JP5703512B2 - 実効中性子増倍係数の制御を伴う加速器駆動原子力システム - Google Patents
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Description
− 加速された粒子を核破砕ターゲットに向ける工程と、
− 核分裂性物質および親物質を備える核燃料が装填された炉心内で核破砕ターゲットからの中性子を増倍させる工程と、
− 実効中性子増倍係数が0.98より大きい範囲に維持されるように、炉心内の反応度を制御する工程と、を有する。
− 加速された粒子のビーム電流を減少させるためにステップ変化を適用する工程と、
− ビーム電流のステップ変化に応じて中性子カウンタによって提供される中性子計数率の変化を測定する工程と、
− 前記ステップ変化による即発中性子の損失に関係する計数率の低下を推定する工程と、
− 前記ステップ変化の前の計数率の値に対する計数率の推定された低下の割合を評価する工程と、を含んでもよい。
− 炉心内に分配された中性子カウンタによって提供される中性子計数率を連続的に監視する工程と、
− 監視された計数率の逸脱状態の検出に応じて、炉心内の反応度を推定する段階を行う工程と、を有してもよい。
− 少なくとも1つの粒子加速器(必要に応じて可能な追加の待機冗長性で使用されるもの)と、
− 加速された粒子を受ける核破砕ターゲットと、
− 核破砕ターゲットに隣接し、親物質を備える核燃料が装填された炉心と、
− 炉心から熱を取り出す冷却材回路と、
− 炉心内に分配された中性子カウンタと、
− 中性子カウンタと協働し、実効中性子増倍係数が0.98より上の範囲内に維持されるように反応度を制御する制御システムとを備える。
− 約10keVのエネルギー範囲の陽子を提供するソースと、陽子を約5MeVまで加速する高周波四重極(RFQ)と、それに続く15MeVで示される陽子エネルギーまで加速するドリフトチューブ型リニアック(DTL)とから作られたインジェクタ1と、
− 陽子を約85MeVまで加速させるための、常伝導又は超伝導のDTL構造を有する中間区分2と、
− 最後に、所定のエネルギー(例示的例では1GeV)までの加速プロセスを完了させる超伝導LINAC構造3とに分割することができる。
− 加速器電流の故障の場合と、特に、陽子ビームの偶発的な「トリップ」の場合、即発EAシャットダウンを迅速に行うスクラム吸収システム112。これは、中性子増倍係数kの値を安全な値に下げるために、高速中性子吸収「スクラム棒」を炉心に挿入することによって即座に作動する。このシャットダウンは、特に炉心の燃料ピン又は他の同等の構造での温度変化の結果を最小にするために、十分早い(すなわち、1秒のオーダーの)時期に行うべきである。
− 中性子感応性カウンタ110の均一に分配されたアレイ。よく知られた慣習にしたがって、この種のカウンタは、中性子にのみ感度がよく、例えばα、β、γ線又は他の電離粒子のような他の信号を明らかには記録しない。アレイのN個のカウンタは、中性子計数率dCi/dt,i=1,...,Nを記録するために、炉心内に均一に分配される。有力な出力発生プロセスである核分裂プロセスによって、結合された中性子計数率の適切に重み付けされた和
− 微細な機械的運動によって中性子増倍係数kの必要な変化を導入するために、原子炉炉心(制御棒)の体積全体にわたって分配された適切な数の中性子吸収装置を提供する制御棒システム111。
subcritical systems: From MUSE experiment to a demonstration ADS”, Progress in
Nuclear Energy, 49 (2007), pp. 142-160を参照されたい)。Λは、実際の燃料組成が導入されるとすれば、例えばモンテカルロ計算を用いて、種々の異なったkp値から演繹的に知られることが必要である。加えて、遷移は非常に速く、1ミリ秒未満以内で起こるため、十分な統計的精度でこの短い時間の崩壊分布を決定するために、膨大な計数率dC/dtが必要である。この方法は、我々の場合にすぐに適用できるとは思われない。
Claims (15)
- 加速器駆動原子力システムを未臨界状態で動作させる方法であって、
加速された粒子を核破砕ターゲットに向ける工程と、
核分裂性物質および親物質を備える核燃料が装填され、中性子カウンタが分配された炉心内で、前記核破砕ターゲットからの中性子を増倍させる工程と、
実効中性子増倍係数が0.98より上の範囲内に維持されるように、前記炉心内の反応度を制御する工程と、を有し、
前記炉心内の反応度を制御する工程は、
前記加速された粒子のビーム電流を減少させるステップ変化を適用する工程と、
前記ビーム電流の前記ステップ変化に応じて前記中性子カウンタによって提供される中性子計数率の変化を測定する工程と、
前記ステップ変化による即発中性子の損失に関係する前記計数率の低下を推定する工程と、
前記ステップ変化前の前記計数率の値に対する前記計数率の前記推定された低下の比を評価する工程と、を有する方法。 - 前記実効中性子増倍係数に関する前記範囲は、0.99より大きく0.999より小さい、請求項1に記載の方法。
- 前記炉心内の反応度は−4$より大きい範囲内で制御され、反応度単位「$」は原子炉システムに関するものである、請求項1に記載の方法。
- 前記炉心内の反応度は、−3$と−0.5$の間の範囲内で制御される、請求項3に記載の方法。
- 前記中性子計数率の前記低下の前記推定は、前記ステップ変化後の前記計数率の変化を、前記ステップ変化の時間に向かって外挿する工程を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ビーム電流が前記減少された値に保たれ、前記中性子計数率の変化が外挿のために測定される、前記ステップ変化後の期間が、100ミリ秒より長く、好適には1秒より長い、請求項5に記載の方法。
- 前記ステップ変化は、前記ビーム電流を50%未満だけ減少させる、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記核破砕ターゲットに向けられた前記加速された粒子は、連続的な粒子ビームの形態である、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子ビームは、前記炉心内の反応度を推定する段階を除いて、公称ビーム電流で動作され、前記反応度の制御は、前記炉心内の中性子吸収制御要素の位置を調節する工程を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記粒子ビームは、前記炉心内の反応度を推定する段階を除いて、公称ビーム電流で動作され、前記反応度の制御は、
前記炉心内に分配された中性子カウンタによって提供される中性子計数率を連続的に監視する工程と、
前記監視された計数率の逸脱状態の検出に応じて、前記炉心内の反応度を推定する段階を行う工程と、を有する、請求項8または9に記載の方法。 - 前記反応度の制御は、好適には1時間より長い周期で、前記炉心内の反応度を周期的に推定する工程を備え、前記反応度の推定は、前記加速された粒子の電流を減少させる工程を有する、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加速された粒子のどのような中断も検出する工程と、
中断の検出に応じて、スクラム中性子吸収体を前記炉心内に挿入する工程と、をさらに有する、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記スクラム中性子吸収体は、前記加速された粒子の中断の検出後、100ミリ秒より長い、好適には1秒より長い期間の後に、前記炉心内に挿入され、前記中性子カウンタから提供される中性子計数率の変化が前記期間内に測定され、前記中断による即発中性子の損失に関係する前記計数率の低下が推定され、前記中断前の前記計数率の値に対する前記計数率の前記推定された低下の比が、反応度の値を得るために評価される、請求項12に記載の方法。
- 前記加速された粒子は、前記ビーム電流の継続性を保証するために冗長な構成要素を有する加速器複合体によって提供される、請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの粒子加速器と、
加速された粒子を受ける核破砕ターゲットと、
前記核破砕ターゲットに隣接し、核分裂性物質および親物質を備える核燃料が装填された炉心と、
前記炉心から熱を取り出す冷却材回路と、
前記炉心内に分配された中性子カウンタと、
前記中性子カウンタと協働し、実効中性子増倍係数が0.98より大きい範囲内に維持されるように反応度を制御する制御システムとを備え、
前記制御システムは、前記加速された粒子のビーム電流を減少させるステップ変化を適用し、前記ビーム電流の前記ステップ変化に応じて前記中性子カウンタによって提供される中性子計数率の変化を測定し、前記ステップ変化による即発中性子の損失に関係する前記計数率の低下を推定し、前記ステップ変化前の前記計数率の値に対する前記計数率の前記推定された低下の比を評価するように構成されている、未臨界加速器駆動原子力システム。
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