JPH049698A - Annihilation treatment of transuranic element - Google Patents

Annihilation treatment of transuranic element

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JPH049698A
JPH049698A JP11132790A JP11132790A JPH049698A JP H049698 A JPH049698 A JP H049698A JP 11132790 A JP11132790 A JP 11132790A JP 11132790 A JP11132790 A JP 11132790A JP H049698 A JPH049698 A JP H049698A
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JP
Japan
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tru
reactor
reactor core
assemblies
core
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JP11132790A
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Kazuo Arie
和夫 有江
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make annihilation treatment of transuranic elements (TRU) by arranging TRU assemblies contg. the many TRUs on the outer side of a reactor core part and operating a fast breeder to irradiate the TRU assemblies with neutrons, then rearranging the TRU assemblies in the reactor core part. CONSTITUTION:The reactor is operated after 103 pieces of the TRU assemblies contg. the <237>Np at a high ratio in the outer part 2 of the reactor core part 1. The TRU assemblies B arranged in the outer part 2 are irradiated in this way with the neutrons deceleratively leaking out of the reactor core part 1. The core fuel of the reactor core part 1 in the above-mentioned irradiation is replaced with 1/3 each at every one year irradiation. On the other hand, the TRU assemblies B are irradiated for total 4 years while being disposed in the outer part 2. Thereafter, 103 pieces of the TRU assemblies B in the outer part 2 are moved and rearranged to the TRU loading region 3 in the reactor core part 1 and the reactor is operated for 4 years. At this time, 103 pieces of the next fresh TRU assemblies B are previously arranged in the outer part 2. The above-mentioned operations are thereafter repeated and the annihilation treatment of the TRU is thus executed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、超ウラン元素(Trans−Ura+tiu
ll+以1・rTRUJと称する)の消滅処理力法に係
り、特にTRUを高速炉炉心において消滅処理する際の
処理方法の改良に関する。
Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to transuranium elements (Trans-Ura+tiu
The present invention relates to the annihilation processing power method for annihilation of TRUs (hereinafter referred to as 1.rTRUJ), and particularly relates to improvements in the processing method for annihilation processing of TRUs in fast reactor cores.

(従来の技術) 使用済核燃料には、高レベル放射性廃棄物であるネジチ
ラノ、237 (2”7Np) 、アメリシウト241
  (241Am) 、アメリンウノ、243(243
Am)等のTRUが含まれており、これらの核種の半減
期は、各々214万年、432年、738 C1年と極
めて長いため、核変換等により短期間で消滅処理するこ
とが望まれて゛いる。
(Conventional technology) Spent nuclear fuel contains high-level radioactive waste such as Nejitirano, 237 (2”7Np) and Americiut 241.
(241Am), Amerin Uno, 243 (243
Am) and other TRUs, and the half-lives of these nuclides are extremely long, 2.14 million years, 432 years, and 738 C1 years, respectively, so it is desirable to eliminate them in a short period of time through nuclear transmutation, etc. There is.

このような消滅処理方法の1つと【2て、従来がら、例
えば文献「アクチノイド専焼高速炉概念の検討」、大杉
他、JAERI−M  83−217.1、、983年
、あるいは文献rFBRにょるT RLJの消滅処理」
、笹原、松材、[」本原了カ学会、昭和63年秋の入会
P稿集F7.1988年等に示されているように、熱中
性子に比べて中性子エネルギが極めて高い高速炉炉心に
TRUを装荷し、核分裂させることによりTRUを消滅
処理する方法が提案されている。
One of such extinction processing methods is the conventional one, for example, the document ``Study of the Actinide-only Fast Reactor Concept'', Osugi et al., JAERI-M 83-217.1, 983, or the document rFBR NyorT RLJ’s extinction process”
, Sasahara, Matsuzai, ['' Motohara Ryoka Society, Autumn 1988 P Paper Collection F7. As shown in 1988, TRU is used in fast reactor cores where neutron energy is extremely high compared to thermal neutrons. A method has been proposed for annihilating TRUs by loading them with nuclear fission.

この消滅処理方法は、消滅処理の主な対象核種である前
記  Np、   Amおよび243Amに対し、第4
図(a)、第4図(b)、第4図(c)にそれぞれ示す
核変換を高速炉炉心において生じせしめることにより、
前記核種を消滅させるものである。この方法は、高速炉
炉心の中性子エネルギが高いため、前記  Np、  
 Am。
This extinction treatment method uses the fourth
By causing nuclear transmutation shown in Figures (a), 4(b), and 4(c) in the fast reactor core,
This eliminates the nuclide. This method is applicable because the neutron energy of the fast reactor core is high.
Am.

243Am等の中性子捕獲が起こりにくく、TRUの装
荷に伴なう炉の中性子経済への悪影響が比較的小さい(
一般に、中性子捕獲断面積は、第5図に示すように、中
性子エネルギが高くなるに従って小さくなる。)こと、
および高速炉炉心においては、熱中性子炉に比べて中性
子束レベルが一般に約1桁高いため、エネルギ平均した
TRUの核分裂および中性子捕獲断面積が小さくても、
中性子エネルギが高いことによりTRUの高い消滅効率
を得ることができること等、高速炉炉心の特徴を生かし
たものである。
Neutron capture such as 243Am is difficult to occur, and the negative impact on the reactor's neutron economy due to TRU loading is relatively small (
Generally, the neutron capture cross section decreases as the neutron energy increases, as shown in FIG. )thing,
In fast reactor cores, neutron flux levels are generally about an order of magnitude higher than in thermal neutron reactors, so even though the energy-averaged TRU fission and neutron capture cross sections are small,
This takes advantage of the characteristics of fast reactor cores, such as the ability to obtain high TRU extinction efficiency due to high neutron energy.

(発明が解決しようとする課題) ところで、前述のように、TRUを高速炉炉心に装荷す
ることにより、TRUを消滅処理する場合、TRUの消
滅処理の主な対象核種であるNp、   Am、   
Amを高速炉炉心へ装荷したときの炉の中性子経済への
影響は、以下のようになる。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, as mentioned above, when the TRU is annihilated by loading it into the fast reactor core, the main target nuclides of the TRU annihilation process are Np, Am,
The influence on the neutron economy of the reactor when Am is loaded into the fast reactor core is as follows.

例えば、237Npが高速炉炉心内に存在することによ
り新たに発生する中性子の数は、単位時間、単位体積当
りでは、近似的に次式で表わすことができる。
For example, the number of neutrons newly generated due to the presence of 237Np in the fast reactor core, per unit time and per unit volume, can be approximately expressed by the following equation.

ただし、N237:単位体積当りの237Npの原子の
数 ν237 、 2B7Npが核分裂したときに、1回の
核分裂当りに発 生する中性子の数 237 、 237 σr  、N pのエネルギ平均さ れた核分裂断面積 φ:中性子束 一方、237Npが高速炉炉心内に存在することにより
、237Npに吸収されて消滅する中性子の数は、単位
時間、単位体積当りでは、近似的に次式で表わすことが
できる。
However, N237: the number of 237Np atoms per unit volume ν237, the number of neutrons generated per one nuclear fission when 2B7Np undergoes nuclear fission, 237, 237σr, the energy-averaged fission cross section φ of Np: Neutron Flux On the other hand, due to the presence of 237Np in the fast reactor core, the number of neutrons absorbed by 237Np and annihilated per unit time and unit volume can be approximately expressed by the following equation.

N  ・ (σ  十σ  )・φ ・・目・・(2)
f’    c 237 、 237 ただし、σ  、   Npのエネルギ平均された中性
子捕獲断面積 したがって、  Npが高速炉炉心内に存在することに
よる炉の中性子経済に与える影響、すなわち中性子の発
生と消滅とを考慮した正味の中性子の数の変化量は、前
記(1)式および(2)式より1.237 、.237
 + (a237 +、237 、 、、、(3゜f’
     f    c に比例することになる。そして、前記(3)式の値が正
の場合には、237Npの高速炉炉心への装荷は中性子
経済上好ましく、逆に前記(3)式の値が負の場合には
、237Npの高速炉炉心への装荷は中性子経済上好ま
しくないと云える。
N ・(σ 1σ )・φ ・eyes・(2)
f' c 237, 237 However, σ, the energy-averaged neutron capture cross section of Np. Therefore, the influence of the presence of Np in the fast reactor core on the neutron economy of the reactor, that is, the generation and extinction of neutrons, is taken into consideration. The amount of change in the net number of neutrons is 1.237, . 237
+ (a237 +, 237 , ,, (3°f'
It will be proportional to f c . When the value of the above equation (3) is positive, loading 237Np into the fast reactor core is preferable from the viewpoint of neutron economy, and conversely, when the value of the above equation (3) is negative, loading 237Np into the fast reactor core. It can be said that loading the reactor core is not desirable from the viewpoint of neutron economy.

ここで、前記(3)式の値を実際に計算すると、シ  
は約3.0、σ237は約0,3バーン、σ237は約
1.6バーンであるので、前記(3)弐〇 の値は−1,0バーンとなって負である。すなわち、 
 Npの高速炉炉心への装荷は、中性子経済上悪影響を
与える。
Here, when we actually calculate the value of equation (3) above, the system
is about 3.0, σ237 is about 0.3 burns, and σ237 is about 1.6 burns, so the value of (3) 20 becomes -1.0 burns, which is negative. That is,
Loading Np into the fast reactor core has a negative impact on neutron economics.

同様に、  Np以外の消滅処理の主な対象核種である
  Amおよび243Amについて、前記(3)式と同
様の値を計算すると、次式のようになる。
Similarly, when the values similar to the above equation (3) are calculated for Am and 243Am, which are the main target nuclides of the annihilation process other than Np, the following equation is obtained.

ただし、ν241  、 241Amが核分裂したとき
に1回の核分裂当りに発生 する中性子の数 弓41  、 241Amのエネルギ平均された核分裂
断面積 弓41  、 241Amのエネルギ平均された中性子
捕獲断面積 ν243 、 243Amが核分裂したときに1回の核
分裂当りに発生 する中性子の数 れた核分裂断面積 σ二J3  、 243A、、のエネルギ平均された中
性f捕獲断面積 すなわち、24.1 A」]および243An1ともに
、前記237Npと同様、高速炉炉心への装荷は、中性
子経済上悪影響をりえる。
However, when ν241, 241Am undergoes nuclear fission, the number of neutrons generated per nuclear fission, the energy-averaged fission cross section of 41, 241Am, the energy-averaged neutron capture cross section of ν243, 243Am, is The energy averaged neutral f capture cross section of the fission cross section σ2 J3, which is the number of neutrons generated per nuclear fission during nuclear fission, 243 A, that is, 24.1 A''] and 243 An1 are both, As with 237Np, loading into the fast reactor core can have a negative impact on neutron economics.

し、たがって、従来の高速炉炉心を用いたT R,Uの
消滅処理方法では、T RUの炉心への装荷により中性
子経済に悪影響を4え、炉の臨界性を区下させるため、
T R11の炉心への装荷可能な量か限られ、TRUの
消滅速度を制限する要因となっ°Cいる。
Therefore, in the conventional method of eliminating T R, U using a fast reactor core, the loading of T RU into the reactor core has a negative impact on the neutron economy and degrades the criticality of the reactor.
The amount of TRU11 that can be loaded into the core is limited, which is a factor that limits the rate of TRU extinction.

本発明は、このような点を考慮し°〔なされたもので、
炉心へのTRUの装荷可能な童を増大させてT RUの
消滅効率をより高めることかできる超ウラン元素の消滅
処理方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made with these points in mind.
It is an object of the present invention to provide a method for annihilation of transuranium elements that can increase the number of TRUs that can be loaded into the reactor core and further enhance the annihilation efficiency of TRUs.

(発明の構成〕 (課題を解決するだめの手段) 本発明は、前記L1的を達成する手段として、主とこで
高速中性子により核分裂が起こされる高速炉において、
原子番号か93以十の超ウラン元素を多く含むTRtJ
5!合体を、炉心部の外側に配置して高速炉を運転し、
前記T RU集合体に前記炉心部から漏れ出てくる中性
子を照射した後、このT R1,J集合体を、前記炉心
部内に再配置して高速炉を運転(7、前記超ウラン元素
の核変換を行なうようにしたことを特徴とAる。
(Structure of the Invention) (Means for Solving the Problems) The present invention provides, as a means for achieving the above-mentioned L1 goal, a fast reactor in which nuclear fission is caused by fast neutrons,
TRtJ, which contains many transuranium elements with atomic number 93 or higher
5! Operate the fast reactor by placing the coalescence outside the reactor core,
After irradiating the TRU assembly with neutrons leaking from the reactor core, this TRU1,J assembly is relocated within the reactor core to operate the fast reactor (7. The feature A is that the conversion is performed.

(作用) 本発明に係る超ウラン元素の消滅処理方法において、T
RU集合体は、まず炉心部の外側に配置されて高速炉の
運転か行なオ)れ、その後炉心部内に再配置されて高速
炉の運転が行なわれる。
(Function) In the transuranium element extinction treatment method according to the present invention, T
The RU assembly is first placed outside the reactor core to operate the fast reactor, and then relocated inside the reactor core to operate the fast reactor.

ところで、TRUの消滅処理の主な対象核種である  
Np、   Amおよび243Amのエネルギ平均され
た核分裂断面積は小さく、核分裂されにくい核種である
。これに対しζ、前記237Np。
By the way, the main target nuclide of TRU's extinction process is
Np, Am, and 243Am have small energy-average fission cross sections and are nuclides that are difficult to fission. On the other hand, ζ is 237Np.

241、     243 Atn、   Amが中性子捕獲し、た結果生ずるプル
トニウム238 (238Pu)、 プルトニウム23
9 c2”9Pu)、アメリシウノ、242m(Arn
)、アメリシウノ、242 c242Am)42m キューリウl、245 (245Crn)”4は、エネ
ルギ平均された核分裂断面積か大きく、核分裂され易い
核種である。
241, 243 Atn, Am captures neutrons, resulting in plutonium-238 (238Pu), plutonium-23
9 c2”9Pu), Americani Uno, 242m (Arn
), Amerishiuno, 242 c242Am) 42m Curiolium, 245 (245Crn)"4 is a nuclide that has a large energy-averaged fission cross section and is easily fissionable.

一方、一般に中性子捕獲断面積は、中性子エネルギか低
いほど大きく、かつ高速炉内に存在する中性子の平均エ
ネルギは、炉心部よりも炉心部の外側の方が低いため、
  N p 、    A、 m243Am等のエネル
ギ平均された中性子捕獲断面積は、炉心部よりも炉心部
の外側の方が大きくなる。
On the other hand, the neutron capture cross section generally increases as the neutron energy decreases, and the average energy of neutrons existing in a fast reactor is lower outside the core than in the core.
The energy-averaged neutron capture cross section of Np, A, m243Am, etc. is larger outside the core than in the core.

(7たがって、消滅処理の主な対象核種であるNl)、
   Am、    AlTl等を多く含むTRU集合
体を、まず炉心部の外側に配置して高速炉を運転する。
(7 Therefore, Nl is the main target nuclide for extinction treatment),
A fast reactor is operated by first placing a TRU assembly containing a large amount of Am, AlTl, etc. outside the reactor core.

これにより、炉心部から減速されて漏れ出てくる中性子
の照射により、237N。
As a result, the neutrons decelerated and leaked from the reactor core were irradiated, resulting in a pressure of 237N.

24+       243 A m、   A m等が効率的に中性子捕獲を行ない
、核分裂され易い  P u、    P u。
24+ 243 A m, A m, etc. efficiently capture neutrons, and P u, P u are easily fissionable.

242m    242   245 Am、   Am、    Cm等に変換される。242m 242 245 It is converted into Am, Am, Cm, etc.

そこで、このTRU集合体を、次に炉心部内に再配置し
て高速炉の運転を行なう。これにより、前記238Pu
等の核分裂され易い核種が効率よく核分裂を起こ【1、
TRUの消滅か行なわれる。そ[7て、このときには、
中性子経済に悪影響を与える237Np等の数は少なく
なっており、逆に核分裂され易い238Pu等の核分裂
性物質の量か増えているので、従来方法に比べて炉の中
性子経済への悪影響は低減され、場合によっては、炉の
中性子経済を向りさせるこ古も11J能となる。
Therefore, this TRU assembly is then relocated within the reactor core and the fast reactor is operated. As a result, the 238Pu
Fission-prone nuclides such as fission efficiently cause fission [1,
TRU will be destroyed. So [7, at this time,
The number of 237Np, which has a negative impact on the neutron economy, has decreased, and on the contrary, the amount of fissile materials such as 238Pu, which are easily fissionable, has increased, so the negative impact on the reactor's neutron economy is reduced compared to the conventional method. In some cases, the neutron economy of the reactor will also be 11J.

(実施例) 以下、本発明を図面を参照して説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1実施例に係るTRUの消滅処理
方法が実施される高速炉炉心の水平断面図であり、消滅
処理の対栄である237N、を多く含むTRU集合体1
03本を、第1図に符号Bで示すように、まず核分裂の
大部分が生じる炉心部1ではなく、その外側の外側部2
に配置[5て炉を運転する。これにより、炉心部1から
減速されて゛漏れ出てくる中性fか、外側部ンに配置さ
れ/−TRU集合集合体熱射される。
FIG. 1 is a horizontal sectional view of a fast reactor core in which the TRU extinction processing method according to the first embodiment of the present invention is implemented, and shows a TRU assembly 1 containing a large amount of 237N, which is the target for extinction processing.
As shown by the symbol B in Fig. 1, the 03 core is not placed in the reactor core 1, where most of the nuclear fission occurs, but in the outer part 2 outside the core.
Place [5] and operate the furnace. As a result, the neutral f, which is decelerated and leaks from the core part 1, is placed in the outer part and is thermally radiated from the TRU assembly.

なお、炉心部1には、通常の高速炉の炉心燃料として使
用されるブルト−コウムとウランとの混合酸化物燃1を
装荷し、そのプルトニウムの富化度は20%である。
The reactor core 1 is loaded with a mixed oxide fuel 1 of Brutcoum and uranium, which is used as the core fuel of a normal fast reactor, and its plutonium enrichment is 20%.

前記照射においては、炉心部1の前記炉心燃料を1年照
射する毎に3分の1ずつ取替え、 方TRU集合体Bは
、外側部2に配置さイ゛]たままニー14年間照射する
In the irradiation, one-third of the core fuel in the core part 1 is replaced every year of irradiation, and the TRU assembly B is irradiated for 14 years while remaining in the outer part 2.

その後、外側部2ノ1.0′3本のTRU集合集合体熱
炉心部]の中の’l” RIJ装荷領域3に移動、再配
置し、4年間炉を運転する、この際、外側部2には、次
の新たなTRU集合集合体熱03本配置し、でおく。
Thereafter, the outer part 2, 1.0' three TRU assemblies were moved and relocated to the 'l' RIJ loading area 3 in the thermal reactor core, and the reactor was operated for four years. 2, place the next new TRU aggregate heat 03 and set aside.

以後、前記操作を繰返し、T R,Uの消滅処理を行な
う。
Thereafter, the above operation is repeated to perform the disappearance process of TR and U.

ところ−〇、TRUの消滅処理の主な対象核種C237
241、243 ある  Np、   Am、    Amのエネルギ平
均4均された核分裂断面積は、高速炉の炉上・部1にお
いこ、各々約0.3バ〜〉、約(][づバー乙約0.2
パーンと小さく、核分裂されにくい核種である。
Tokoro-〇, the main target nuclide of TRU's extinction process is C237
241, 243 The nuclear fission cross-sections of Np, Am, and Am whose energies are averaged by 4 are approximately 0.3 bar and approximately () and approximately 0.3 bar and 0.3 bar, respectively, in the upper part 1 of a fast reactor. .2
It is a nuclide that is extremely small and difficult to undergo nuclear fission.

こねに対(で、m4図(a)7第14図(1) 、)第
4図(C)にぞわぞわ示すよつに、  Np241  
 24.3 A m、    A nlか中性子捕獲した結架牛じる
238   239   242m    242A 
In、あるPu    Pu、    Am いは245(′m等は、]ネルギ平均されノ2.核分裂
断面植が、高速炉の炉心部1においC1各々約141バ
ーン、約1.9バーン1約3.〔1・・−一約3,2バ
ーン1約2,6バーンと大きく、核分裂され易い核種で
ある。なお、第4図(a)・・(C)において、F′、
P、は核分裂生成物(Fission Pro山」ct
、)を示し、また口1枠で示ず核14は、高速炉におけ
る中性3′ユネルギに対11、で核分裂を起ごI6.易
い、1なわちエネルギ平均された核分裂断面積か約1バ
ーン以十のものを不ず。また、第4図(a) 〜(e)
中ノ238Np1242AII〕。
As shown in Figure 4 (C), Np241
24.3 A m, A nl or neutron-captured bridge 238 239 242m 242A
In, a certain Pu Pu, Am or 245 ('m, etc.) energy averaged 2. Nuclear fission cross section in the core 1 of the fast reactor C1 about 141 burns, about 1.9 burns 1 about 3. [1...-1 about 3.2 burns 1 about 2.6 burns, and is a nuclide that is easily fissionable.In addition, in Fig. 4(a)...(C), F',
P is a fission product (Fission Pro mountain) ct
, ), and the nucleus 14, not shown in a single frame, undergoes nuclear fission at 11, relative to the neutral 3' energy in a fast reactor, I6. The energy averaged fission cross section must be approximately 1 burn or more. Also, Fig. 4(a) to (e)
Nakano 238Np1242AII].

”Amのρ崩壊の半減期は、極めC短いノコめ殆んど無
視し、得る。
``The half-life of ρ decay of Am is extremely short, so we can almost ignore it and get it.

〜・方、第5図に示すように、一般に中性子捕獲断面積
は、中性子エネルギが低いはと大きくなり、かつ高速炉
内に存在jる中性子の平均エネルギは、炉心部1よりも
外側部2の方が低いため、Np、    Am、   
 Am’4のエネルギ平均された中性子捕獲断面積は、
炉心部1よりも外側部2の方が大きくなる。代表的なT
RU元素の炉心部と炉心部外側とにおける中性子捕獲断
面積を実際に算出した結果を次の表に示す。
As shown in FIG. Since Np, Am,
The energy-averaged neutron capture cross section of Am'4 is
The outer part 2 is larger than the core part 1. Typical T
The following table shows the results of actually calculating the neutron capture cross sections of RU elements in the core and outside the core.

表 以1のことから、消滅処理の主な対象核種である  N
p、    Anl、    Arn等を多く含むT 
R,U集合体Bを、まず炉心部〕の外側の外側部2に配
置して炉を運転することにより、炉心部1から減速され
て漏ね出てくる中性rか’r R[1集合体Bに照射さ
れ、このTRU集8体に8まれている  Np、   
 Am、    Am等が、効率的に中性f捕獲を行な
うことになる。その結果、TRU集&体Bに含まれCい
る核分裂されにくいNp、    Am、    Am
等か、核変換によす、核分裂され易い  P u   
 P u211.2[11242245 Am、    Am、    Cn1′@−に変換さ第
1る。
From Table 1, N is the main target nuclide for extinction treatment.
T containing many p, Anl, Arn, etc.
By first arranging the R,U assembly B in the outer part 2 of the reactor core and operating the reactor, the neutral r or'r R[1 Np, which is irradiated to aggregate B and is contained in this TRU aggregate,
Am, Am, etc. will efficiently capture neutral f. As a result, Np, Am, Am, which are difficult to undergo nuclear fission, are included in the TRU collection & body B.
etc., subject to nuclear transmutation, susceptible to nuclear fission P u
P u211.2 [11242245 Am, Am, converted to Cn1'@-.

なお、前記照射の期間は、■’RU集音体Bに急まれC
いる  Np、    Am、   A m等の原子の
数の・)ち、充分な数か核分裂され易い核種に変換され
るまでである。
In addition, during the above-mentioned period of irradiation,
The number of Np, Am, Am, etc. atoms present in the nuclear reactor is increased until a sufficient number of atoms are converted into nuclides that are easily fissionable.

二のよ・)に12で、TRU集合集合体熱側部?におい
て、充分に中性子を照射し、たならば、次にこのT R
U集合体Bを炉心部1内に再配置I2て炉を運転する。
At 12, the thermal side of the TRU aggregate? If neutrons are irradiated sufficiently at , then this T R
The U assembly B is relocated I2 into the reactor core 1 and the reactor is operated.

これにより、TRU集合集合体内3内積23g    
239   242n+    24.2された  P
u、    Pu、    Am、    Am245
0m等の核分裂され易い核種か効率よく核り〕裂を起こ
し、TRUの消滅が95なわれる。このときには、炉の
中性子経済に悪影響を′〕える237Np、    A
m、    Am等の丁RUの馬1〕′−のTRU集合
集合体音まれる数は少なくな−9でお23g    2
39 す、逆に核分裂され易い  Pu、    Pu242
m    242   245 A口1.   Arri、    Cm等の核分裂性物
質の量か増えているため、従来の消滅処、理力d、に比
べ、炉の中性f−経済へ4の悪影響は低減され、場合に
よ・2“C(i、炉の中性F経済を向上、させることも
できる。
As a result, 3 dot product 23g within the TRU aggregate
239 242n+ 24.2 P
u, Pu, Am, Am245
Nuclides that are easily fissionable, such as 0m, efficiently cause nuclear fission, resulting in the disappearance of TRU. At this time, 237Np, A, which has a negative impact on the neutron economy of the reactor.
The number of TRU aggregates such as m, Am, etc. is small -9 and 23g 2
39 On the contrary, it is easy to undergo nuclear fission Pu, Pu242
m 242 245 A port 1. Since the amount of fissile materials such as Arri and Cm is increasing, the negative effects of 4 on the reactor's neutral f-economy are reduced compared to conventional annihilation processing, and in some cases, 2"C (i) It is also possible to improve the neutral F economy of the furnace.

第2図は、TRU東合体Bを外側部?に配、置し。Figure 2 shows TRU East Combined B as the outer part? Place, place.

た状態で中性イ苓照射した際に、TRU集合集合体音ま
れる237Npおよび237N、が中性子捕獲した結果
生成する23”PuO量の変化を示したものである。な
お、第′3図の評価においては、簡便のため、  N 
pおよび2:3Fy、1」の核分裂等による含イ]量の
変化は無視した。
This figure shows the change in the amount of 23" PuO produced as a result of neutron capture by 237Np and 237N, which are included in the TRU aggregates, when irradiation with neutral energy is carried out in a neutral state. In the evaluation, for simplicity, N
Changes in the content due to nuclear fission, etc. of p and 2:3Fy,1 were ignored.

第2図からも明らかなように、TRU集合集合体音側部
2における4年間の照射により、初期の237Npの量
は約2796減少し1、その結果、238P1」の量は
全TRUの内約27%を占めるよ・)になることか判る
As is clear from Fig. 2, the initial amount of 237Np decreased by approximately 2796 1 after 4 years of irradiation in the sound side part 2 of the TRU aggregate, and as a result, the amount of 238P1'' decreased by approximately 2796% among all TRUs. It makes up for 27% of the population.

一力、2””Puを炉心部1内のT RIJ装荷鎮領域
に装荷する場8の炉の中性j−経夙にりX−る影響、ず
なイ)も中性「の発生と消滅とを2S慮し、た迂味の中
性子の数の変化量LL、次代で求められる。
In other words, when 2""Pu is loaded into the TRIJ loading area in the reactor core 1, the influence of Taking into account 2S of annihilation, the amount of change LL in the number of neutrons is obtained in the next generation.

たた、、 ν23g  、  238Puか核分裂り、
、 f: L、 ’?;に、1回の核分裂当りにずt 41する中性子の数 C238、2381)、のエネルギ平P、)された核分
裂断面積 σ二38 、 238PuのJネルギ・Iぺ均された中
性子捕獲断面積 し5たかって、外側部′、2において4年間照射し、た
T RU集合体B券中心部]内のT R’UJ装荷領域
−3に再配置する場合、′rlくU集合体Bに含まれて
いる237Npおよび238Puによる炉の中性子経済
に移入る影響は、前記(3)および(5)式の結果に対
しC1237Npと238Puの含有量の割合に応じて
平均化し5た値により表わされ、その値は次式%式% 1、か1.て、予めTRU集合集合体音側部2におい′
C4年間照射し2でおくことにより、T RU集合体B
l炉心部1のT RU装4J 領域3に装荷するときの
炉の中性子経済への悪影響は、’r RU集合体Bを外
側部″、2において予め照射り、ない従来り法に比べ、 0.3/ −コ 、o−o、y3      ・・・・
 (7)と、約3分の1に減少し、でいることか判る。
Tata,, ν23g, 238Pu or nuclear fission,
, f: L, '? ; the number of neutrons that t41 per fission C238,2381), the energy averaged P,), the fission cross section σ238, the neutron capture cross section averaged by J energy I of 238Pu Therefore, when irradiating for 4 years in the outer part', 2 and relocating it to the TR'UJ loading area-3 in the TRU aggregate B central part, the The influence of the contained 237Np and 238Pu on the neutron economy of the reactor is expressed by the value obtained by averaging the results of equations (3) and (5) above according to the ratio of the content of C1237Np and 238Pu. The value is calculated using the following formula % 1, or 1. In advance, the TRU aggregate sound side part 2'
By irradiating C for 4 years and leaving it at 2, T RU aggregate B
The negative impact on the neutron economy of the reactor when loading the T RU assembly 4J region 3 of the reactor core section 1 is 0 compared to the conventional method in which the RU assembly B is pre-irradiated in the outer section, 2. .3/ -ko, o-o, y3...
(7), it can be seen that it has decreased to about one-third.

これは、従来方法に比べ、炉の臨界性か保ち易いことを
意味]7、こ、hにより炉心部1に装荷は−る核分裂性
物質の濃度を減ら1−ことかてき、燃料費を低減させて
経済性を向上させることかできる。
This means that it is easier to maintain the criticality of the reactor compared to conventional methods] 7. This reduces the concentration of fissile material loaded into the reactor core 1, reducing fuel costs. It is possible to improve economic efficiency by

また、炉心部1に装荷する核分裂性物質の濃度を減らず
ことにより増殖特性が向1−11炉の運転に伴なう反応
度損失4小さくするこ−ができ、長期連続運転か可能と
なる。
In addition, by not reducing the concentration of fissile material loaded into the reactor core 1, the breeding characteristics can be reduced by the reactivity loss 4 that accompanies the operation of the 1-11 reactor, making long-term continuous operation possible. .

換言すれば、従来方法の場合のTRUi音体Bの装61
Jによる炉の中性r−経済への影響と同程度となるまで
、TRU集合集合体音心部1−内に′A:RL。
In other words, the equipment 61 of the TRUi tone body B in the case of the conventional method
'A:RL in the TRU aggregate core 1- until the impact on the neutral r-economy of the furnace by J.

たとすると、従来方法に比べ、110.3−33倍の数
の丁RU集合体Bを炉心部1内に同時に装荷することか
できる。そし、にれにより、TRUの消滅効率を、従来
方法に比べて約]3イきにすることかできZ)。
In this case, compared to the conventional method, 110.3 to 33 times as many RU aggregates B can be loaded into the reactor core 1 at the same time. In addition, by using this method, the TRU extinction efficiency can be reduced to about 3 times compared to the conventional methodZ).

また、炉心部1内に装荷するTRU集合集合体音37 は、核分裂を起ご、【7にくい  Npの約2790か
、核分裂を起こし易い238P11に変換されているた
め、この点からもTRUの消滅効率を向上させることか
できる。イl、て、’r RU集合体Bに含まれるT 
RLJの核分裂する;か多くなるのC5TRU集音体B
の出力う1担か増λ−ることになり、その分通常の炉心
燃料の出力分担が減ることになるため、通常の炉心燃料
の熱的裕度を増大させることかできる。
In addition, the TRU aggregate sound 37 loaded into the reactor core 1 causes nuclear fission and is converted to about 2790 Np, which is difficult to cause nuclear fission, or 238P11, which is easy to cause nuclear fission. It is possible to improve efficiency. il, te, 'r T included in RU aggregate B
Nuclear fission of RLJ; more C5TRU sound collector B
Since the output of λ- is increased by one more and the output share of the normal core fuel is reduced accordingly, the thermal margin of the normal core fuel can be increased.

第3図は、本発明の第2実施例を示す゛もので、TRU
集合集合体音側部ヌにおりる照射期間を、前記第1実施
例と異なり1〔〕升とし、たものであり、第4図はその
間1、゛おりるTRU東合体Bに含まれる  N 11
)および238P、の証の変化を示す。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
Unlike the first embodiment, the irradiation period falling on the side part N of the aggregate aggregate is set to 1 square, and FIG. 11
) and 238P.

TRU集合体Bを炉心部〕内のT RU装備領域3に装
荷した場合のT RU集合体Bに含まれる237Npお
よび238Puによる炉の中性子経済性に5える影響を
、前記(6)式と同様に評価すると、第3図からも明ら
かlヨように、全TRUO内237NpO量が約459
(1%   PuO量が約535)%であるため、 1、(’、)Xo、451−1.6x0.55=+Q、
43バーン・・・(8)となる。
The influence of 237Np and 238Pu contained in TRU assembly B on the neutron economy of the reactor when TRU assembly B is loaded in the TRU equipment area 3 in the reactor core is calculated as shown in equation (6) above. As is clear from Figure 3, the amount of 237NpO in all TRUO is approximately 459
(1% PuO amount is about 535)%, so 1, (',)Xo, 451-1.6x0.55=+Q,
43 burn...(8).

ちなみに、通常の高速炉炉心燃料に使用されるプルトニ
ウム−ウラン混合燃料において、プルトニウム富化度が
20重量%の場合のプルトニウムとウランとの混合燃料
核種に対する前記(8)式に相当する値は、約0.4バ
ーンである。
By the way, in the plutonium-uranium mixed fuel used for normal fast reactor core fuel, the value corresponding to the above equation (8) for the mixed fuel nuclide of plutonium and uranium when the plutonium enrichment is 20% by weight is: It is about 0.4 burn.

したがっで、本実施例の場合、炉心部1内に装荷するT
RIJ集合体BのTRUの成分は、炉の中性子経済上は
、通常の高速炉炉心燃料と同等であると云える。このた
め、外側部2において]0身間照射しまたTRU集合体
Bのみにより、炉の臨界維持か可能となる。
Therefore, in the case of this embodiment, the T loaded in the reactor core 1
It can be said that the TRU components of RIJ assembly B are equivalent to normal fast reactor core fuel in terms of reactor neutron economy. Therefore, it is possible to maintain the criticality of the reactor by irradiating the outer part 2 for 0 hours and by using only the TRU assembly B.

ずなイ゛〕も、本実施例では、運転l′T)ために8多
”な炉心部1の全領域において、通常の炉心燃料f合体
か不要となり、外側部2におい“こ]0年間年間上たT
RU集合体Bの・う(、′より、炉心部1を構成するこ
とが°Qきる。−のため、TRUの消滅効率をr=LL
さぜることがCきるのめならす、炉心燃料が不要となる
ことによるi’ RU消滅コストの低減、経済性の向上
を図ることができる。
Also, in this embodiment, due to the operation l'T), there is no need to combine the normal core fuel f in the entire area of the core 1, and the outer part 2 has a T increased in the year
From the RU assembly B's
Since the cooling process reduces the amount of heat generated by heating, the i' RU extinction cost can be reduced and economical efficiency can be improved since core fuel is no longer required.

なお、前記両実施例におい”Cは、TRUの消滅対象核
種とし°ζ゛、237Npを対83にして説明しまた2
41   243   244c、  242.、、、
等、が、  A m 、   A m 。
In both of the above embodiments, "C" is the nuclide to be annihilated by TRU.
41 243 244c, 242. ,,,
etc., but A m, A m.

核分裂断面積が比較的小さく、かつ中性j′捕獲の核変
換等により核分裂性核Sに変換さネする核種であわ5ば
、1べて適用することかできる。
It can be applied to all nuclides that have a relatively small fission cross section and can be converted to fissile nuclei S by transmutation of neutral j' capture.

また、前記両実施例においでは、]・′つの高速炉を用
いてTRU消滅’tイー1な)場合15ン)い”C説明
したが、必ずし5も1−)の高速炉°C行なう必要はな
く、例えば、炉心部1外側の外側部2−47の1’ R
,U集合体Bの照射と、再配置後の炉心部1での照射と
で、異なる炉を用いるようにし5でもよく、この場合て
も、同様の効果が期待できる。
Furthermore, in both of the above embodiments, TRU disappears using two fast reactors. For example, 1'R of the outer part 2-47 outside the core part 1
, U assembly B may be irradiated and the reactor core 1 after relocation may be irradiated using different furnaces 5, and similar effects can be expected in this case as well.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明し、たように本発明は、TRU集合体を、ます
炉心部の外側に配置し5て炉の運転を行ない、核分裂さ
れにくい核種を核分裂され易い核種に変換した後、TR
U集合体を炉心部に再配置]2.て炉の運転を行なうよ
うにしているので、T R,U−’を炉心部−\装荷す
る際の中性子経済への悪影響を低減させ、炉心部へのT
RTJ装荷量を多くすることかでき、TRU消滅効率を
向上させることができる。
As explained above, in the present invention, the TRU assembly is placed outside the reactor core, the reactor is operated, and after converting nuclides that are difficult to fission into nuclides that are easy to fission,
Relocating the U assembly to the core]2. This reduces the negative impact on the neutron economy when loading T R, U-' into the reactor core, and reduces the
The RTJ loading amount can be increased, and the TRU extinction efficiency can be improved.

また、炉の燃料は増殖特性を向上できるため、長期連続
運転かijJ能となるとともに、T RLlによる出力
分担が向トするため、炉の運転に使用する炉心燃料の出
力分担が低減され、炉心燃料の熱的裕度を増大させるこ
とができる。
In addition, since the breeding characteristics of the reactor fuel can be improved, long-term continuous operation is possible, and the power sharing by TRLl is reduced, so the power sharing of the core fuel used for reactor operation is reduced, and the reactor The thermal margin of the fuel can be increased.

さらに、炉の運転に必要なプルトニウム等の燃料量を低
減あるいは不要とすることかでき、TRU消滅コストの
低減および経済性の向上を図ることができる。
Furthermore, the amount of fuel such as plutonium required for reactor operation can be reduced or eliminated, making it possible to reduce TRU extinction costs and improve economic efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例に係る超ウラン元素の消滅
処理方法を実施する高速炉炉心を示す水平断面図、第2
図は前記第1実施例にお1ノるTRU集合体内に八まれ
るT R,Uの量の炉心部外側にお1jる照射期間によ
る変化を示すグラフ、第3図は本発明の第2実施例を示
す第2図相当図、第4図(、a )乃至(c)は代表的
なT RU元素の核変換バスを示4−説明図、第5図は
中性子エネルギと中性子捕獲断面積との関係を示す模式
図である。 1・・・炉心部、2・・外側部、3・・T RU装G1
領域、B・・・TRLI集合体。
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a fast reactor core in which the transuranium element extinction treatment method according to the first embodiment of the present invention is implemented;
The figure is a graph showing changes in the amount of TR,U contained in one TRU assembly according to the first embodiment according to the irradiation period outside the core. Figures 2 and 4 (a) to (c) show typical transmutation buses of TRU elements, and Figure 5 shows neutron energy and neutron capture cross sections. FIG. 1... Core part, 2... Outer part, 3... TRU equipment G1
Area, B...TRLI aggregate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 主として高速中性子により核分裂が起こされる高速炉に
おいて、原子番号が93以上の超ウラン元素を多く含む
TRU集合体を、炉心部の外側に配置して高速炉を運転
し、前記TRU集合体に前記炉心部から漏れ出てくる中
性子を照射した後、このTRU集合体を、前記炉心部内
に再配置して高速炉を運転し、前記超ウラン元素の核変
換を行なうことを特徴とする超ウラン元素の消滅処理方
法。
In a fast reactor in which nuclear fission is mainly caused by fast neutrons, the fast reactor is operated with a TRU assembly containing a large amount of transuranium elements having an atomic number of 93 or higher placed outside the reactor core, and the TRU assembly is attached to the reactor core. After being irradiated with neutrons leaking from the reactor core, the TRU assembly is relocated in the reactor core to operate a fast reactor and transmute the transuranic element. Disappearance processing method.
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