JPH05119178A - 高速炉 - Google Patents

高速炉

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JPH05119178A
JPH05119178A JP3275743A JP27574391A JPH05119178A JP H05119178 A JPH05119178 A JP H05119178A JP 3275743 A JP3275743 A JP 3275743A JP 27574391 A JP27574391 A JP 27574391A JP H05119178 A JPH05119178 A JP H05119178A
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JP
Japan
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core
blanket
area
region
neutron
Prior art date
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Pending
Application number
JP3275743A
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English (en)
Inventor
Masaaki Iida
正明 飯田
Kazuo Arie
和夫 有江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH05119178A publication Critical patent/JPH05119178A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】超長寿命放射性廃棄物核種である核分裂生成物
の安定核種への変換による消滅効果増大を図ると同時
に、冷却材ボイド反応度の低減による安全性向上、およ
び増殖比の確保等が図れる高速炉を提供することを目的
とする。 【構成】プルトニウム主体の炉心1の周囲にブランケッ
トを形成する。この炉心および炉心付近のブランケット
領域に、核分裂生成物を含む吸収体領域2を設ける。吸
収体領域2を減損ウラン(ブランケット領域3)で囲む
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核分裂生成物や超ウラ
ン元素を消滅する技術に係り、特に核分裂生成物の消滅
能力の向上と同時にプルトニウムの増殖比の向上および
ナトリウムボイド反応度の低下等を図った高速炉に関す
る。
【0002】
【従来の技術】沸騰水型原子炉等の熱中性子炉から出さ
れる使用済燃料の中には、半減期が極めて長く短期間で
は消滅処理させることができない、いわゆる超長寿命放
射性廃棄物質である核分裂生成物(Fission Product )
や、超ウラン元素(Trans-Uranium )等が存在する。
【0003】そこで従来、このような核分裂生成物等を
消滅させる技術が種々検討され、その一つとして、高速
炉の炉心に装荷される燃料中に核分裂生成物を充填さ
せ、中性子吸収等によって半減期の短い核種に変換させ
て消滅させる技術がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来では、高
速炉における核分裂生成物の消滅技術と、炉心核特性の
向上技術とは、別個に検討されており、核分裂生成物の
消滅効率の向上を図ると同時に、その際の炉心核特性向
上を図ることは殆ど考慮されていない。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、いわゆる超長寿命放射性廃棄物核種である核分
裂生成物の安定核種への変換による消滅効果増大を図る
と同時に、冷却材ボイド反応度の低減による安全性向
上、および増殖比の確保等が図れる高速炉を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】核分裂生成物
を装荷した高速炉を運転した場合、その核分裂生成物は
中性子との間で(n,γ),(n,ρ)等の核反応を起
し、主として(n,γ)反応(中性子吸収)を生じる。
【0007】この反応およびその後のγ線放出等によ
り、核分裂生成物は短寿命あるいは安定な核種に変換さ
れ、消滅する。この吸収体は、中性子束レベルの高い位
置に設置する方が核分裂生成物の消滅には効果的であ
る。
【0008】その際、減損ウランで吸収体領域を囲んで
おけば、減損ウラン中の258 Uの中性子吸収により239
Puが生成され、Pu増殖比が高まる。
【0009】また、核分裂生成物は中性子吸収体として
も働くため、核分裂生成物を炉心燃料の周辺領域に装荷
しておけば、冷却材沸騰時の炉心からの中性子の漏れを
助長する。これにより、いわゆる冷却材ボイド反応度を
低減でき、安全性が向上する。
【0010】そこで請求項1の発明は、プルトニウム主
体の炉心周囲にブランケット領域を形成した高速炉にお
いて、前記炉心および炉心付近のブランケット領域に、
核分裂生成物を含む吸収体領域を設けるとともに、その
吸収体領域を減損ウランで囲む構成としたことを特徴と
する。
【0011】本発明によれば、核分裂生成物の安定核種
への変換による消滅効果増大を図ると同時に、冷却材ボ
イド反応度の低減による安全性向上、および増殖比の確
保等が図れるようになる。
【0012】本発明において、消滅対象となる核分裂生
成物としては、テクネチウム99(99Tc:半減期21
万年)や、ヨウ素129(129 I:半減期1570万
年)等が挙げられる。
【0013】また、これらの化合物である二酸化テクネ
チウム(TcO2 )やヨウ素ナトリウム(NaI)等も
対象となる。
【0014】一方、吸収体領域を減損ウランではなく、
中性子減速材で囲めば、核分裂生成物の中性子吸収が増
大し、その結果核分裂生成物の消滅効果が増大するとと
もに、核分裂生成物の装荷領域での中性子スペクトルが
軟化する。
【0015】そして、炉心領域での中性子スペクトルの
軟化によりナトリウムボイド反応度が低減する。
【0016】そこで、請求項2の発明は、プルトニウム
主体の炉心周囲にブランケット領域を形成した高速炉に
おいて、前記炉心および炉心付近のブランケット領域
に、核分裂生成物を含む吸収体領域を設けるとともに、
その吸収体領域を中性子減速材で囲む構成としたことを
特徴とする。
【0017】本発明によれば、核分裂生成物の消滅効果
の増大が図れると同時に、冷却材ボイド反応度の低減に
よる安全性向上が図れるようになる本発明において、中
性子減速材としては、酸化ベリリウム(BeO)やグラ
ファイト(C)等が適用される。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0019】図1は本発明による高速炉の一実施例の構
成を示す。
【0020】本実施例の高速炉では、炉心1の中心面付
近に、核分裂生成物である99Tcおよびその化合物であ
るTcO2 が装荷された中間吸収体領域2が形成されて
いる。
【0021】すなわち、99TcおよびTcO2 と構造材
等とで構成される吸収体が作成され、それが炉心領域1
の上下部に設置される。
【0022】中間吸収体領域2での99TcおよびTcO
2 が占める体積割合は、例えば60%とされている。
【0023】この中間吸収体領域2の上下に接する配置
で、減損ウランによって構成される内部軸ブランケット
3が設けられている。
【0024】また、炉心外周側には軸ブランケット4お
よび径ブランケット5が配置されている。
【0025】なお、本実施例では、内部軸ブランケット
3を中性子減速材で置換して、減速材領域とすることも
一つの態様である。
【0026】内部軸ブランケット3を中性子減速材で置
換した場合には、中間吸収体領域2での中性子スペクト
ルが軟化する。この場合、核分裂生成物の吸収断面積は
中性子エネルギの低い方が一般的に大きいため、99Tc
の中性子吸収率が高まり、99Tcの消滅率が増大する。
【0027】ただし、内部軸ブランケット3がない場合
には、Pu増殖比は低下する。
【0028】このような本実施例の特性について、図2
および図3を用いて説明する。
【0029】図2は99Tcの消滅比(装荷99Tcによる
消滅量:本実施例の炉心で新たに生成した99Tcの量と
の比)と、中間吸収体領域厚さとの関係を示したもの
で、実線Aは内部軸ブランケット3が存在する場合の特
性、破線Bは内部軸ブランケット3を中性子減速材で置
換した場合の特性をそれぞれ示している。
【0030】ここで、中間吸収体領域2の厚さと、内部
軸ブランケット(あるいは減速材領域)の厚さとの合計
は、一定値(例えば60cm)としている。
【0031】すなわち、中間吸収体領域2の厚さが増大
すると、内部軸ブランケット3の厚さは減少する。
【0032】本実施例において、99Tcの消滅効果を得
るためには、少くとも炉心で新たに生成する99Tcより
も、装荷した99Tcを多く消滅させる必要がある。つま
り、99Tcの消滅比は1以上が必要である。
【0033】この図2から明らかなように、中間吸収体
領域2の厚さは、内部軸ブランケット3が存在する場合
は3cm程度であり、減速材の場合は1〜2cm程度であ
る。
【0034】また、図3はPu増殖比と中間吸収体領域
2の厚さとの関係を示している。実線Cは内部軸ブラン
ケット3が存在する場合の特性、破線Dは内部軸ブラン
ケット3を中性子減速材で置換した場合の特性をそれぞ
れ示している。
【0035】これら図2と図3とから明らかなように、
Pu増殖比が1.0以上必要となる場合には内部軸ブラ
ンケット3が必要であり、この体系での中間吸収体領域
2の厚さは最大で40cm程度である。
【0036】Pu増殖比が0.9以上の場合には、減速
材があってもよく、その場合の中間吸収体領域2の厚さ
は最大で共に50cm程度である。
【0037】なお、Pu増殖比を問わない場合、中間吸
収体領域4の厚さが最長の60cmで、99Tcの消滅量が
最大になる。
【0038】さらに、図4はナトリウムボイド反応度と
中間吸収体領域2の厚さとの関係を示している。実線E
は内部軸ブランケット3が存在する場合の特性、破線F
は内部軸ブランケット3を中性子減速材で置換した場合
の特性をそれぞれ示している。
【0039】図4から明らかなように、内部軸ブランケ
ット3の場合は、その厚さが小さい場合に、炉心安全に
密接に関係のあるナトリウムボイド反応度が大きく、逆
に減速材の場合は、その厚さが大きい場合にナトリウム
ボイド反応度が大きい。
【0040】さらに減速材設置の方が、内部軸ブランケ
ット3設置の場合よりも小さい。
【0041】したがって、ナトリウムボイド反応度低減
の観点からは、減速材設置の方がよく、かつある程度の
厚さ(片側10cm程度、中間吸収体厚さで表すと40c
m)があった方が炉心安全性が高まる。
【0042】また、99Tcの消滅量をある程度得るため
には、相応の中間吸収体領域の厚さが必要であり、30
cmの厚さでは図2から明かなように、99Tc消滅比は内
部軸ブランケット3付きで6程度である。この場合の重
量は約35kg/年となる。
【0043】この重量は100万kWe 級LWRから1年
間に排出される99Tcの重量と略同じである。
【0044】減速材を設置すると、99Tc消滅比は7程
度に高まり、減速材設置の体系の方が99Tcの消滅に効
果がある。
【0045】以上のように、99Tcの消滅量をある程度
確保し、Puの増殖比を1.0以上必要とする場合に
は、内部軸ブランケット3を設置し、中間吸収体領域の
厚さを30〜40cm程度取ればよく、炉心安全性向上を
重視する場合には、減速材を設置し、中間吸収体領域2
の厚さを同様に30〜40cm程度に設定すればよい。
【0046】図5は本発明の他の実施例を示している。
【0047】本実施例では、図1に示した中間吸収体領
域の他に、炉心中心付近に核分裂生成物装荷集合体で構
成された中心吸収体領域6が追加設置されている。
【0048】このような構成によると、核分裂生成物の
消滅効率の10%程の燃料をTcO2 を含む核分裂生成
物装荷集合体に置換した場合、99Tcの消滅量は約50
%増大した。
【0049】図6〜図8は本発明のさらに他の実施例を
示している。
【0050】本実施例では、図6に示すように、内側炉
心燃料11の周囲に外側炉心燃料12が配置され、さら
にその周囲に径ブランケット燃料13が配置されてい
る。
【0051】そして、内側炉心燃料11の領域に、核分
裂生成物装荷集合体15が分散配置されている。なお、
14は制御棒を示している。
【0052】このように核分裂生成物装荷集合体15が
分散配置された構成によると、1カ所に核分裂生成物装
荷体を集中装荷して、その集合体内の中性子束レベルを
下げる場合よりも、核分裂生成物消滅に関して効果的で
ある。
【0053】この場合、図7に示すように、核分裂生成
物集合体15の装荷領域16の外側に減損ウラン棒17
が配置する体系と、図8に示すように、核分裂生成物集
合体15の装荷領域16の外側に中性子減速材18が配
置する体系との、2領域集合体が採用できる。なお、そ
の他に中性子減速材18に代えて、Naおよび構造材を
配置することも可能である。
【0054】さらに、炉心燃料領域等に、その他の超長
寿命放射性廃棄物である超ウラン元素を装荷しておくこ
とにより、これらの核種を同時に消滅処理することが可
能となる。
【0055】通常、超ウラン元素を炉心部に装荷する
と、冷却材ボイド反応度は増大するが、本発明では前述
の如く核分裂生成物により冷却材ボイド反応度が低減さ
れるため、安全性を確保しつつ、これらの放射性廃棄物
の消滅も可能となる。
【0056】また、前述の内部軸ブラケットと中性子減
速材とを併用し、各々の厚さを調節することにより、増
殖比、冷却材ボイド反応度、消滅特性等について各々の
炉の設計毎に任意に調節して、社会的状況の変化に対応
した炉の設計が可能となる。
【0057】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、いわゆ
る超長寿命放射性廃棄物核種である核分裂生成物および
超ウラン元素を安定核種に変換できるとともに、その際
の炉の冷却材ボイド反応度低減による安全性向上、増殖
比の確保が同時に可能となる等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による高速炉を示す炉心断面
図。
【図2】同実施例における核分裂消滅比と吸収体領域の
厚さとの関係を示す特性図。
【図3】同実施例におけるプルトニウム増殖比と吸収体
領域の厚さとの関係を示す特性図。
【図4】同実施例におけるナトリウムボイド反応度と吸
収体領域の厚さとの関係を示す特性図。
【図5】本発明の他の実施例による高速炉を示す炉心断
面図。
【図6】本発明のさらに他の実施例による高速炉を示す
炉心平面図。
【図7】図6の炉心の一部分の横断面図。
【図8】図6の炉心の他の部分の横断面図。
【符号の説明】
1 炉心 2 中間吸収体領域(吸収体領域) 3 内部軸ブランケット領域(減損ウランによるブラン
ケット領域),または中性子減速材による減速材領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プルトニウム主体の炉心周囲にブランケ
    ット領域を形成した高速炉において、前記炉心および炉
    心付近のブランケット領域に、核分裂生成物を含む吸収
    体領域を設けるとともに、その吸収体領域を減損ウラン
    で囲む構成としたことを特徴とする高速炉。
  2. 【請求項2】 プルトニウム主体の炉心周囲にブランケ
    ット領域を形成した高速炉において、前記炉心および炉
    心付近のブランケット領域に、核分裂生成物を含む吸収
    体領域を設けるとともに、その吸収体領域を中性子減速
    材で囲む構成としたことを特徴とする高速炉。
JP3275743A 1991-10-23 1991-10-23 高速炉 Pending JPH05119178A (ja)

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JP3275743A JPH05119178A (ja) 1991-10-23 1991-10-23 高速炉

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JP3275743A JPH05119178A (ja) 1991-10-23 1991-10-23 高速炉

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005337898A (ja) * 2004-05-27 2005-12-08 Toshiba Corp 反射体制御方式の高速炉
KR20170125103A (ko) 2015-03-20 2017-11-13 고쿠리쓰 겐큐 가이하쓰 호징 리가가쿠 겐큐소 방사성 폐기물의 처리 방법

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