the first isotope table 1 and the mass of the nuclide described in the second isotope table 2 for each burnup. It is a thing.

Pu−Puアイソトープテーブル4には、MOX燃料に元々含まれていたプルトニウムについての質量が記述されており、U−Puアイソトープテーブル5には、MOX燃料に含まれていたウランから生成されたプルトニウムの質量が記述されている。すなわち、Pu−Puアイソトープテーブル4によって、MOX燃料に元々含まれていたプルトニウムを同定でき、U−Puアイソトープテーブル5によって、MOX燃料に含まれていたウランから生成されたプルトニウムを同定することができる。これによって、燃焼したMOX燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定する(ステップS108)。   The Pu-Pu isotope table 4 describes the mass of plutonium originally contained in the MOX fuel, and the U-Pu isotope table 5 contains plutonium produced from uranium contained in the MOX fuel. Mass is described. That is, plutonium originally contained in the MOX fuel can be identified by the Pu-Pu isotope table 4, and plutonium generated from uranium contained in the MOX fuel can be identified by the U-Pu isotope table 5. . Thereby, the plutonium generation element contained in the burned MOX fuel is identified (step S108).

なお、燃焼チェーンには様々な近似がある。上記例ではU−238からU−234へのα崩壊等を省略している。厳密には、Pu−238からU−234の核変換により生成されたU−234は、プルトニウムから生成されたウランであると考えることができる。このため、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法において、U−234の生成経路はほぼPu−238に由来するとして、U−234はPu−238から生成されたものとして取り扱ってもよい。   There are various approximations to the combustion chain. In the above example, α decay from U-238 to U-234 is omitted. Strictly speaking, U-234 generated by the nuclear transmutation from Pu-238 to U-234 can be considered to be uranium generated from plutonium. For this reason, in the plutonium production | generation element identification method which concerns on this embodiment, you may handle U-234 as what was produced | generated from Pu-238, assuming that the production | generation path | route of U-234 is derived from Pu-238. .

また、U−234の生成量は極めて微量であるため、上記説明のように、この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定に与える影響は極めて小さいとしてPu−238からU−234へのα崩壊を無視してもよい。また、U−234の生成を無視せず、U−234の生成を陽として取り扱い、前記第2の燃焼計算手順においては、Pu−238からU−234へのチェーンも分断して燃焼方程式を計算してもよい。Pu−238からU−234の核変換により生成されたU−234のように、原子炉内において極微量生成される核種は他にもあるが、このような核種についても、上述したPu−238からU−234の核変換の場合と同様に取り扱うことができる。   Further, since the amount of U-234 produced is extremely small, as described above, the α-decay from Pu-238 to U-234 is considered to have a very small effect on the identification of the plutonium producing element according to this embodiment. May be ignored. Also, the generation of U-234 is not ignored, the generation of U-234 is treated as positive, and the combustion equation is calculated by dividing the chain from Pu-238 to U-234 in the second combustion calculation procedure. May be. There are other nuclides that are generated in a very small amount in the nuclear reactor, such as U-234 generated by the nuclear transmutation of Pu-238 to U-234. To U-234 nuclear transmutation.

以上、この実施形態では、上述した手順により、原子燃料(MOX燃料)に元々含まれていたプルトニウム、及び原子燃料(MOX燃料)に含まれていたウランから生成されたプルトニウムを同定することができる。これによって、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するにあたっては、燃焼方程式を2回だけ解けばよいので、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの量を起源別に求める必要はない。その結果、計算時間を大幅に短縮できるので、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでの時間を短縮することができる。   As described above, in this embodiment, it is possible to identify plutonium originally contained in nuclear fuel (MOX fuel) and plutonium generated from uranium contained in nuclear fuel (MOX fuel) by the above-described procedure. . Thus, in identifying the plutonium generation element contained in the burned nuclear fuel, it is only necessary to solve the combustion equation only twice, so there is no need to obtain the amount of plutonium contained in the burned nuclear fuel by origin. As a result, the calculation time can be greatly shortened, so that the time required to identify the plutonium generating element contained in the burned nuclear fuel can be shortened.

以上のように、本発明に係るプルトニウム生成元元素の同定方法及びプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラムは、燃焼した原子燃料(特にMOX燃料)中に含まれるプルトニウムの管理に有用であり、特に、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウムの生成元元素を同定するまでの時間を短縮することに適している。   As described above, the plutonium generating element identifying method and the plutonium generating element identifying computer program according to the present invention are useful for managing plutonium contained in burned nuclear fuel (especially MOX fuel). It is suitable for shortening the time required to identify the plutonium generating element contained in the burned nuclear fuel.

核変換のチェーンを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the chain of transmutation. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を用いて作成されたアイソトープテーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the isotope table created using the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法を用いて作成されたアイソトープテーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the isotope table created using the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the identification apparatus of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法によって作成されたアイソトープテーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the isotope table created by the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法によって作成されたアイソトープテーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the isotope table created by the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment. この実施形態に係るプルトニウム生成元元素の同定方法によって作成されたアイソトープテーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the isotope table created by the identification method of the plutonium production | generation element which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1のアイソトープテーブル
2 第2のアイソトープテーブル
3 U−Uアイソトープテーブル
4 Pu−Puアイソトープテーブル
5 U−Puアイソトープテーブル
50 プルトニウム生成元元素の同定装置
51 入出力装置
52 処理部
53 入力手段
54 記憶部
55 表示手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st isotope table 2 2nd isotope table 3 U-U isotope table 4 Pu-Pu isotope table 5 U-Pu isotope table 50 Plutonium production | generation element identification device 51 Input / output device 52 Processing part 53 Input means 54 Memory | storage Part 55 display means

Claims (5)

燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定するにあたり、
原子炉内における核変換について、前記核変換のチェーンが連続したものとして燃焼方程式を計算する第1の燃焼計算手順と、
原子炉内における核変換について、ウラン(U)からプルトニウム(Pu)に変換される過程におけるチェーンの少なくとも一箇所を分断した条件で、かつ前記第1の燃焼計算手順における反応断面積と中性子束とを用いて燃焼方程式を計算する第2の燃焼計算手順と、
前記第1の燃焼計算手順で算出された、原子燃料に含まれる元素の量と、前記第2の燃焼計算手順で算出された、原子燃料に含まれる元素の量との差分から、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定する手順と、
を含むことを特徴とするプルトニウム生成元元素の同定方法。
In identifying the element from which plutonium (Pu) is contained in the burned nuclear fuel,
A first combustion calculation procedure for calculating a combustion equation for a nuclear transmutation in a nuclear reactor, assuming that the transmutation chain is continuous;
Regarding the nuclear transmutation in the nuclear reactor, the reaction cross section and the neutron flux in the first combustion calculation procedure under the condition that at least one part of the chain in the process of conversion from uranium (U) to plutonium (Pu) is divided A second combustion calculation procedure for calculating a combustion equation using
From the difference between the amount of the element contained in the nuclear fuel calculated in the first combustion calculation procedure and the amount of the element contained in the nuclear fuel calculated in the second combustion calculation procedure, the burned atom A procedure for identifying the element from which plutonium (Pu) contained in the fuel is produced;
A method for identifying a plutonium-producing element, comprising:
前記第2の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)を元々の原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)とし、また、前記第1の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)と前記第2の燃焼計算手順において得られたプルトニウム(Pu)との差分を元々の原子燃料に含まれるウラン(U)から生成されたプルトニウムとすることにより、燃焼した原子燃料に含まれるプルトニウム(Pu)の生成元の元素を同定することを特徴とする請求項1に記載のプルトニウム生成元元素の同定方法。   The plutonium (Pu) obtained in the second combustion calculation procedure is defined as plutonium (Pu) contained in the original nuclear fuel, and the plutonium (Pu) obtained in the first combustion calculation procedure and the second Of plutonium (Pu) contained in the burned nuclear fuel by using the difference from the plutonium (Pu) obtained in the combustion calculation procedure of the above as plutonium produced from uranium (U) contained in the original nuclear fuel. The original element is identified, The plutonium production | generation element identification method of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記第2の燃焼計算手順においては、U−236からPu−238への変換過程における核変換のチェーンの少なくとも一箇所、及びU−238からPu−239への変換過程における核変換のチェーンの少なくとも一箇所を分断した条件で燃焼方程式を計算することを特徴とする請求項1又は2に記載のプルトニウム生成元元素の同定方法。   In the second combustion calculation procedure, at least one part of the transmutation chain in the process of conversion from U-236 to Pu-238 and at least one of the transmutation chain in the process of conversion from U-238 to Pu-239. The method for identifying a plutonium-producing element according to claim 1 or 2, wherein the combustion equation is calculated under a condition in which one place is divided. 前記第2の燃焼計算手順においては、U−237の崩壊及びNp−239の崩壊を分断する条件、又は、U−237の生成及びNp−239の生成を分断する条件で燃焼方程式を計算することを特徴とする請求項3に記載のプルトニウム生成元元素の同定方法。   In the second combustion calculation procedure, the combustion equation is calculated under conditions that divide the decay of U-237 and Np-239, or the conditions that divide the generation of U-237 and the generation of Np-239. The method for identifying a plutonium producing element according to claim 3. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のプルトニウム生成元元素の同定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプルトニウム生成元元素の同定用コンピュータプログラム。   A computer program for identifying a plutonium producing element, which causes a computer to execute the method for identifying a plutonium producing element according to any one of claims 1 to 4.
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