JPH07151879A - Cycling system of tritium fuel - Google Patents

Cycling system of tritium fuel

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JPH07151879A
JPH07151879A JP5301642A JP30164293A JPH07151879A JP H07151879 A JPH07151879 A JP H07151879A JP 5301642 A JP5301642 A JP 5301642A JP 30164293 A JP30164293 A JP 30164293A JP H07151879 A JPH07151879 A JP H07151879A
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JP
Japan
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helium
tritium
gas
fuel
recovered
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Application number
JP5301642A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuji Fukazawa
拓司 深澤
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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Filing date
Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

PURPOSE:To enhance economy by decreasing the amount of tritium produced from lithium and to alleviate the amount of the waste of the tritium and the radiation exposure on works and environments as a result. CONSTITUTION:A helium gas recovery system 16 and a helium gas circulating system 17 are connected, and the helium-gas circulating system 17 is connected to a blanket 6. Helium-3, which is a disintegrated product of tritium, generated in a tritium storing gas system 1 and a tritium-waste treatment system 13, is recovered by a helium-gas recovery system 16. Helium-4 (alpha-particle), which is generated by the nuclear fusion reaction of tritium conveyed through an exhaust-gas purifying system 8 and deuterium and the nuclear reaction of the lithium and neutrons, is recovered by the helium-gas recovery system 16. The helium-3 in the recovered helium gas is sent into a blanket 6 from the helium- gas circulating system 17. The helium-3 reacts with the blanket 6 around core plasma 5 and neutron, and tritium is reproduced and recovered.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はトリチウムを燃料の一部
とする核融合炉である重水素−トリチウム核融合炉にお
けるトリチウム燃料サイクルシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tritium fuel cycle system in a deuterium-tritium fusion reactor which is a fusion reactor using tritium as a part of fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、計画されている重水素−トリチウ
ム核融合炉では、燃料として重水素とトリチウムを使用
する。重水素は安定な水素同位体であり、天然にも存在
比約0.015 %で存在しており、諸外国の重水素製造プラ
ントで工業的な生産が行われている。
2. Description of the Related Art Currently, the planned deuterium-tritium fusion reactor uses deuterium and tritium as fuels. Deuterium is a stable hydrogen isotope, and it exists in nature at a concentration of about 0.015%, and is industrially produced at deuterium production plants in other countries.

【0003】一方、トリチウムは不安定な水素同位体で
あり、天然の存在率が極めて低いことから核反応により
人工的に生産している。核反応により人工的に生産した
核融合炉燃料用のトリチウムは核融合炉において図6に
示すようなトリチウム燃料サイクルシステムとして扱わ
れる。
On the other hand, tritium is an unstable hydrogen isotope, and its natural abundance is extremely low, so that it is artificially produced by a nuclear reaction. The tritium for the fusion reactor fuel artificially produced by the nuclear reaction is treated as a tritium fuel cycle system as shown in FIG. 6 in the fusion reactor.

【0004】図6を参照し、従来のトリチウム燃料サイ
クルシステムを以下に説明する。すなわち、従来のトリ
チウム燃料サイクルは図6に示したように、トリチウム
ガス貯蔵系1と、重水素ガス貯蔵系2と、これらを混合
して燃料として調整する混合燃料調整系3と、この混合
燃料調整系3の下流側に接続した燃料注入系4とが設け
られている。
A conventional tritium fuel cycle system will be described below with reference to FIG. That is, in the conventional tritium fuel cycle, as shown in FIG. 6, a tritium gas storage system 1, a deuterium gas storage system 2, a mixed fuel adjustment system 3 that mixes these to prepare a fuel, and this mixed fuel. A fuel injection system 4 connected to the downstream side of the adjustment system 3 is provided.

【0005】この燃料注入系4に接続した燃料を燃焼す
る炉心プラズマ5と、この炉心プラズマ5から発生する
中性子を増幅しその中性子によりトリチウムを再生しか
つ中性子を減速させて熱を発生するブランケット6と、
燃え残った燃料を排気ガスとして排出する未燃焼燃料排
気系7とが設けられている。
A core plasma 5 that burns fuel connected to the fuel injection system 4, and a blanket 6 that amplifies neutrons generated from the core plasma 5, regenerates tritium by the neutrons, and decelerates the neutrons to generate heat. When,
An unburned fuel exhaust system 7 is provided for discharging the unburned fuel as exhaust gas.

【0006】この未燃焼燃料排気系7に接続した排気ガ
スから燃料を精製する排気精製系8と、ブランケット6
内の増殖材中で生成したトリチウムを回収するガスを循
環させるスウィープガス循環系9と、そのスウィープガ
ス精製系10と、前記ブランケット6内の熱を回収する熱
交換系11と、各工程12から発生するトリチウムを含む廃
棄物を処理するトリチウム廃棄物処理系13とが設けられ
ている。なお、排気精製系8は同位体分離系14に接続し
ている。
An exhaust purification system 8 for purifying fuel from exhaust gas connected to the unburned fuel exhaust system 7, and a blanket 6
The sweep gas circulation system 9 that circulates the gas that recovers the tritium generated in the breeding material inside, the sweep gas purification system 10, the heat exchange system 11 that recovers the heat in the blanket 6, and the steps 12 A tritium waste treatment system 13 for treating the generated waste containing tritium is provided. The exhaust purification system 8 is connected to the isotope separation system 14.

【0007】この従来のトリチウム燃料サイクルシステ
ムでは、トリチウムガス貯蔵系1には核融合炉の運転に
先立ってリチウムと中性子の核反応によって別途人工的
に生産されたトリチウムが装荷される。重水素ガス貯蔵
系2には同位体分離系14で同位体濃縮によって生産した
重水素が貯蔵される。
In this conventional tritium fuel cycle system, the tritium gas storage system 1 is loaded with tritium which is artificially produced separately by the nuclear reaction between lithium and neutrons prior to the operation of the nuclear fusion reactor. The deuterium gas storage system 2 stores deuterium produced by isotope enrichment in the isotope separation system 14.

【0008】次いで、混合燃料調整系3においてトリチ
ウムと重水素を適切な割合で混合し核融合炉用の燃料と
してペレット化する。調整された燃料は、燃料注入系4
に送られ炉心プラズマ5に注入される。炉心のプラズマ
5ではトリチウムと重水素が核融合反応により燃焼し、
中性子とヘリウム−4の原子核であるα粒子が生成す
る。注入された燃料のうち燃焼するのは注入量の1%程
度であり、未燃焼燃料は未燃焼燃料排気系7を通して排
出される。
Next, in the mixed fuel adjusting system 3, tritium and deuterium are mixed at an appropriate ratio and pelletized as a fuel for a fusion reactor. The adjusted fuel is the fuel injection system 4
And is injected into the core plasma 5. In the core plasma 5, tritium and deuterium are burned by a fusion reaction,
Neutrons and α particles, which are helium-4 nuclei, are generated. About 1% of the injected fuel burns the injected fuel, and the unburned fuel is discharged through the unburned fuel exhaust system 7.

【0009】一方、燃料の燃焼により生成した中性子は
ブランケット6中で減速され熱エネルギーを放出する。
その熱は冷却材により熱交換系11へ運び出される。ブラ
ンケット6は中性子増倍材、トリチウムの増殖材および
冷却材から構成され、トリチウム増殖材としてはリチウ
ム含有物質が使用されリチウムの同位体であるリチウム
−6およびリチウム−7と中性子との核反応によりトリ
チウムとα粒子を生成する。
On the other hand, the neutrons produced by the combustion of the fuel are decelerated in the blanket 6 and release thermal energy.
The heat is carried out to the heat exchange system 11 by the coolant. The blanket 6 is composed of a neutron multiplier, a tritium breeding material, and a cooling material. A lithium-containing substance is used as the tritium breeding material. It produces tritium and alpha particles.

【0010】また、冷却材としてはヘリウム,水,液体
リチウム等が用いられる。増殖材中で発生したトリチウ
ムは、スウィープガス循環系9のスウィープガスにより
回収されスウィープガス精製系10で精製された後、一部
はトリチウムガス貯蔵系1に送られ、一部は混合燃料調
整系3へ送られる。
As the coolant, helium, water, liquid lithium or the like is used. Tritium generated in the breeding material is recovered by the sweep gas in the sweep gas circulation system 9 and purified by the sweep gas purification system 10, then a part is sent to the tritium gas storage system 1 and a part is mixed fuel adjustment system. Sent to 3.

【0011】増殖材から生じたα粒子と燃料の燃焼によ
り生成したα粒子は、やがてエネルギーを失い近隣の電
子と結合してヘリウム−4となり未燃焼燃料とともに未
燃焼燃料排出系7から排出され、排気精製系8へ送られ
る。排気精製系8では燃料が回収・精製され、精製燃料
の一部はトリチウムガス貯蔵系1および重水素ガス貯蔵
系2に貯蔵され、一部は混合燃料調整系3へ送られ、一
部は同位体分離系14へ送られる。
The α-particles generated from the breeding material and the α-particles generated by combustion of the fuel lose energy and combine with nearby electrons to become helium-4, which is discharged together with the unburned fuel from the unburned fuel discharge system 7, It is sent to the exhaust gas purification system 8. In the exhaust gas purification system 8, fuel is collected and purified, part of the refined fuel is stored in the tritium gas storage system 1 and deuterium gas storage system 2, part is sent to the mixed fuel adjustment system 3, and part is the same. It is sent to the body separation system 14.

【0012】以上説明したように、従来のトリチウム燃
料サイクルシステムは、燃料の燃焼によって発生する中
性子とトリチウムを含む増殖材によってトリチウムを生
成し燃料として補給するシステムである。すなわち、核
融合炉の運転に伴い消費した量のトリチウムを増殖材を
用いることで新たに外部から燃料を補給している。
As described above, the conventional tritium fuel cycle system is a system in which neutrons generated by combustion of fuel and breeding material containing tritium generate tritium and supply it as fuel. That is, the amount of tritium consumed by the operation of the fusion reactor is newly supplied from the outside by using the breeding material.

【0013】ところで、トリチウムは燃料の燃焼によっ
て消費されるだけではなく、トリチウムが核的に不安定
なため半減期約12.3年で壊変生成物であるヘリウム−3
へとβ壊変することによっても減少する。また、核融合
炉の運転によって各工程12から発生する廃棄物中へもト
リチウムの一部が移行してしまう。廃棄物はガス状、液
状および固体状であり、トリチウム廃棄物処理系13で処
理される。
By the way, tritium is not only consumed by the combustion of fuel, but also due to nuclear instability of tritium, the decay product, helium-3, has a half-life of about 12.3 years.
It is also reduced by β-decay. In addition, a part of tritium is transferred into the waste generated from each process 12 by the operation of the fusion reactor. The waste is in the form of gas, liquid or solid and is treated by the tritium waste treatment system 13.

【0014】廃棄物処理方法としては、例えばトリチウ
ム排液であれば希釈または安定固化といった技術が開発
段階にあるが、交換された機器等の雑多な固体廃棄物も
含めて処分方法は未定であり、処分対策がたてられるま
では保管管理が必要となる。
As a waste treatment method, for example, a technology of diluting or stabilizing solidification of tritium drainage is in the development stage, but a disposal method including miscellaneous solid waste such as exchanged equipment is undecided. However, storage management is required until disposal measures are taken.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】従来のトリチウム燃料
サイクルシステムでは、運転に伴って消費されるトリチ
ウムを補給するため、別途、増殖材を供給する必要があ
り、また、トリチウムの補給によりトリチウム廃棄物の
量が増大し、その結果、作業者および公衆の放射線被ば
くが増大するという課題がある。
In the conventional tritium fuel cycle system, in order to replenish the tritium consumed during the operation, it is necessary to separately supply the breeding material, and the replenishment of tritium causes a waste of tritium waste. There is a problem in that the amount of radiation is increased, and as a result, the radiation exposure of workers and the public is increased.

【0016】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、燃料の燃焼や燃料の貯蔵等によって発生す
る排気ガスの有効利用を行って増殖材や冷却材の供給量
を低減して経済性を高めるとともに、増殖材の低減によ
り外部から補給されるトリチウム量を減らしてトリチウ
ム廃棄物の量を低減して、廃棄物処理および管理費用を
削減しかつ作業者および公衆の被ばくを低減するトリチ
ウム燃料サイクルシステムを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and reduces the supply amount of breeding material and cooling material by effectively utilizing exhaust gas generated by combustion of fuel, storage of fuel, and the like. Increase economic efficiency and reduce tritium waste by reducing the amount of tritium supplied from the outside by reducing breeding materials, reducing waste treatment and management costs and reducing worker and public exposure. It is intended to provide a tritium fuel cycle system.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明はトリチウムを燃
料の一部とする核融合炉の燃料サイクルシステムに用い
られ、トリチウムの核壊変によって生成するヘリウム−
3と、トリチウムと重水素の核融合反応により生成する
ヘリウム−4とを含む排気ガスを回収するヘリウムガス
回収系と、このヘリウムガス回収系で回収したヘリウム
含有ガスを核融合炉のブランケットと熱交換系を循環さ
せるヘリウムガス循環系と、前記ヘリウムガス回収系で
回収したヘリウム含有ガスをその冷媒能から核融合炉の
冷却材として機能させ、かつヘリウムガスの成分である
ヘリウム−3と中性子の核反応によりトリチウムを再生
させることによりトリチウムの増殖材として機能させる
系統とを具備したことを特徴とする。
The present invention is used in a fuel cycle system of a fusion reactor in which tritium is used as a part of fuel, and is a helium produced by nuclear decay of tritium.
3 and a helium gas recovery system for recovering an exhaust gas containing helium-4 produced by a fusion reaction of tritium and deuterium, and a helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system for heat generation with a blanket of a fusion reactor. A helium gas circulation system that circulates an exchange system, and a helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system is caused to function as a coolant of a fusion reactor from its refrigerant capacity, and helium-3 which is a component of helium gas and neutrons. It is characterized by comprising a system which functions as a breeding material for tritium by regenerating tritium by a nuclear reaction.

【0018】また、本発明はトリチウムを燃料の一部と
する核融合炉の燃料サイクルシステムに用いられ、トリ
チウムの核壊変によって生成するヘリウム−3と、トリ
チウムと重水素の核融合反応およびリチウムと中性子と
の核反応により生成するヘリウム−4とを含む排気ガス
を回収するヘリウムガス回収手段と、このヘリウムガス
回収系で回収したヘリウム含有ガスをリチウムを含む増
殖材と熱交換系を循環させるヘリウムガス注入系と、前
記ヘリウムガス回収系で回収したヘリウム含有ガスを冷
却材および増殖材として機能させるとともに、増殖材中
のリチウムから生じたトリチウムを回収するスウィープ
ガスとしても機能させる系統とを具備したことを特徴と
する。
Further, the present invention is used in a fuel cycle system of a fusion reactor in which tritium is used as a part of fuel, and helium-3 produced by nuclear decay of tritium, a fusion reaction of tritium and deuterium, and lithium. Helium gas recovery means for recovering exhaust gas containing helium-4 generated by nuclear reaction with neutrons, and helium for circulating the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system through a breeder containing lithium and a heat exchange system A gas injection system and a system for causing the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system to function as a cooling material and a breeding material and also as a sweep gas for recovering tritium generated from lithium in the breeding material were provided. It is characterized by

【0019】[0019]

【作用】本発明に係るトリチウム燃料サイクルシステム
においては、ヘリウムを含む排気ガスを回収するヘリウ
ムガス回収系により、トリチウムがトリチウム燃料サイ
クル内に滞留する間にβ壊変により生成するヘリウム−
3と、燃料である重水素とトリチウムの核融合反応によ
り生成するヘリウム−4と、増殖材または冷却材中に含
まれるリチウムと中性子の核反応により生成するヘリウ
ム−4を含む排気ガスを排気系を通して回収する。
In the tritium fuel cycle system according to the present invention, the helium gas recovery system for recovering the exhaust gas containing helium causes the helium generated by β decay while the tritium stays in the tritium fuel cycle.
3, an exhaust gas containing helium-4 produced by a nuclear fusion reaction of deuterium as a fuel and tritium, and helium-4 produced by a nuclear reaction of neutrons contained in a breeding material or a coolant. Collect through.

【0020】このヘリウム含有ガスを循環させるヘリウ
ムガス循環系は、ヘリウム含有ガスの温度・圧力調整を
行い、冷却してブランケットに送る。ヘリウム含有ガス
は冷却材としてブランケットに与えられた中性子の熱エ
ネルギーを回収し、さらに増殖材としてヘリウム含有ガ
スの一成分であるヘリウム−3と中性子の核反応により
トリチウムを生成する。
The helium gas circulation system for circulating the helium-containing gas adjusts the temperature and pressure of the helium-containing gas, cools it, and sends it to the blanket. The helium-containing gas recovers the thermal energy of neutrons given to the blanket as a cooling material, and further produces tritium by a nuclear reaction between helium-3, which is one component of the helium-containing gas, as a breeding material and neutrons.

【0021】熱を回収し、トリチウムを生成したトリチ
ウム含有ガスは、熱交換系で熱を放出し、排気系及び排
気精製系を経て再びヘリウムガス回収系へ送られる。し
たがって、排気ガス中に含まれるヘリウム−3によって
トリチウムを再生し、かつヘリウム含有ガス自体が核融
合炉の冷却を行うことができる。
The tritium-containing gas that has recovered heat and produced tritium releases heat in the heat exchange system, and is sent to the helium gas recovery system again through the exhaust system and the exhaust purification system. Therefore, tritium can be regenerated by helium-3 contained in the exhaust gas, and the helium-containing gas itself can cool the fusion reactor.

【0022】[0022]

【実施例】図1から図4に基づいて本発明に係るトリチ
ウム燃料サイクルシステムの一実施例を説明する。な
お、図中、図6と同一部分には同一符号を付している。
図1は、本実施例のトリチウム燃料サイクルシステムの
主要構成を示すものである。
EXAMPLE An example of the tritium fuel cycle system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In the figure, the same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals.
FIG. 1 shows the main configuration of the tritium fuel cycle system of this embodiment.

【0023】すなわち、図1において、トリチウム燃料
サイクルシステムの構成部である燃料用のトリチウムを
貯蔵するトリチウムガス貯蔵系1と燃料用の重水素を貯
蔵する重水素ガス貯蔵系2とのトリチウムと重水素を適
切な割合で混合する混合燃料調整系3と、この混合燃料
調整系で混合された燃料を炉心プラズマ5に注入する燃
料注入系4と、前記炉心プラズマ5から燃料の燃焼によ
って取り出されたエネルギーを熱に変換する熱交換系11
が接続されている。
That is, in FIG. 1, the tritium and heavy of the tritium gas storage system 1 for storing tritium for fuel and the deuterium gas storage system 2 for storing deuterium for fuel, which are components of the tritium fuel cycle system, are shown. A mixed fuel adjusting system 3 that mixes hydrogen at an appropriate ratio, a fuel injection system 4 that injects the fuel mixed by this mixed fuel adjusting system into the core plasma 5, and the fuel is extracted from the core plasma 5 by burning the fuel. Heat exchange system that converts energy into heat 11
Are connected.

【0024】また、核融合プラントの各工程12から発生
するトリチウムを含む放射性廃棄物を処理するトリチウ
ム廃棄物処理系13が設けられている。前記熱交換系およ
びトリチウム廃棄物処理系13で放出する排気ガスからト
リチウムと重水素を生成する排気精製系8と、この排気
精製系8から移送されてくるガスからトリチウムと重水
素を分離・選別する同位体分離系14を備えている。
Further, a tritium waste treatment system 13 for treating radioactive waste containing tritium generated from each step 12 of the nuclear fusion plant is provided. Exhaust gas purification system 8 for producing tritium and deuterium from the exhaust gas emitted from the heat exchange system and tritium waste treatment system 13, and separation and selection of tritium and deuterium from the gas transferred from the exhaust gas purification system 8. It is equipped with an isotope separation system 14.

【0025】さらに、トリチウムガス貯蔵系1の雰囲気
ガスを排出する第1の排気系15と、この第1の排気系15
により排出されたヘリウム−3を含むガスと排気精製系
8でトリチウムおよび重水素から分別されたヘリウム含
有ガスを回収するヘリウムガス回収系16が設けられてい
る。
Further, a first exhaust system 15 for exhausting the atmospheric gas of the tritium gas storage system 1, and the first exhaust system 15
A helium gas recovery system 16 is provided for recovering the gas containing helium-3 discharged by the above and the helium-containing gas separated from tritium and deuterium in the exhaust purification system 8.

【0026】このヘリウムガス回収系16で回収されたヘ
リウム含有ガスを冷却材かつトリチウムの増殖材として
用いるブランケット6内へ送るヘリウムガス循環系17が
設けられている。
A helium gas circulation system 17 is provided for sending the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system 16 into the blanket 6 used as a cooling material and a breeding material for tritium.

【0027】また、ブランケット6内を循環し熱交換系
11を経由したヘリウム含有ガスと炉心プラズマ5内の未
燃焼燃料ガスとトリチウム廃棄物処理系13での排気ガス
を排出し、排気精製系8へ送る第2の排気系18が接続さ
れている。
The heat exchange system is circulated in the blanket 6.
A second exhaust system 18 for discharging the helium-containing gas, the unburned fuel gas in the core plasma 5 and the exhaust gas in the tritium waste treatment system 13 via 11 and sending them to the exhaust purification system 8 is connected.

【0028】次に、上記構成のトリチウム燃料サイクル
システムの作用を説明する。トリチウムガス貯蔵系1お
よび重水素ガス貯蔵系2には、核融合炉の運転開始前に
別途生産された燃料ガスが初期装荷される。トリチウム
と重水素は各々混合燃料調整系3に必要量移送されペレ
ット化される。調整されたペレット燃料は燃料注入系4
へ送られた後、炉心プラズマ5へ注入され、注入量の1
%程度が燃焼する。
Next, the operation of the tritium fuel cycle system having the above structure will be described. The tritium gas storage system 1 and the deuterium gas storage system 2 are initially loaded with a fuel gas produced separately before the operation of the fusion reactor is started. The required amounts of tritium and deuterium are transferred to the mixed fuel adjusting system 3 and pelletized. The adjusted pellet fuel is the fuel injection system 4
After being sent to the core plasma 5, it is injected into the core plasma 5 and the injection amount is 1
% Burns.

【0029】燃焼しないで残った未燃焼燃料は真空排気
により排気ガスとして第2の排気系18により排出され
る。この排気ガス中には主にトリチウムと重水素ガスが
含まれており、トリチウムと重水素の核融合反応によっ
て生成したヘリウム−4も含まれている。
The unburned fuel remaining without being burned is exhausted by the second exhaust system 18 as exhaust gas by vacuum exhaust. The exhaust gas mainly contains tritium and deuterium gas, and also contains helium-4 produced by a nuclear fusion reaction of tritium and deuterium.

【0030】この混合ガスは排気精製系8に移送されて
トリチウム,重水素および他の成分に分離される。分離
されたトリチウムと重水素は、一部はトリチウムガス貯
蔵系1および重水素ガス貯蔵系2へ送られ、一部は同位
体分離系14へ送られ、一部は混合燃料調整系3へ送られ
る。
This mixed gas is transferred to the exhaust gas purification system 8 and separated into tritium, deuterium and other components. Part of the separated tritium and deuterium is sent to the tritium gas storage system 1 and the deuterium gas storage system 2, part is sent to the isotope separation system 14, and part is sent to the mixed fuel adjustment system 3. To be

【0031】同位体分離系14ではトリチウムと重水素の
同位体分離が行われ、分離された各ガスはそれぞれの貯
蔵系または混合燃料調整系へ送られる。排気精製系8に
おいてトリチウムと重水素から分離されたヘリウム−4
を含むガスは後述のヘリウムガス回収系16に回収され
る。
The isotope separation system 14 performs isotope separation of tritium and deuterium, and the separated gases are sent to respective storage systems or mixed fuel adjusting systems. Helium-4 separated from tritium and deuterium in the exhaust purification system 8
The gas containing is recovered by the helium gas recovery system 16 described later.

【0032】一方、トリチウムガス貯蔵系1に貯蔵され
ているトリチウムはβ壊変により半減期約12.3年でヘリ
ウム−3へと核変換を起こす。例えば、1年間貯蔵され
たトリチウムは貯蔵開始時の量の約5%が、2年間貯蔵
されたトリチウムは約10%がヘリウム−3へと変換す
る。このようにトリチウムガス貯蔵系1で発生するヘリ
ウム−3を貯蔵系施設の雰囲気ガスともに第1の排気系
15により後述のヘリウムガス回収系16へ排出し回収す
る。
On the other hand, the tritium stored in the tritium gas storage system 1 undergoes nuclear conversion into helium-3 with a half-life of about 12.3 years due to β decay. For example, about 5% of the amount of tritium stored for one year is converted to helium-3, and about 10% of tritium stored for two years is converted to helium-3. As described above, the helium-3 generated in the tritium gas storage system 1 is added to the first exhaust system together with the atmosphere gas of the storage system facility.
It is discharged by 15 to the helium gas recovery system 16 described later and recovered.

【0033】ヘリウムガス回収系16では、第1の排気系
15を通して送られてきたヘリウム−3を含むガスと、排
気精製系8を通して送られてきたヘリウム−4を含むガ
スが混合される。このヘリウム含有ガスは、冷却器によ
り温度調整され圧縮器により圧力調整され、ヘリウムガ
ス循環系17へ送られる。このヘリウム含有ガスはブラン
ケット6へ送られ循環した後、熱交換系11を経て第2の
排気系18により排出される。
In the helium gas recovery system 16, the first exhaust system
The gas containing helium-3 sent through 15 and the gas containing helium-4 sent through the exhaust purification system 8 are mixed. The helium-containing gas is sent to the helium gas circulation system 17 after its temperature is adjusted by the cooler and its pressure is adjusted by the compressor. The helium-containing gas is sent to the blanket 6 and circulated, and then discharged through the heat exchange system 11 and the second exhaust system 18.

【0034】つぎに、ヘリウムガス循環系17から第2の
排気系18へのヘリウム含有ガスの流れを図2により説明
する。ヘリウムガス回収系16からヘリウムガス循環系17
へ送られてきたヘリウム含有ガスは、ヘリウムガス循環
ライン19へ導入される。ヘリウムガス循環ライン19は、
ブランケット6内を循環し、中性子増倍材20により増幅
された中性子を効率よく受け、かつ中性子の減速により
発生した熱を効率よく回収できる位置に配置される。
Next, the flow of the helium-containing gas from the helium gas circulation system 17 to the second exhaust system 18 will be described with reference to FIG. Helium gas recovery system 16 to helium gas circulation system 17
The helium-containing gas sent to is introduced into the helium gas circulation line 19. Helium gas circulation line 19
It is arranged at a position where it can circulate in the blanket 6, efficiently receive the neutrons amplified by the neutron multiplier 20, and efficiently recover the heat generated by the deceleration of the neutrons.

【0035】すなわち、図2ではヘリウムガス循環ライ
ン19は中性子増倍材20の回りを1周循環しているが、例
えば中性子増倍材20に密接してまたは中性子増倍材内を
複数回循環させることにより中性子照射効率と熱回収効
率を高めることができる。
That is, in FIG. 2, the helium gas circulation line 19 circulates once around the neutron multiplier 20. However, for example, the helium gas circulation line 19 is in close contact with the neutron multiplier 20 or circulated several times in the neutron multiplier. By doing so, neutron irradiation efficiency and heat recovery efficiency can be improved.

【0036】ヘリウム含有ガスはヘリウムガス循環ライ
ン19を通ってブランケット6内を循環する間に、含有成
分であるヘリウム−3と中性子との核反応によりトリチ
ウムを生じ、また、冷却された状態でブランケット6に
注入されるので発生した熱を効率よく回収する。
While the helium-containing gas circulates in the blanket 6 through the helium gas circulation line 19, tritium is produced by a nuclear reaction between helium-3, which is a contained component, and neutrons, and the blanket is cooled. Since it is injected into 6, heat generated is efficiently recovered.

【0037】つづいてヘリウムガス循環ライン19は、熱
交換系11内を循環し、ヘリウム含有ガスがブランケット
6で吸収した熱を熱交換系11の熱交換器21へ放出する。
熱を放出したヘリウム含有ガスは第2の排気系18により
排出され、未燃焼燃料排気ライン22によって第2の排気
系18へ送られた燃え残りのトリチウムおよび重水素と、
燃料の燃焼により発生したヘリウム−4等とともに温度
・圧力の調整が行われリサイクルされる。
Subsequently, the helium gas circulation line 19 circulates in the heat exchange system 11 and releases the heat absorbed by the helium-containing gas in the blanket 6 to the heat exchanger 21 of the heat exchange system 11.
The helium-containing gas that has released heat is exhausted by the second exhaust system 18, and unburned fuel exhaust line 22 sends unburned tritium and deuterium to the second exhaust system 18, and
The temperature and pressure are adjusted and recycled along with helium-4 etc. generated by the combustion of fuel.

【0038】上記説明から明らかなように、本実施例に
よれば、トリチウムのβ壊変によって生成するヘリウム
−3と燃料の燃焼によって生成するヘリウム−4を回収
することができる。
As is clear from the above description, according to the present embodiment, it is possible to recover helium-3 produced by β-decay of tritium and helium-4 produced by combustion of fuel.

【0039】また、回収したヘリウム含有ガスをブラン
ケット6および熱交換系11に循環させることにより炉心
の冷却と熱交換を行いながら、ヘリウム−3に中性子を
照射してトリチウムを再生することでトリチウムの増殖
材と冷却材を新たに用いることなく閉じた系においてト
リチウム燃料を補給することが可能となる。
While the recovered helium-containing gas is circulated in the blanket 6 and the heat exchange system 11 to cool and heat exchange the core, helium-3 is irradiated with neutrons to regenerate tritium. It is possible to replenish the tritium fuel in a closed system without newly using the breeding material and the cooling material.

【0040】ところで、図1に示す本実施例のトリチウ
ム燃料サイクルシステムでは、回収したヘリウム含有ガ
ス中のヘリウム−3の含有量または濃度が低い場合には
燃料補給に必要なトリチウム量が得られない場合があ
る。
By the way, in the tritium fuel cycle system of this embodiment shown in FIG. 1, when the content or concentration of helium-3 in the recovered helium-containing gas is low, the amount of tritium necessary for refueling cannot be obtained. There are cases.

【0041】このような場合には、トリチウムの増殖材
としてヘリウム含有ガスとリチウム含有物質を併用し、
しかもヘリウム含有ガスを冷却材かつリチウム含有物質
と中性子の核反応で生成したトリチウムを回収するため
のスウィープガスとして機能させるトリチウム燃料サイ
クルシステムを図3を参照して説明する。
In such a case, a helium-containing gas and a lithium-containing substance are used together as a tritium breeding material,
Moreover, a tritium fuel cycle system in which the helium-containing gas functions as a coolant and as a sweep gas for recovering tritium produced by the nuclear reaction of the lithium-containing substance and neutrons will be described with reference to FIG.

【0042】図3は、トリチウム燃料サイクルシステム
におけるヘリウム含有ガスの流れの一例を示すものであ
る。第2の排気系18からヘリウムガス回収系16に至る構
成は図1に示した実施例と同様であり、ヘリウムガス回
収系16以降が、回収したヘリウム含有ガスをブランケッ
ト6のリチウム含有増殖材23へ注入するヘリウムガス注
入系24およびヘリウムガス注入ライン25と、リチウム含
有増殖材23へ注入したヘリウム含有ガスを回収し、熱交
換系11を経て第2の排気系18へ送る再生トリチウム排出
ライン26により構成される。
FIG. 3 shows an example of the flow of the helium-containing gas in the tritium fuel cycle system. The configuration from the second exhaust system 18 to the helium gas recovery system 16 is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the helium gas recovery system 16 and the subsequent devices supply the recovered helium-containing gas to the lithium-containing breeding material 23 of the blanket 6. To the helium gas injection system 24 and the helium gas injection line 25, and the regenerated tritium discharge line 26 that collects the helium-containing gas injected into the lithium-containing breeding material 23 and sends it to the second exhaust system 18 via the heat exchange system 11. It is composed of

【0043】次に、上記図3に示した例のトリチウム燃
料サイクルシステムの作用を説明する。ブランケット6
は中性子増倍材20と、リチウム含有トリチウム増殖材23
で構成されている。リチウム含有増殖材23にはリチウム
が含まれていて、炉心プラズマ5で発生し中性子増倍材
20で増幅された中性子とリチウムの核反応によりトリチ
ウムを生成する。生成したトリチウムはリチウム含有増
倍材23中に閉じ込められる。
Next, the operation of the tritium fuel cycle system of the example shown in FIG. 3 will be described. Blanket 6
Is a neutron multiplier 20 and a lithium-containing tritium breeder 23
It is composed of. The lithium-containing breeding material 23 contains lithium and is generated by the core plasma 5 and is a neutron multiplication material.
Tritium is produced by the nuclear reaction between neutrons amplified at 20 and lithium. The generated tritium is confined in the lithium-containing multiplier material 23.

【0044】ヘリウムガス回収系16で回収されたヘリウ
ム含有ガスは、ヘリウムガス注入系24によってヘリウム
ガス注入ライン25を通してリチウム含有増殖材23中に注
入される。ヘリウムガスはトリチウムの担体として成り
得るので、リチウム増倍材23に注入されたヘリウム含有
ガスは、閉じ込められているトリチウムをスウィープし
ながら再生トリチウム排出ライン26へ送られる。
The helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system 16 is injected into the lithium-containing breeding material 23 by the helium gas injection system 24 through the helium gas injection line 25. Since helium gas can serve as a carrier for tritium, the helium-containing gas injected into the lithium multiplication material 23 is sent to the regenerated tritium discharge line 26 while sweeping the trapped tritium.

【0045】この時、ヘリウム含有ガスはリチウム含有
増殖材23中で中性子が減速されて発生した熱を吸収して
おり、再生トリチウム排出ライン26が熱交換系11内を循
環する間に吸収した熱を放出する。
At this time, the helium-containing gas absorbs heat generated by decelerating neutrons in the lithium-containing breeding material 23, and the heat absorbed while the regenerated tritium discharge line 26 circulates in the heat exchange system 11. To release.

【0046】熱交換を終えたヘリウム含有ガスは第2の
排気系18へ送られ、炉心プラズマ5から未燃焼燃料排出
ライン22により同じく第2の排気系18へ送られてきた未
燃焼のトリチウム,重水素および核融合反応で発生した
ヘリウム−4等とともに温度・圧力の調整が行われた後
リサイクルされる。
The helium-containing gas that has completed the heat exchange is sent to the second exhaust system 18, and unburned tritium also sent from the core plasma 5 to the second exhaust system 18 through the unburned fuel discharge line 22. After the temperature and pressure are adjusted together with deuterium and helium-4 generated in the fusion reaction, they are recycled.

【0047】上記説明から明らかなように、図3の例に
よれば、回収したヘリウム含有ガスに含まれるヘリウム
−3から生成するトリチウム量をリチウムと中性子の反
応によって生成するトリチウムで補うことができる。
As is clear from the above description, according to the example of FIG. 3, the amount of tritium produced from helium-3 contained in the recovered helium-containing gas can be supplemented with tritium produced by the reaction of lithium and neutrons. .

【0048】また、図6に示す従来のトリチウム燃料サ
イクルシステムと同様にリチウム含有物質を増殖材の一
部として用いるが、本発明の実施例ではヘリウム含有ガ
スからもトリチウムを再生することができるので、リチ
ウム含有物質の使用量を従来より減らすことができる。
Further, although the lithium-containing substance is used as a part of the breeding material as in the conventional tritium fuel cycle system shown in FIG. 6, in the embodiment of the present invention, tritium can be regenerated from the helium-containing gas. In addition, the amount of the lithium-containing substance used can be reduced as compared with the conventional one.

【0049】さらに、リチウム増殖材中に滞留したトリ
チウムをヘリウム含有ガスによってスウィープすること
ができ、しかもヘリウム含有ガスはリチウム増殖材中で
中性子の減速によって発生した熱を吸収し熱交換器で放
出することができるので、ヘリウム含有ガスを再生トリ
チウムのスウィープガスとするとともに冷却材としても
機能させることができる。
Furthermore, the tritium retained in the lithium breeder can be swept by the helium-containing gas, and the helium-containing gas absorbs the heat generated by the deceleration of neutrons in the lithium breeder and releases it in the heat exchanger. Therefore, the helium-containing gas can be used as the sweep gas of the regenerated tritium and can also function as a coolant.

【0050】次に、ここまで述べた本発明の実施例にお
いては回収したヘリウム含有ガスは温度・圧力を調整し
てヘリウムガス循環系17またはヘリウムガス注入系24へ
送られるが、必要なトリチウム量を得るためにヘリウム
ガス回収系16においてヘリウム含有ガス中のヘリウムの
含有比を増すシステムすなわちヘリウム富化システムを
図4を参照して説明する。
Next, in the embodiments of the present invention described so far, the recovered helium-containing gas is sent to the helium gas circulation system 17 or the helium gas injection system 24 by adjusting the temperature and pressure, but the required amount of tritium is required. In order to obtain the above, a system for increasing the helium content ratio in the helium-containing gas in the helium gas recovery system 16, that is, a helium enrichment system will be described with reference to FIG.

【0051】図4は上記図1に示した実施例のトリチウ
ム燃料サイクルシステムにおけるヘリウム富化システム
の一例を示すもので、ヘリウムガス回収系16が圧力調整
器27と、第1の圧縮器28と、乾燥器29と、ヘリウム選択
透過膜30を搭載したヘリウム粗精製塔31と、第1の冷却
装置32を液化不純ガス34を冷却する深冷器33と、第2の
冷却装置35を装備した複数の吸着塔36と、排気・排液系
37とから構成されている。
FIG. 4 shows an example of a helium enrichment system in the tritium fuel cycle system of the embodiment shown in FIG. 1, in which the helium gas recovery system 16 includes a pressure regulator 27 and a first compressor 28. A drier 29, a helium rough purification column 31 equipped with a helium selective permeable membrane 30, a chiller 33 for cooling a liquefied impure gas 34 from a first cooling device 32, and a second cooling device 35. Multiple adsorption towers 36 and exhaust / drainage system
Composed of 37 and.

【0052】排気・排液系37はトリチウム廃棄物処理系
13に接続し、第1の排気系15は圧力調整器27に接続し、
第2の圧縮器38はヘリウムガス循環系・注入系17,24に
接続している。
The exhaust / drainage system 37 is a tritium waste treatment system.
13, the first exhaust system 15 is connected to the pressure regulator 27,
The second compressor 38 is connected to the helium gas circulation system / injection system 17, 24.

【0053】上記構成のトリチウム燃料サイクルシステ
ムにおけるヘリウム富化システムの作用を説明する。ヘ
リウムガス回収系16には、ヘリウムと各系から混入した
雰囲気ガスと漏洩した若干のトリチウムおよび重水素が
第1の排気系39により移送される。移送された排気ガス
は圧力調整器27内で混合され全体として一定圧力に調整
される。この混合ガスであるヘリウム含有ガスは、まず
第1の圧縮器28により圧縮され容量を減らされ、乾燥器
29で乾燥することにより湿分が除去される。
The operation of the helium enrichment system in the tritium fuel cycle system having the above structure will be described. To the helium gas recovery system 16, helium, atmospheric gas mixed from each system, and some leaked tritium and deuterium are transferred by the first exhaust system 39. The transferred exhaust gas is mixed in the pressure regulator 27 and adjusted to a constant pressure as a whole. The mixed gas, helium-containing gas, is first compressed by the first compressor 28 to reduce its volume, and then dried.
The moisture is removed by drying at 29.

【0054】次に乾燥したヘリウム混合ガスはヘリウム
粗精製塔31に導かれ、ヘリウムは透過しやすくその他の
ガスは透過しにくいヘリウム選択透過膜30に通気するこ
とによりヘリウムが粗濃縮される。
Next, the dried helium mixed gas is guided to the helium rough purification column 31, and is helium is roughly concentrated by passing it through the helium selective permeable membrane 30 which is permeable to helium and impermeable to other gases.

【0055】つづいて粗濃縮されたヘリウム含有ガスは
深冷塔33に送られる。深冷塔33はヘリウムの液化温度よ
りは高い温度の極低温まで冷却する第1の冷却器32によ
り温度調整され、ヘリウム以外のガス(不純ガスと呼
ぶ)の大部分は凝縮して液化不純ガス34として深冷塔33
の下部に溜まり、液化しなかった若干の不純ガスとヘリ
ウムは非凝縮ガスとして吸着塔36へ送られる。
Subsequently, the crudely concentrated helium-containing gas is sent to the deep cooling tower 33. The chilling tower 33 is temperature-controlled by the first cooler 32 that cools to a cryogenic temperature higher than the liquefying temperature of helium, and most of the gas other than helium (called impure gas) is condensed and liquefied impure gas. Cryogenic tower as 34 33
A small amount of impure gas and helium that have accumulated in the lower part of the column and have not been liquefied are sent to the adsorption tower 36 as non-condensed gas.

【0056】吸着塔36には不純ガス吸着用の吸着材が装
填されており、第2の冷却器35で吸着塔36を冷却しなが
ら非凝縮ガスを通気することにより不純ガスを吸着・分
離する。よって、吸着塔36から排出されたヘリウム含有
ガスはヘリウム濃度が高まり、第2の圧縮器38により再
圧縮されてヘリウムガス循環系17またはヘリウムガス注
入系24へ送られる。
The adsorption tower 36 is loaded with an adsorbent for adsorbing the impure gas, and the impure gas is adsorbed and separated by aeration of the non-condensable gas while the adsorption tower 36 is cooled by the second cooler 35. . Therefore, the helium-containing gas discharged from the adsorption tower 36 has a high helium concentration, is recompressed by the second compressor 38, and is sent to the helium gas circulation system 17 or the helium gas injection system 24.

【0057】ヘリウム粗精製塔は31および吸着塔36で分
離された不純ガスと、深冷塔33で分離された液化不純ガ
ス34は排気・排液系37により回収されトリチウム廃棄物
処理系13で処理される。
In the helium rough purification tower 31, the impure gas separated in 31 and the adsorption tower 36 and the liquefied impure gas 34 separated in the chilling tower 33 are collected by the exhaust / drainage system 37 and collected in the tritium waste treatment system 13. It is processed.

【0058】図4に示した例では、ヘリウムの濃度を高
める手段としてヘリウム粗精製塔31,深冷塔33および吸
着塔36を組み合わせてヘリウム以外のガスを分離・排出
しているが、必要となるヘリウムの精製度すなわち富化
度が低い場合には、これら3手段のうち2手段の組み合
わせまたは1手段を単独で用いることも可能である。ま
た、より富化度を高めるために各手段を複数段組み上げ
ることもできる。
In the example shown in FIG. 4, a gas other than helium is separated and discharged by combining the helium crude refining tower 31, the chilling tower 33 and the adsorption tower 36 as means for increasing the helium concentration. When the degree of purification, that is, the degree of enrichment, of helium is low, it is possible to use a combination of two means out of these three means or one means alone. Further, each means can be assembled in a plurality of stages in order to further enhance the enrichment.

【0059】上記説明から明らかなように、図4に示し
た例によれば、ヘリウム含有ガス中のヘリウムとその他
のガスを膜分離または深冷分離または吸着分離すること
によりヘリウムを富化することができ、図1に示すよう
なヘリウム含有ガスを増殖材として用いるトリチウム燃
料サイクルシステムに適用すれば、トリチウムの再生・
回収度を高めることができる。
As is clear from the above description, according to the example shown in FIG. 4, helium in the helium-containing gas is enriched with helium by membrane separation, cryogenic separation or adsorption separation. When applied to a tritium fuel cycle system that uses a helium-containing gas as a breeding material as shown in FIG.
The degree of recovery can be increased.

【0060】また、図3に示すようなヘリウム含有ガス
とリチウム含有物質の両方を増殖材とするトリチウム燃
料サイクルシステムに適用すれば、トリチウムの再生・
回収度を高めるとともにリチウム含有物質の物量を減ら
すことができる。
When applied to a tritium fuel cycle system using both a helium-containing gas and a lithium-containing substance as breeding materials as shown in FIG.
It is possible to increase the recovery and reduce the amount of the lithium-containing substance.

【0061】つぎに図5により本発明の他の実施例を説
明する。なお、図5中図1と同一部分には同一符号を付
し重複する部分の説明は省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description of the overlapping parts will be omitted.

【0062】精製排気系8から送られてきた排気ガスを
排気する第3の排気系と、この第3の排気系39により排
出されたヘリウム含有ガスを回収するヘリウム混合ガス
回収系40と、第1の排気系15により排気されたトリチウ
ムガス貯蔵系1の排気ガスを回収するヘリウム−3ガス
回収系41と、その排気ガスの中のヘリウム−3を精製す
るヘリウム−3精製系42と、精製されたヘリウム−3ガ
スを抽出する精製ヘリウム−3抽出系43と、ヘリウム−
3ガス回収系41およびヘリウム混合ガス回収系40で回収
されたガスを混合しヘリウムガス循環系17へ送るガス混
合系44を設置している。
A third exhaust system for exhausting the exhaust gas sent from the refined exhaust system 8, a helium mixed gas recovery system 40 for recovering the helium-containing gas exhausted by the third exhaust system 39, A helium-3 gas recovery system 41 for recovering the exhaust gas of the tritium gas storage system 1 exhausted by the exhaust system 15 of No. 1, a helium-3 purification system 42 for purifying helium-3 in the exhaust gas, and a purification Helium-3 extraction system 43 for extracting the generated helium-3 gas, and helium-3
A gas mixing system 44 is installed which mixes the gases recovered by the three-gas recovery system 41 and the helium mixed gas recovery system 40 and sends them to the helium gas circulation system 17.

【0063】トリチウムガス貯蔵系1の排気ガス中には
トリチウムの壊変生成物であるヘリウム−3が含まれて
いるが、ヘリウム−4はもし他の系から混入したとして
も非常に微量であるため、ヘリウム−4に比べてヘリウ
ム−3の同位体比が非常に高い。このガスのみを第1の
排気系15を通してヘリウム−3ガス回収系41で回収す
る。
The exhaust gas of the tritium gas storage system 1 contains helium-3, which is a decomposition product of tritium, but helium-4 is extremely small if mixed from other systems. , Helium-3 has a much higher isotope ratio than helium-4. Only this gas is recovered by the helium-3 gas recovery system 41 through the first exhaust system 15.

【0064】一方、排気精製系8から第3の排気系39を
通ってヘリウム混合ガス回収系40に回収された排気ガス
中のヘリウムは、核融合反応で生成したヘリウム−4と
ブランケット6内で中性子と核反応を起こさなかったヘ
リウム−3の両方の同位体を含んでいる。
On the other hand, the helium in the exhaust gas recovered from the exhaust purification system 8 through the third exhaust system 39 to the helium mixed gas recovery system 40 is stored in the helium-4 produced in the fusion reaction and in the blanket 6. It contains both neutron and helium-3 isotopes that did not undergo nuclear reaction.

【0065】よって、ヘリウム−3ガス回収系41で回収
されたヘリウム−3の同位体比が高いヘリウム含有ガス
は、ヘリウム混合ガス回収系40で回収されたガスとガス
混合系44で混合され温度・圧力を調整された後、ヘリウ
ムガス循環系17によりブランケット6へ送られることで
これまで説明した実施例同様の効果をあげることができ
る。
Therefore, the helium-containing gas having a high isotope ratio of helium-3 recovered by the helium-3 gas recovery system 41 is mixed with the gas recovered by the helium mixed gas recovery system 40 by the gas mixing system 44, and the temperature is changed. After the pressure is adjusted, the helium gas circulation system 17 sends the blanket 6 to the blanket 6 to obtain the same effects as those of the embodiments described above.

【0066】さらに、ヘリウム−3ガス精製系42におい
て、ヘリウム−3同位体比の高いヘリウムガスを例えば
深冷分離により不純ガスから分離・精製を行い、圧力調
整を行って精製ヘリウム−3ガス抽出系43で貯留するこ
とにより精製度の高いヘリウム−3源を得ることができ
る。
Further, in the helium-3 gas purification system 42, the helium gas having a high helium-3 isotope ratio is separated and purified from the impure gas by, for example, cryogenic separation, and the pressure is adjusted to obtain the purified helium-3 gas extraction. By storing in the system 43, a highly purified helium-3 source can be obtained.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、排気ガス中に含まれる
ヘリウムを回収し、回収したヘリウム含有ガスをリサイ
クルする手段を備えたことによりトリチウムを補給する
ための材料であるリチウム含有増殖材の量を減らすか、
または新たに供給しなくて良い経済的なシステムを提供
できる。
According to the present invention, a lithium-containing breeding material, which is a material for replenishing tritium, is provided with means for recovering helium contained in exhaust gas and recycling the recovered helium-containing gas. Reduce the amount,
Or, it can provide an economical system that does not require new supply.

【0068】また、外部から補給するトリチウム量が減
るので、トリチウム排気物の量を低減でき、もって廃棄
物処理および管理費用を削減し、かつ作業者および公衆
の放射線被ばくを軽減することが可能となる。
Further, since the amount of tritium supplied from the outside is reduced, it is possible to reduce the amount of tritium exhaust gas, thereby reducing the waste treatment and management costs and reducing the radiation exposure of workers and the public. Become.

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

【図1】本発明に係るトリチウム燃料サイクルシステム
の一実施例を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a tritium fuel cycle system according to the present invention.

【図2】本発明の一実施例におけるヘリウム含有ガスの
流れを示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a flow of a helium-containing gas according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例におけるヘリウム含有ガスの
流れを示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a flow of a helium-containing gas according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例におけるヘリウムガス回収系
の構成を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a helium gas recovery system in one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例のトリチウム燃料サイクル
システムの構成を示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a tritium fuel cycle system according to another embodiment of the present invention.

【図6】従来のトリチウム燃料サイクルシステムを示す
ブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional tritium fuel cycle system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…トリチウムガス貯蔵系、2…重水素ガス貯蔵系、3
…混合燃料調整系、4…燃料注入系、5…炉心プラズ
マ、6…ブランケット、7…未燃焼燃料排気系、8…排
気精製系、9…スウィープガス循環系、10…スウィープ
ガス精製系、11…熱交換系、12…各工程、13…トリチウ
ム廃棄物処理系、14…同位体分離系、15…第1の排気
系、16…ヘリウムガス回収系、17…ヘリウムガス循環
系、18…第2の排気系、19…ヘリウムガス循環ライン、
20…中性子増倍材、21…熱交換器、22…未燃焼燃料排気
ライン、23…リチウム含有増殖材、24…ヘリウムガス注
入系、25…ヘリウムガス注入ライン、26…再生トリチウ
ム排出ライン、27…圧力調整器、28…第1の圧縮器、29
…乾燥器、30…ヘリウム選択透過膜、31…ヘリウム粗精
製塔、32…第1の冷却装置、33…深冷器、34…液化不純
ガス、35…第2の冷却装置、36…吸着塔、37…排気・排
液系、38…第2の圧縮器、39…第3の排気系、40…ヘリ
ウム混合ガス回収系、41…ヘリウム−3ガス回収系、42
…ヘリウム−3精製系、43…精製ヘリウム−3ガス抽出
系。
1 ... Tritium gas storage system, 2 ... Deuterium gas storage system, 3
... mixed fuel adjusting system, 4 ... fuel injection system, 5 ... core plasma, 6 ... blanket, 7 ... unburned fuel exhaust system, 8 ... exhaust purification system, 9 ... sweep gas circulation system, 10 ... sweep gas purification system, 11 ... Heat exchange system, 12 ... Each process, 13 ... Tritium waste treatment system, 14 ... Isotope separation system, 15 ... First exhaust system, 16 ... Helium gas recovery system, 17 ... Helium gas circulation system, 18 ... 2 exhaust system, 19 ... Helium gas circulation line,
20 ... Neutron multiplier, 21 ... Heat exchanger, 22 ... Unburned fuel exhaust line, 23 ... Lithium-containing breeder, 24 ... Helium gas injection system, 25 ... Helium gas injection line, 26 ... Regenerated tritium discharge line, 27 … Pressure regulator, 28… First compressor, 29
... dryer, 30 ... helium selective permeable membrane, 31 ... helium rough purification tower, 32 ... first cooling device, 33 ... chiller, 34 ... liquefied impure gas, 35 ... second cooling device, 36 ... adsorption tower , 37 ... Exhaust / drainage system, 38 ... Second compressor, 39 ... Third exhaust system, 40 ... Helium mixed gas recovery system, 41 ... Helium-3 gas recovery system, 42
... Helium-3 purification system, 43 ... Purification helium-3 gas extraction system.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トリチウムを燃料の一部とする核融合炉
の燃料サイクルシステムに用いられ、トリチウムの核壊
変によって生成するヘリウム−3と、トリチウムと重水
素の核融合反応により生成するヘリウム−4とを含む排
気ガスを回収するヘリウムガス回収系と、このヘリウム
ガス回収系で回収したヘリウム含有ガスを核融合炉のブ
ランケットと熱交換系を循環させるヘリウムガス循環系
と、前記ヘリウムガス回収系で回収したヘリウム含有ガ
スをその冷媒能から核融合炉の冷却材として機能させ、
かつヘリウムガスの成分であるヘリウム−3と中性子の
核反応によりトリチウムを再生させることによりトリチ
ウムの増殖材として機能させる系統とを具備したことを
特徴とするトリチウム燃料サイクルシステム。
1. A helium-3 that is used in a fuel cycle system of a fusion reactor that uses tritium as a part of fuel, and that is produced by the nuclear decay of tritium, and a helium-4 that is produced by the fusion reaction of tritium and deuterium. A helium gas recovery system for recovering exhaust gas including and a helium gas circulation system for circulating the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system through the blanket and heat exchange system of the fusion reactor, and the helium gas recovery system. The recovered helium-containing gas is made to function as a coolant for the fusion reactor due to its refrigerant capacity,
A tritium fuel cycle system comprising: a system that functions as a breeding material for tritium by regenerating tritium by a nuclear reaction between helium-3, which is a component of helium gas, and neutrons.
【請求項2】 トリチウムを燃料の一部とする核融合炉
の燃料サイクルシステムに用いられ、トリチウムの核壊
変によって生成するヘリウム−3と、トリチウムと重水
素の核融合反応およびリチウムと中性子との核反応によ
り生成するヘリウム−4とを含む排気ガスを回収するヘ
リウムガス回収手段と、このヘリウムガス回収系で回収
したヘリウム含有ガスをリチウムを含む増殖材と熱交換
系を循環させるヘリウムガス注入系と、前記ヘリウムガ
ス回収系で回収したヘリウム含有ガスを冷却材および増
殖材として機能させるとともに、増殖材中のリチウムか
ら生じたトリチウムを回収するスウィープガスとしても
機能させる系統とを具備したことを特徴とするトリチウ
ム燃料サイクルシステム。
2. A helium-3, which is used in a fuel cycle system of a nuclear fusion reactor that uses tritium as a part of fuel, and is produced by nuclear decay of tritium, a fusion reaction of tritium and deuterium, and lithium and neutrons. Helium gas recovery means for recovering exhaust gas containing helium-4 produced by nuclear reaction, and helium gas injection system for circulating the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system through a breeder containing lithium and a heat exchange system And a system that causes the helium-containing gas recovered by the helium gas recovery system to function as a coolant and a breeding material, and also function as a sweep gas that recovers tritium generated from lithium in the breeding material. And tritium fuel cycle system.
【請求項3】 前記ヘリウムガス回収系は、回収したヘ
リウム含有ガスからヘリウムガスと他のガスを膜分離、
深冷分離および吸着分離の組合わせ処理または単独処理
により分離することによりヘリウムを富化することを特
徴とする請求項1および2記載のトリチウム燃料サイク
ルシステム。
3. The helium gas recovery system membrane-separates helium gas and other gas from the recovered helium-containing gas,
3. The tritium fuel cycle system according to claim 1 or 2, wherein helium is enriched by separating by a combination of cryogenic separation and adsorption separation or a single treatment.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2777090A1 (en) * 1998-04-07 1999-10-08 Commissariat Energie Atomique METHOD OF MEASURING THE TRITIUM ACTIVITY OF A RADIOACTIVE WASTE DRUM
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