JP2005024457A

JP2005024457A - Accelerator driven nucleus transformation system, irradiation system, and flow guide

Info

Publication number: JP2005024457A
Application number: JP2003192166A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakai; 公一中井; Hitoshi Yokobori; 仁横堀; Yoshiyuki Kasahara; 芳幸笠原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accelerator driven nucleus transformation system, an irradiation system, and a flow guide capable of enhancing structure soundness of a beam window effectively. <P>SOLUTION: This accelerator driven nucleus transformation system 1 includes a subcritical reactor, an irradiation system and a flow guide. The subcritical reactor has a target flow passage 27 surrounded by a fuel assembly 101, and serving as a flow passage of a nuclear spallation target 100. The irradiation system has the beam window 33 serving as an irradiation hole for a positron beam, and is installed to insert a beam window 33 into the target flow passage 27. A flow guide 51 is arranged on the upstream of the beam window 33 inside the target flow passage 27, and guides the nuclear spallation target 100 to the beam window 33. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速器駆動核変換システム、照射装置およびフローガイドに関し、さらに詳しくは、ビーム窓の構造健全性を効果的に向上できる加速器駆動核変換システム、照射装置およびフローガイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加速器駆動核変換システム（ＡＤＳ：ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＤｒｉｖｅｎＳｙｓｔｅｍ）に関する研究が進められている。加速器駆動核変換システムは、長寿命の放射性廃棄物を短寿命化し、また、安定的な核種に変換することにより、その放射性毒性を低減させるシステムである。かかる加速器駆動核変換システムには、特許文献１、２に記載される技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２１６００号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２１３８９号公報
【０００４】
ここで、従来の加速器駆動核変換システムでは、システムの稼働時に、陽子ビームの照射や核破砕ターゲットの核破砕の影響により、照射装置のビーム窓が発熱して高温となる。その結果、ビーム窓が熱破損するという問題点があった。しかしながら、かかる課題を解決する手段は、従来の加速器駆動核変換システムでは解決されておらず、また、上記した特許文献１、２においても、記載も示唆もされていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、ビーム窓の構造健全性を効果的に向上できる加速器駆動核変換システム、照射装置およびフローガイドを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、燃料集合体により囲まれるとともに核破砕ターゲットの流路となるターゲット流路を有する未臨界炉と、陽子ビームの照射孔となるビーム窓を有するとともに、前記ビーム窓を前記ターゲット流路内に挿入して設置される照射装置と、前記ターゲット流路内であって前記ビーム窓の上流側に配置されるとともに、核破砕ターゲットを前記ビーム窓に導くフローガイドと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この発明では、ターゲット流路内であってビーム窓の上流側にフローガイドを設け、このフローガイドにより、ターゲット流路内の核破砕ターゲットをビーム窓に導く。これにより、核破砕ターゲットによりビーム窓が積極的に冷却されるので、ビーム窓の構造健全性を効果的に向上できる利点がある。
【０００８】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、前記加速器駆動核変換システムにおいて、前記フローガイドが、前記ビーム窓に一体形成されることを特徴とする。
【０００９】
この発明では、フローガイドがビーム窓に一体形成されるので、ビーム窓の定期的な交換にあたり、併せてフローガイドを交換できる利点がある。
【００１０】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、前記加速器駆動核変換システムにおいて、前記フローガイドが、内部にオリフィスを有することを特徴とする。
【００１１】
この発明では、フローガイドが内部にオリフィスを有するので、フローガイド内における核破砕ターゲットの流速が増加する。これにより、ビーム窓の冷却効率を高められる利点がある。
【００１２】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、前記加速器駆動核変換システムにおいて、前記オリフィスは、前記核破砕ターゲットの流出方向が前記ビーム窓上における前記核破砕ターゲットの流れの淀み点が生じ易い部分に向けて形成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、オリフィスが、核破砕ターゲットの流出方向をビーム窓上の淀み点が生じ易い部分に向けるので、淀み点の発生が抑制されて、ビーム窓が効果的に冷却される利点がある。
【００１４】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、前記加速器駆動核変換システムにおいて、前記オリフィスが、乱流発生構造を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明では、オリフィスが、乱流発生構造を有するので、ビーム窓上における淀み点の発生が抑制されて、ビーム窓が効果的に冷却される利点がある。
【００１６】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、燃料集合体により囲まれるとともに核破砕ターゲットの流路となるターゲット流路を有する未臨界炉と、ビーム導入管を有するとともに、前記ビーム導入管を前記ターゲット流路内に挿入して設置される照射装置と、前記ビーム導入管と前記燃料集合体との間に介在し、前記ビーム導入管を前記燃料集合体に対して固定的に保持する振動抑制手段と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
この発明では、振動抑制手段が、燃料集合体とビーム導入管との間に介在して設けられ、ビーム導入管を燃料集合体に対して固定するので、ビーム導入管の振動による破損を効果的に抑制できる利点がある。
【００１８】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムは、前記加速器駆動核変換システムにおいて、前記振動抑制手段が、前記燃料集合体側に設けられる第１パットと、前記ビーム導入管側に設けられる第２パットとを含んで構成され、かつ、前記第１パットおよび前記第２パットが、前記ビーム導入管の設置状態で、相互に当接することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る照射装置は、陽子ビームの照射孔となるビーム窓を有するとともに、前記ビーム窓をターゲット流路内に挿入して設置される照射装置において、前記ターゲット流路内であって前記ビーム窓の上流側に配置されるとともに、核破砕ターゲットを前記ビーム窓に導くフローガイドを有し、かつ、当該フローガイドが前記ビーム窓に一体形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係るフローガイドは、ターゲット流路内であって陽子ビームの照射孔となるビーム窓の上流側に配置されるとともに、前記ターゲット流路内を流れる核破砕ターゲットを前記ビーム窓に導くことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的同一のものが含まれる。
【００２２】
（加速器駆動核変換システム）
図１は、この発明の実施の形態に係る加速器駆動核変換システムを示す構成図である。図２は、図１に記載した加速器駆動核変換システムの要部を示す構成図である。図３は、図２に記載したビーム窓冷却手段を示すＡ−Ａ視断面図である。この加速器駆動核変換システム（ＡＤＳ：ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＤｒｉｖｅｎＳｙｓｔｅｍ）１は、長寿命の放射性廃棄物を短寿命化し、また、安定的な核種に変換することにより、その放射性毒性を低減させるシステムである。加速器駆動核変換システム１は、かかる技術特性により高い公益性を有するとともに、将来の実現に向けて各国において研究開発が進められている。この加速器駆動核変換システム１は、未臨界炉２と、照射装置３と、発電系４とを含み構成される。
【００２３】
まず、未臨界炉２は、原子炉容器２１と、炉心槽２２と、蒸気発生器２３と、循環ポンプ２４とを含み構成される（図１参照）。原子炉容器２１は、内部に炉心槽２２、循環ポンプ２４および蒸気発生器２３を収容し、また、底部に炉内構造物２５を有する。また、原子炉容器２１内には、陽子ビームの照射対象となる核破砕ターゲット１００が充填される。ここで、核破砕ターゲットには、主として重核からなる液体金属が採用される。このような液体金属には、例えば、鉛−ビスマス（Ｐｂ−Ｂｉ）がある。核破砕ターゲット１００は、原子炉容器２１内にて、循環ポンプ２４により圧力を付加されて炉心槽２２と蒸気発生器２３との間を循環する。また、原子炉容器２１は、上部を回転プラグ２６により封止される。
【００２４】
炉心槽２２は、原子炉容器２１の炉内構造物２５上に配置され、原子炉容器２１内の略中央に位置する。炉心槽２２は、内部に複数の燃料集合体１０１を配列して構成される（図２および図３参照）。この燃料集合体１０１は、例えば、マイナーアクチノイド（ＭＡ）や長寿命核種（ＬＬＦＰ）から成る。燃料集合体１０１は、断面正六角形を有する長尺のダクト１０２内に充填される。燃料集合体１０１は、下端部を炉内構造物２５に差し込み、炉内構造物２５上にその長手方向を立てて配置される。また、燃料集合体１０１は、ダクト１０２の下端部外周に設けられた第１パット６１を有する。燃料集合体１０１は、この第１パット６１を介して隣接する燃料集合体１０１との間隔を拘束され、炉心槽２２内においてガタつかないように固定的に配列される。言い換えれば、この第１パット６１は、燃料集合体１０１、１０１間の隙間を詰めるグリッドスペーサとして機能する。このように配列された燃料集合体１０１群は、平面視にて、ハニカム状に配列される（図３参照）。なお、図２および図３では、ビーム窓の周辺付近に係る燃料集合体１０１のみを図示し、その外周に配列される燃料集合体１０１の図示を省略する。
【００２５】
炉心槽２２の中央には、これらの燃料集合体１０１を壁面とするターゲット流路２７が形成される。ターゲット流路２７は、燃料集合体１０１群のうち中心部の７体分を除いて設けられ、周辺を１２体の燃料集合体１０１で囲まれる（図３参照）。なお、中心部の７体分を除くのは設計の一例であり、設計によっては、例えば中心部を１９体除く等の配置もあり得る。これにより、ターゲット流路２７は、平面視にて、六角星形を有する断面十八角形の壁面を有する。核破砕ターゲット１００は、このターゲット流路２７内を、下方の炉内構造物２５側から上方のプレナム２８に向かって上昇し、蒸気発生器２３側に流入する（図２および図３参照）。
【００２６】
蒸気発生器２３は、原子炉容器２１の回転プラグ２６に固定されて、原子炉容器２１内に吊り下げられる（図１参照）。蒸気発生器２３は、炉心槽２２から流出する核破砕ターゲット１００をプレナム２８内で吸入し、熱交換を行って下方の炉内構造物２５側に排出する。ここで、蒸気発生器２３は、未臨界炉２外部の発電系４に接続され、熱交換により得られたエネルギーを発電系４に供給する。
【００２７】
循環ポンプ２４は、原子炉容器２１の回転プラグ２６に固定されて、原子炉容器２１内に吊り下げられる（図１参照）。循環ポンプ２４は、蒸気発生器２３から排出された核破砕ターゲット１００を吸い上げ、圧力を与えて炉心槽２２側に送る。これにより、核破砕ターゲット１００は、原子炉容器２１内を循環する。
【００２８】
次に、照射装置３は、陽子加速器３１と、ビーム導入管３２とを含み構成される。陽子加速器３１は、陽子を加速してビーム導入管３２に送る。ビーム導入管３２は、長尺の円筒形状を有する真空管であり、陽子加速器３１から延出して設けられる。ビーム導入管３２は、回転プラグ２６に設けられた開口部から原子炉容器２１内に引き込まれ、その先端部を上方のプレナム２８側から炉心槽２２のターゲット流路２７内に挿入して設置される。また、ビーム導入管３２は、その中腹を回転プラグ２６に固定して支持される。また、ビーム導入管３２は、その先端部にビーム窓３３を有する。ビーム窓３３は、陽子加速器３１からの陽子ビームを照射する窓である。
【００２９】
ビーム導入管３２は、ターゲット流路２７内において、この陽子ビームの照射方向が下方の炉内構造物２５側に向くように設置される。なお、このビーム窓３３は、半球形状を有するが、円錐形状や半楕円形状を有してもよい。これにより、核破砕ターゲット１００により高温かつ高圧となるターゲット流路２７内で、外圧に対するビーム窓３３の構造上の強度を確保できる利点がある。
【００３０】
この加速器駆動核変換システム１において、核破砕ターゲット１００は、炉心槽２２のターゲット流路２７内を下方の炉内構造物２５側から上方のプレナム２８側に向かって通過する。このとき、核破砕ターゲット１００は、照射装置３のビーム窓３３から陽子ビームを照射されて核破砕し、中性子を発生させる。すると、この中性子が炉心槽２２内の燃料集合体１０１内の燃料に衝突して、当該燃料が核分裂する。これにより、燃料集合体１０１内の燃料が短寿命化し、また、安定的な核種に変換される。また、このとき、核破砕ターゲット１００は、核破砕及び燃料集合体１０１の核分裂により発熱する。そして、核破砕ターゲット１００は、プレナム２８から蒸気発生器２３内に吸入され、熱交換を行って冷却される。蒸気発生器２３は、この熱交換により得られたエネルギーを発電系４に供給して発電に用いる。これにより得られた電力は、加速器駆動核変換システム１の駆動に用いられ、また、余剰電力は、商用電力として売電される。そして、核破砕ターゲット１００は、循環ポンプ２４により流体力を得て未臨界炉２内を循環し、上記作用を繰り返す。
【００３１】
（ビーム窓冷却手段）
図４は、図１〜図３に記載したビーム窓冷却手段を示す斜視図である。図５は、図４に記載したビーム窓冷却手段の設置状態を示す側面断面図である。このビーム窓冷却手段５は、フローガイド５１と、オリフィス部材５２とを含み構成される。このビーム窓冷却手段５は、ターゲット流路２７内の核破砕ターゲット１００を照射装置３のビーム窓３３に導き、これにより、ビーム窓３３を冷却する点に特徴を有する。ここで、核破砕ターゲット１００は、核破砕中性子源であるとともに、ビーム窓３３に当たるときは、冷却材として用いられる。
【００３２】
フローガイド５１は、ＳＵＳ３１６その他のステンレス鋼、９Ｃｒ１Ｍｏ鋼、あるいは１２Ｃｒ鋼などの、核破砕ターゲット１００との共存性に優れた高温高強度材で製造される。また、フローガイド５１は、略円筒形状を有し、その一方の開口部（ターゲット１００の流入側）をラッパ状に拡張して形成される（図４および図５参照）。また、フローガイド５１は、他方の開口部付近に複数の流出孔５３を有する。これらの流出孔５３は、フローガイド５１の周方向に６個設けられる。なお、この流出孔５３の数は、６個に限定されない。
【００３３】
フローガイド５１は、その流出孔５３側の開口部で、ビーム導入管３２の先端部に取り付けられる（図２および図５参照）。このとき、フローガイド５１は、その軸方向をビーム導入管３２の軸方向に揃え、ビーム導入管３２のビーム窓３３を覆って設置される。また、フローガイド５１は、ビーム導入管３２がターゲット流路２７内に設置された状態で、ビーム導入管３２から炉内構造物２５側に吊り下げられるとともに、核破砕ターゲット１００の流れに対してビーム窓３３よりも上流側に位置するように配置される。また、フローガイド５１は、そのラッパ状の開口部を核破砕ターゲット１００の流れに対して上流側に向けて配置される。
【００３４】
一方、オリフィス部材５２は、円柱部材から成り、その中心に軸方向に向けて形成された円形断面のオリフィス５４を有する（図３および図５参照）。オリフィス部材５２は、フローガイド５１の内側に設置されて、そのオリフィス５４により流路を構成する。これにより、フローガイド５１内の流路が元の径よりも狭められる。なお、この実施の形態では、オリフィス部材５２が別部品としてフローガイド５１に取り付けられるが、これに限らず、当初からフローガイド５１とともに一体形成されても良い。前者は、その加工が簡易かつ安価である点で好ましく、後者は、その構造上の強度を高められる点で好ましい。オリフィス部材５２は、設置状態でオリフィス５４の出口をビーム窓３３の中心に向ける。言い換えれば、オリフィス部材５２は、オリフィス５４の出口を、核破砕ターゲット１００の流速分布により淀み点が生じ易いビーム窓３３の外側部分に向けて設置される。さらに言い換えれば、オリフィス部材５２は、オリフィス５４の出口を、陽子ビームの照射を受けた場合においてビーム窓３３が最も発熱し易い部分に向けて設置される。
【００３５】
このビーム窓冷却手段５において、フローガイド５１は、加速器駆動核変換システム１の稼働時にて、ターゲット流路２７内を流れる核破砕ターゲット１００を効率的に集め、ビーム窓３３に導いてビーム窓３３を積極的に冷却する。また、フローガイド５１は、ビーム窓３３に当たる核破砕ターゲット１００の流量を増加させて、ビーム窓３３上における淀み点の発生を効果的に抑制する。さらに、フローガイド５１は、ビーム窓３３表面における核破砕ターゲット１００の流速を高めて、ビーム窓３３の冷却効率が高める。これらにより、ビーム窓３３の構造健全性を効果的に向上できる利点がある。なお、核破砕ターゲット１００は、ビーム窓３３を冷却した後、フローガイド５１から流出孔５３を通って外部に流出する（図５参照）。
【００３６】
また、このビーム窓冷却手段５において、オリフィス部材５２は、加速器駆動核変換システム１の稼働時にフローガイド５１内を流れる核破砕ターゲット１００の流速を高めて、ビーム窓３３をより効率的に冷却する。また、オリフィス部材５２は、フローガイド５１内の核破砕ターゲット１００をビーム窓３３上の淀み点が生じ易い部分に積極的に導き、淀み点の発生を効果的に抑制する。これらにより、ビーム窓３３の構造健全性をより効果的に向上できる利点がある。
【００３７】
また、ターゲット流路２７内における核破砕ターゲット１００の流量は、加速器駆動核変換システム１の稼働時には一定ではない。この点において、このビーム窓冷却手段５では、フローガイド５１およびオリフィス部材５２の寸法および形状を設計変更することにより、ビーム窓３３に導かれる核破砕ターゲット１００の流量を任意に調整できる。これにより、必要十分な流量の核破砕ターゲット１００をビーム窓３３に供給できるので、ビーム窓３３を適切に冷却できる利点がある。
【００３８】
また、加速器駆動核変換システム１は、いわゆるダクトレス燃料集合体を採用する場合がある。このような加速器駆動核変換システム１では、燃料集合体１０１を収めるダクト１０２が用いられず、燃料集合体１０１が直接的に原子炉容器２１の炉心槽２２内に配列される。かかる構成では、ターゲット流路２７がダクト１０２により区切られていないので、ターゲット流路２７から燃料集合体１０１群内を通って上方のプレナム２８に抜けるバイパス流が生じる。すると、このバイパス流により、ターゲット流路２７内の核破砕ターゲット１００が奪われて、ビーム窓３３の冷却効率が低下するという問題点がある。この点において、このビーム窓冷却手段５では、フローガイド５１により核破砕ターゲット１００を上流側から集めてビーム窓３３側に積極的に導くので、ビーム窓３３を確実に冷却できる利点がある。
【００３９】
なお、この加速器駆動核変換システム１では、ビーム窓冷却手段５がビーム窓３３に取り付けられて設置される。このため、ビーム窓冷却手段５は、ビーム窓３３とともに、容易に交換可能である。特に、ビーム窓冷却手段５は、ターゲット流路２７内に配置されるので、核燃料集合体の核破砕により生ずる中性子によって劣化し易い。この点において、このビーム窓冷却手段５は、定期的な交換が容易な点で好ましい。なお、ビーム窓３３の交換は、ビーム導入管３２を上方に引き上げて行われる。このため、このビーム窓にビーム窓冷却手段５を設ければ、炉心槽２２や炉内構造物２５に設ける場合と比較して、その交換作業が容易である。
【００４０】
（振動抑制手段）
図６は、図２に記載した振動抑制手段を示すＢ−Ｂ視断面図である。この加速器駆動核変換システム１では、照射装置３のビーム導入管３２が、回転プラグ２６にて側方から支持され、原子炉容器２１内に吊り下げられて設置される（図１および図２参照）。このため、ビーム導入管３２の先端（もしくはビーム窓３３）が、システム稼働時の振動により、疲労損傷するおそれがある。この点において、この加速器駆動核変換システム１は、ビーム導入管３２の振動を抑制する振動抑制手段６を有する点に特徴を有する。なお、振動によるビーム導入管３２の破損に係る課題は、この加速器駆動核変換システム１の構成に起因する特有の課題である。また、この課題は、未だ関連する研究が為されておらず、新規である。
【００４１】
この振動抑制手段６は、第１パット６１と、第２パット６２とを含み構成される。第１パット６１は、燃料集合体１０１のダクト１０２の外周であって、ビーム導入管３２の先端付近に対応する位置に取り付けられる。また、第１パット６１は、上記したように隣接する燃料集合体１０１、１０１の間隔を規制するグリッドスペーサとして機能する。なお、グリッドスペーサとしてのパッドは、すべての燃料集合体１０１に取り付けられるが、図２および図６では、これらと第１パッド６１との混同を防止するために、他のパッドの図示を省略している。また、第１パッド６１は、ダクトレスの燃料集合体１０１が採用される場合は、燃料集合体１０１の外周に直接取り付けられる。
【００４２】
一方、第２パット６２は、突起形状あるいは凸型形状を有し、ビーム導入管３２の先端付近に設けられる。第２パッド６２は、３体を一組として構成され、ビーム導入管３２の周面上に固定設置される。なお、第２パット６２の数は、この数に限定されない。これらの第２パット６２は、平面視でビーム導入管３２を中心として放射状に配列される（図６参照）。また、これらの第２パット６２は、第１パット６１に対応する高さに設けられ、ビーム導入管３２の設置状態で第１パット６１にそれぞれ当接する。これにより、第１パッド６１および第２パッド６２は、ビーム導入管３２と燃料集合体１０１との間に介在して、ビーム導入管３２を燃料集合体１０１に対して固定的に支持する。
【００４３】
この振動抑制手段６において、第１パッド６１および第２パット６２は、ビーム導入管３２を固定的に支持し、その振動を効果的に抑制する。特に、これらのパット６１、６２は、振動し易いビーム導入管３２の先端付近に設けられるので、その振動をより効果的に抑制できる。これにより、ビーム導入管３２の疲労損傷を抑制できる利点がある。特に、加速器駆動核変換システム１では、照射装置３のビーム窓３３がビーム導入管３２の先端に設けられ、また、ビーム導入管３２は数メートルの長さを有するため、システム稼働時の振動により、疲労損傷するおそれがある。さらに、ビーム窓３３は、陽子ビームを照射する機能から一般に薄肉構造を有するため、衝撃や外圧に対して極めて破損し易い。また、ビーム窓３３が配置されるターゲット流路２７内は、システム稼働時にて高温かつ高圧となるため、ビーム窓３３が破損し易い環境となる。これらの点において、この振動抑制手段は、ビーム窓３３の破損を効果的に抑制できる点で好ましい。
【００４４】
また、この振動抑制手段６は、上記したビーム窓冷却手段５との関係において、相乗的に有利な効果を有する。すなわち、この振動抑制手段６は、ビーム導入管３２の振動を抑制することにより、その先端に取り付けられたビーム窓冷却手段５の振動も抑制する。これにより、ビーム窓冷却手段５が、冷却材である核破砕ターゲット１００を安定してビーム窓３３に導ける利点がある。また、ビーム窓冷却手段５の振動が併せて抑制されることにより、ビーム窓冷却手段５の破損も抑制できる利点がある。特に、ビーム導入管３２は、設けられたビーム窓冷却手段５の質量および流体ガイド機能により振動し易い。また、取り付けられたビーム窓冷却手段５が破損して、その破片が炉内構造物２５上に落下すると、重大な事故が発生するおそれもある。これらの点において、この振動抑制手段６は、極めて有益である。
【００４５】
（変形例１）
図７は、この実施の形態の変形例１に係るビーム窓冷却手段を示す斜視図である。図８は、図７に記載したビーム窓冷却手段の作用を示す説明図である。上記した実施の形態では、フローガイド５１に円形の流出孔５３を複数設けて、核破砕ターゲット１００がフローガイド５１内から外部へ流出する流路を確保した（図４および図５参照）。この変形例１では、かかる流出孔５３に代えて、フローガイド５１がスリット５５を有する（図７（ａ）参照）。または、フローガイド５１が開口部から延出した柱状部５６を有し（図７（ｂ）参照）、この柱状部５６にてビーム導入管３２に取り付けられる。かかるフローガイド５１では、内部に導かれてビーム窓３３に当たった核破砕ターゲット１００が、ビーム窓３３の半球面に沿って流れつつ、スリット５５から、又は、柱状部５６の隙間から外部に流出する。これにより、フローガイド５１内の核破砕ターゲット１００を滑らかに外部に逃がし得る利点がある。また、これにより、ビーム窓３３近傍における核破砕ターゲット１００の流れを円滑化して、淀み点の発生を効果的に抑制できる利点がある。
【００４６】
（変形例２）
図９は、この実施の形態の変形例２に係るビーム窓冷却手段を示す斜視図である。同図は、ビーム窓冷却手段５のオリフィス部材５２の変形例を示している。なお、図９に示すオリフィス部材５２の変形例は、単なる例示であり、当業者自明の範囲内にて、これらと同様の作用効果を有するオリフィス部材５２を適宜構成しても良い。
【００４７】
図９（ａ）が示すオリフィス部材５２は、中央に設けられたオリフィス５４に加えて、その外周に複数（３つ）の小オリフィス５７が設けられる点に特徴を有する。かかるオリフィス部材５２では、これらの小オリフィス５７からも核破砕ターゲット１００が噴出して、ビーム窓３３に導かれるので、ビーム窓３３付近において、よりビーム窓３の冷却に好適な流速分布を得られる利点がある。これにより、ビーム窓３３付近における淀み点の発生を効果的に抑制できる利点がある。
【００４８】
また、図９（ｂ）が示すオリフィス部材５２は、図９（ａ）に記載されたオリフィス部材５２と比較して、小オリフィス５７がより多く（６つ）設けられ、かつ、これらの小オリフィス５７がフローガイド５１の内壁面に沿って形成される点に特徴を有する。かかるオリフィス部材５２では、核破砕ターゲット１００が、フローガイド５１の壁面に沿って流れるので、フローガイド５１内において、より好適な流速分布を得られる利点がある。これにより、ビーム窓３３付近における淀み点の発生を効果的に抑制できる利点がある。
【００４９】
また、図９（ｃ）が示すオリフィス部材５２は、図９（ｂ）に記載されたオリフィス部材５２と比較して、小オリフィス５７が渦状に形成される点に特徴を有する。かかるオリフィス部材５２では、核破砕ターゲット１００が、これらの小オリフィス５７から旋回流となって流出して、ビーム窓３３に導かれる。これにより、ビーム窓３３近傍に乱流が発生するので、淀み点の発生を効果的に抑制できる利点がある。
【００５０】
（変形例３）
さらに、図９（ｄ）、（ｅ）に示すオリフィス部材５２のように、オリフィス５４の中心Ｃ’をオリフィス部材５２の中心Ｃからずらしてもよい。このような構成によって、オリフィス５４から流出する核破砕ターゲット１００を、ビーム窓３３の頂点部分ＳＰからずらして衝突させることができる。このようにすることで、ビーム窓３３の最も温度が高くなる頂点部分ＳＰの表面を、常に核破砕ターゲット１００が流れるので、当該部分の冷却効率が向上する。また、図示はしないが、ビーム窓冷却手段５内に、棒状の部材をターゲット１００の流れ方向に対して直交するように配置して、当該棒状の部材の後方にターゲット１００の渦流れを発生させてビーム窓３３に衝突させてもよい。このように、渦流れを形成することでビーム窓３３の表面における熱伝達効率を向上させ、ビーム窓３３の冷却効率を高めるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明に係る加速器駆動核変換システムによれば、ターゲット流路内であってビーム窓の上流側にフローガイドを設け、このフローガイドによりターゲット流路内の核破砕ターゲットをビーム窓に導くので、核破砕ターゲットによりビーム窓が積極的に冷却されて、ビーム窓の構造健全性を効果的に向上できる利点がある。
【００５２】
また、この発明に係る加速器駆動核変換システムによれば、振動抑制手段が、燃料集合体とビーム導入管との間に介在して設けられ、ビーム導入管を燃料集合体に対して固定するので、ビーム導入管の振動による破損を効果的に抑制できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る加速器駆動核変換システムを示す構成図である。
【図２】図１に記載した加速器駆動核変換システムの要部を示す構成図である。
【図３】図２に記載したビーム窓冷却手段を示すＡ−Ａ視断面図である。
【図４】図１〜図３に記載したビーム窓冷却手段を示す斜視図である。
【図５】図４に記載したビーム窓冷却手段の設置状態を示す側面断面図である。
【図６】図２に記載した振動抑制手段を示すＢ−Ｂ視断面図である。
【図７】この実施の形態の変形例１に係るビーム窓冷却手段を示す斜視図である。
【図８】図７に記載したビーム窓冷却手段の作用を示す説明図である。
【図９】この実施の形態の変形例２に係るビーム窓冷却手段を示す斜視図である。
【符号の説明】
１加速器駆動核変換システム
２未臨界炉
３照射装置
５ビーム窓冷却手段
６振動抑制手段
２７ターゲット流路
３２ビーム導入管
３３ビーム窓
５１フローガイド
５４オリフィス
５５スリット
５６柱状部
５７小オリフィス
６１パット
６２パッド
１００核破砕ターゲット
１０１燃料集合体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an accelerator-driven transmutation system, an irradiation apparatus, and a flow guide. More specifically, the present invention relates to an accelerator-driven transmutation system, an irradiation apparatus, and a flow guide that can effectively improve the structural integrity of a beam window.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, research on an accelerator-driven transmutation system (ADS: Accelerator Driven System) has been underway. The accelerator-driven transmutation system is a system that reduces the radiotoxicity of long-lived radioactive waste by shortening the lifetime and converting it to stable nuclides. For such accelerator-driven transmutation systems, techniques described in Patent Documents 1 and 2 are known.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-221600 A
[Patent Document 2]
JP 2000-321389 A
[0004]
Here, in the conventional accelerator-driven transmutation system, the beam window of the irradiation device generates heat and becomes high temperature due to the effects of proton beam irradiation and nuclear spallation target spallation during system operation. As a result, there is a problem that the beam window is thermally damaged. However, the means for solving such a problem has not been solved by the conventional accelerator-driven transmutation system, and is not described or suggested in Patent Documents 1 and 2 described above.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an accelerator-driven transmutation system, an irradiation apparatus, and a flow guide that can effectively improve the structural integrity of a beam window.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an accelerator-driven transmutation system according to the present invention includes a subcritical reactor having a target flow path surrounded by a fuel assembly and serving as a flow path for a spallation target, and a proton beam irradiation hole. And an irradiation device installed by inserting the beam window into the target flow path, and disposed in the target flow path and upstream of the beam window, And a flow guide for guiding the target to the beam window.
[0007]
In the present invention, a flow guide is provided in the target channel and upstream of the beam window, and the spallation target in the target channel is guided to the beam window by this flow guide. Thereby, since the beam window is actively cooled by the spallation target, there is an advantage that the structural integrity of the beam window can be effectively improved.
[0008]
The accelerator-driven transmutation system according to the present invention is characterized in that in the accelerator-driven transmutation system, the flow guide is integrally formed with the beam window.
[0009]
In the present invention, since the flow guide is formed integrally with the beam window, there is an advantage that the flow guide can be replaced together when the beam window is periodically replaced.
[0010]
The accelerator-driven transmutation system according to the present invention is characterized in that in the accelerator-driven transmutation system, the flow guide has an orifice therein.
[0011]
In this invention, since the flow guide has an orifice inside, the flow rate of the spallation target in the flow guide increases. Thereby, there is an advantage that the cooling efficiency of the beam window can be increased.
[0012]
In the accelerator-driven transmutation system according to the present invention, in the accelerator-driven transmutation system, the flow direction of the spallation target is likely to generate a stagnation point of the flow of the spallation target on the beam window. It is characterized by being formed toward the part.
[0013]
In the present invention, since the orifice directs the outflow direction of the spallation target to the portion where the stagnation point is likely to be generated on the beam window, the generation of the stagnation point is suppressed and the beam window is effectively cooled.
[0014]
The accelerator-driven transmutation system according to the present invention is characterized in that, in the accelerator-driven transmutation system, the orifice has a turbulent flow generation structure.
[0015]
In the present invention, since the orifice has a turbulent flow generation structure, there is an advantage that generation of a stagnation point on the beam window is suppressed and the beam window is effectively cooled.
[0016]
The accelerator-driven transmutation system according to the present invention includes a subcritical reactor having a target flow path surrounded by a fuel assembly and serving as a flow path for a spallation target, a beam introduction pipe, and the beam introduction pipe. An irradiation device that is inserted and installed in the target flow path, and a vibration that is interposed between the beam introduction tube and the fuel assembly, and that holds the beam introduction tube fixed to the fuel assembly. And suppressing means.
[0017]
In this invention, the vibration suppressing means is provided between the fuel assembly and the beam introduction tube, and the beam introduction tube is fixed to the fuel assembly, so that the damage due to vibration of the beam introduction tube is effective. There is an advantage that can be suppressed.
[0018]
The accelerator-driven transmutation system according to the present invention is the accelerator-driven transmutation system, wherein the vibration suppressing means is a first pad provided on the fuel assembly side and a second pad provided on the beam introduction tube side. And the first pad and the second pad are in contact with each other in the installed state of the beam introduction tube.
[0019]
An irradiation apparatus according to the present invention has a beam window serving as a proton beam irradiation hole, and is an irradiation apparatus installed by inserting the beam window into a target flow path. The flow guide is disposed upstream of the beam window, has a flow guide for guiding a spallation target to the beam window, and the flow guide is integrally formed with the beam window.
[0020]
The flow guide according to the present invention is disposed in the target flow channel upstream of the beam window serving as a proton beam irradiation hole, and a spallation target flowing in the target flow channel is used as the beam window. It is characterized by guiding.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements of the embodiments described below include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
[0022]
(Accelerator driven transmutation system)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an accelerator-driven transmutation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of the accelerator-driven transmutation system shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA showing the beam window cooling means shown in FIG. This accelerator-driven transmutation system (ADS: Accelerator Driven System) 1 is a system that reduces the radiotoxicity of a long-lived radioactive waste by shortening it and converting it to a stable nuclide. The accelerator-driven transmutation system 1 has high public interest due to such technical characteristics, and research and development are being promoted in each country for the future realization. The accelerator-driven transmutation system 1 includes a subcritical furnace 2, an irradiation device 3, and a power generation system 4.
[0023]
First, the subcritical reactor 2 includes a nuclear reactor vessel 21, a reactor core 22, a steam generator 23, and a circulation pump 24 (see FIG. 1). The nuclear reactor vessel 21 accommodates a reactor core 22, a circulation pump 24, and a steam generator 23 inside, and has a reactor internal structure 25 at the bottom. Further, the nuclear reactor vessel 21 is filled with a spallation target 100 to be irradiated with a proton beam. Here, a liquid metal mainly composed of heavy nuclei is adopted as the nuclear fragmentation target. An example of such a liquid metal is lead-bismuth (Pb-Bi). The nuclear spallation target 100 is circulated between the reactor core 22 and the steam generator 23 by being pressurized by a circulation pump 24 in the reactor vessel 21. Further, the reactor vessel 21 is sealed at its upper part by a rotary plug 26.
[0024]
The reactor core 22 is disposed on the in-reactor structure 25 of the reactor vessel 21, and is positioned substantially at the center in the reactor vessel 21. The core tank 22 is configured by arranging a plurality of fuel assemblies 101 therein (see FIGS. 2 and 3). The fuel assembly 101 is made of, for example, minor actinides (MA) or long-lived nuclides (LLFP). The fuel assembly 101 is filled in a long duct 102 having a regular hexagonal cross section. The fuel assembly 101 is disposed with its lower end portion inserted into the in-furnace structure 25 and with its longitudinal direction standing on the in-furnace structure 25. Further, the fuel assembly 101 has a first pad 61 provided on the outer periphery of the lower end of the duct 102. The fuel assemblies 101 are arranged in a fixed manner so as not to rattle in the reactor core 22 with the interval between the adjacent fuel assemblies 101 being restricted via the first pads 61. In other words, the first pad 61 functions as a grid spacer that closes the gap between the fuel assemblies 101, 101. The fuel assemblies 101 arranged in this way are arranged in a honeycomb shape in plan view (see FIG. 3). 2 and 3, only the fuel assembly 101 in the vicinity of the periphery of the beam window is illustrated, and the illustration of the fuel assembly 101 arranged on the outer periphery thereof is omitted.
[0025]
In the center of the reactor core 22, a target channel 27 having these fuel assemblies 101 as wall surfaces is formed. The target flow path 27 is provided except for seven central parts of the fuel assembly 101 group, and the periphery is surrounded by 12 fuel assemblies 101 (see FIG. 3). Note that removing seven bodies in the center is an example of the design, and depending on the design, for example, 19 bodies may be removed from the center. Thereby, the target flow path 27 has a hexagonal star-shaped wall surface having a hexagonal star shape in plan view. The spallation target 100 ascends in the target flow path 27 from the lower in-furnace structure 25 side toward the upper plenum 28 and flows into the steam generator 23 side (see FIGS. 2 and 3).
[0026]
The steam generator 23 is fixed to the rotary plug 26 of the reactor vessel 21 and is suspended in the reactor vessel 21 (see FIG. 1). The steam generator 23 sucks the spallation target 100 flowing out from the core tank 22 into the plenum 28, performs heat exchange, and discharges it to the lower reactor structure 25 side. Here, the steam generator 23 is connected to the power generation system 4 outside the subcritical furnace 2 and supplies energy obtained by heat exchange to the power generation system 4.
[0027]
The circulation pump 24 is fixed to the rotary plug 26 of the reactor vessel 21 and is suspended in the reactor vessel 21 (see FIG. 1). The circulation pump 24 sucks up the spallation target 100 discharged from the steam generator 23, applies pressure, and sends it to the reactor core 22 side. Thereby, the nuclear fragmentation target 100 circulates in the reactor vessel 21.
[0028]
Next, the irradiation apparatus 3 includes a proton accelerator 31 and a beam introduction tube 32. The proton accelerator 31 accelerates protons and sends them to the beam introduction tube 32. The beam introduction tube 32 is a vacuum tube having a long cylindrical shape, and is provided so as to extend from the proton accelerator 31. The beam introduction tube 32 is drawn into the reactor vessel 21 through an opening provided in the rotary plug 26, and its tip is inserted into the target flow path 27 of the reactor core 22 from the upper plenum 28 side. The Further, the beam introduction tube 32 is supported by fixing the middle of the beam introduction tube 32 to the rotary plug 26. Further, the beam introduction tube 32 has a beam window 33 at its distal end. The beam window 33 is a window for irradiating the proton beam from the proton accelerator 31.
[0029]
The beam introduction tube 32 is installed in the target flow path 27 so that the irradiation direction of the proton beam is directed toward the lower in-furnace structure 25. The beam window 33 has a hemispherical shape, but may have a conical shape or a semi-elliptical shape. Accordingly, there is an advantage that the structural strength of the beam window 33 with respect to the external pressure can be secured in the target flow path 27 that is heated to a high temperature and a high pressure by the spallation target 100.
[0030]
In the accelerator-driven transmutation system 1, the spallation target 100 passes through the target flow path 27 of the core tank 22 from the lower in-core structure 25 side toward the upper plenum 28 side. At this time, the spallation target 100 is irradiated with a proton beam from the beam window 33 of the irradiation device 3 and spalted to generate neutrons. Then, this neutron collides with the fuel in the fuel assembly 101 in the reactor core 22, and the fuel is fissioned. This shortens the life of the fuel in the fuel assembly 101 and converts it into a stable nuclide. At this time, the spallation target 100 generates heat due to spallation and fission of the fuel assembly 101. And the spallation target 100 is suck | inhaled from the plenum 28 in the steam generator 23, heat-exchanges, and is cooled. The steam generator 23 supplies the energy obtained by this heat exchange to the power generation system 4 and uses it for power generation. The electric power thus obtained is used for driving the accelerator-driven nuclear conversion system 1, and surplus electric power is sold as commercial electric power. And the spallation target 100 obtains fluid force with the circulation pump 24, circulates in the subcritical furnace 2, and repeats the said effect | action.
[0031]
(Beam window cooling means)
FIG. 4 is a perspective view showing the beam window cooling means described in FIGS. FIG. 5 is a side sectional view showing an installation state of the beam window cooling means shown in FIG. The beam window cooling means 5 includes a flow guide 51 and an orifice member 52. The beam window cooling means 5 is characterized in that the spallation target 100 in the target flow path 27 is guided to the beam window 33 of the irradiation device 3, thereby cooling the beam window 33. Here, the spallation target 100 is a spallation neutron source and is used as a coolant when it hits the beam window 33.
[0032]
The flow guide 51 is manufactured from a high-temperature high-strength material excellent in coexistence with the nuclear spallation target 100, such as SUS316 or other stainless steel, 9Cr1Mo steel, or 12Cr steel. The flow guide 51 has a substantially cylindrical shape, and is formed by extending one opening (inflow side of the target 100) into a trumpet shape (see FIGS. 4 and 5). Further, the flow guide 51 has a plurality of outflow holes 53 in the vicinity of the other opening. Six outflow holes 53 are provided in the circumferential direction of the flow guide 51. The number of outflow holes 53 is not limited to six.
[0033]
The flow guide 51 is attached to the tip of the beam introduction tube 32 at the opening on the outflow hole 53 side (see FIGS. 2 and 5). At this time, the flow guide 51 is installed so that its axial direction is aligned with the axial direction of the beam introduction tube 32 and covers the beam window 33 of the beam introduction tube 32. In addition, the flow guide 51 is suspended from the beam introduction tube 32 toward the in-furnace structure 25 with the beam introduction tube 32 installed in the target flow path 27, and with respect to the flow of the spallation target 100. It arrange | positions so that it may be located upstream from the beam window 33. FIG. Further, the flow guide 51 is arranged with its trumpet-shaped opening facing upstream with respect to the flow of the nuclear fragmentation target 100.
[0034]
On the other hand, the orifice member 52 is made of a cylindrical member and has an orifice 54 having a circular cross section formed in the center in the axial direction (see FIGS. 3 and 5). The orifice member 52 is installed inside the flow guide 51, and the orifice 54 forms a flow path. Thereby, the flow path in the flow guide 51 is narrower than the original diameter. In this embodiment, the orifice member 52 is attached to the flow guide 51 as a separate component. However, the present invention is not limited to this, and the orifice member 52 may be integrally formed with the flow guide 51 from the beginning. The former is preferable in that the processing is simple and inexpensive, and the latter is preferable in that the structural strength can be increased. The orifice member 52 directs the outlet of the orifice 54 toward the center of the beam window 33 in the installed state. In other words, the orifice member 52 is installed with the outlet of the orifice 54 directed toward the outer portion of the beam window 33 where a stagnation point is likely to occur due to the flow velocity distribution of the spallation target 100. In other words, the orifice member 52 is installed with the exit of the orifice 54 facing the portion where the beam window 33 is most likely to generate heat when irradiated with the proton beam.
[0035]
In this beam window cooling means 5, the flow guide 51 efficiently collects the spallation targets 100 flowing in the target flow path 27 when the accelerator-driven transmutation system 1 is in operation, and guides it to the beam window 33 to guide the beam window 33. To cool actively. Further, the flow guide 51 increases the flow rate of the spallation target 100 that hits the beam window 33, and effectively suppresses the generation of stagnation points on the beam window 33. Furthermore, the flow guide 51 increases the flow rate of the spallation target 100 on the surface of the beam window 33, and the cooling efficiency of the beam window 33 increases. Thus, there is an advantage that the structural soundness of the beam window 33 can be effectively improved. The nuclear fragmentation target 100 cools the beam window 33 and then flows out from the flow guide 51 through the outflow hole 53 (see FIG. 5).
[0036]
In the beam window cooling means 5, the orifice member 52 increases the flow velocity of the spallation target 100 flowing in the flow guide 51 during operation of the accelerator-driven transmutation system 1, thereby cooling the beam window 33 more efficiently. . Further, the orifice member 52 actively guides the spallation target 100 in the flow guide 51 to a portion where the stagnation point is likely to be generated on the beam window 33, and effectively suppresses the generation of the stagnation point. Thus, there is an advantage that the structural integrity of the beam window 33 can be more effectively improved.
[0037]
Further, the flow rate of the spallation target 100 in the target flow path 27 is not constant when the accelerator-driven transmutation system 1 is in operation. In this respect, the beam window cooling means 5 can arbitrarily adjust the flow rate of the spallation target 100 guided to the beam window 33 by changing the design and dimensions of the flow guide 51 and the orifice member 52. Thereby, since the spallation target 100 of required and sufficient flow volume can be supplied to the beam window 33, there exists an advantage which can cool the beam window 33 appropriately.
[0038]
The accelerator-driven transmutation system 1 may employ a so-called ductless fuel assembly. In such an accelerator-driven transmutation system 1, the duct 102 that houses the fuel assembly 101 is not used, and the fuel assembly 101 is directly arranged in the reactor core 22 of the reactor vessel 21. In such a configuration, since the target flow path 27 is not partitioned by the duct 102, a bypass flow from the target flow path 27 through the fuel assembly 101 group to the upper plenum 28 is generated. Then, there is a problem that the fragmentation target 100 in the target flow path 27 is taken away by this bypass flow, and the cooling efficiency of the beam window 33 is lowered. In this respect, the beam window cooling means 5 has an advantage that the beam window 33 can be reliably cooled because the nuclear fragmentation target 100 is collected from the upstream side by the flow guide 51 and actively guided to the beam window 33 side.
[0039]
In this accelerator-driven transmutation system 1, the beam window cooling means 5 is installed and installed on the beam window 33. For this reason, the beam window cooling means 5 can be easily replaced together with the beam window 33. In particular, since the beam window cooling means 5 is disposed in the target flow path 27, it is likely to be deteriorated by neutrons generated by nuclear fragmentation of the nuclear fuel assembly. In this respect, the beam window cooling means 5 is preferable in that it can be replaced periodically. The beam window 33 is replaced by pulling the beam introduction tube 32 upward. For this reason, if the beam window cooling means 5 is provided in this beam window, the replacement | exchange operation | work is easy compared with the case where it provides in the core tank 22 and the reactor internal structure 25. FIG.
[0040]
(Vibration suppression means)
6 is a cross-sectional view taken along the line B-B showing the vibration suppressing means described in FIG. 2. In this accelerator-driven transmutation system 1, the beam introduction tube 32 of the irradiation device 3 is supported from the side by the rotary plug 26 and is suspended and installed in the reactor vessel 21 (see FIGS. 1 and 2). ). For this reason, there is a risk that the tip of the beam introduction tube 32 (or the beam window 33) may be damaged due to vibration during system operation. In this respect, this accelerator-driven transmutation system 1 is characterized in that it has vibration suppressing means 6 that suppresses vibration of the beam introduction tube 32. Note that a problem related to the damage of the beam introduction tube 32 due to vibration is a specific problem caused by the configuration of the accelerator-driven transmutation system 1. In addition, this issue is new because no related research has been conducted yet.
[0041]
The vibration suppressing means 6 includes a first pad 61 and a second pad 62. The first pad 61 is attached to the outer periphery of the duct 102 of the fuel assembly 101 at a position corresponding to the vicinity of the tip of the beam introduction tube 32. Further, the first pad 61 functions as a grid spacer that regulates the interval between the adjacent fuel assemblies 101, 101 as described above. Note that pads as grid spacers are attached to all the fuel assemblies 101. However, in FIG. 2 and FIG. 6, illustration of other pads is omitted to prevent confusion between these and the first pads 61. ing. The first pad 61 is directly attached to the outer periphery of the fuel assembly 101 when the ductless fuel assembly 101 is employed.
[0042]
On the other hand, the second pad 62 has a protruding shape or a convex shape and is provided near the tip of the beam introduction tube 32. The second pad 62 is configured as a set of three bodies, and is fixedly installed on the peripheral surface of the beam introduction tube 32. The number of second pads 62 is not limited to this number. These second pads 62 are arranged radially around the beam introduction tube 32 in plan view (see FIG. 6). The second pads 62 are provided at heights corresponding to the first pads 61 and abut against the first pads 61 when the beam introduction tube 32 is installed. Thus, the first pad 61 and the second pad 62 are interposed between the beam introduction tube 32 and the fuel assembly 101 and support the beam introduction tube 32 with respect to the fuel assembly 101 in a fixed manner.
[0043]
In the vibration suppressing means 6, the first pad 61 and the second pad 62 fixedly support the beam introduction tube 32 and effectively suppress the vibration. In particular, since these pads 61 and 62 are provided in the vicinity of the tip of the beam introduction tube 32 that easily vibrates, the vibration can be more effectively suppressed. Thereby, there is an advantage that fatigue damage of the beam introduction tube 32 can be suppressed. In particular, in the accelerator-driven transmutation system 1, the beam window 33 of the irradiation device 3 is provided at the tip of the beam introduction tube 32, and the beam introduction tube 32 has a length of several meters. There is a risk of fatigue damage. Furthermore, since the beam window 33 generally has a thin-walled structure because of the function of irradiating the proton beam, it is very easily damaged by impact and external pressure. Moreover, since the inside of the target flow path 27 in which the beam window 33 is disposed becomes a high temperature and a high pressure when the system is operating, the beam window 33 is easily damaged. In these respects, this vibration suppressing means is preferable in that it can effectively prevent the beam window 33 from being damaged.
[0044]
The vibration suppressing means 6 has a synergistic advantageous effect in relation to the beam window cooling means 5 described above. In other words, the vibration suppressing means 6 suppresses vibration of the beam window cooling means 5 attached to the tip of the beam introducing tube 32 by suppressing vibration of the beam introducing tube 32. Thereby, the beam window cooling means 5 has the advantage which can guide the nuclear spallation target 100 which is a coolant to the beam window 33 stably. Further, since the vibration of the beam window cooling means 5 is also suppressed, there is an advantage that damage to the beam window cooling means 5 can be suppressed. In particular, the beam introduction tube 32 is likely to vibrate due to the mass of the provided beam window cooling means 5 and the fluid guide function. In addition, if the attached beam window cooling means 5 is damaged and the fragments fall on the in-furnace structure 25, a serious accident may occur. In these respects, the vibration suppressing means 6 is extremely useful.
[0045]
(Modification 1)
FIG. 7 is a perspective view showing a beam window cooling means according to the first modification of this embodiment. FIG. 8 is an explanatory view showing the operation of the beam window cooling means shown in FIG. In the above-described embodiment, a plurality of circular outflow holes 53 are provided in the flow guide 51 to secure a flow path through which the nuclear fragmentation target 100 flows out from the flow guide 51 (see FIGS. 4 and 5). In the first modification, the flow guide 51 has a slit 55 instead of the outflow hole 53 (see FIG. 7A). Alternatively, the flow guide 51 has a columnar portion 56 extending from the opening (see FIG. 7B), and is attached to the beam introduction tube 32 by this columnar portion 56. In the flow guide 51, the spallation target 100 guided to the inside and hitting the beam window 33 flows out along the hemispherical surface of the beam window 33 and flows out from the slit 55 or from the gap of the columnar portion 56. To do. Thereby, there exists an advantage which can escape the spallation target 100 in the flow guide 51 smoothly outside. This also has the advantage of facilitating the flow of the spallation target 100 in the vicinity of the beam window 33 and effectively suppressing the occurrence of stagnation points.
[0046]
(Modification 2)
FIG. 9 is a perspective view showing a beam window cooling means according to Modification 2 of this embodiment. This figure shows a modification of the orifice member 52 of the beam window cooling means 5. Note that the modification of the orifice member 52 shown in FIG. 9 is merely an example, and the orifice member 52 having the same effects as those described above may be appropriately configured within a range obvious to those skilled in the art.
[0047]
The orifice member 52 shown in FIG. 9A is characterized in that a plurality of (three) small orifices 57 are provided on the outer periphery in addition to the orifice 54 provided at the center. In such an orifice member 52, the spallation target 100 is also ejected from these small orifices 57 and guided to the beam window 33, so that a flow velocity distribution more suitable for cooling the beam window 3 can be obtained in the vicinity of the beam window 33. There are advantages. Thereby, there exists an advantage which can suppress effectively generation | occurrence | production of the stagnation point in the beam window 33 vicinity.
[0048]
Further, the orifice member 52 shown in FIG. 9B is provided with more (six) small orifices 57 than the orifice member 52 described in FIG. 9A, and these small orifices. 57 is characterized in that it is formed along the inner wall surface of the flow guide 51. In the orifice member 52, the spallation target 100 flows along the wall surface of the flow guide 51, so that there is an advantage that a more suitable flow velocity distribution can be obtained in the flow guide 51. Thereby, there exists an advantage which can suppress effectively generation | occurrence | production of the stagnation point in the beam window 33 vicinity.
[0049]
Further, the orifice member 52 shown in FIG. 9C is characterized in that the small orifice 57 is formed in a spiral shape as compared with the orifice member 52 shown in FIG. 9B. In the orifice member 52, the spallation target 100 flows out from these small orifices 57 as a swirling flow and is guided to the beam window 33. Thereby, since turbulent flow is generated in the vicinity of the beam window 33, there is an advantage that generation of a stagnation point can be effectively suppressed.
[0050]
(Modification 3)
Furthermore, the center C ′ of the orifice 54 may be shifted from the center C of the orifice member 52 as in the orifice member 52 shown in FIGS. With such a configuration, the spallation target 100 flowing out of the orifice 54 can be caused to collide with being shifted from the apex portion SP of the beam window 33. By doing in this way, since the spallation target 100 always flows on the surface of the vertex part SP where the temperature of the beam window 33 becomes the highest, the cooling efficiency of the part is improved. Although not shown, a rod-shaped member is arranged in the beam window cooling means 5 so as to be orthogonal to the flow direction of the target 100 to generate a vortex flow of the target 100 behind the rod-shaped member. The beam window 33 may be caused to collide. In this manner, the heat transfer efficiency on the surface of the beam window 33 may be improved by forming a vortex flow, and the cooling efficiency of the beam window 33 may be increased.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the accelerator-driven transmutation system according to the present invention, the flow guide is provided in the target flow path and upstream of the beam window, and the nuclear spallation target in the target flow path is provided by the flow guide. Since the beam window is guided to the beam window, the beam window is actively cooled by the spallation target, and the structural integrity of the beam window can be effectively improved.
[0052]
Further, according to the accelerator-driven transmutation system according to the present invention, the vibration suppressing means is provided between the fuel assembly and the beam introduction tube, and the beam introduction tube is fixed to the fuel assembly. There is an advantage that damage due to vibration of the beam introduction tube can be effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an accelerator-driven transmutation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of the accelerator-driven transmutation system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA showing the beam window cooling means described in FIG. 2;
4 is a perspective view showing a beam window cooling means described in FIGS. 1 to 3; FIG.
FIG. 5 is a side cross-sectional view showing an installation state of the beam window cooling means described in FIG. 4;
6 is a cross-sectional view taken along the line BB showing the vibration suppressing means described in FIG. 2;
FIG. 7 is a perspective view showing beam window cooling means according to a first modification of the embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view showing the operation of the beam window cooling means shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a perspective view showing beam window cooling means according to a second modification of the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Accelerator-driven transmutation system
2 Subcritical furnace
3 Irradiation device
5 Beam window cooling means
6 Vibration suppression means
27 Target flow path
32 Beam introduction tube
33 Beam window
51 Flow Guide
54 Orifice
55 slits
56 Columnar part
57 Small orifice
61 Pat
62 Pad
100 spallation target
101 Fuel assembly

Claims

A subcritical reactor surrounded by a fuel assembly and having a target flow path serving as a flow path for a spallation target;
An irradiation apparatus having a beam window serving as an irradiation hole for a proton beam, and installed by inserting the beam window into the target flow path;
A flow guide disposed in the target flow path and upstream of the beam window, and guiding a spallation target to the beam window;
An accelerator-driven transmutation system comprising:

The accelerator-driven transmutation system according to claim 1, wherein the flow guide is integrally formed with the beam window.

The accelerator-driven transmutation system according to claim 1 or 2, wherein the flow guide has an orifice therein.

4. The accelerator-driven nucleus according to claim 3, wherein the orifice is formed so that a flow direction of the spallation target tends to generate a stagnation point of the spallation target flow on the beam window. Conversion system.

The accelerator-driven transmutation system according to claim 3 or 4, wherein the orifice has a turbulent flow generation structure.

A subcritical reactor surrounded by a fuel assembly and having a target flow path serving as a flow path for a spallation target;
An irradiation device having a beam introduction tube and installed by inserting the beam introduction tube into the target flow path;
Vibration suppressing means interposed between the beam introduction tube and the fuel assembly, and holding the beam introduction tube fixed to the fuel assembly;
An accelerator-driven transmutation system comprising:

The vibration suppressing means includes a first pad provided on the fuel assembly side and a second pad provided on the beam introduction tube side, and the first pad and the second pad are The accelerator-driven transmutation system according to claim 6, wherein the beam introduction pipes are in contact with each other in the installed state.

In an irradiation apparatus having a beam window to be a proton beam irradiation hole and installed by inserting the beam window into a target channel,
The flow path is disposed in the target flow path and upstream of the beam window, and has a flow guide for guiding the spallation target to the beam window, and the flow guide is integrally formed with the beam window. Irradiation device characterized by.

A flow guide, wherein the flow guide is disposed upstream of a beam window serving as a proton beam irradiation hole in the target flow path, and guides a spallation target flowing in the target flow path to the beam window.