JPH0743483A

JPH0743483A - 核融合−核分裂ハイブリッド炉

Info

Publication number: JPH0743483A
Application number: JP5189879A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takuma; 董宅間; Tomoaki Yoshida; 智朗吉田; Kenji Yamaji; 憲治山地; Sukezo Fukai; 佑造深井; Akimasa Hatayama; 明聖畑山; Michinori Yamauchi; 通則山内
Original assignee: Toshiba Corp; Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Toshiba Corp; Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】全熱出力の変動巾を、できるだけ少なくする。【構成】ブランケットの核燃料領域を、プラズマに近い
第１核燃料領域１２と、プラズマから遠い第２核燃料領
域１３とに分ける。第１核燃料領域１２を、第２核燃料
領域１３よりも狭い領域厚さにする。第１核燃料領域１
２に、核分裂親物質のみを装荷する第２核燃料領域１３
に、核分裂親物質と３％以下の核分裂性物質とを装荷す
る。運転により、第１核燃料領域１２の熱出力は増える
が、第２核燃料領域１３の熱出力は減るので、全体の熱
出力は変動が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の安定上から
限られる単基容量に基ずくプラント全熱出力を持ち、か
つ、ブランケットに装荷した核燃料を長期間交換するこ
となく、運転期間中の発生全熱出力の変動巾を最小に抑
制し得る熱中性子型の核融合−核分裂ハイブリッド炉
（以下ハイブリッド炉と略称する）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハイブリッド炉ブランケット核燃
料領域では、核融合反応プラズマより発生する中性子に
より可能な限り熱出力を増倍することを目的とした概念
が多かった。核融合反応の発生出力当りのハイブリッド
炉ブランケット核燃料領域での熱出力の増加の割合をエ
ネルギー増倍率：Ｍ値（以下Ｍ値と略称する）と定義
する。一般に、電力系統に電力を供給することを目的と
した発電所の単基容量は、電力系統の安定上の観点から
は１００万ＫＷｅが適当である。発電所熱効率を約３０
％とすると、電力生産用ハイブリッド炉のプラント全熱
出力は３，３００ＭＷｔとなる。一方、自己点火条件を
達成した核融合反応プラズマの核融合出力は３００ＭＷ
ｔを下回ることはない。こうした観点からすると、Ｍ値
が１０を超えるような高出力密度特性を持つハイブリッ
ド炉の概念は必要でなく、むしろ避けるべきである。

【０００３】図９は、例えば特公平１−５５４３７号公
報に開示されているハイブリッド炉を示すもので、この
ハイブリッド炉は、核融合反応プラズマを発生させる炉
心プラズマであり、これを取り巻くように熱中性子型の
ブランケット２および遮蔽体３が配置されているととも
に、プラズマ閉じ込め部としてのトロイダル磁場コイル
４およびポロイダル磁場コイル５が配設されている。

【０００４】前記ブランケット２は、炉心プラズマ１に
近い側から、真空容器を形成する第一壁、核燃料領域、
トリチウム増殖領域および反射体を順次配して構成され
ており、前記反射体は、必要に応じ省略されるようにな
っている。

【０００５】以上の構成を有するハイブリッド炉は、そ
の構成が純粋核融合炉と殆ど同様で、異なる点はブラン
ケットに核燃料を装荷した核燃料領域を持ち、核融合反
応プラズマより発生する中性子による核分裂性物質の核
分裂エネルギーを核融合反応エネルギーに付加して、プ
ラント全熱出力とするものである。この核分裂エネルギ
ーの付加の割合、即ちＭ値によって所定の全熱出力を得
るので、核融合出力を低くすることが可能になり、炉体
がコンパクトになり純粋核融合炉で問題となっている第
一壁負荷を軽減出来るものである。

【０００６】ハイブリッド炉の核燃料領域での核分裂反
応は、核融合反応プラズマより発生する中性子により生
起するので、この体系は常に核的未臨界性が保たれてい
る。この状態は核的暴走がなく、安全性上は大変好まし
いが、通常の核分裂炉に設置されている制御棒等による
発生熱出力を調整する方式もない。ハイブリッド炉の熱
出力は、短時間では核融合反応プラズマの状態を制御す
ることによって可能になる。しかし、ハイブリッド炉の
構成が純粋核融合炉と殆ど同様であるから、ハイブリッ
ド炉発電所の建設費用は殆ど核融合出力で決定されるの
で、長期間の運転では核融合出力は一定に保たれる。一
方、電力系統に接続されているハイブリッド炉発電所で
は、供給電力一定即ちプラント全熱出力一定が要求され
ている。長期間の運転での核融合出力一定の条件下で、
制御棒等での発生熱出力を調整する方式を持たないハイ
ブリッド炉では、ブランケット核燃料領域のＭ値を長期
間の核融合中性子に照射されても、可能な限り一定に保
たれるような組成を有する核燃料を装荷した核燃料領域
を設計しなければならない。

【０００７】従来は長期間Ｍ値を一定にするために、次
のような提案がある。 (1) 高いＭ値を持つ高速中性子核分裂型ブランケット。 (2) 核分裂性物質の濃度を核分裂反応によって消滅する
核分裂性物質と、核分裂親物質に中性子が衝突する際に
生成する各分裂性物質とが等しくなる平衡濃度に保持す
るよう構成する。 (3) 核燃料に含有される核分裂物質の濃度を３ないし１
１％とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の提案のう
ち、（１）Ｍ値を上げる方法は、前述のように現実的で
はなく、また（３）の核分裂性物質の濃度を３ないし１
１％にする方法は、核分裂性物質の濃度がかなり濃く、
また高速中性子核分裂型の核燃料領域構成では、中性子
スペクトルが硬くなるのでＭ値が１０を超えてしまい、
この方法も現実的ではない。

【０００９】これに対して（２）の核分裂性物質の濃度
を調整する方法は、前記２方法と異なり現実的ではある
が、「核分裂性物質の濃度を、核分裂反応によって消滅
する核分裂性物質と、核分裂親物質に中性子が衝突する
際に生成する核分裂性物質とが等しくなる濃度」とは、
厳密に考えると時間の関数である。即ち、初期に「等し
くなる」ように決定した濃度は、運転時間の経過と共
に、次に示す理由によって変化する。

【００１０】(1) 核分裂親物質ほの中性子の照射により
核分裂性物質が生成する。核燃料領域に装荷されている
核燃料が取り替えられることがなければ、核燃料に含ま
れているこの核分裂親物質は中性子の照射により減少す
る。即ち核分裂親物質の原子核数は運転時間と共に減少
し、それから生成した核分裂性物質に「等しくなる」よ
うな核分裂性物質の濃度は時間の関数になる。 (2) 核燃料領域で核分裂が起これば、必然的に核分裂生
成物（ＦＰ）が発生し、核燃料が取り替えられることが
なければ、ＦＰが運転時間の経過と共に体系内に蓄積
し、中性子スペクトルが変化し、核分裂性物質や核分裂
親物質の消滅する割合（平均中性子断面積）が運転時間
と共に変化する。

【００１１】前者はハイブリッド炉の重要な、他のエネ
ルギー生産手段より優れていると言われている核燃料取
り替えが長期間不要であるという特徴に関連し、後者は
熱中性子型のハイブリッド炉の特性評価では無視するこ
とが出来ない。

【００１２】本発明は、かかる現況に鑑みなされたもの
で、装荷した核燃料を長期間交換する必要がなく、しか
もハイブリッド炉での全発生熱出力を、運転期間中可能
な限り一定にすることができる核融合−核分裂ハイブリ
ッド炉を提供することを目的とする。

【００１３】本発明の他の目的は、運転後に取出される
核燃料の燃料燃焼度を、可能な限り等しくすることがで
きる核融合−核分裂ハイブリッド炉を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
前記目的を達成する手段として、核融合反応プラズマを
発生させる炉心と、これを取り巻く熱中性子型のブラン
ケットおよび遮蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ
閉じ込め部とからなり、前記ブランケットは、第一壁
と、プラズマに近い第１核燃料領域と、プラズマから遠
い第２核燃料領域と、トリチウム増殖領域とを備え、前
記第１核燃料領域を、第２核燃料領域よりも狭い領域厚
とするとともに、核分裂親物質のみを装荷して構成し、
かつ前記第２核燃料領域を、核分裂親物質と３％以下の
核分裂性物質とを装荷して構成するようにしたことを特
徴する。

【００１５】また、本発明の第２の発明は、前記目的を
達成する手段として、核融合反応プラズマを発生させる
炉心と、これを取り巻く熱中性子型のブランケットおよ
び遮蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ閉じ込め部
とからなり、前記ブランケットは、第一壁と、プラズマ
に近い第１核燃料領域と、プラズマから遠い第２核燃料
領域と、トリチウム増殖領域とを備え、前記第１核燃料
領域を、第２核燃料領域と同一またはそれより広い領域
厚とするとともに、核分裂親物質と３％以下の核分裂性
物質とを装荷して構成し、かつ前記第２核燃料領域を、
核分裂親物質のみを装荷して構成するようにしたことを
特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の第３の発明は、前記目的
を達成する手段として、核融合反応プラズマを発生させ
る炉心と、これを取り巻く熱中性子型のブランケットお
よび遮蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ閉じ込め
部とを備え、前記ブランケットのアウトボード側に配置
された核燃料領域またはインボード側に配置された核燃
料領域のうちの少なくともいずれか一方を、トロイダル
方向に複数の領域に分割するとともに、核分裂親物質の
みを装荷して構成される領域と核分裂親物質および３％
以下の核分裂性物質を装荷して構成される領域とを交互
に配列するようにしたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明の第１の発明に係る核融合−核分裂ハイ
ブリッド炉においては、核燃料領域が、プラズマに近い
第１核燃料領域とプラズマから遠い第２核燃料領域との
２つの領域に分けられ、第２核燃料領域よりも狭い領域
厚を有する第１燃料領域には、核分裂親物質のみが装荷
され、また第２燃料領域には、核分裂親物質と３％以下
の核分裂性物質とが装荷される。このため、第１核燃料
領域での運転に伴なって増加する熱出力を第２核燃料領
域での運転に伴なって減少する熱出力で相殺することに
なり、装荷した核燃料を長期間交換することなく、ハイ
ブリッド炉での全発生熱出力の変動を、最少限に抑制す
ることが可能となる。また、運転後に各領域から取出さ
れる核燃料の燃料燃焼度を、可能な限り等しくすること
が可能となる。

【００１８】また、本発明の第２の発明に係る核融合−
核分裂ハイブリッド炉においては、前記第１の発明とは
逆に、第２核燃料領域と同一またはそれより広い領域厚
を有する第１核燃料領域に、核分裂親物質と３％以下の
核分裂性物質とが装荷され、また第２核燃料領域に、核
分裂親物質のみが装荷される。このため、前記第１の発
明とは逆の作用により熱出力が相殺され、同様の効果が
得られる。

【００１９】さらに、本発明の第３の発明に係る核融合
−核分裂ハイブリッド炉においては、前記両発明とは異
なり、核燃料領域がトロイダル方向に複数の領域に分割
されるとともに、核分裂親物質のみを装荷した領域と、
核分裂親物質および３％以下の核分裂性物質を装荷した
領域とが交互に配列される。このため、組成の異なる領
域間で熱出力が相殺され、同様の効果が得られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。

【００２１】まず、図１を参照して本発明の原理を説明
する。

【００２２】図１は、ハイブリッド炉のブランケット部
分の構成を示すもので、ブランケットは、第一壁１１
と、プラズマに近い第１核燃料領域１２と、プラズマか
ら遠い第２核燃料領域１３と、トリチウム増殖領域１４
と、反射材１５とから構成されており、反射材１５は、
必要に応じ省略されるようになっている。

【００２３】前記各核燃料領域１２，１３には、核分裂
親物質と核分裂性物質との組成比の異なる核燃料がそれ
ぞれ装荷されており、その組成比および領域厚さの比率
は、プラント全熱出力の変動巾を最小に抑制し得るよう
に調整されている。即ち、一方の核燃料領域１２または
１３で運転時間の経過と共に発生出力が増加すれば、他
方の核燃料領域１３または１２では発生出力を減少させ
るよう、その組成比および領域厚さの比率が調整される
ようになっている。そして、各核燃料領域１２，１３か
らの発生熱を混合することにより、プラント全体として
の全熱出力が、運転時間の経過と共に可能な限り一定に
保たれるようになっている。

【００２４】これら両核燃料領域１２，１３の具体的な
構造を、図２および図３に示す。

【００２５】図２の場合には、核分裂親物質と核分裂性
物質との組成比の異なる燃料ペレット１７，１８を領域
を分けて同一の被覆材１９内に装填して１本の燃料体１
６を作成し、この燃料体１６を束ねて第一壁１１に垂直
に配置したもので、燃料体１６間に冷却材２０を流すこ
とにより、燃料体１６で発生した熱によって高温の冷却
材２０を得るようになっている。そしてこれにより、＃
１，＃２で示す核燃料領域１２，１３からの発生熱を混
合し、プラント全体としての全熱出力を得るようになっ
ている。

【００２６】一方、図３の場合には、核分裂親物質と核
分裂性物質との組成比の異なる燃料ペレット１７，１８
を各別の被覆材１９に装填して２種類の燃料体１６Ａ，
１６Ｂを作成し、これらを領域を分けて第一壁１１に平
行に配置したもので、燃料体１６Ａ，１６Ｂ間に冷却材
２０を流すことにより、燃料体１６Ａ，１６Ｂで発生し
た熱によって高温の冷却材２０を得るようになってい
る。そしてこれにより、各核燃料領域１２，１３からの
発生熱を混合し、プラント全体としての全熱出力を得る
ようになっている。

【００２７】ところで、核分裂親物質（²³⁸Ｕ，²³²Ｔ
ｈ及び０．３％以下の²³⁵Ｕを含有する劣化ウラン）に
中性子が照射されると、²³⁸Ｕや²³²Ｔｈは核変換（中
性子捕獲）によって核分裂性物質（²³⁹Ｐｕ，²³³Ｕ
等）が生成し、同時にこの核分裂性物質への中性子照射
による核分裂反応によって、核分裂親物質から構成され
ている核燃料と減速材（冷却材を兼用している場合もあ
る）の体系は発熱をする。運転時間の経過と共に、即ち
中性子照射が続けられると、生成する核分裂性物質が増
加するので、この核燃料として核分裂親物質のみから構
成されている体系の発生熱出力は増加し続ける。

【００２８】核分裂親物質に核分裂性物質を適当な量を
添加した核燃料では、中性子が照射されると、既に存在
している核分裂性物質の中性子吸収の核変換によって、
核分裂性物質は減少する。しかし、同時に上に示した核
分裂親物質からの核変換（中性子捕獲）によって、核分
裂性物質は増加する。核分裂性物質の減少する割合が増
加する割合を上回れば、正味として核分裂性物質を添加
した核燃料と減速材（冷却材を兼用している場合もあ
る）の体系での核分裂性物質は減少し、運転時間の経過
と共に、この体系の発生熱出力は減少し続ける。

【００２９】そこで、ある領域での核分裂親物質のみか
ら構成されている体系の増加し続ける発生熱出力を抑制
するように、他の領域で適当な量を添加することによっ
て核分裂性物質と核分裂親物質から構成されている体系
の減少する発生熱出力を混合して、プラント全体として
の全熱出力の時間的変動巾を最小にする特性が得られ
る。

【００３０】もし、核分裂親物質として０．３％以下の
²³⁵Ｕを含有する劣化ウランが採用されていれば、中性
子照射による²³⁵Ｕの核分裂反応によってその領域での
²³⁵Ｕが減少し、核変換によって核分裂性物質が生成し
増加して発生した熱出力の増加する割合を幾分低下させ
る。しかし、²³⁵Ｕの含有率が０．３％以下と小さいの
で、この場合の領域での発生した熱出力は増加する。但
し、他の領域での核分裂性物質の添加量が低くて、各領
域での発生熱出力のバランス関係が微妙な場合では、こ
の核分裂親物質への²³⁵Ｕの含有率が無視できないこと
もある。そこで、ａ．核分裂性物質を添加する領域（他
の領域は核分裂親物質のみ）、ｂ．核燃料領域での各領
域の厚さ比、ｃ．添加すべき核分裂性物質の量。

【００３１】をプラント全熱出力の時間的変動巾を可能
な限り低くし、核燃料を交換する期間を長くし（プラン
ト運転期間の長期化）、各領域での取り出し燃料燃焼度
を平準化するという目標で、プラント全熱出力がほぼ
３，３００ＭＷｔ、核融合出力一定という条件の下に検
討した。以下、これらについて説明する。

【００３２】実施例（１）実施例（１）として、核分裂親物質は０．２％の²³⁵Ｕ
を含有する劣化ウラン（以下、ここでは劣化ウランとの
み称する）、核分裂性物質を²³⁹Ｐｕとする。厚さ０．
５cmの鉄製の第一壁に続いて、厚さ１３cmの核燃料領域
があり、ここは次のような核燃料棒を３４本配置した内
径４．５cmの圧力管型の核燃料集合体から構成されてい
る。水対ＵＯ₂の体積比１．０２、ＵＯ₂ペレットの
半径０．４９cm、被覆材の厚さ０．０６cm、被覆材
の材質ジルカロイ合金、核燃料棒間の冷却材間隙
０．２４cm、減速材（冷却材：水）の密度０．７４。

【００３３】核燃料領域の領域分割の条件を表１に示
す。

【００３４】

【表１】

【００３５】一定とすべきプラントの全熱出力の目標値
を３，３００ＭＷｔとし、燃料燃焼度の限界値を１９，
６００ＭＷＤ／ｔＵＯ₂とし、プラントの運転期間はい
づれかの領域での燃料がこの限界値に達したならば、プ
ラントの運転を停止し、燃料交換を実施する。プラント
負荷率は１００％として検討する。

【００３６】本実施例（１）では核燃料領域に次のよう
な具体的構成を提供する。ａ．＃２領域の劣化ウランに
²³⁹Ｐｕを添加する。＃１領域は劣化ウランのみ。ｂ．
領域厚さの比は１：２を最適とする。ｃ．²³⁹Ｐｕ添加
量は０．５％程度を最適とする。

【００３７】実施例（１）の作用および効果を表す具体
的な検討結果を、表２、図４及び図５に示す。

【００３８】表２は、＃２領域に²³⁹Ｐｕを添加した実
施例（１）の結果を示し、また図４は、＃２領域の劣化
ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃１領域では劣化ウランの
みのハイブリッド炉ブランケット核燃料領域の熱出力の
運転年に対する変化を示す。実線は１／２領域分割の場
合、点線は１／１領域分割の場合を示す。また図５は、
＃２領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃１領域で
は劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケット核燃料
領域の各領域での²³⁵Ｕと²³⁹Ｐｕの運転年に対する変
化を示す。実線は１／２領域分割の場合、点線は１／１
領域分割の場合を示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】核燃料領域で、核融合中性子が直接入射す
る＃１領域での中性子束は＃２領域に比較して高いの
で、この領域に劣化ウランのみを装荷すると、劣化ウラ
ンの燃焼には効果がある。そして、その結果低下した中
性子束は、＃２領域に装荷した²³⁹Ｐｕを添加した核燃
料での核分裂反応により発生した中性子により増加され
るという空間的な中性子束平坦化効果が働いている。こ
の効果によって、燃焼後に各領域から取り出される燃料
の燃焼度の差が低下する。

【００４１】しかしながら、図４及び図５の領域分割の
条件、実線で示した１／２分割条件と点線で示した１／
１分割条件での検討結果を見ると、劣化ウランのみを装
荷した＃１領域の厚さが相対的に＃２領域よりも広い１
／１分割条件では、プラント全熱出力の変動巾がより大
きくなる。＃１領域が広いと、＃１領域での中性子束は
劣化ウランのためにより低下し、核融合出力（核融合中
性子）一定で、プラント全熱出力を所定の値、即ち核燃
料領域全体のＭ値を保つために、＃２領域に添加すべき
²³⁹Ｐｕの量を高くしなければならない。その結果によ
り、＃２領域に添加されたこの高い²³⁹Ｐｕの吸収効果
で、その減少の割合が急峻になり（図５の点線で示した
²³⁹Ｐｕ＃２の曲線）、＃１領域での²³⁹Ｐｕの増加
（図５の点線で示した²³⁹Ｐｕ＃１の曲線）によるこの
領域での熱出力の時間的増加を充分に相殺出来ない。こ
れに反して、＃１領域が＃２領域よりも狭いと、＃２領
域に添加すべき²³⁹Ｐｕの量は少なくてよい。こうし
て、１／２分割条件での＃１と＃２領域での出力変化の
相殺効果は十分に機能している。そしてこの１／２分割
条件の結果では、＃２領域での熱出力減少（図４及び図
５の実線で示す）はこの領域の０．２％²³⁵Ｕの減少効
果に負っている。

【００４２】以上の検討結果より、＃２領域の劣化ウラ
ンに²³⁹Ｐｕを添加する場合は、＃１領域の厚さを相対
的に＃２領域よりも狭くすることが必要である。

【００４３】実施例（２）本実施例（２）の具体的構成では、次に示す条件以外は
実施例（１）と同様である。ａ．＃１領域の劣化ウラン
に²³⁹Ｐｕを添加する。＃２領域は劣化ウランのみ。
ｂ．領域厚さの比は１：１を最適とする。ｃ．²³⁹Ｐｕ
添加量は０．５％程度を最適とする。

【００４４】実施例（２）の作用および効果を示す具体
的な検討結果を、表３、図６及び図７を示す。

【００４５】表３は、＃１領域に²³⁹Ｐｕを添加した実
施例（２）の結果を示し、また図６は、＃１領域の劣化
ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃２領域では劣化ウランの
みのハイブリッド炉ブランケット核燃料領域の熱出力の
運転年に対する変化を示す。実線は１／１領域分割の場
合、点線は２／１領域分割の場合を示す。また図７は、
＃１領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃２領域で
は劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケット核燃料
領域の各領域での²³⁵Ｕと²³⁹Ｐｕの運転年に対する変
化を示す。実線は１／１領域分割の場合、点線は２／１
領域分割の場合を示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】核融合中性子が入射する＃１領域に²³⁹Ｐ
ｕを添加したので、燃料燃焼度は＃１領域で限界値に達
して、運転期間も実施例（１）に比較して短くなり、燃
焼後の取り出し燃料の燃焼度の領域間の差は大きい。し
かし１／１分割条件では、プラント全熱出力変動巾の低
下は期待出来る。

【００４８】図６及び図７の領域分割の条件、実線で示
した１／１分割条件と点線で示した２／１分割条件での
検討結果を見ると、図６の実線で示したように、＃２領
域での中性子照射による核分裂親物質²³⁸Ｕの核変換に
よって生成した²³⁹Ｐｕの核分裂反応の熱出力の増加
を、＃１領域に添加した²³⁹Ｐｕの減少（図７の実線で
示した²³⁹Ｐｕ＃１の曲線）と０．２％²³⁵Ｕの減少
（図７の実線で示した²³⁵Ｕ＃１の曲線）によるこの領
域での熱出力の減少が効果よく相殺し合って、図６の実
線で示した全出力の曲線のように変動巾を低めている。
なお、中性子束の高い＃１領域に²³⁹Ｐｕを添加したの
で、この領域の厚い２／１分割条件では、核融合出力
（核融合中性子）一定で、プラント全熱出力を所定の
値、即ち核燃料領域全体のＭ値を保つために、＃１領域
に添加した²³⁹Ｐｕの量を低くする必要があり、その結
果図７の点線で示した²³⁹Ｐｕ＃１の曲線のように、
²³⁹Ｐｕは＃１領域でも増加することになり、図６の点
線で示したように両領域での熱出力の増減を効果よく相
殺することが出来ていない。

【００４９】従って、表３の結果に見るように、＃１領
域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加する場合は、＃１領域
の厚さを＃２領域と同等か、もしくは相対的に＃２領域
よりも狭くすることが必要である。

【００５０】また、領域分割のない結果を表３の下端に
示したが、明らかに、領域分割のない１領域の場合より
も上の結論による領域分割の方がプラント全熱出力変動
巾が低くなり、提案されている両領域での熱出力の増減
を相殺する効果が重要であることを示している。なお、
表３の下端に示した１領域の計算では、添加した²³⁹Ｐ
ｕの量は従来の提案にあったような平衡濃度ではなく、
２領域分割で実施した方法と全く同様のプラント全熱出
力変動巾を最小にするという条件で、²³⁹Ｐｕ添加量を
求めたものである。

【００５１】なお、前記各実施例では特に説明しなかっ
たが、熱中性子型ハイブリッド炉ブランケットの核燃料
領域を構成する物質としては、以下のものを用いること
ができる。

【００５２】核分裂親物質；²³⁸Ｕ，²³²Ｔｈ，０．３
％以下の²³⁵Ｕを含有する劣化ウラン、核分裂性物質；
²³⁵Ｕ，²³⁹Ｐｕ，²³³Ｕ等、減速材；軽水，重水，黒
鉛，ベリリウム，酸化ベリリウム、冷却材；軽水，重
水，ヘリウム，炭酸ガス。

【００５３】そして本発明は、核燃料領域を構成する核
燃料として、上記の核分裂親物質と核分裂性物質との全
ての組み合わせ、その組み合わせられた核燃料と上記の
減速材及び冷却材との全ての組み合わせからなる熱中性
子型体系を持つ２領域核燃料装荷ブランケットを持つ核
融合−核分裂ハイブリッド炉を含む。

【００５４】さらに、前記各実施例においては、ブラン
ケットの核燃料領域を、半径方向に２領域に分割して構
成する場合について説明したが、図８に示すように、ト
ロイダル方向に分割した２領域構成、インボード側やア
ウトボード側にも２領域を構成し、その２領域のある領
域に核分裂親物質からなる熱中性子型体系を、他の領域
に核分裂性物質を添加した核分裂親物質からなる熱中性
子型体系を設置し、夫々の領域で発生した熱エネルギー
を冷却材にて除去し、高温の冷却材を混合することによ
って、プラント全熱出力変動巾の低下させることの出来
る２領域核燃料装荷ブランケットを持つ核融合−核分裂
ハイブリッド炉を構成するようにしてもよい。

【００５５】即ち、図８は、トカマク型核融合−核分裂
ハイブリッド炉の原理的な構成の水平断面図であり、ア
ウトボード側に配置されたブランケット核燃料領域２２
およびインボード側に配置されたブランケット核燃料領
域２３は、トロイダル方向に複数の領域に分割され、か
つハッチングの方向を変えて示すように、第１核燃料領
域１２と第２核燃料領域１３とが交互に配列されてい
る。

【００５６】しかして、この場合には、半径方向に分割
された実施例（１）の２領域間のような、相互に中性子
輸送の点から強い結合がないが、プラント全熱出力変動
巾の低下を図ることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ブランケ
ットの核燃料領域を２領域に分割し、一方の領域におけ
る出力増加を他方の領域における出力減少で相殺するよ
うにしているので、電力系統の安定上から限られる単基
容量に基づくプラント全熱出力を持ち、かつブランケッ
トに装荷した核燃料を長期間交換することなく、しかも
運転期間中の核融合出力を一定としつつ、その発生全熱
出力を、ほぼ初期に設定したプラント全熱出力に保持す
ることができ、運転期間中の全熱出力変動巾を最小に抑
制できる。また、運転後に各領域から取出される核燃料
の燃料燃焼度を、可能な限り等しくなるようにすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る核融合−核分裂ハイブリッド炉の
ブランケット部分の構成を示す説明図。

【図２】ブランケットの核燃料領域を２領域に分割する
具体的な一例を示す説明図。

【図３】ブランケットの核燃料領域を２領域に分割する
具体的な他の例を示す説明図。

【図４】＃２領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃
１領域では劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケッ
ト核燃料領域の熱出力の運転年に対する変化を示すグラ
フ。

【図５】＃２領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃
１領域では劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケッ
ト核燃料領域の各領域での²³⁵Ｕと²³⁹Ｐｕの運転年に
対する変化を示すグラフ。

【図６】＃１領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃
２領域では劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケッ
ト核燃料領域の熱出力の運転年に対する変化を示すグラ
フ。

【図７】＃１領域の劣化ウランに²³⁹Ｐｕを添加し、＃
２領域では劣化ウランのみのハイブリッド炉ブランケッ
ト核燃料領域の各領域での²³⁵Ｕと²³⁹Ｐｕの運転年に
対する変化を示すグラフ。

【図８】トカマク型核融合−核分裂ハイブリッド炉にお
いて、ブランケット核燃料領域をトロイダル方向に領域
分割した場合の原理的な構成を示す水平断面図。

【図９】トカマク型核融合−核分裂ハイブリッド炉の上
半部の原理的な構成を示す垂直断面図。

【符号の説明】

１１第一壁１２第１核燃料領域１３第２核燃料領域１４トリチウム増殖領域１５反射材１６，１６Ａ，１６Ｂ燃料体１７，１８燃料ペレット１９被覆材２０冷却材２２，２３ブランケット核燃料領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山地憲治東京都千代田区大手町一丁目６番１号財団法人電力中央研究所内 (72)発明者深井佑造東京都千代田区内幸町一丁目１番６号株式会社東芝内 (72)発明者畑山明聖東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者山内通則神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核融合反応プラズマを発生させる炉心
と、これを取り巻く熱中性子型のブランケットおよび遮
蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ閉じ込め部とか
らなり、前記ブランケットは、第一壁と、プラズマに近
い第１核燃料領域と、プラズマから遠い第２核燃料領域
と、トリチウム増殖領域とを備え、前記第１核燃料領域
を、第２核燃料領域よりも狭い領域厚とするとともに、
核分裂親物質のみを装荷して構成し、かつ前記第２核燃
料領域を、核分裂親物質と３％以下の核分裂性物質とを
装荷して構成したことを特徴とする核融合−核分裂ハイ
ブリッド炉。
【請求項２】核融合反応プラズマを発生させる炉心
と、これを取り巻く熱中性子型のブランケットおよび遮
蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ閉じ込め部とか
らなり、前記ブランケットは、第一壁と、プラズマに近
い第１核燃料領域と、プラズマから遠い第２核燃料領域
と、トリチウム増殖領域とを備え、前記第１核燃料領域
を、第２核燃料領域と同一またはそれより広い領域厚と
するとともに、核分裂親物質と３％以下の核分裂性物質
とを装荷して構成し、かつ前記第２核燃料領域を、核分
裂親物質のみを装荷して構成したことを特徴とする核融
合−核分裂ハイブリッド炉。
【請求項３】核融合反応プラズマを発生させる炉心
と、これを取り巻く熱中性子型のブランケットおよび遮
蔽体と、超伝導コイル等によるプラズマ閉じ込め部とを
備え、前記ブランケットのアウトボード側に配置された
核燃料領域またはインボード側に配置された核燃料領域
のうちの少なくともいずれか一方を、トロイダル方向に
複数の領域に分割するとともに、核分裂親物質のみを装
荷して構成される領域と核分裂親物質および３％以下の
核分裂性物質を装荷して構成される領域とを交互に配列
したことを特徴とする核融合−核分裂ハイブリッド炉。