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提出年月日

Ⅴ-1-3-2

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1

東海第二発電所

工事計画審 査資 料
工認-027改9

平成 30 年 10 月 2 日

燃料取扱設備，新燃料貯蔵設備及び使用済燃料貯蔵設備の核燃料物質が臨界に達しないことに関する説明書

目

1． 概次

要・・ ・ ・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1

2.

基本方 針・・ ・ ・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1

3.

使用済 燃料プー ル 水漏えい時の未臨界 性評価

・・・・・・・・・・・・・・・・ 2

3.1

評価の 基本方 針 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2

3.2

計算方 法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3

3.2.1

計算 体系 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3

3.2.2

計算 条件 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3

3.3

計算結 果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3添付

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1

未臨界性評 価の 燃料 条 件・ ・・・ ・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・ 8

1.

概要

本資料は，「 実用発 電 用 原子炉及びその附属施設の技術基 準に関する 規則」（以下 「技術基準規則 」という 。）第 26 条及び第 69 条並 びにそれらの「実用発電用原子炉及び その附属施設の 技術基 準 に 関す る規則 の解釈」（以下「解釈」という。）に基づき，燃 料 体又は使用済燃 料（ 以下「燃 料体等 」という。）が臨界に達しないことを説明するものであ る。
なお，技術 基準 規則 第 26 条の要求事項に変更がないため ，技術基準 規則第 26 条 の要求事項に係 る燃料 取 扱 設備 ，新燃 料貯蔵設備及び使用済燃料貯蔵設備の核燃料物質 が臨界に達しな いこと の 説 明に 関して は，今回の申請において変更は行わない。
今回は，技 術基準規 則 第 69 条の要 求事項に基づき，使用 済燃料貯蔵槽（以下「 使 用済燃料プール 」という 。）の水位が低下した場合 において，燃料体等が臨界に達しない ことを説明する 。

2.

基本方 針

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R3

使用済燃料 プー ルは ， 燃料 プール 冷却浄化系 ，残留熱除去系の故障等により使 用 済燃料プールの 冷却機 能 が 喪失 及び補 給水系の故障により使用済燃料プールの注水機能 が喪失又は使用 済燃料 プ ー ルに 接続す る配管の破損等により使用済燃料プール水の小規 模な漏えいその 他要因 に よ り当 該使用 済燃料プールの水位が低下した場合（以下「小規 模漏えい時」と いう。） に， 技術基準規則第 69 条第 1 項及び解釈により施設が要求され ている可搬型代 替注水 設 備 によ る冷却 及び水位確保により使用済燃料プールの機能（燃 料体等の冷却， 水深の 遮 蔽 能力 ）を維 持するとともに，実効増倍率が最も高くなる冠水 状態においても 臨界を 防 止 でき る設計 とする。
また，使用 済燃 料プ ー ルは ，使用 済燃料プー ルからの大量の水の漏えいその他 の 要因により，当 該使用 済 燃 料プ ールの 水位が異常に低下した場合（以下「大規模漏えい 時」という。）に ，技術 基準 規則第 69 条第 2 項及び解釈により施設が要 求されている 可 搬型スプレイ設 備（使用済 燃料プ ールへのスプレ イ）にて，使用 済燃料貯 蔵ラック（以 下「ラック」とい う 。）及 び燃 料体等を冷却し，臨界にならないよう配慮したラック形状に おいて，スプレ イや蒸 気 条 件に おいて も臨界を防止できる設計とする。
なお，上記 の使 用済 燃 料プ ールの 冷却機能喪 失時，小規模漏えい時及び大規模 漏 えい時において は，可 搬 型 代替 注水設 備（可搬型スプレイノズル）の他，同等の機能を 持つ常設スプレ イヘッ ダ も 使用 する。
このため， 小規 模漏 え い時 及び大 規模漏えい 時の使用済燃料プールの未臨界性 評 価の評価基準は ，使用 済 燃 料プ ール水 温，ラック製造公差，ラックボロン濃度，ラック セル
内燃料配置 それぞ れ に つい ての不 確定性を考慮し，最も結果が厳しくなる状態で， いかなる一様な 水密度 で あ って も実効 増倍率が 0.95 以下となる設計とす る。

13.
3.1

使用済 燃料プー ル 水漏えい時の未臨界 性評価
評価の 基本方 針
使用済燃料 プ ールで 小 規 模漏えいが発生し た場合，可搬型代替注水設備による 注水により放射 線の 遮蔽 が 維持 される 水位を確保 でき，あわせて燃料有効長頂部の 冠 水状態を維持で きる 。ま た ，使用 済燃料 プールに貯 蔵される燃料体等の冷却が可能で あ る。
なお，放射 線 の遮蔽 が 維持される水位を確保できることについては ，添付書類「Ⅴ-13-5

使用済 燃料貯 蔵 槽 の水深の遮蔽能力に関する説明書 」にて説明し，燃料体 等 の冷却が可能で ある こと に つい ては， 添付書類「 Ⅴ-1-3-4

使用済燃料貯蔵槽の冷 却 能力に関する説 明書 」に て 説明 する。
可搬型代替 注 水設備 に よ る注水により燃料 体等を冷却及び放射線の遮蔽が維持 される水位を確 保す るこ と で， 使用済 燃料プール の機能（燃料体等の冷却，水深の 遮 蔽能力）が維持 され る。
放射線の遮 蔽 が維持 さ れ る水位が確保され た状態で使用済燃料プール水の温度 が上

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R3

昇して沸騰 状態 とな り ，水 密度が 低下した場 合，燃料体等は水密度の低下とと も に，減速された 中性 子が 燃 料領 域で核 分裂反応に 寄与する割合が低下する設計とし て いる
ため，使用 済燃料プ ー ル 全体の実効増倍率は，水密度が高い冠水時に 比べて低下す る。
このため， 小規 模漏 え い時 の使用 済燃料プー ルの未臨界性評価は，実効増倍率 が 最も高くなる冠 水状 態で 臨 界を 防止で きることを 確認する。
また，使用 済 燃料プ ー ル で大規摸漏えいが 発生した場合，可搬型スプレイ設備 （使用済燃料プ ール への ス プレ イ）に より，使用 済燃料プール内の燃料体等の著し い 損傷の進行を緩 和し ，で き る限 り環境 への放射性 物質の放出を低減するため，使用 済 燃料プール全面 にス プレ イ を実 施し， ラック及び 燃料体等を冷却する。なお，使用 済 燃料
プール全面 にス プレ イ を実 施し， ラック及び 燃料体等を冷却することについて は ，添
付書類「Ⅴ-1-3-4

使 用済 燃料貯 蔵槽の冷却 能力に関する説明書」にて説明す る 。

大規模漏え い 時の使 用 済 燃料プールの未臨 界性評価は，可搬型スプレイ設備（ 使用済燃料プー ルへ のス プ レイ ）にて ，ラック及 び燃料体等を冷却し，臨界になら な いよう配慮した ラッ ク形 状 にお いて， スプレイや 蒸気条件においても臨界を防止で き ることを確認す るた め，使 用済燃料プール全体 の水密度を一様に 0.0〜1.0 g/cm 3 ま で 変化させた条件 で実 効増 倍 率の 計算を 行う。この 水密度の条件により，小規模漏え い 時の冠水状態で 臨界 を防 止 でき ること も確認する 。
実 効 増 倍 率 の 計 算 に は ， 3 次 元 モ ン テ カ ル ロ 計 算 コ ー ド KENO-Ⅴ .a を 内 蔵 し た
SCALE6.0 を 使用し，そ の解析フローチャート を第 1 図に示す。な お，評価に用 い る解析コ一ドの 検証 及び 妥 当性 確認等 の概要につ いては，添付書類「Ⅴ-5-8グラム（解 析コ ード ） の概 要・Ｓ ＣＡＬＥ」 に示す。

2計算機 プロ

3.2計算方 法

3.2.1

計算 体系
計算体系と しては ，鉛 直方向は有限の高さ（燃料有効長 3.71 m＋燃料上 下に 30cm の水領域 を設 け ，その外側の境 界条件を真空とする。） とし，水平方向は 無限の広がりを 持つ体系 と する。計算体系を第 2,3 図に示す。
東海第二発 電所の 使 用済燃料プー ルでは，ボロン添加ステンレス鋼（以下「BSUS」という 。）製ラ ッ クセルに燃料を貯蔵 する。使用済燃料プールには，通 常は限られた体 数の新燃 料 と照射済燃料を貯蔵 するが，臨界設計では，新燃料及 びいかなる燃焼 度の照射 済 燃料を貯蔵しても十 分安全側の評価を得るように，炉 心装荷時の無限 増倍率が 1.30 となる燃 料を用いて評価している。また，使用済燃 料プール水温， ラック製 造 公差，ボロン添加率 ，ラックセル内燃料配置それぞれ について最も結 果が厳し く なる状態で評価して いる。

3.2.2

計算 条件

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R3評価の計算 条件は 以 下のとおりで あり，詳細を第 1 表に示す。
(a)

燃料の 平 均濃 縮度 はwt％（炉心装 荷時無限増倍 率 1.30 とな る燃料）とする（添付参 照）。
(b)

水の密 度 は，0.0〜1.0 g/cm 3 とする 。

(c)

燃料有 効 長は ，3.71 m とする。

(d)

ボロン 濃 度の 解析 使用値は，製造公差下限値のwt％とす る。

以下の計算 条件は 公 称値に正負の 製作公差を未臨界性評価上厳しくなる側に不確定性とし て考慮す る ものである。なお，ラックセル内での燃料配置について は，ラック内で 燃料が偏 心 すると，中性子の強 吸収体である B-SUS に接近するこ とにより，燃料 領域の熱 中 性子が減少するため ，実効増倍率が最も高くなるラッ クセ
ル内中央配 置とする （ 第 2 図）。

3.3(e)

ラック ピ ッチ(f)ラック 板 厚(g)ラック 内 のり計算結 果
使 用 済 燃 料 プ ー ル 水 漏 え い 時 の 未 臨 界 性評 価結 果 を 第 4 図 に 示 す 。統 計 誤 差 3σ（0.002）を 加えて も 実 効増倍率は最大で 0.929 となり，0.95 以下を 満足してい る。

3原子個数密度

断面積ライブラリ
幾何形状境界条件（形状条件）（物性条件）SCALE

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R0BONAMI
CENTRM
PMC（共鳴処理）KENO（臨界計算）

実効増倍率

第 1 図 解析フローチャート

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NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1

第2図

角管型ラック の計算体系（水平方 向）第3図

角管型ラック の計算体系（鉛直方 向）5

第1表

未臨界性評価の基本計算 条件
項目仕様

燃料種類

９×９燃料（Ａ型）

U 235 濃縮度
ペレット密 度
燃

プ

料

ー仕ル

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1

理論密度の 97 ％様 ペレット直 径

0.96 cm

被覆管外径1.12 cm

被覆管厚さ0.71 mm

燃料有効長3.71 m
0.0〜1.0 g/cm 3

水 水密度

使用済燃料貯蔵ラック

ラックタイ プキャン型

ラックピッ チmm

材料

ボロン添加 ステンレス 鋼

ボロン濃度wt％ ＊ 2板厚mm

内のり
注記

wt％ ＊ 1mm

＊1：未臨 界性評価用燃料集合体（ k∞＝1.30，未燃焼組成，Gd なし）＊2：ボロン濃度の 解析使用値は，製造公差下限値とする。

6

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1

第4図

実 効増倍率の 水密度依存性7

添付

未臨界性評価の燃料条 件

９×９燃料（ Ａ型 ），９×９燃料（ Ｂ型），高燃焼度８×８燃料等の炉心装 荷 時の無限増倍率 は，それ ぞ れ添加されたガドリ ニアの量によ って2種類ず つあるタイ プを，それぞれ軸 方向2〜4領 域に分割し，2次元の無限体系にて燃焼を進め て計算して いる。
い ず れ の 燃 料 に お い て も 低Gd燃 料 上部 にお い て 無 限増 倍 率が 最大 と な り ，運 転 期 間
中 の ガ ド リ ニ ア 効 果 に よ る ピ ーク や燃 料 製作 公 差 を 考慮 して も1.30を超 え る こ と はない。中で もピー ク 時 の無限増倍率が高いのは９×９燃料（Ａ型）及 び９×９燃料（Ｂ型）であ るが ，値はほ ぼ同等のため，９×９ 燃料（Ａ型）をモデルバンドルの 想定に用いた。
濃縮度分布 は燃料 棒 を 外側から1から複数列ずつ，数種類に分け，実 燃料の濃 縮度

NT2 補① Ⅴ-1-3-2 R1E分布を参考 に，濃縮 度 分 布を設定した。この濃縮度分布は，ウラン 燃料設計の 基本的な考え方（ 燃料集合 体 の内 側と外側での中性子スペクトルの違いをふまえ，濃縮 度を外側に向か って低く ，コー ナー部は最も低濃 縮度にする）に基づいている。９×９燃料（Ａ型）の 濃縮度 分 布を参考にし，ガドリニアの燃焼が進んだ状 態を想定し て無限増 倍 率 が 1.30と な る よ う に 濃縮度分 布を変更 した結果 ，平均濃 縮度はwt％ と なった。また，いずれ の 燃料においても燃焼が進むと無限増倍率は低 下するため ，使用済燃料とし て貯蔵さ れ る状態においては，より大きな保守性をもつと言える。モ デル
バンドルと しては９×９燃料（Ａ型）を用いたが，いずれの燃料を用いても，この大きな保守性 に包絡さ れ ，燃料条件は保守的 である。

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