JP3407037B2 - Direct cycle fast reactor - Google Patents

Direct cycle fast reactor

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JP3407037B2
JP3407037B2 JP2000148151A JP2000148151A JP3407037B2 JP 3407037 B2 JP3407037 B2 JP 3407037B2 JP 2000148151 A JP2000148151 A JP 2000148151A JP 2000148151 A JP2000148151 A JP 2000148151A JP 3407037 B2 JP3407037 B2 JP 3407037B2
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恭義 加藤
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、直接サイクル高速
炉に関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to direct cycle fast reactors.

【0002】[0002]

【従来の技術】ウランは、99.3%を占めるウラン−
238と残り0.7%を占めるウラン−235から構成
されている。現在原子力発電の主流を占めている加圧水
型原子炉や沸騰水型原子炉などの軽水炉では、ウラン−
235を3〜4%に濃縮した燃料が使用されている。そ
して、国際原子力機関(IAEA)の評価によれば、経
済的に採掘可能なウラン資源は西暦2070〜2100
年頃までに消尽してしまうと予測されている。
Uranium accounts for 99.3% of uranium.
It consists of 238 and uranium-235, which accounts for the remaining 0.7%. In light water reactors such as pressurized water reactors and boiling water reactors, which currently dominate nuclear power generation, uranium-
A fuel enriched with 235 to 3-4% is used. According to the evaluation of the International Atomic Energy Agency (IAEA), the economically minable uranium resources are 2070 to 2100 AD.
It is expected to be exhausted by about age.

【0003】一方、高速炉は、ウランの99.3%を占
めるウラン−238を原子炉内でプルトニウム−239
に転換し、このプルトニウム−239を燃焼させること
により発電する。したがって、ウラン資源を軽水炉の約
60倍有効利用することができ、高速炉によれば人類は
数千年に亘ってウラン資源をエネルギー源として使用す
ることができる。このため、先進国はこの高速炉を競っ
て開発してきた。
On the other hand, in the fast reactor, uranium-238, which accounts for 99.3% of uranium, is plutonium-239 in the reactor.
To generate electricity by burning this plutonium-239. Therefore, the uranium resource can be effectively used about 60 times that of the light water reactor, and the fast reactor allows humankind to use the uranium resource as an energy source for thousands of years. Therefore, developed countries have been competing to develop this fast reactor.

【0004】高速炉では、炉心におけるウラン−238
からプルトニウム−239への転換効率(増殖比)を増
大させるため、核分裂で発生した中性子ができる限り他
の物質と衝突して減速しないように、軽水炉に比較して
燃料棒のピッチは遥に小さく抑えられている。その結
果、高速炉の出力密度は軽水炉の4〜7倍程度となって
いる。そして、このような稠密炉心で高い冷却効率を得
るため、現在、冷却材として熱伝達特性の高い液体金属
ナトリウムが一般に用いられている。
In fast reactors, uranium-238 in the core
To plutonium-239 conversion efficiency (growth ratio), the pitch of fuel rods is much smaller than that of light water reactors so that neutrons generated by fission do not collide with other substances and slow down as much as possible. It is suppressed. As a result, the power density of the fast reactor is about 4 to 7 times that of the light water reactor. In order to obtain high cooling efficiency in such a dense core, liquid metal sodium having a high heat transfer characteristic is generally used as a coolant at present.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1)
液体金属ナトリウムは冷却系統から外部へ漏れて空気や
水と接触すると激しく反応し、冷却系統や周辺設備に損
傷を生じること、(2)事故時に炉心が過熱して液体金
属ナトリウムが沸騰した場合や気泡が流入してボイド化
した場合において、正の反応度(ナトリウムボイド反応
度)が挿入されて炉心がさらに過熱の方向に進むこと、
(3)冷却材として液体金属ナトリウムを用いた一次冷
却系統や二次冷却系統及び水蒸気系統などの冷却系統、
さらには凍結防止用予熱設備やナトリウム洗浄設備、ナ
トリウム漏洩対策設備などが必要となり、建設コストが
高くなるなどの問題があった。このため、高速炉の開発
を行っていたほとんどの先進国では開発をスローダウン
している。
[Problems to be Solved by the Invention] However, (1)
When liquid metal sodium leaks from the cooling system to the outside and reacts violently when it comes into contact with air or water, it damages the cooling system and peripheral equipment. (2) When the core overheats and liquid metal sodium boils during an accident, If bubbles enter and void, positive reactivity (sodium void reactivity) is inserted and the core further advances in the direction of overheating,
(3) A cooling system such as a primary cooling system, a secondary cooling system, and a steam system using liquid metal sodium as a coolant,
Furthermore, there are problems such as preheating equipment for freeze prevention, sodium cleaning equipment, and sodium leakage countermeasure equipment, which increases construction costs. For this reason, most advanced countries that were developing fast reactors are slowing down development.

【0006】このため、ヘリウムなどの気体から冷却材
を構成することも考えられたが、冷却性能が低いために
原子炉の出力密度を下げざるを得なくなっていた。した
がって、同量の発電出力を得るには炉心容積を大きくす
る必要が生じ、プラント物量が増大することに起因した
建設コストの上昇という問題を生じさせていた。
For this reason, it has been considered to form the coolant from a gas such as helium, but the cooling capacity was low, and the power density of the nuclear reactor had to be reduced. Therefore, in order to obtain the same amount of power generation output, it is necessary to increase the core volume, which causes a problem of an increase in construction cost due to an increase in the amount of plant material.

【0007】本発明は、液体金属ナトリウムに代わる新
規な冷却材を使用し、この冷却材によって直接的にター
ビンを回して発電するようにした新規な直接サイクル高
速炉を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a novel direct cycle fast reactor in which a novel coolant replacing liquid metal sodium is used, and the coolant directly rotates a turbine to generate electricity. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、原子炉と、タービンと、発電機とを具え、ウ
ラン−238を転換してなるプルトニウムを燃焼させる
ことによって発生した熱により前記原子炉中の冷却材を
加熱し、この加熱された冷却材によって前記タービンを
駆動させ、前記発電機を駆動して発電するようにした高
速炉であって、前記冷却材を超臨界圧二酸化炭素から構
成するとともに、前記冷却材を前記タービンに直接的に
導入するようにしたことを特徴とする、直接サイクル高
速炉に関する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object,
The present invention comprises a nuclear reactor, a turbine, and a generator, and heats a coolant in the nuclear reactor by heat generated by burning plutonium obtained by converting uranium-238, and heating the coolant. A fast reactor in which the turbine is driven by a coolant and the generator is driven to generate electric power, and the coolant is composed of supercritical carbon dioxide, and the coolant is directly supplied to the turbine. The present invention relates to a direct cycle fast reactor, which is characterized by being introduced into.

【0009】超臨界圧二酸化炭素は、ヘリウムなどの気
体に比して2〜3倍の高い冷却性能(熱伝達率及び熱輸
送力)を有する。さらに、二酸化炭素は温度を下げるこ
とにより凝縮するので、熱効率の高いランキンサイクル
を採用することができる。したがって、従来の軽水炉と
同等の高い熱効率でタービンを回すことができ、これに
よって高い発電効率を得ることができる。
Supercritical carbon dioxide has a cooling performance (heat transfer coefficient and heat transport capacity) that is 2-3 times higher than that of a gas such as helium. Further, since carbon dioxide is condensed by lowering the temperature, Rankine cycle with high thermal efficiency can be adopted. Therefore, the turbine can be rotated with high thermal efficiency equivalent to that of the conventional light water reactor, and thus high power generation efficiency can be obtained.

【0010】さらに、二酸化炭素は、空気や水に対して
化学的に不活性であるため、冷却系統から外部へ漏洩し
た場合においても空気や水と激しく反応することがな
い。したがって、冷却材漏洩に伴う冷却系統や周辺設備
の損傷という問題を回避することができる。
Further, since carbon dioxide is chemically inert to air and water, it does not react violently with air or water even if it leaks from the cooling system to the outside. Therefore, it is possible to avoid the problem that the cooling system and peripheral equipment are damaged due to the leakage of the coolant.

【0011】また、本発明で用いる二酸化炭素は炉心に
おいて超臨界状態にあるので沸騰によるボイドの発生を
回避することができる。したがって、正の反応度の挿入
による炉心の過熱という問題を回避することができる。
Further, since the carbon dioxide used in the present invention is in a supercritical state in the core, the generation of voids due to boiling can be avoided. Therefore, the problem of core overheating due to the insertion of positive reactivity can be avoided.

【0012】さらには原子炉内で加熱された冷却材で直
接タービンを回して発電機を駆動するようにしているの
で、液体金属ナトリウムを冷却材として用いた場合と比
較して二次冷却系統及び水蒸気系統などを必要としな
い。したがって、プラント構成を単純にすることがで
き、その結果プラント運転が容易となり、点検保守など
の作業工数を削減及び低減することができる。
Further, since the cooling medium heated in the nuclear reactor is used to directly drive the turbine to drive the generator, the secondary cooling system and the secondary cooling system can be used as compared with the case where liquid metal sodium is used as the cooling medium. No steam system is required. Therefore, the plant structure can be simplified, and as a result, the plant operation can be facilitated, and the man-hours for inspection and maintenance can be reduced and reduced.

【0013】また、超臨界圧二酸化炭素は、液体金属ナ
トリウムと比較して冷却材密度が低いため中性子の減速
効果が低減され、高エネルギー中性子の割合が増大す
る。その結果、原子炉内でのプルトニウム−239など
の核分裂性物質の生成効率(増殖比)が高くなり、燃焼
に伴う原子炉の反応度劣化が小さくなることにより、燃
料交換間隔を長期化することもできる。さらには、高エ
ネルギー中性子の増大により、長寿命放射性廃棄物とし
て深地層埋設処分の対象となっていたマイナーアクチノ
イド元素(ネプチニウム、アメリシウム、キュウリウム
など)を効率良く燃焼することができる。この結果、こ
れら元素の長期保管管理負担を軽減することができる。
Further, since carbon dioxide having a supercritical pressure has a lower coolant density than liquid metal sodium, the neutron moderating effect is reduced and the proportion of high energy neutrons is increased. As a result, the production efficiency (breeding ratio) of fissile materials such as plutonium-239 in the reactor is increased, and the deterioration of the reactivity of the reactor due to combustion is reduced, so that the refueling interval is extended. You can also Furthermore, due to the increase in high-energy neutrons, the minor actinide elements (such as neptinium, americium, and cucumber) that have been the target of deep-sea disposal as long-lived radioactive waste can be efficiently burned. As a result, the long-term storage management burden of these elements can be reduced.

【0014】なお、本発明における「超臨界圧二酸化炭
素」とは、臨界圧力(7.375MPa)以上の圧力状
態の二酸化炭素を言う。
The "supercritical carbon dioxide" in the present invention means carbon dioxide in a pressure state of a critical pressure (7.375 MPa) or higher.

【0015】また、本発明の直接サイクル高速炉は、前
記冷却材を前記超臨界圧二酸化炭素に代えてアンモニア
から構成することができる。さらに、本発明の直接サイ
クル高速炉は、前記冷却材を前記超臨界圧二酸化炭素に
代えて二酸化窒素から構成することも可能である。
In the direct cycle fast reactor of the present invention, the coolant may be composed of ammonia instead of the supercritical carbon dioxide. Furthermore, in the direct cycle fast reactor of the present invention, the coolant may be composed of nitrogen dioxide instead of the supercritical carbon dioxide.

【0016】超臨界圧二酸化炭素同様に、アンモニア及
び二酸化窒素は空気や水に対して化学的に不活性であ
り、これらと反応することがない。さらには、沸騰によ
るボイドの発生も生じない。また、冷却効率も高いた
め、高い熱効率に基づいて高い発電効率を達成すること
ができる。したがって、冷却材としてアンモニア又は二
酸化窒素を用いた場合においても本発明の目的を十分達
成することができる。さらには、高エネルギー中性子の
割合増大による上記追加の効果をも得ることができる。
Like supercritical carbon dioxide, ammonia and nitrogen dioxide are chemically inert to air and water and do not react with them. Furthermore, the generation of voids due to boiling does not occur. Moreover, since the cooling efficiency is also high, it is possible to achieve high power generation efficiency based on high heat efficiency. Therefore, the object of the present invention can be sufficiently achieved even when ammonia or nitrogen dioxide is used as the coolant. Furthermore, the additional effect described above due to the increase in the proportion of high-energy neutrons can be obtained.

【0017】本発明の好ましい態様においては、冷却材
としてアンモニア及び二酸化窒素を使用する場合、これ
らを窒素−15を同位体濃縮した窒素から構成する。こ
れによって、14N(n,p)14C反応を削減するこ
とができ、放射性炭素−14の発生を抑制することがで
きる。なお、本発明でいう二酸化窒素とは、窒素1に対
して酸素2が結合してなるものを言い、NOの他にN
なども含むものであり、さらにはこれらの混合物
をも含むものである。
In a preferred embodiment of the invention, when ammonia and nitrogen dioxide are used as coolants, these are composed of nitrogen isotopically enriched with nitrogen-15. As a result, the 14 N (n, p) 14 C reaction can be reduced, and the generation of radiocarbon-14 can be suppressed. The term "nitrogen dioxide" as used in the present invention means that nitrogen 1 is combined with oxygen 2 and N 2 in addition to NO 2.
It also includes 2 O 4 and the like, and further includes a mixture thereof.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の直接サイ
クル高速炉の好ましい態様を示す構成図である。図1に
示す直接サイクル高速炉は、原子炉1と、タービン2
と、発電機3とを具えている。さらに、タービン2の出
口側と原子炉1の入口側との間において再生熱交換器4
と、凝縮器5と、ポンプ6とを具えている。図中におけ
る矢印は、直接サイクル高速炉中における冷却材の流れ
る方向を示すものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments of the invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing a preferred embodiment of the direct cycle fast reactor of the present invention. The direct cycle fast reactor shown in FIG. 1 includes a reactor 1 and a turbine 2.
And a generator 3. Further, the regenerative heat exchanger 4 is provided between the outlet side of the turbine 2 and the inlet side of the reactor 1.
And a condenser 5 and a pump 6. The arrow in the figure indicates the direction in which the coolant flows in the direct cycle fast reactor.

【0019】原子炉1の炉心で加熱された冷却材は、タ
ービン2へ直接的に導かれてタービン2を回し、これに
よって発電機3を駆動させる。タービン2から排出され
た冷却材は再生熱交換器4を経由して凝縮器5へ導入さ
れる。凝縮器5には外部から海水などの冷却水あるいは
液化天然ガスが気化する際の冷熱を導入できるようにな
っており、これによって前記冷却材が冷却されて液化さ
れる。
The coolant heated in the core of the nuclear reactor 1 is directly guided to the turbine 2 to rotate the turbine 2, thereby driving the generator 3. The coolant discharged from the turbine 2 is introduced into the condenser 5 via the regenerative heat exchanger 4. Cooling water such as seawater or cold heat when vaporizing liquefied natural gas can be introduced into the condenser 5 from the outside, whereby the coolant is cooled and liquefied.

【0020】液化された冷却材はポンプ6によって再生
熱交換器4に送られ、タービン2から排出された前記冷
却材との熱交換によって臨界圧力以上に加圧し、原子炉
1の入口温度まで上昇させられる。この超臨界圧以上に
加圧された冷却材は原子炉1の炉心内に至り、ここで再
び加熱される。そして上記のような工程を再び経ること
によって発電機を連続的に駆動させ、発電を行うもので
ある。
The liquefied coolant is sent to the regenerative heat exchanger 4 by the pump 6, and the heat exchange with the coolant discharged from the turbine 2 pressurizes it to a pressure higher than the critical pressure and raises it to the inlet temperature of the reactor 1. To be made. The coolant pressurized above the supercritical pressure reaches the core of the nuclear reactor 1 where it is heated again. Then, by going through the above-mentioned steps again, the generator is continuously driven to generate power.

【0021】図1に示す直接サイクル高速炉において
は、タービン2の出口側と原子炉1の入口側との間にお
いて再生熱交換器4と凝縮器5とを設け、冷却材を液体
に凝縮させて体積収縮させる、いわゆるランキン熱サイ
クルとしている。このため、冷却材を体積圧縮させる圧
縮機及びこれを駆動するための圧縮動力が不要となるた
め、高速炉の構成を簡易化及び小型化することができ
る。さらには、液体化することによりポンプ効率を向上
させることができ、ポンプ動力を低減することができ
る。したがって高速炉の発電効率を高めることができ
る。
In the direct cycle fast reactor shown in FIG. 1, a regenerative heat exchanger 4 and a condenser 5 are provided between the outlet side of the turbine 2 and the inlet side of the reactor 1 to condense the coolant into a liquid. The so-called Rankine heat cycle is used to shrink the volume. For this reason, a compressor for volumetrically compressing the coolant and a compression power for driving the compressor are unnecessary, so that the structure of the fast reactor can be simplified and downsized. Furthermore, by liquefying, the pump efficiency can be improved and the pump power can be reduced. Therefore, the power generation efficiency of the fast reactor can be improved.

【0022】また、凝縮器5における冷却に際して液化
天然ガスの気化冷熱を使用することにより、従来は無駄
に廃棄していた気化冷熱を有効利用することができる。
図1に示す直接サイクル高速炉における冷却材は、本発
明にしたがって超臨界圧二酸化炭素、アンモニア、又は
二酸化窒素から構成する。そして、冷却材としてアンモ
ニア又は二酸化窒素を使用する場合は、上述したような
放射性炭素−14の発生を抑制すべく、好ましくは窒素
−15を同位体濃縮した窒素から構成する。
Further, by using the vaporized cold heat of the liquefied natural gas for cooling in the condenser 5, it is possible to effectively utilize the vaporized cold heat which was conventionally wasted.
The coolant in the direct cycle fast reactor shown in FIG. 1 comprises supercritical carbon dioxide, ammonia, or nitrogen dioxide according to the present invention. When ammonia or nitrogen dioxide is used as the coolant, it is preferably nitrogen-isotopically enriched with nitrogen-15 in order to suppress the generation of radiocarbon-14 as described above.

【0023】図1に示す直接サイクル高速炉において、
冷却材として超臨界圧二酸化炭素を用いた場合の運転
は、具体的には以下のようにして実施される。超臨界圧
二酸化炭素は、原子炉1内において約530℃に加熱さ
れ圧力約15.5MPaを有するようになる。この加熱
された超臨界圧二酸化炭素は、タービン2に至ってこれ
を駆動し、発電機3を駆動させることによって発電させ
る。タービン2を駆動させた後、タービン出口に至った
二酸化炭素は、温度約420℃で、圧力約6MPaとな
る。次いで、二酸化炭素は、再生熱交換器4を経由する
ことにより凝縮器5に導かれて冷却液化される。その結
果、二酸化炭素は、凝縮器5において圧力約6MPaで
温度約25℃の液体二酸化炭素となる。
In the direct cycle fast reactor shown in FIG.
The operation when supercritical carbon dioxide is used as the coolant is specifically carried out as follows. The supercritical carbon dioxide is heated to about 530 ° C. in the reactor 1 and has a pressure of about 15.5 MPa. The heated supercritical carbon dioxide reaches the turbine 2 to drive the turbine 2 and drive the generator 3 to generate electric power. After driving the turbine 2, the carbon dioxide reaching the turbine outlet has a temperature of about 420 ° C. and a pressure of about 6 MPa. Next, the carbon dioxide is guided to the condenser 5 by passing through the regenerative heat exchanger 4 and liquefied as a cooling liquid. As a result, the carbon dioxide becomes liquid carbon dioxide in the condenser 5 at a pressure of about 6 MPa and a temperature of about 25 ° C.

【0024】次いで、この液体二酸化炭素はポンプ6に
よって再生熱交換器4に送られ、タービン2から排出さ
れた温度約420℃の二酸化炭素と熱交換されることに
より、超臨界圧以上に加圧されるとともに原子炉の入口
温度である約260℃まで昇温され、再び原子炉1内に
導入される。そして、上記のような工程を繰り返すこと
によって連続した発電を行うものである。なお、上記に
おいては具体例の一実施態様を示すものであり、具体的
な高速炉の構成や大きさ、発電量などによって加熱温度
などは異なってくる。
Next, this liquid carbon dioxide is sent to the regenerative heat exchanger 4 by the pump 6 and exchanges heat with the carbon dioxide discharged from the turbine 2 and having a temperature of about 420 ° C., so that the liquid carbon dioxide is pressurized above the supercritical pressure. At the same time, the temperature is raised to about 260 ° C., which is the inlet temperature of the reactor, and the temperature is again introduced into the reactor 1. Then, by repeating the above steps, continuous power generation is performed. It should be noted that the above shows one embodiment of the specific example, and the heating temperature and the like differ depending on the specific configuration and size of the fast reactor, the amount of power generation, and the like.

【0025】図2は、本発明の直接サイクル高速炉のそ
の他の好ましい態様を示す構成図である。図2に示す直
接サイクル高速炉は、再生熱交換器4と凝縮器5との間
に冷却材貯留槽7を設けている以外は、図1に示す直接
サイクル高速炉と同じ構成を有している。このような冷
却材貯留槽7を設けることにより、原子炉1とタービン
2との間において配管が破断してしまうという事故が万
一発生した場合においても、原子炉1側の圧力低下によ
って冷却材貯留槽7内に貯留された冷却材が自動的に気
化されて原子炉内に供給されるようになる。したがっ
て、配管の破断による原子炉内への冷却材供給の停止を
防止することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another preferred embodiment of the direct cycle fast reactor of the present invention. The direct cycle fast reactor shown in FIG. 2 has the same structure as the direct cycle fast reactor shown in FIG. 1 except that a coolant storage tank 7 is provided between the regenerative heat exchanger 4 and the condenser 5. There is. By providing such a coolant storage tank 7, even in the unlikely event that a pipe breaks between the reactor 1 and the turbine 2, the pressure drop on the reactor 1 side causes the coolant to drop. The coolant stored in the storage tank 7 is automatically vaporized and supplied into the reactor. Therefore, it is possible to prevent the supply of the coolant into the reactor from being stopped due to the breakage of the pipe.

【0026】上記においては、ウランー238を転換し
てなるプルトニウムを燃焼させる場合について説明して
きたが、本発明の構成及び特徴から、ウランー235又
はウランー233を燃焼させる場合にも使用できる。
In the above description, the case of burning plutonium obtained by converting uranium-238 has been described, but it can also be used when burning uranium-235 or uranium-233 due to the constitution and characteristics of the present invention.

【0027】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。
Although the present invention has been described in detail based on the embodiments of the invention with reference to specific examples, the present invention is not limited to the above contents and does not depart from the scope of the present invention. All modifications and changes are possible.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体金属ナトリウムと異なり空気や水に対して化学的に
不活性である超臨界圧二酸化炭素などから冷却材を構成
している。したがって、冷却材が冷却系統から外部へ漏
洩した場合においても、空気や水などと反応することが
ないため、冷却系統や周辺設備の損傷を防止することが
できる。 さらに超臨界圧二酸化炭素などは高速炉の運
転中に沸騰することがないため、ボイド発生による正の
反応度の挿入による炉心過熱の問題を生じることもな
い。
As described above, according to the present invention,
Unlike liquid metal sodium, the coolant is composed of supercritical carbon dioxide, which is chemically inert to air and water. Therefore, even if the coolant leaks from the cooling system to the outside, it does not react with air, water, etc., so that damage to the cooling system and peripheral equipment can be prevented. Furthermore, since supercritical carbon dioxide does not boil during the operation of the fast reactor, the problem of core overheating due to the insertion of positive reactivity due to the generation of voids does not occur.

【0029】また、原子炉内で加熱された冷却材で直接
的にタービンを回し発電機を駆動するので、中間の冷却
系統を必要とせず、高速炉の構成自体を簡易化すること
ができる。そして、高速炉の構成が簡易化されることに
より、高速炉の保守・運転をも簡易化することができ
る。また、高エネルギー中性子の割合が増大するため、
プルトニウム−239などの核分裂性物質の生成効率
(増殖比)が高くなるとともに、長寿命放射性廃棄物で
あるマイナーアクチノイド核種をも燃焼し、低減させる
ことができる。
Further, since the turbine is directly rotated by the coolant heated in the nuclear reactor to drive the generator, the intermediate cooling system is not required and the structure itself of the fast reactor can be simplified. Further, since the structure of the fast reactor is simplified, the maintenance and operation of the fast reactor can also be simplified. Also, since the proportion of high-energy neutrons increases,
The production efficiency (growth ratio) of fissile substances such as plutonium-239 is increased, and minor actinide nuclides, which are long-lived radioactive wastes, can also be burned and reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の直接サイクル高速炉の好ましい態様
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a preferred embodiment of a direct cycle fast reactor of the present invention.

【図2】 本発明の直接サイクル高速炉のその他の好ま
しい態様を示す構成図である。
FIG. 2 is a structural diagram showing another preferred embodiment of the direct cycle fast reactor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原子炉 2 タービン 3 発電機 4 再生熱交換器 5 凝縮器 6 ポンプ 7 冷却材貯留槽 1 reactor 2 turbine 3 generator 4 Regenerative heat exchanger 5 condenser 6 pumps 7 Coolant storage tank

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−313664(JP,A) 特開2000−2790(JP,A) Yasuyoshi KATO an d Yoshio YOSHIZAW A,Direct Cycle Fas t Reactor,Bull.Re s.Lab.Nucl.React., 日本,2000年10月31日,第24巻,第85− 86頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 1/02 GDF G21C 15/00 GDF G21C 15/28 G21D 5/06 Continuation of front page (56) References JP-A-8-313664 (JP, A) JP-A-2000-2790 (JP, A) Yasushio KATO and Yoshi YOZAHIZAWA A, Direct Cycle Fast Reactor, Bull. Re s. Lab. Nucl. React. , Japan, October 31, 2000, Volume 24, pp. 85-86 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G21C 1/02 GDF G21C 15/00 GDF G21C 15/28 G21D 5/06

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 原子炉と、タービンと、発電機とを具
え、ウラン−238を転換してなるプルトニウムを燃焼
させることによって発生した熱により前記原子炉中の冷
却材を加熱し、この加熱された冷却材によって前記ター
ビンを駆動させ、前記発電機を駆動して発電するように
した高速炉であって、前記冷却材を超臨界圧二酸化炭素
から構成するとともに、前記冷却材を前記タービンに直
接的に導入するようにしたことを特徴とする、直接サイ
クル高速炉。
1. A reactor, a turbine, and a generator, which heat the coolant in the reactor by heat generated by burning plutonium obtained by converting uranium-238, and heating the coolant. A fast reactor in which the turbine is driven by a coolant, and the generator is driven to generate electric power, and the coolant is composed of supercritical carbon dioxide, and the coolant is directly supplied to the turbine. Direct cycle fast reactor, which is characterized in that
【請求項2】 前記プルトニウムに、マイナーアクチノ
イド核種を加えて燃焼させることを特徴とする、請求項
1に記載の直接サイクル高速炉。
2. The direct cycle fast reactor according to claim 1, wherein a minor actinide nuclide is added to the plutonium and burned.
【請求項3】 前記プルトニウムに代えて、ウランー2
35を燃焼させることを特徴とする、請求項1に記載の
直接サイクル高速炉。
3. Uranium-2 in place of plutonium
The direct cycle fast reactor according to claim 1, wherein 35 is burned.
【請求項4】 前記プルトニウムに代えて、ウランー2
33を燃焼させることを特徴とする、請求項1に記載の
直接サイクル高速炉。
4. Uranium-2 in place of the plutonium
The direct cycle fast reactor according to claim 1, wherein 33 is burned.
【請求項5】 前記超臨界圧二酸化炭素に代えて、前記
冷却材をアンモニアから構成したことを特徴とする、請
求項1〜4のいずれか一に記載の直接サイクル高速炉。
5. The direct cycle fast reactor according to claim 1, wherein the coolant is composed of ammonia instead of the supercritical carbon dioxide.
【請求項6】 前記アンモニアは、窒素−15を同位体
濃縮して得られた窒素から構成されることを特徴とす
る、請求項5に記載の直接サイクル高速炉。
6. The direct cycle fast reactor according to claim 5, wherein the ammonia is composed of nitrogen obtained by isotopically enriching nitrogen-15.
【請求項7】 前記超臨界二酸化炭素に代えて、前記冷
却材を二酸化窒素から構成したことを特徴とする、請求
項1〜4のいずれか一に記載の直接サイクル高速炉。
7. The direct cycle fast reactor according to claim 1, wherein the coolant is composed of nitrogen dioxide instead of the supercritical carbon dioxide.
【請求項8】 前記二酸化窒素は、窒素−15を同位体
濃縮して得られた窒素から構成されることを特徴とす
る、請求項7に記載の直接サイクル高速炉。
8. The direct cycle fast reactor according to claim 7, wherein the nitrogen dioxide is composed of nitrogen obtained by isotopically enriching nitrogen-15.
【請求項9】 前記タービンの出口側と前記原子炉の入
口側との間に、再生熱交換器と凝縮器とを設け、前記タ
ービンから排出された前記冷却材を前記再生熱交換器を
経由させて前記凝縮器に導入することにより冷却して液
化し、この液化した冷却材を前記再生熱交換器に導入す
ることにより前記タービンから排出された前記冷却材と
熱交換して超臨界圧以上に加圧するとともに、前記原子
炉の入口温度まで上昇させた後に前記原子炉内に導入す
るようにしたことを特徴とする、請求項1〜8のいずれ
か一に記載の直接サイクル高速炉。
9. A regenerative heat exchanger and a condenser are provided between an outlet side of the turbine and an inlet side of the reactor, and the coolant discharged from the turbine is passed through the regenerative heat exchanger. And then liquefied by being introduced into the condenser to be cooled, and the liquefied coolant is introduced into the regenerative heat exchanger to exchange heat with the coolant discharged from the turbine to achieve supercritical pressure or higher. The direct cycle fast reactor according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the pressure is applied to the reactor and the temperature is raised to the inlet temperature of the reactor before being introduced into the reactor.
【請求項10】 前記再生熱交換器と前記凝縮器との間
に、冷却材貯留槽を設けたことを特徴とする、請求項9
に記載の直接サイクル高速炉。
10. A coolant storage tank is provided between the regenerative heat exchanger and the condenser.
Direct cycle fast reactor described in.
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