溶融塩原子炉の反応度係数　


　熔融塩炉は、熱中性子炉の分類ですが、従来の軽水炉と異なり、反応度係数の点で次の特徴があります。
�@軽水炉のようなウラン燃料と異なり、トリウムを主体とした燃料である。
�A減速材が軽水ではなく、黒鉛である。
�B燃料が液体（フリーベ）である。

最初に、トリウムを使用したことにより、原子炉の安全性に重要な役目を果たすドップラー係数について、調べました。

日本原子力学会誌に下記の論文があります。
「トリウム燃料サイクルの研究開発と動向」日本原子力学会誌, Vol.47,No.12（2005）

232Thと238U の主要な核的定数を第8 表に，中性子捕獲断面積のエネルギー依存性を第3図に示す。238U と比較した場合，熱領域での吸収断面積がおよそ2.7倍，共鳴積分が1/3である。なお，実効共鳴積分として考えると，238U の共鳴自己遮蔽効果が232Th のそれよりも大きいために，両者にはあまり差はないことに注意すべきである。共鳴領域での断面積の違いはドップラー反応度に影響し，低エネルギー側に巨大共鳴をもたない232Th の方が一般的に不利となる 第8表　232Thと238Uの主要核定数（JENDL3.3に基づく） 核定数　　　　　　　　　　　　 　232Th　 238U 捕獲0.0253eV 断面積（b） 　7.400　 　2.717　 Maxwell分布平均断面積（b） 　　 　6.545　 　2.414　 共鳴積分（b） 　　　　　　　　　 　84.94　 　278.1

下記の文献に軽水炉での計算結果が出ています。
INEEL/EXT-02-01411「Advanced Proliferation Resistant, Lower Cost, Uranium-Thorium Dioxide Fuels For Light Water Reactors」2002年

Th炉心のドップラー係数は、ウラン炉心（U235+U238炉心）に比べ、約6割、負側に大きい結果となっています。初期炉心で、-2.7E-5が-4.4E-5になっています。この解析では、フィッサイルはTh炉心も初期はU235です。また、Th量を75%から55%まで変化させていますが、余り差は見られません。なお、燃焼と共に負側に大きくなるのは、Pu240の生成のためと思われます。

念のため、もう一つドイツの文献を示します。運転初期で-2.3E-5が、Th量72%で約-4.2E-5と、8割程度、負側に大きくなっています。
「Investigations on enhanced nuclear fuel utilization in light water reactors by mixing of uranium and thorium based heavy metals」2009年

また、ORNL-4541「MSBR概念設計書」だと、
Doppler coefficient =　-4.37E-5dk/k/T
とあるので、トリウム炉心のドップラー係数は、この程度でしょう。

以上からすると、断面積だけを眺めて「Thのドップラー係数は小さい」と書いた学会誌記事は不適切で、「トリウム炉心のドップラー係数は、ウラン炉心より5割以上、負側で大きい」ということと思います。この理由は不明ですが、トリウムの熱中性子吸収が大きいので、スペクトルが高い方にシフトしているのかも知れません。

トップページへ戻る