JP2022506743A - 二流体炉-液体金属核分裂性物質を用いた変形(DFR/m) - Google Patents
二流体炉-液体金属核分裂性物質を用いた変形(DFR/m) Download PDFInfo
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Abstract
Description
(好ましくは4:1の比率、すなわち、好ましくは約80原子%のU、約20原子%のCr)、
2. ウラン/マンガン
(好ましくは4:1の比率、すなわち、好ましくは約80原子%のU、約20原子%のMn)、及び/または
3. トリウム/鉄
(好ましくは7:3の比率、すなわち、好ましくは約70原子%のTh、約30原子%のFe)
2. Pu/U/Crからなる三元混合物。特に好ましくは、[7、12]原子%のPu-239、[67、74]原子%のU-238、[19、21]原子%の{CrまたはMn}からなる三元混合物が最初に使用される。Puの割合は、U-238の変換によってほぼ一定に維持される。U-238は消費され、そして核分裂生成物に置き換えられる。
3. U/Th/Fe/Crからなる四元混合物。特に好ましくは、[7、12]原子%のU-233、[1、4]原子%の{CrまたはMn}、[59、64]原子%のTh-232及び[25、29]原子%のFeからなる四元混合物が最初に使用される。ここではU-233は、唯一の強核分裂性物質として必要である。トリウムは、U-233への変換のための消費用の親物質でしかない。Fe及びCrからなる混合物は、四元混合物のための共晶条件を達成するべきである。
4. Pu/Th/Fe/Crからなる四元混合物。この四元混合物は、U-233燃焼のためのトリウムサイクル用のスタートインベントリとして機能する。というのも、プルトニウムは、U-233よりも非常に簡単に入手可能であるからである。特に好ましくは、[7、12]原子%のPu、[1、4]原子%の{CrまたはMn}、[59、64]原子%のTh-232及び[25、29]原子%のFeからなる混合物が最初に使用される。五元混合物U/Pu/Th/Fe/Crが一時的に生じ、U/Th/Fe/Crとなる。
5. U/Pu/Th/Fe/Crからなる五元混合物。この五元混合物は、U-238からのプロトニウムの再生の他にトリウムからU-233を最大限に増殖させるためにプロトニウムの非常に高い中性子収率が使用されるハイブリッド稼働のために適している。逆に、トリウム/U-238の割合は、バーナー/焼却炉の稼働のために変換速度が最小化されるように調節される。この目的のためには、核分裂性物質を希釈する中性子物理的にほぼ不活性の物質、例えばZr、AlまたはMgを添加することもできる。成分の割合は、燃焼度の最適化からも決まる。
液体金属燃料を用いて稼働されるDFRの中性子物理的シミュレーションは、臨界条件を満たすための強核分裂性物質の濃度は、炉心の公称出力に依存して約10原子%である必要があることを示した。600MWthのSMR炉心では、これは約11原子%であり、3000MWthの慣用の発電所規模では約9原子%であり、そして30000MWthの精油所のプロセス熱施設では約8原子%である。異なる強核分裂性核種の濃度差は千分率範囲であり、ここで、高速スペクトルにおける中性子収率が最大であるためにプロトニウムが下限となる。クロムは、合金成分として、ウランと組み合わせた場合に、マンガンと比べると中性子の吸収が少ないという利点を有するが、この差異は、排除基準ではない。Crの他、Mnも使用することができる。Mnの使用は、補償のために強核分裂性物質の濃度の増加を必要とする。更に、このシミュレーションは、中性子スペクトルが非常に硬く;そしてそれによって偶数の中性子数を有する複数の核種が可燃になる、すなわちKinf>1となる。これらは、実際の稼働のために重要な核種U-234、Pu-240及びPu-242である。これは、炉の変換速度を飛躍的に高める結果となる、というのも、上記の核種の発生は、もはやステアリルな中性子捕獲ではないからである。U/Puサイクルのためには、これは、例えば1.3から2.1への上昇を意味する。それよって、地層処分しなければならない廃棄物問題を構成する、従前の原子力発電所の使用済み燃料集合体からの超ウラン元素の焼却が最高の効率で可能になる。
Claims (10)
- 液体燃料ライン中に液体燃料を含み、この液体燃料が、主たる割合のアクチノイド類を有する金属からなる液体混合物を液体金属核分裂性物質混合物として含むことを特徴とする、二流体炉(DFR)。
- アクチノイド類の割合が少なくとも69原子%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の炉。
- 追加的な非アクチノイド系金属が、クロム(Cr)、マンガン(Mn)及び/または鉄(Fe)から選択されることを特徴とする、請求項1または2に記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、(好ましくは4:1のモル比の)二元共晶ウラン/クロムまたはウラン/マンガンからなる及び/または(好ましくは7:3の比率の)トリウム/鉄からなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、最初は、[79、81]原子%のU、[19、21]原子%のCrとしての二元共晶ウラン/クロム、[79、81]原子%のU、[19、21]原子%のMnとしての二元共晶ウラン/マンガン、及び/または[69、71]原子%のTh、[29、31]原子%のFeからなり、好ましくは[7、12]原子%のU-235、[67、74]原子%のU-238、[19、21]原子%の{CrまたはMn}からなり、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項4に記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、プロトニウム/ウラン/クロムまたはプルトニウム/ウラン/マンガンからなる三元混合物であり、好ましくは、[7、12]原子%のPu-239、[67、74]原子%のU-238、[19、21]原子%の{CrまたはMn}からなる三元混合物であり、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、ウラン/トリウム/鉄/クロムまたはウラン/トリウム/鉄/マンガンからなる四元混合物であり、好ましくは、[7、12]原子%のU-233、[1、4]原子%の{CrまたはMn}、[59、64]原子%のTh及び[25、29]原子%のFeからなる四元混合物であり、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、プルトニウム/トリウム/鉄/クロムまたはプルトニウム/トリウム/鉄/マンガンからなる四元混合物であり、好ましくは、[7、12]原子%のPu、[1、4]原子%の{CrまたはMn}、[59、64]原子%のTh-232及び[25、29]原子%のFeからなる四元混合物であり、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、ウラン/プルトニウム/トリウム/鉄/クロムまたはウラン/プルトニウム/トリウム/鉄/マンガンからなる五元混合物であり、好ましくは、{CrまたはMn}=1/4(U及びPu)及びFe=3/7Thの限界条件で20原子%の{CrまたはMn}の上限及び30%原子%のFeと、U及びPu及びThの可変の割合を有するU/Pu/Th/Fe/{CrまたはMn}からなる五元混合物で有り、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の炉。
- 液体金属核分裂性物質混合物が、炉心中の新鮮なインベントリとして、[7、12]原子%のU-235、[67、74]原子%のU-238、[19、21]原子%の{CrまたはMn}からなる二元共晶であり、この際、百分率は合計して常に100%であり、及び場合によっては、U/Pu/Th/Fe/{CrまたはMn}からなる五元混合物が、リサイクルされたインベントリとして一時的に生じ、[7、12]原子%のU-233、[1、4]原子%の{CrまたはMn}、[59、64]原子%のTh及び[25、29]原子%のFeからなる四元混合物へと長期的に遷移し、この際、3原子%までの核分裂生成物元素が、上記の割合を相応して減少させ、但しそれらの組成比は維持しつつ、含まれていることができ、かつ百分率は合計して常に100%であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一つに記載の炉。
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