JPH0943388A - 反応塔および中性子吸収体並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中性子吸収能力が高い反応塔を提供する。 【解決手段】 互いに異なった相の液体を向流接触で反
応させる反応塔である。ほぼ上下に配置された大径筒部
２１と、これらの大径筒部２１を接続する小径筒部２２
と、大径筒部２１の中央部に設けられた中性子吸収体３
０とを備え、大径筒部２１および中性子吸収体３０とで
形成される空間に流体を流通させるようにした反応塔で
ある。中性子吸収体３０は、大径筒部２１に支持された
筒状部材３１と、この筒状部材３１の内部に収容された
含水素物質を成分とする中性子減速材からなるコア４０
とを備えている。筒状部材３１は、大径筒部２１によっ
て支持される中性子吸収材３２，３４の間に、同中性子
吸収材３２，３４よりも中性子吸収能力が高い中性子吸
収層３３を設けた構造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パルスカラムな
どの反応塔およびその内部に収容する中性子吸収体並び
にその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、使用済核燃料再処理工場等で発
生する高レベル放射性溶液の精製には、互いに異なった
相を向流接触で反応させるパルスカラム（脈動塔）が一
般に使用されている。図３に示すように、従来のパルス
カラムは、円筒状をなす塔本体１の両端部に大径筒部２
を形成し、大径筒部２，２の中央部に中性子吸収体４，
５を配置して概略構成されている。ここで、大径筒部
２，２とそれらの中間の小径筒部３とはテーパ部２ａに
よって連続させられ、これに対応して中性子吸収体４，
５は、円柱状をなすとともに小径筒部３側の端部が円錐
状をなしている。これにより、中性子吸収体４，５の周
囲の流通面積がほぼ一定とされ、内部を流通する高レベ
ル放射性溶液の臨界安全性が担保されている。また、図
中符号６はバッフル板、７は内部の流体に脈動を生じさ
せる圧空パルスを供給するための管である。

【０００３】上記のようなパルスカラムでは、小径筒部
３に設けた上部ノズル８から内部に水を導入するととも
に、下部ノズル９から有機溶媒を導入する。これによ
り、水よりも比重の小さい有機溶媒は下降する水とは逆
に上方へと移動し、両者はバッフル板６，…の間で振動
が与えられながら向流接触によって反応する。そして、
大径筒部２に設けた上部排出ノズル１０から反応液のう
ちの有機相を排出するとともに、下部排出ノズル１１か
ら水相を排出する。水および有機溶媒のいずれかは放射
性液体であり、この放射性液体から発生する中性子は中
性子吸収体４，５によって吸収されるようになってい
る。

【０００４】ここで、中性子吸収体４，５は、従来、内
部にタイロッド４２，５２や支材４３，５３を設けてボ
ロンコンクリートを充填したステンレス鋼製のケーシン
グ４１，５１に、内部に底板４５，５５やパイプ４６，
５６を設けてボロンコンクリートを充填したステンレス
鋼製のケーシング４４，５４を継ぎ足して構成されてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にボロンコンクリートを充填したケーシング継ぎ足して
中性子吸収体を製造するのは、ケーシングの長さを長く
すると、内部に気泡等を残さずにボロンコンクリートを
緻密に凝固させるのが困難だからである。ところが、上
記中性子吸収体では、上述のように、タイロッド４２，
５２や底板４５，５５、支材４３，５３など中性子吸収
能力の低い部分が存在しており、よって、中性子吸収能
力をさらに確実にするための改良が要望されていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、中性子吸収能力が高く、しかも、中性子吸収能力が
全体にわたって均一で安定のある反応塔を提供すること
を目的としている。また、本発明は中性子吸収体を軽量
化して建築費用を低減することができる反応塔を提供す
ることを目的としている。さらに、本発明は、中性子吸
収能力の高い中性子吸収体を安価に製造する技術を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の反応塔
は、互いに異なった相の液体を向流接触で反応させる反
応塔であって、ほぼ上下に配置された大径筒部と、これ
らの大径筒部を接続する小径筒部と、上記大径筒部の中
央部に設けられた中性子吸収体とを備え、上記大径筒部
および中性子吸収体とで形成される空間に上記流体を流
通させるようにした反応塔において、上記中性子吸収体
は、上記大径筒部に支持された筒状部材と、この筒状部
材の内部に収容された含水素物質を成分とする中性子減
速材からなるコアとを備え、上記筒状部材は、上記大径
筒部によって支持される中性子吸収材の間に、同中性子
吸収材よりも中性子吸収能力が高い中性子吸収層を設け
た構造を有していることを特徴としている。

【０００８】上記構成の反応塔にあっては、中性子減速
材からなるコアを筒状部材で支持しているから、中性子
吸収能力が均一化される。しかも、中性子吸収材の間に
中性子吸収層を設けて筒状部材を構成しているから、内
部の液体から発生する中性子は中性子吸収層で吸収さ
れ、吸収しきれなかった中性子はコアによって減速され
た後に中性子吸収体に吸収されるので、中性子吸収性能
を向上させることができる。

【０００９】また、請求項４に記載の反応塔は、請求項
１において、前記含水素物質がポリエチレンであるこ
と、前記中性子吸収層がカドミウムであること、前
記中性子吸収材がステンレス鋼であること、の少なくと
もいずれか１つを満足することを特徴としている。

【００１０】上記構成の反応塔にあっては、コアをポリ
エチレンで構成することにより、中性子減速性を向上さ
せることができ、しかも軽量であるため固定構造物の建
築費用を割安にすることができる。また、中性子吸収性
能が優れたカドミウムを筒状部材に設けることにより、
中性子吸収能力をさらに向上させることができる。ま
た、中性子吸収材をステンレス鋼で構成することによ
り、中性子吸収層が例えばカドミウムであった場合に
は、カドミウムの酸化を防止するとともに筒状部材の強
度を確保することができる。

【００１１】請求項５に記載の中性子吸収体は、円柱状
をなすとともに先端部がほぼ円錐状とされたコアと、こ
のコアと相似形とされ、後端開口部から同コアが収容さ
れる内筒と、この内筒の外周面に設けた中性子吸収層
と、上記コアと相似形とされ、後端開口部から上記中性
子吸収層が設けられた上記内筒が収容される外筒と、こ
の外筒の上記開口部を閉塞する蓋体とを備え、上記コア
は含水素物質を成分とする中性子減速材であり、上記内
筒および外筒は中性子吸収材であり、上記中性子吸収層
は、上記中性子吸収材よりも中性子吸収能力が高いこと
を特徴としている。

【００１２】上記構成の中性子吸収体にあっては、中性
子減速材からなるコアを内筒の内部に収容しているか
ら、中性子吸収能力が均一化される。しかも、中性子吸
収材からなる内筒および外筒の間に中性子吸収層を設け
ているから、内部の液体から発生する中性子を効果的に
吸収することができ、吸収しきれなかった中性子はコア
によって減速された後に中性子吸収体に吸収される。よ
って、中性子吸収性能を向上させることができる。

【００１３】請求項６に記載の中性子吸収体の製造方法
は、円柱状をなすとともに先端部がほぼ円錐状とされ、
含水素物質を成分とする中性子減速材コアを、このコア
と相似形とされ中性子吸収材からなる内筒にその後端開
口部から挿入し、上記内筒の外周面および先端部に、上
記内筒よりも高い中性子吸収能力を有する中性子吸収材
からなるシートを固着し、上記内筒を、上記コアと相似
形とされ中性子吸収材からなる外筒にその後端開口部か
ら挿入し、上記外筒の開口部を蓋体で閉塞することを特
徴としている。このように、外筒、内筒およびコアを順
次挿入することによって積層構造の中性子吸収体を製造
するので、例えば中性子吸収材等を１層づつ張り合わせ
て製造するような場合と比べて簡単に製造することがで
き、従来のボロンコンクリートのものと比べても製造コ
ストを割安にすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（１）パルスカラムの構成 以下、図１および図２を参照しながら本発明の実施の形
態について説明する。図１は有機相連続式のパルスカラ
ムの上部構造を示す断面図である。なお、このパルスカ
ラムのその余の構成は、図３に示すものとほぼ同等であ
るため、図示並びに説明を省略する。図１において符号
２０は塔本体である。塔本体２０は図３に示すものと同
様に大径筒部２１（下端部側は図示略）と小径筒部２２
からなり、大径筒部２１と小径筒部２２とはテーパ部２
３によって連続させられている。大径筒部２１の上端開
口部には、リング状をなすシール部材２４が固定されて
いる。シール部材２４には、パルスカラムの内部の液面
位置を検出するための計量ノズル２５が貫通させられて
いる。なお、符号２６は内部の液体のうち有機相を排出
するためのオーバーフローノズルである。上記のような
パルスカラムには、図３に符号８で示すような上部ノズ
ルから水が供給され、符号９で示すような下部ノズルか
ら有機溶媒が供給注入される。また、水または有機溶媒
のいずれか一方は、パルスカラムに導入された時点では
放射性溶液である。

【００１５】次に、符号３０は中性子吸収体であり、そ
の外周部はシール部材２４の内周面に隙間なく密着して
いる。また、符号３１は中性子吸収体３０のケーシング
を構成する中性子吸収部（筒状部材）、符号３２は中性
子吸収部３１の内壁を構成する内筒である。内筒３２
は、胴部が円筒状をなし下端部が円錐状をなしている。
内筒３２はステンレス鋼などの中性子吸収材で構成され
ている。この内筒３２の外周面の全域にはカドミウム層
（中性子吸収層）３３が設けられている。

【００１６】カドミウム層３３の外周には、外筒３４が
設けられている。外筒３４は、内筒３２と同じ材質で相
似形に構成されている。外筒３４の上端面にはリング状
をなす下フランジ３５が固定されている。このように構
成された中性子吸収部３１の内部には、コア４０が収容
されている。コア４０は、円柱状をなすとともに下端部
が円錐状に形成されている。コア４０は、含水素物質を
成分とする中性子減速材で構成され、この実施例ではポ
リエチレンが使用されている。コア４０と内筒３２およ
び外筒３４の熱膨張係数に差があるため、コア４０の外
周面と内筒３４の内周面との間には隙間が設けられてい
る。そして、下フランジ３５に円板状の上フランジ３６
が固定されることにより、コア４０は上フランジ３６と
の間に隙間を設けた状態で内筒３２の内部に密封され、
中性子吸収体３０は、上フランジ３６および下フランジ
３５を貫通するボルト（図示略）によってシール部材２
４に取り付けられている。

【００１７】（２）中性子吸収体の製造方法 次に、上記構成の中性子吸収体３０の製造方法について
図２を参照して説明する。 外筒の製造 円筒部分３４ａを所定の内径および外径を有するステン
レス鋼のシームレス管を機械加工して製造する。なお、
シームレス管の代わりに板を巻いて溶接したものや鍛造
でラフ成形したものを機械加工で仕上げたものも使用す
ることができる。また、円錐部分３４ｂは、鍛造によっ
てラフ成形し、機械加工によって所定寸法に仕上げて製
造する。次に、この円錐部分３４ｂを円筒部分３４ａの
開口部に溶接にて接合する。また、円筒部分の他方の開
口部に下フランジ３５を溶接で接合する。下フランジ３
５の材質は任意であるが、耐蝕性および強度に優れたス
テンレス鋼を使用するのが望ましい。

【００１８】内筒の製造 内筒３２は外筒３４と同様にして製造し、その円筒部分
３２ａにカドミウムシート３３ａを接着する。また、内
筒３２の円錐部分３２ｂには、半円状のカドミウムシー
ト３３ｂを貼着して円錐状とする。 コアの製造および組立 円柱状のポリエチレンの素材を機械加工して製造する。
その際、ポリエチレンの熱膨張代を考慮して、内筒３２
の内周面との間に隙間を設ける。そして、このようにし
て製造したコア４０を内筒３２に挿入し、内筒３２を外
筒３４に挿入する。その際に、内筒３２と外筒３４の隙
間をシール溶接してカドミウムの酸化を防ぐ。また、下
フランジ３５に上フランジ３６を溶接等で固定し、内筒
３２の内部を密閉する。

【００１９】（３）パルスカラムの作用、効果 上記構成のパルスカラムにあっては、中性子減速材から
なるコア４０をケーシングを構成する中性子吸収部３１
で支持しているから、従来のようなタイロッド等が存在
せず中性子吸収能力が均一化される。しかも、中性子吸
収部３１をステンレス鋼性の内筒３２および外筒３４の
間にカドミウム層３３を設けた構造としているから、放
射性物質溶液Ｌ中から発生する中性子は中性子吸収部３
１で吸収され、吸収しきれなかった中性子はコア４０に
よって減速された後に中性子吸収部３１に吸収される。
よって、中性子吸収性能を向上させることができる。な
お、ボロンコンクリートを用いた従来の中性子吸収体と
同形同大の上記中性子吸収体３０を設計し、その一例に
ついて両者の中性子の実効増倍率を計算したところ、前
者が０．８８２、後者が０．８５６となり、上記中性子
吸収体３０の方が中性子吸収能力が優れていることが理
論的に立証された。

【００２０】特に、上記パルスカラムにあっては、コア
４０をポリエチレンで構成しているから、中性子減速性
を向上させることができ、しかも安価で軽量であるため
固定構造物の建築費用を含めた製造コストを低減するこ
とができる。また、ステンレス鋼性の内筒３２および外
筒３４の間に中性子吸収性能が優れたカドミウム層３３
を設けているので、中性子吸収能力をさらに向上させる
ことができるのは勿論のこと、カドミウム層３３の酸化
や変形を防止するとともに中性子吸収部３１の強度を担
保することができる。

【００２１】また、上記のような中性子吸収体３０の製
造方法においては、外筒３４、内筒３２およびコア４０
を順次挿入することによって積層構造の中性子吸収体３
０を製造するので、例えば中性子吸収材等を１層づつ張
り合わせて製造するような場合と比べて簡単に製造する
ことができ、従来のボロンコンクリートのものと比べて
も製造コストを割安にすることができる。

【００２２】（４）変更例 コア４０の材質としては、ポリエチレンの他に、シリ
コン樹脂などの樹脂類など水素を十分含有する材料であ
れば用いることができる。 中性子吸収層としては、カドミウムの他に、ボロン、
ガドリニウム、サマリウム、ユーロピウムなどを単体で
用いたり、またはそのような物質の化合物、あるいはそ
れらの物質や化合物と他の物質との複合物を用いること
ができる。さらに、上記のような中性子吸収材を例えば
プラスチックに混合して用いることができる。 上記中性子吸収部３１のような３層構造に限らず、カ
ドミウム等の中性子吸収層と筒状体を交互に多層積層す
ることもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
性子減速材からなるコアを筒状部材で支持しているか
ら、中性子吸収能力が均一化され、しかも、筒状部材を
中性子吸収材の間に中性子吸収層を設けた構造としてい
るから、内部の溶液から発生する中性子は中性子吸収層
で吸収され、吸収しきれなかった中性子はコアによって
減速された後に中性子吸収層によって吸収される。よっ
て、中性子吸収性能を向上させることができる（請求項
１）。

【００２４】また、コアをポリエチレンで構成すること
により、中性子減速性を向上させることができ、しかも
軽量であるため固定構造物を安価に製造することがで
き、中性子吸収性能が優れたカドミウムを筒状部材に設
けることにより、中性子吸収能力をさらに向上させるこ
とができる。また、中性子吸収材をステンレス鋼で構成
することにより、中性子吸収層が例えばカドミウムであ
った場合には、カドミウムの酸化を防止するとともに筒
状部材の強度を担保することができる（請求項４）。ま
た、本発明の中性子吸収体の製造方法では、外筒、内筒
およびコアを順次挿入することによって積層構造の中性
子吸収体を製造するので、簡単に製造することができ製
造コストを割安にすることができる（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態であるパルスカラムの上
部構造を示す断面図である。

【図２】 本発明の中性子吸収体の製造方法の一例を示
す図である。

【図３】 従来のパルスカラムを示す断面図である。

【符号の説明】

２１…大径筒部、２２…小径筒部、３０…中性子吸収
体、３１…中性子吸収部（筒状部材）、３２…内筒（中
性子吸収材）、３３…カドミウム層（中性子吸収層）、
３４…外筒（中性子吸収部材）、３６…上フランジ（蓋
体）、４０…コア。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なった相の液体を向流接触で反
   応させる反応塔であって、ほぼ上下に配置された大径筒
   部と、これらの大径筒部を接続する小径筒部と、上記大
   径筒部の中央部に設けられた中性子吸収体とを備え、上
   記大径筒部および中性子吸収体とで形成される空間に上
   記流体を流通させるようにした反応塔において、 上記中性子吸収体は、上記大径筒部に支持された筒状部
   材と、この筒状部材の内部に収容された含水素物質を成
   分とする中性子減速材からなるコアとを備え、 上記筒状部材は、上記大径筒部によって支持される中性
   子吸収材の間に、同中性子吸収材よりも中性子吸収能力
   が高い中性子吸収層を設けた構造を有していることを特
   徴とする反応塔。
2. 【請求項２】 前記互いに異なった相の液体は水相の液
   体と有機相の液体とからなり、かつ、いずれか一方が内
   部へ導入した時点で放射性液体であることを特徴とする
   請求項１に記載の反応塔。
3. 【請求項３】 核燃料物質を含む液体を精製するための
   パルスカラムであることを特徴とする請求項１または２
   に記載の反応塔。
4. 【請求項４】 少なくとも以下のいずれか１つを満足す
   ることを特徴とする請求項１ないし３にいずれかに記載
   の反応塔。 前記含水素物質はポリエチレンである 前記中性子吸収層はカドミウムである 前記中性子吸収材はステンレス鋼である
5. 【請求項５】 円柱状をなすとともに先端部がほぼ円錐
   状とされたコアと、このコアと相似形とされ、後端開口
   部から同コアが収容される内筒と、この内筒の外周面に
   設けた中性子吸収層と、上記コアと相似形とされ、後端
   開口部から上記中性子吸収層が設けられた上記内筒が収
   容される外筒と、この外筒の上記開口部を閉塞する蓋体
   とを備え、 上記コアは含水素物質を成分とする中性子減速材であ
   り、上記内筒および外筒は中性子吸収材であり、上記中
   性子吸収層は、上記中性子吸収材よりも中性子吸収能力
   が高いことを特徴とする中性子吸収体。
6. 【請求項６】 円柱状をなすとともに先端部がほぼ円錐
   状とされ、含水素物質を成分とする中性子減速材コア
   を、このコアと相似形とされ中性子吸収材からなる内筒
   にその後端開口部から挿入し、上記内筒の外周面および
   先端部に、上記内筒よりも高い中性子吸収能力を有する
   中性子吸収材からなるシートを固着し、上記内筒を、上
   記コアと相似形とされ中性子吸収材からなる外筒にその
   後端開口部から挿入し、上記外筒の開口部を蓋体で閉塞
   することを特徴とする中性子吸収体の製造方法。