原子力発電プラント構造物の放射化計算のための革新的超高速計算フレームワーク

Research Project

Project/Area Number	22K04979
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	千葉豪北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50421524)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	中性子輸送 / 決定論手法 / 多群断面積 / 連続エネルギーモンテカルロ / 放射化計算 / 中性子輸送計算 / ガンマ線輸送計算
Outline of Research at the Start	役割を終えた原子力発電プラントに対して行われる「廃止措置」により、プラントの跡地は再利用され、そこで発生した放射性廃棄物は然るべき方法により廃棄・管理されます。国土の狭い我が国では、原子力発電プラントから発生する放射性廃棄物の量を可能な限り抑制することが重要であり、そのためには、プラントの構造物がどの程度の「放射能」を帯びているかを正確に把握する必要があります。本研究は、原子力発電プラントの構造物が有する放射能を、高速かつ高精度に評価するための画期的な方法を開発することを目的としています。
Outline of Annual Research Achievements	原子力発電プラントの中性子輸送計算のためのベンチマーク問題として、体系を構成する構造物を均質に扱った1次元球体系問題を作成するとともに、その参照解を連続エネルギーモンテカルロコードにより得た。整備したベンチマーク問題を対象として、決定論手法に基づく中性子輸送計算の精度検証を行った。通常の多群ライブラリを用いて媒質の実効断面積を計算する方法に加えて、多群ライブラリ・フリーの計算スキーム（ACE-FRENDY-CBZシーケンス）をFRENDYコード及びCBZコードを用いて構築した。その結果、ACE-FRENDY-CBZシーケンスにより媒質の実効断面積を計算することで、同一媒質に含まれる核種間の共鳴干渉効果を精度良く考慮することが出来、中性子束の空間・エネルギー分布を、従来の多群ライブラリに基づく方法と比較して、より高精度に計算できることを明らかにした。また、2,000エネルギー群程度の詳細な群構造を採用することにより、全ての空間領域・エネルギー領域について、5%以内で中性子束の参照解を再現可能であることを示した。また、空間・角度に関する離散化について検討を行い、適切な条件を見出した。研究計画の時点では、連続エネルギー相当のエネルギー解像度に基づく計算が必要と考えていたが、以上の検討により、体系を構成する構造物を均質に扱ったモデルに対しては、連続エネルギー相当の計算手法は不要であり、2,000エネルギー群程度で実用上十分な精度が得られることを明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 交付申請書に記載した実施予定（ベンチマーク問題の作成、参照解の取得、多群ライブラリ・フリーの計算スキームの構築と検証、計算条件の最適化）を全て完了した。
Strategy for Future Research Activity	均質領域・1次元球体系モデルに対して、100エネルギー群程度の粗いエネルギー離散化条件のもとで高精度の解を得る手法の構築を図る。具体的には、空間（位置）依存となるエネルギー平均断面積計算のためのモデルを開発する。また、エネルギー縮約に伴って生じる全反応断面積の角度依存性の取扱い手法に関する検討も実施する。これらを踏まえて、より現実に即したモデルとして二次元円筒モデルを構築し、2,000群程度の詳細計算、100群程度の簡易計算で、それぞれ要求を満足する計算精度が得られることを検証する。以上では「体系を構成する構造物を均質に扱った場合」を想定しているが、構造物の詳細な非均質構造を考慮した場合には、ここで得られた知見をそのまま反映することが出来ない可能性がある。そこで、微細な非均質構造を局所的に有するモデルを新たに作成し、連続エネルギー計算の要・不要を明らかにする。なお、少数群計算の際のエネルギー群縮約群構造の最適化も別途実施し、少数群計算スキームの高精度化も図る。