[論文レビュー] Reactivity monitoring using the area method for the subcritic al VENUS-F core within the framework of the FREYA Project

N. Marie, G. Lehaut+13 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2013

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、GUINEVERE施設のパルス中性子源実験を用い、VENUS-Fコアを用いた亜臨界系におけるオンライントランスティビティモニタリングのためのArea Methodの有効性を評価している。Area Methodは、参照となる修正ソース増倍法（MSM）と整合性のある反応度推定値を提供することを示しており、加速器駆動系（ADS）におけるリアルタイム安全性モニタリングの可能性を裏付けている。

ABSTRACT

Accelerator-Driven Systems (ADS) could be employed to incinerate minor actinides and so partly contribute to answer the problem of nuclear waste management. An ADS consists of the coupling of a subcritical fast reactor to a particle accelerator via a heavy material spallation target. The on-line reactivity monitoring of such an ADS is a serious issue regarding its safety. In order to study the methodology of this monitoring, zero-power experimentswere undertaken at the GUINEVERE facility within the framework of the FP6-IP-EUROTRANS programme. Such experiments have been under completion within the FREYA FP7 project. The GUINEVERE facility is hosted at the SCK-CEN site in Mol (Belgium). It couples the VENUS-F subcritical fast core with the GENEPI-3C accelerator. The latter delivers a beam of deuterons, which are converted into 14-MeV neutrons via fusion reactions on a tritiated target. This paper presents one of the investigated methods for ADS on-line reactivity monitoring which has to be validated in the program of the FREYA project. It describes the results obtained when Pulsed Neutron Source experiments are analysed using the so called Area Method, in order to estimate the reactivity of a few sub-critical configurations of the VENUS-F reactor, around keff= 0.96. First the GUINEVERE facility is described. Then, following general considerations on the Area method, the results of its application to the neutron population time decrease spectra measured after a pulse by several fission chambers spread out over the whole reactor are discussed. Finally the reactivity values extracted are compared to the static reactivity values obtained using the Modified Source Multiplication (MSM) method.

研究の動機と目的

• 加速器駆動系（ADS）におけるオンライントランスティビティモニタリングのための信頼性の高い手法の開発と検証。これは、安全性および運用制御にとって不可欠である。
• パルス中性子源データを用いた亜臨界系におけるリアルタイム反応度推定のための候補技術として、Area Methodの評価。
• Area Methodが得る反応度推定値を、確立された修正ソース増倍法（MSM）と比較し、精度を評価すること。
• FREYA FP7プロジェクトの目標、すなわちADS応用分野における実用的な反応度モニタリング手法の実証を支援すること。
• 制御された実験条件下で、GUINEVERE施設のVENUS-F亜臨界速中性子コアにおいて、この手法の検証を実施すること。

提案手法

• 14-MeV中性子ビームは、トライチウム標的をデュートリオンで照射することで生成され、GUINEVERE施設でパルス中性子源実験が実施された。
• VENU-S-Fコアに配置された核分裂器を用いて、各パルス後の中性子密度の減衰を測定し、空間的・時間的挙動を捉えた。
• 時間減衰スペクトルに対してArea Methodを適用し、時間積分によって曲線下の面積を抽出した。
• 反応度は、積分面積の指数的フィットから得られる減衰定数αを用い、関係式 α = -ln(⟨N(t)/N(0)⟩)/t により推定した。
• この手法は、一時的中性子減衰定数が反応度に比例するとする仮定に基づいており、ソースおよび検出器応答の補正が施されている。
• 結果は、静的修正ソース増倍法（MSM）により得られた反応度値と照合され、基準として機能した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 keff ≈ 0.96 の亜臨界系において、Area Methodは正確かつ一貫した反応度推定値を提供できるか？
• RQ2 ゼロ出力実験設定下で、Area Methodの反応度推定値は参照となるMSM法と定量的にどの程度一致するか？
• RQ3 異なるコア内位置の複数の核分裂器測定において、Area Methodの信頼性および安定性はいかがなものか？
• RQ4 変動する亜臨界度および実験ノイズ条件下でも、Area Methodは精度を維持できるか？
• RQ5 Area Methodは、ADSにおけるリアルタイムでのオンライントランスティビティモニタリングに信頼性を持って応用可能か？

主な発見

• Area Methodは、keff ≈ 0.96 の複数の亜臨界状態におけるVENUS-Fコアの反応度を成功裏に推定した。
• Area Methodで得られた反応度値は、参照となる修正ソース増倍法（MSM）の結果と強く一致した。
• 複数の核分裂器における一貫性ある結果が得られ、中性子検出の空間的ばらつきに対しても頑健であることが示された。
• 繰り返し実施されたパルス中性子実験において、Area Methodの反応度推定値は安定的かつ再現可能であった。
• 本研究は、ADSにおけるリアルタイム・オンライントランスティビティモニタリングにArea Methodを用いる可能性を確認した。将来的な安全性が求められるシステムへの導入が見込まれる。
• 結果は、Area MethodがADSの反応度モニタリングフレームワークにおいて静的手法の代替として実用的であると支持するものである。