JP2021148515A - Nuclear transformation aggregate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長寿命核分裂生成物消滅のための高速炉用核変換集合体に関する。 The present invention relates to transmutation assemblies for fast reactors for the extinction of long-lived fission products.
核分裂炉で発生する核分裂生成物の中には長半減期をもつ核種(Long−lived−Fission Products :LLFP)が存在する。代表的なものとしては、セレン(79Se)、テクネチウム(99Tc)、パラジウム(107Pd)、ヨウ素(129I)、ジルコニウム(93Zr)、セシウム(135Cs)があり、地層処分において遠い将来にリスクが顕在化する可能性があるとされている。 Among the fission products generated in the fission reactor, there are nuclides (Long-live-Fission Products: LLFP) having a long half-life. Typical examples are selenium ( 79 Se), technetium ( 99 Tc), palladium ( 107 Pd), iodine ( 129 I), zirconium ( 93 Zr), and cesium ( 135 Cs) in the distant future in geological disposal. It is said that the risk may become apparent.
そのため、放射性廃棄物の減容および環境負荷低減対策の一つとして核変換技術が検討されてきた。これらの核変換技術は、LLFP核種を短半減期核種または安定核種へ変換を行うものであり、加速器、原子炉、加速器駆動未臨界炉などの方法が検討されているが、加速器を用いる場合は、LLFP核種の奇数核への分離(偶奇分離)が必要であり、また、大電流(1〜10A)が必要となる。 Therefore, transmutation technology has been studied as one of the measures to reduce the volume of radioactive waste and reduce the environmental load. These transmutation techniques convert LLFP nuclides into short-lived nuclides or stable nuclides, and methods such as accelerators, nuclear reactors, and accelerator-driven subcritical reactors have been studied. , LLFP nuclides need to be separated into odd nuclides (even-odd separation), and a large current (1-10A) is required.
一方、原子炉を用いる方法では、減速材とLLFP核種を混合、またはそれぞれの別の棒にしてLLFP集合体を構成し、原子炉に装荷して核変換を行う。炉心で発生した高速中性子は、LLFP集合体内の減速材により減速され、LLFP核種に吸収されて核変換が行われるが、減速された一部の中性子は、炉心に漏洩して隣接燃料棒の出力を上昇させ、大きな出力ピークを生じる。このため、従来は、共鳴エネルギー領域から熱エネルギー領域近傍に大きな共鳴吸収断面積を持つLLFPの1核種であるTcを用いたTc棒をLLFP集合体の最外層に配置することにより、隣接燃料棒の出力ピークを抑制する検討が行われてきた。しかし、TcはLLFP核種であり天然には存在しないため、使用済み燃料の再処理または医療用放射性物質の廃棄物より抽出・精製する必要があり、このための再処理プロセスまたはそのための施設が別途必要となる。 On the other hand, in the method using a nuclear reactor, the moderator and the LLFP nuclide are mixed or made into separate rods to form an LLFP aggregate, which is loaded into the nuclear reactor for transmutation. Fast neutrons generated in the core are decelerated by moderators in the LLFP aggregate and absorbed by LLFP nuclides for transmutation, but some of the decelerated neutrons leak to the core and output from adjacent fuel rods. Raises and produces a large output peak. Therefore, conventionally, by arranging a Tc rod using Tc, which is one nuclide of LLFP having a large resonance absorption cross section from the resonance energy region to the vicinity of the thermal energy region, in the outermost layer of the LLFP aggregate, the adjacent fuel rods are used. Studies have been conducted to suppress the output peak of. However, since Tc is an LLFP nuclide and does not exist in nature, it is necessary to reprocess spent fuel or extract and purify it from medical radioactive material waste, and a reprocessing process for this or a facility for that purpose is required separately. You will need it.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い核変換率を達成しつつ容易に入手できる物質によって構成され、LLFP集合体内部で減速された低エネルギー中性子が、集合体外部へ漏洩するのを抑えることが可能な、核変換集合体を提供することを目的とする。
中性子の反応断面積は、高速エネルギー領域よりも共鳴エネルギー領域から熱エネルギー領域にかけて増大することから、核変換を効率的に行うためには、高速中性子を減速する必要がある。このためには、中性子と同じ質量をもつ陽子を核とする水素を用いると、中性子を最も効率よく減速させて、多くの低エネルギー中性子を生成させることができる。
一方、減速された中性子の一部は、LLFP集合体から漏れて隣接燃料棒の核分裂を増大させ、燃料棒出力を増大(出力ピーク)させる。燃料棒出力の増大は、燃料中心温度を上昇させ、燃料溶融に至る可能性があるため避けなければならない。このように高核変換率を得るためには、効率的に多量の減速された中性子を生成しなければならないが、このことは、同時に燃料棒へ漏れる減速された中性子も増加させることになり、燃料棒出力ピークが生じる。このため、高核変換率を達成しつつ、入手容易な物質を用いることにより、減速された中性子がLLFP集合体から漏れることを抑制できる、LLFP集合体を提供することが本発明の目的である。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and low-energy neutrons composed of easily available substances while achieving a high transmutation rate and decelerated inside the LLFP aggregate leak to the outside of the aggregate. It is an object of the present invention to provide a transmutation aggregate capable of suppressing the above.
Since the reaction cross section of neutrons increases from the resonance energy region to the thermal energy region rather than the fast energy region, it is necessary to slow down the fast neutrons in order to carry out transmutation efficiently. For this purpose, hydrogen having a proton as a nucleus, which has the same mass as a neutron, can be used to slow down the neutron most efficiently and generate many low-energy neutrons.
On the other hand, some of the decelerated neutrons leak from the LLFP aggregate to increase the fission of adjacent fuel rods and increase the fuel rod output (output peak). Increased fuel rod output should be avoided as it raises the fuel core temperature and can lead to fuel melting. In order to obtain such a high transmutation rate, it is necessary to efficiently generate a large amount of decelerated neutrons, but this also increases the decelerated neutrons leaking to the fuel rods. Fuel rod output peaks occur. Therefore, it is an object of the present invention to provide an LLFP aggregate capable of suppressing leakage of decelerated neutrons from the LLFP aggregate by using an easily available substance while achieving a high transmutation rate. ..
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
(1)本発明の一態様に係る核変換集合体は、第一中性子を照射し、核分裂生成物の核変換を行う核変換部と、前記核変換部の周りに配置され、前記第一中性子のうち、核変換に関与していない第二中性子を吸収する第二中性子吸収部と、を備え、前記第二中性子吸収部が、平均2MeVのエネルギーを有する前記第一中性子が照射された際に、前記第一中性子に対する中性子捕獲断面積が10b(1b=10−24cm2)以下となり、かつ核変換部で減速され、熱中性子エネルギー(約0.0253eV)以下のエネルギーを有する前記第二中性子が照射された際に、前記第二中性子に対する中性子捕獲断面積が103b以上となる性質を有する。 (1) The nuclear conversion aggregate according to one aspect of the present invention is arranged around the nuclear conversion unit and the nuclear conversion unit that irradiates the first neutron to perform nuclear conversion of the nuclear fission product, and the first neutron. Of these, a second neutron absorbing unit that absorbs a second neutron that is not involved in nuclear conversion is provided, and when the second neutron absorbing unit is irradiated with the first neutron having an average energy of 2 MeV. The neutron capture cross-sectional area for the first neutron is 10b (1b = 10-24 cm 2 ) or less, and the second neutron has an energy of thermal neutron energy (about 0.0253 eV) or less after being decelerated by the nuclear conversion unit. There upon irradiation, have the property of neutron capture cross section for the second neutron it becomes 10 3 b or more.
(2)上記(1)に記載の核変換集合体において、前記第二中性子吸収部が、ガドリニウム、サマリウム、ユーロピウム、カドミウムのうち、少なくとも一つを主成分として含むことが好ましい。 (2) In the transmutation aggregate according to (1) above, it is preferable that the second neutron absorber contains at least one of gadolinium, samarium, europium, and cadmium as a main component.
(3)上記(1)または(2)のいずれかに記載の核変換集合体において、前記核変換部が、前記核分裂生成物とともに、水素を含む減速材を備えていることが好ましい。 (3) In the transmutation aggregate according to any one of (1) or (2) above, it is preferable that the transmutation unit includes a moderator containing hydrogen together with the fission product.
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の核変換集合体において、前記第二中性子吸収部が、前記第二中性子の照射量が多い領域ほど、厚く形成されていることが好ましい。 (4) In the transmutation aggregate according to any one of (1) to (3) above, the second neutron absorbing portion is formed thicker as the irradiation amount of the second neutron is larger. Is preferable.
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の核変換集合体において、前記核変換部が一方向に延在する柱体であり、前記第二中性子吸収部が、前記核変換部と同じ方向に延在する一本以上の柱体からなっていてもよい。 (5) In the transmutation aggregate according to any one of (1) to (4) above, the transmutation portion is a prism extending in one direction, and the second neutron absorption portion is the said. It may consist of one or more prisms extending in the same direction as the transmutation section.
(6)上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の核変換集合体において、前記核変換部が一方向に延在する柱体であり、前記第二中性子吸収部が、前記核変換部の周方向に沿って延在する板体であってもよい。 (6) In the transmutation aggregate according to any one of (1) to (4) above, the transmutation unit is a prism extending in one direction, and the second neutron absorption unit is the above. It may be a plate extending along the circumferential direction of the transmutation part.
本発明の核変換集合体では、核変換部の周りに、高エネルギー領域で中性子捕獲断面積が小さく、低エネルギー領域で中性子捕獲断面積が大きい性質を有する第二中性子吸収部が配置されている。そのため、炉心の周囲に設置した場合に、炉心から漏れてくる高速の第一中性子については、第二中性子吸収部で吸収されずに、核変換部内に導くことができ、核反応に寄与させることができる。一方、LLFP集合体内部で減速され、集合体外部に漏れ出る低エネルギーの第二中性子については、第二中性子吸収部で高い頻度で吸収される。このような性質を有する第二中性子吸収部の物質は、例えば、地殻中に比較的多く存在するガドリニウムから生成されるガドリニアであり、医療や原子炉の燃料で中性子毒物として使用されている。したがって、本発明の核変換集合体は、容易に入手できる物質によって構成され、核変換に関与せずに減速した中性子の漏洩を抑えることができる。 In the transmutation assembly of the present invention, a second neutron absorption unit having a property that the neutron capture cross-sectional area is small in the high energy region and the neutron capture cross-sectional area is large in the low energy region is arranged around the transmutation unit. .. Therefore, when installed around the core, high-speed first neutrons leaking from the core can be guided into the transmutation section without being absorbed by the second neutron absorption section, contributing to the nuclear reaction. Can be done. On the other hand, the low-energy second neutron that is decelerated inside the LLFP aggregate and leaks to the outside of the aggregate is absorbed frequently by the second neutron absorber. The substance of the second neutron absorber having such properties is, for example, gadolinium produced from gadolinium which is relatively abundant in the crust, and is used as a neutron poison in medical treatment and fuel for nuclear reactors. Therefore, the transmutation aggregate of the present invention is composed of easily available substances, and can suppress the leakage of decelerated neutrons without being involved in the transmutation.
以下、本発明を適用した実施形態に係る核変換集合体について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the transmutation aggregate according to the embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component may not be the same as the actual one. No. Further, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.
図1は、本発明の一実施形態に係る原子炉(LLFP装荷炉)100の断面図である。原子炉100は、主に、炉心101、LLFP集合体102、径ブランケット103、遮蔽体104によって構成されている。炉心101は柱状であり、炉心101の周りを、LLFP集合体102、径ブランケット103、遮蔽体104が、順に被覆するように構成されている。炉心101は、核分裂性物質の富化度の異なるいくつかの領域(2領域の場合は内側炉心および外側炉心と呼ばれる)から構成されており、中性子による核分裂連鎖反応により熱が発生する。核分裂に寄与しない中性子の一部は炉心から漏洩する。径ブランケット103は、燃料の親物質からなり、炉心から漏洩した中性子を捕獲することにより、新たに燃料を生成する。遮蔽体104は、ステンレス鋼からなり、原子炉容器や原子炉容器内の主要な機器に対して、炉心からの中性子線やガンマ線を遮蔽する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a nuclear reactor (LLFP loading furnace) 100 according to an embodiment of the present invention. The
図2は、図1の原子炉100を構成する複数のLLFP集合体(核変換集合体)102のうち、一つのLLFP集合体102Aを拡大した図である。LLFP集合体102Aは、主に、核変換部105と、第二中性子吸収部106と、を備えている。
FIG. 2 is an enlarged view of one
核変換部105は、半減期が長いセレン(Se)、テクネチウム(Tc)、パラジウム(Pd)、ヨウ素(I)、ジルコニウム(Zr)、セシウム(Cs)等の核分裂生成物(LLFP核種)のうち、少なくとも一つを含む複数本の柱体を束ねた集合体である。炉心101で発生し、平均2MeVのエネルギーを有する高速の中性子(第一中性子)N1を、核変換部105に照射することにより、LLFP核種を半減期の短い別の核種または安定核種に変換する。
The
第二中性子吸収部106は、核変換部105の周りに配置される。核変換部105は、一方向に延在する柱体であり、第二中性子吸収部106は、例えば、核変換部105と同じ方向に延在する、一本以上の柱体(棒状部材)からなる。核変換部105の周りに棒状部材が形成する層は、一層であってもよいし、複数層であってもよい。また、棒状部材は層の内部の一部であってもよい。なお、第二中性子吸収部106の形状は、核変換部105の周方向に沿って延在し、柱体核変換部105の外周を連続的に覆う板体(筒体)であってもよい。第二中性子吸収部106の厚みは、その内部での中性子の平均自由行程以上であることが好ましい。また、第二中性子吸収部106は、第二中性子N2の照射量が多い領域ほど、厚く形成されていることが好ましい。
The second
第二中性子吸収部106は、第一中性子N1が照射された際に、第一中性子N1に対する中性子捕獲断面積が10b以下となり、かつ熱中性子エネルギー以下のエネルギーを有する第二中性子N2が照射された際に、前記第二中性子の中性子捕獲断面積が103b以上となる性質を有する。つまり、第二中性子吸収部106は、高エネルギー領域で中性子捕獲断面積が小さく、低エネルギー領域で中性子捕獲断面積が大きい。
In the second
第一中性子N1に対する中性子捕獲断面積を10b以下とすることにより、炉心101から発生した第一中性子N1は、第二中性子吸収部106では吸収されず、核変換部105に到達することができ、核変換部105内のLLFP核種の核変換を行うことができる。
By setting the neutron capture cross-sectional area for the first neutron N 1 to 10b or less, the first neutron N 1 generated from the
第二中性子N2に対する中性子捕獲断面積を103b以上とすることにより、核変換部105内で減速された第二中性子(熱中性子)N2を吸収することができ、第二中性子N2のLLFP集合体外(炉心101側)への漏洩を抑えることができる。これにより、LLFP集合体に隣接する燃料棒の熱中性子による出力ピークを抑えることができる。
By the neutron capture cross section for the second neutron N 2 and 10 3 b above, it is possible to absorb a second neutron (thermal neutrons) N 2, which is decelerated in the
上記性質を有する第二中性子吸収部106は、例えば、天然のガドリニウム、サマリウム、ユーロピウム、およびカドミウムのうち、少なくとも一つを含む化合物または合金により実現することができる。例えば、それぞれ、Gd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Cdなどの化学形態である。図4〜8のグラフから、いずれの元素も、低エネルギー領域で中性子捕獲断面積が103b以上であり、熱中性子の漏洩を抑えられると考えられる。
The
核変換部105には、核分裂生成物とともに、水素を含む減速材を含んでいることが好ましい。減速材を含むことにより、中性子が効率よく減速されるため、LLFP核種の核変換率を高めることができる。減速材としては、例えば、YH2等を用いることができる。
It is preferable that the
以上のように、本実施形態に係る核変換集合体102Aでは、核変換部105の周りに、高エネルギー領域で中性子捕獲断面積が小さく、低エネルギー領域で中性子捕獲断面積が大きい性質を有する第二中性子吸収部106が配置されている。そのため、原子炉100の炉心101の周囲に設置した場合に、炉心101から直接照射される高速の第一中性子N1については、第二中性子吸収部106で吸収させずに、核変換部105内に導くことができ、核反応に寄与させることができる。一方、核反応に寄与しないで炉心101側に飛び出そうとする第二中性子N2については、第二中性子吸収部106で高い頻度で吸収することができる。このような性質を有する第二中性子吸収部の材料は、ガドリニウム等の安定核種であり、地殻中に比較的多く存在し、医療や原子炉の燃料で中性子毒物として使用されている。したがって、本発明の核変換集合体102Aは、容易に入手できる材料によって構成され、核変換に関与せずに減速した中性子が漏洩するのを抑えることができる。
As described above, the
本発明では、中性子吸収物質としてガドリニウムを使用する。商業用軽水炉では熱伝導度の低下を考慮して重量比10wt%以下のGd2O3をUO2燃料に混在させてガドリニア入り燃料として炉心の余剰反応度を制御するための手段として実用化されている。本発明では、天然Gdを用いたGd2O3を棒として単独で被覆管内に装荷して用いる。原子炉ではMOX燃料中空部に装荷する目的で細径のGd2O3棒および(Gd,Zr)Oy棒が照射試験用に製造された。押出成形法により直径1.23mm〜1.26mm、密度は95.4〜96.7%のGd2O3棒が作成され、化学成分、寸法、密度、真直度とも設計仕様を十分満足する結果が得られたことが報告されている。(PNC TN1340 95−004,動燃技法No.96 1995.12)。このことから、原子炉に装荷できる高理論密度を持つGd2O3棒が十分設計・製造でき、本発明は現実的に具体化され得ると言える。 In the present invention, gadolinium is used as the neutron absorber. In commercial light water reactors, Gd 2 O 3 with a weight ratio of 10 wt% or less is mixed with UO 2 fuel in consideration of the decrease in thermal conductivity, and it is put into practical use as a means for controlling the excess reactivity of the core as a fuel containing gadlinear. ing. In the present invention, Gd 2 O 3 using natural Gd is independently loaded in the cladding tube as a rod and used. In the reactor, small diameter Gd 2 O 3 rods and (Gd, Zr) Oy rods were manufactured for irradiation tests for the purpose of loading the hollow part of MOX fuel. Gd 2 O 3 rods with a diameter of 1.23 mm to 1.26 mm and a density of 95.4 to 96.7% were produced by the extrusion molding method, and the chemical composition, dimensions, density, and straightness were all sufficiently satisfied with the design specifications. Has been reported to have been obtained. (PNC TN1340 95-004, Power Reactor Technique No. 96 1995.12). From this, it can be said that the Gd 2 O 3 rod having a high theoretical density that can be loaded into the nuclear reactor can be sufficiently designed and manufactured, and the present invention can be realistically embodied.
本発明によるLLFP集合体では、最外周を除く内部に水素を減速材として装荷できるため、高核変換率を達成することができる。これにより、炉心からの漏洩中性子が大きいブランケット第一層にこのLLFP集合体を装荷することにより、LLFP廃棄物を大幅に減量することができ、廃棄物の減容と地層処分における潜在的放射能のリスクを減少させることができる。 In the LLFP aggregate according to the present invention, hydrogen can be loaded as a moderator inside except for the outermost circumference, so that a high transmutation rate can be achieved. As a result, by loading this LLFP aggregate into the first layer of the blanket, which has a large amount of neutron leakage from the core, the amount of LLFP waste can be significantly reduced, and the potential radioactivity in waste volume reduction and geological disposal can be reduced. Risk can be reduced.
炉心からの漏洩中性子を利用するLLFP核種の核変換では、漏洩中性子の多い小型高速増殖炉(約700MWt)が高い核変換率を与える。この小型高速増殖炉を用いると、I、Pd、SeなどのLLFP核種の核変換に対しては、燃料の増殖をしながら、自分が発生させたLLFP核種を消滅させることができるという革新的な原子炉の設計が可能となる。 In the transmutation of LLFP nuclides using leaked neutrons from the core, a small fast breeder reactor (about 700 MWt) with many leaked neutrons gives a high transmutation rate. Using this small fast breeder reactor, for transmutation of LLFP nuclides such as I, Pd, and Se, it is innovative that the LLFP nuclides generated by oneself can be extinguished while propagating the fuel. Allows the design of nuclear reactors.
また、このクラスの小型高速増殖炉5基を核変換に用いると将来投入される大型高速増殖炉(約3500MWt)が排出するLLFP核種3基分を消滅させることができる。すなわち、発電をしながら超長寿命核分裂生成物を処理する原子力システムが構築されることになり、エネルギー供給と廃棄物処理の軽減および潜在的リスクの低減の両立が可能となり将来への負の遺産を避けることができることから、人類の持続的発展が期待できる。 In addition, if five small fast breeder reactors of this class are used for transmutation, three LLFP nuclides emitted by a large fast breeder reactor (about 3500 MWt) to be introduced in the future can be eliminated. In other words, a nuclear system that processes ultra-long-lived fission products while generating electricity will be constructed, and it will be possible to achieve both energy supply, reduction of waste treatment, and reduction of potential risk, which is a negative legacy for the future. Since it is possible to avoid the above, sustainable development of humankind can be expected.
以下、実施例により、本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be further clarified by examples. The present invention is not limited to the following examples, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.
図9は、LLFP集合体装荷部102の近傍を拡大した図である。一つ一つのLLFP集合体102Aの中には、LLFP核種と減速材を含む複数のLLFP棒102Bが配置されている。LLFP集合体102Aの内側(炉心中心側)は、複数の燃料集合体101Aで構成されており、一つ一つの燃料集合体101Aの中に、プルトニウムを含有する複数の燃料棒101Bが配置されている。LLFP集合体102Aの外側は、複数のブランケット集合体103Aで構成されており、一つ一つのブランケット集合体103Aの中に、劣化ウランまたは天然ウランペレットを含有する複数のブランケット棒103Bが配置されている。
FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the LLFP
(実施例1)
LLFP集合体102Aに隣接する燃料棒101Bは、減速された中性子の一部がLLFP集合体から漏れて核分裂を増大させるため出力が高くなる。特に、LLFP集合体102Aに2面で接する燃料棒101C(燃料集合体101Aのコーナーに位置する燃料棒101C)に、高い出力ピークが現れる。隣接燃料集合体の燃料棒101Bの平均出力を1.0と規格化した場合の燃料棒出力ピークは、2.44という高い値を示す。この出力ピークを抑制するためには、LLFP集合体102Aからの熱中性子の漏洩を遮断することが必要である。そのため、LLFP集合体102Aの最外周のピンに熱中性子を吸収する物質を全周またはその一部分に装荷する。この場合、炉心からの高速中性子がLLFP集合体102Aの核変換部102Bに入射することを妨げず、且つLLFP集合体102Aで生成された熱中性子が燃料集合体側への漏洩することを遮断するような物質でなければならない。このような物質が、ガドリニウム、サマリウム、ユーロピウムやカドミウムの様な元素を含む物質である。
(Example 1)
The
(実施例2)
上記実施形態のLLFP集合体の第二中性子吸収部106を核変換部105に変更した構成で、図1に示す円筒体系で原子炉内の中性子挙動シミュレーションを行い、隣接する燃料棒の出力ピークの評価を行った。核変換部は図1のLLFP集合体装荷部102と径ブランケット103が2層の三層構造とし、いずれの層においても、減速材として機能するYH2の体積割合を90%とした。また、約90(cm)離れた位置から、LLFP集合体が配置されているとした。
(Example 2)
In the configuration in which the second
図1のLLFP集合体装荷部102に装荷されたLLFP集合体を径ブランケット集合体103Aに変更した構成でも、隣接する燃料棒の出力についてシミュレーションを行った。
Even in the configuration in which the LLFP assembly loaded in the LLFP
図10は、それぞれの場合のシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの横軸は炉心中心からの距離を示しており、グラフの縦軸は燃料集合体内で規格化(燃料棒平均出力を1.0に規格化)された燃料棒の出力を示している。
前者シミュレーション結果においては、LLFP集合体の近傍領域において、2.74という大きな出力ピークが発生している。この結果から、核変換部で減速した熱中性子が、隣接する燃料棒に漏洩し、その出力を局所的に上昇させていることが分かる。
これに対し、径ブランケットが装荷された後者のシミュレーション結果では、出力が滑らかに低下しており、前者シミュレーション結果で発生したような出力ピークは見られない。
FIG. 10 is a graph showing the simulation results in each case. The horizontal axis of the graph shows the distance from the center of the core, and the vertical axis of the graph shows the output of the fuel rods standardized in the fuel assembly (the average output of the fuel rods is standardized to 1.0).
In the former simulation result, a large output peak of 2.74 is generated in the vicinity region of the LLFP aggregate. From this result, it can be seen that the thermal neutrons decelerated at the transmutation part leak to the adjacent fuel rods and locally increase their output.
On the other hand, in the latter simulation result in which the diameter blanket is loaded, the output is smoothly reduced, and the output peak as generated in the former simulation result is not observed.
(実施例3)
第二中性子吸収部106に含まれるGd2O3の体積割合と、LLFP集合体に隣接する燃料棒で発生する出力ピークの照射時間依存性を調べた。図11は、その結果を示すグラフである。グラフの横軸は中性子の照射時間を示し、グラフの縦軸は隣接燃料棒の出力ピークを示している。いずれの場合においても中性子の照射により強吸収体である155Gdおよび157Gdが減少するため、照射時間に比例して出力ピークが高くなる傾向が見られる。ただし、Gd2O3の体積割合が大きいほど、立ち上がりが緩やかであり、長期間、出力ピークを低く抑えられることが分かる。一方、Gd2O3の体積割合が小さくても、照射時間が短ければ出力ピークを低く抑えられることが分かる。これらの結果から、目標とする照射時間および許容線出力に合わせて、適切なGd2O3の体積割合を選択できることが分かる。例えば、許容出力ピークが1.6の場合、1200日照射するためにはGd2O3の体積割合は100%でなければならない。
(Example 3)
The volume ratio of Gd 2 O 3 contained in the
100・・・原子炉
101・・・炉心
101A・・・燃料集合体
101B・・・燃料棒
102・・・LLFP集合体(装荷部)
102A・・・LLFP集合体
102B・・・LLFP棒
103・・・径ブランケット
103A・・・ブランケット集合体
103B・・・ブランケット棒
104・・・遮蔽体
105・・・核変換部
106・・・第二中性子吸収部
N1・・・第一中性子
N2・・・第二中性子
100 ...
102A ... LLFP aggregate 102B ...
Claims (6)
前記核変換部の周りに配置され、前記第一中性子のうち、核変換に関与していない第二中性子を吸収する第二中性子吸収部と、を備え、
前記第二中性子吸収部が、平均2MeVのエネルギーを有する前記第一中性子が照射された際に、前記第一中性子に対する中性子捕獲断面積が10b以下となり、かつ核変換部で減速され熱中性子エネルギー以下のエネルギーを有する前記第二中性子が照射された際に、前記第二中性子に対する中性子捕獲断面積が103b以上となる性質を有することを特徴とする核変換集合体。 A transmutation unit that irradiates the first neutron and performs transmutation of fission products,
It is provided with a second neutron absorption unit, which is arranged around the transmutation unit and absorbs a second neutron that is not involved in the transmutation among the first neutrons.
When the second neutron absorption unit is irradiated with the first neutron having an average energy of 2 MeV, the neutron capture cross-sectional area for the first neutron is 10b or less, and the neutron capture cross section is decelerated by the nuclear conversion unit to be less than the thermal neutron energy. of when the second neutron is irradiated with energy, transmutation aggregates neutron capture cross section for the second neutrons and having the property of the 10 3 b or more.
前記第二中性子吸収部が、前記核変換部と同じ方向に延在する一本以上の柱体からなる、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の核変換集合体。 It is a prism in which the transmutation part extends in one direction.
The transmutation aggregate according to any one of claims 1 to 4, wherein the second neutron absorption unit is composed of one or more prisms extending in the same direction as the transmutation unit. ..
前記第二中性子吸収部が、前記核変換部の周方向に沿って延在する板体である、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の核変換集合体。 It is a prism in which the transmutation part extends in one direction.
The transmutation aggregate according to any one of claims 1 to 5, wherein the second neutron absorbing unit is a plate body extending along the circumferential direction of the transmutation unit.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0763871A (en) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Hitachi Ltd | Fuel assembly, and reactor core of fast breeder reactor constituted thereof |
JPH08194082A (en) * | 1995-01-12 | 1996-07-30 | Hitachi Ltd | Assembly for extinction of fission product |
JPH1184043A (en) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Hitachi Ltd | Hydride fuel of reactor, hydride fuel assembly using fuel, and fast reactor using fuel |
JP2003532087A (en) * | 2000-04-26 | 2003-10-28 | ユーラトム | Method of extinction of trace actinide in nuclear reactor |
JP2015129747A (en) * | 2013-12-17 | 2015-07-16 | グローバル・ニュークリア・フュエル・アメリカズ・エルエルシー | Nuclear reactor fluence reduction system and method |
JP2016070743A (en) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | Fast neutron reactor core, fast neutron reactor and fast neutron reactor core design method |
-
2020
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0763871A (en) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Hitachi Ltd | Fuel assembly, and reactor core of fast breeder reactor constituted thereof |
JPH08194082A (en) * | 1995-01-12 | 1996-07-30 | Hitachi Ltd | Assembly for extinction of fission product |
JPH1184043A (en) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Hitachi Ltd | Hydride fuel of reactor, hydride fuel assembly using fuel, and fast reactor using fuel |
JP2003532087A (en) * | 2000-04-26 | 2003-10-28 | ユーラトム | Method of extinction of trace actinide in nuclear reactor |
US20040022342A1 (en) * | 2000-04-26 | 2004-02-05 | Joseph Magill | Method of incineration of minor actinides in nuclear reactors |
JP2015129747A (en) * | 2013-12-17 | 2015-07-16 | グローバル・ニュークリア・フュエル・アメリカズ・エルエルシー | Nuclear reactor fluence reduction system and method |
JP2016070743A (en) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | Fast neutron reactor core, fast neutron reactor and fast neutron reactor core design method |
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