JPH0943389A - Actinides recycle system - Google Patents

Actinides recycle system

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JPH0943389A
JPH0943389A JP19157695A JP19157695A JPH0943389A JP H0943389 A JPH0943389 A JP H0943389A JP 19157695 A JP19157695 A JP 19157695A JP 19157695 A JP19157695 A JP 19157695A JP H0943389 A JPH0943389 A JP H0943389A
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JP
Japan
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fuel
reactor
light water
fast reactor
plutonium
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Application number
JP19157695A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Arie
和夫 有江
Tsuguyuki Kobayashi
嗣幸 小林
Yuichi Shoji
裕一 東海林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control accumulation of transuranic element waste, while efficiently utilizing the transuranic element as nuclear fuel as well as uranium. SOLUTION: An actinides recycle system which is composed of a fast reactor 37, a light water reactor 38, and facilities 39, 40, 41 for recycling nuclear fuel is a system for recycling minor actinides. That is to say, the fast reactor regulates transuranic element quantity in newly loaded fuel based on the formation reaction quantity and annihilation nuclear reaction quantity of transuranic element in the fast reactor, so that each net yearly consumption of plutonium and minor actinides becomes almost the same as each yearly average output of the plutonium and the minor actinides which are output from the light water reactor 38.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高速炉、軽水炉お
よび核燃料リサイクルのための施設を設置した核燃料リ
サイクルシステムに係り、特に、超ウラン元素(以下、
TRUと記す)、プルトニウム(以下、Puと記す)お
よびマイナアクチニド(以下、MAと記す)を一括して
リサイクルするように構成したアクチニドリサイクルシ
ステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel recycling system having a fast reactor, a light water reactor and facilities for recycling nuclear fuel, and more particularly to a transuranium element (hereinafter
The present invention relates to an actinide recycling system configured to collectively recycle TRU), plutonium (hereinafter referred to as Pu), and minor actinide (hereinafter referred to as MA).

【0002】[0002]

【従来の技術】高速炉の炉心はウラン(以下、Uと記
す)とPuの混合燃料にMAを添加することにより、P
uとともにMAの効率的な燃焼・消滅が可能であること
が明かとなっている。しかし、PuとMAを使用済燃料
から一括して回収しリサイクルする場合、軽水炉の高速
炉の共存時代を想定した核燃料リサイクルシステム全体
の最適構成については、検討されていないのが現状であ
る。
2. Description of the Related Art The core of a fast reactor is constructed by adding MA to a mixed fuel of uranium (hereinafter referred to as "U") and Pu.
It has been revealed that MA can be efficiently burned and extinguished with u. However, in the case where Pu and MA are collectively collected from spent fuel and recycled, the optimum configuration of the entire nuclear fuel recycling system in consideration of the coexistence era of fast reactors of light water reactors is not currently considered.

【0003】図11により従来の金属燃料を用いた高速炉
の使用済み燃料再処理プロセスを説明する。すなわち、
図11において、高速炉使用済み燃料1を解体し、燃料を
被覆管ごと解体・せん断2し、電解精製装置に装荷し、
使用済み燃料1を陽極として電解精製3する。鋼製の固
体陰極4にUのみを選択的に電気化学的に析出させ、溶
融塩中のPuが濃度が必要な値まで増加したところでカ
ドミウム(以下、Cdと記す)を絶縁セラミック製のル
ツボに入れたCd陰極5に、Uと必要濃度のPuを析出
させる。
FIG. 11 illustrates a conventional spent fuel reprocessing process of a fast reactor using a metal fuel. That is,
In Fig. 11, the fast reactor spent fuel 1 was dismantled, the fuel was disassembled / sheared together with the cladding tube, and loaded into the electrolytic refining device.
The spent fuel 1 is used as an anode for electrolytic refining 3. Only U is selectively electrochemically deposited on the solid cathode 4 made of steel, and when the concentration of Pu in the molten salt increases to a required value, cadmium (hereinafter, referred to as Cd) is added to the crucible made of an insulating ceramic. U and a required concentration of Pu are deposited on the put Cd cathode 5.

【0004】固体陰極4に析出したUを、塩分離6した
のちU7を射出成型による燃料スラグ製造8の工程で燃
料スラグとする。Cd陰極5に析出したUとPをCd蒸
留9により除去し、そのU・Pu10を射出成型による燃
料スラグ製造8の工程で燃料スラグとする。この燃料ス
ラグを検査後、被覆管に挿入して燃料組立11後、高速炉
燃料12とする。
U deposited on the solid cathode 4 is subjected to salt separation 6 and U7 is used as a fuel slag in a process of producing a fuel slag 8 by injection molding. U and P deposited on the Cd cathode 5 are removed by Cd distillation 9, and the U / Pu 10 is used as fuel slag in the process of fuel slag production 8 by injection molding. After inspecting the fuel slag, the fuel slag is inserted into the cladding tube to assemble the fuel 11 and then used as the fast reactor fuel 12.

【0005】また、燃料が酸化物の場合、上記プロセス
で再処理するためには、U酸化物およびTRU酸化物を
還元し、それぞれの金属とする必要がある。U酸化物お
よびTRU酸化物を還元する方法としては、CaやMg
を還元材に用いた高温化学反応が用いられる。プルトニ
ウム酸化物については、還元材にLiを用いるプロセス
が米国特許第 5118343号明細書により開示されている。
When the fuel is an oxide, it is necessary to reduce the U oxide and the TRU oxide into the respective metals in order to reprocess them in the above process. As a method for reducing U oxide and TRU oxide, Ca or Mg
A high temperature chemical reaction using is used as a reducing material. For plutonium oxide, a process using Li as a reducing material is disclosed in US Pat. No. 5,118,343.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】軽水炉の使用済燃料か
らPuとMAを分離しないで一括して回収し、高速炉へ
リサイクルする場合、PuとMAの量の相対関係が調節
できないため、高速炉炉心にこのPuとMAを装荷、燃
焼させると、PuとMAの消費量の相対関係が前記軽水
炉側から得られるPuとMAの量の相対関係と必ずしも
一致しない。ちなみに、これらの量の絶対値は軽水炉お
よび高速炉の各出力規模およびプラント基数の設定によ
り任意に調節可能である。
When Pu and MA are collectively collected from the spent fuel of a light water reactor without being separated and recycled to the fast reactor, the relative relationship between the amounts of Pu and MA cannot be adjusted. When Pu and MA are loaded and burned in the core, the relative relationship between the consumption amounts of Pu and MA does not necessarily match the relative relationship between the Pu and MA amounts obtained from the light water reactor side. By the way, the absolute values of these quantities can be arbitrarily adjusted by setting the output scale of the light water reactor and the fast reactor and the setting of the plant base number.

【0007】このように高速炉におけるPuとMAの消
費量の相対関係が軽水炉側から得られるPuとMAの量
の相対関係と一致しない場合、軽水炉側からのPuとM
Aの供給量が高速炉におけるPuとMAの消費量と整合
がとれないためにマスバランスがくずれる。
As described above, when the relative relationship between the amounts of Pu and MA consumed in the fast reactor does not match the relationship between the amounts of Pu and MA obtained from the light water reactor side, Pu and M from the light water reactor side are compared.
Since the supply amount of A does not match the consumption amount of Pu and MA in the fast reactor, the mass balance is disturbed.

【0008】例えば、軽水炉側からのPuの供給量が高
速炉におけるPuの消費量が一致しているとしても、軽
水炉側からのMAの供給量が高速炉におけるMAの消費
量よりも多い場合には、軽水炉側からのMAの余剰供給
分が燃え残り、そのようにしてPuとMAのリサイクル
を繰り返すと、高速炉におけるMAの量がリサイクル毎
に変化し、同一プラントによる定常運転が困難になる。
For example, even if the amount of Pu supplied from the light water reactor side is the same as the amount of Pu consumed in the fast reactor, the amount of MA supplied from the light water reactor side is greater than the amount of MA consumed in the fast reactor. The surplus supply of MA from the light water reactor side remains unburned, and if the recycling of Pu and MA is repeated in this way, the amount of MA in the fast reactor changes with each recycling, making steady operation in the same plant difficult. .

【0009】その結果、軽水炉と高速炉とも共存させる
にあたり、TRUを核燃料として効率的に利用するため
の核燃料リサイクルシステム、すなわち、アクチニドリ
サイクルシステムの構築が困難になる。また、TRUを
効率的に燃焼することができないということは、TRU
廃棄物の蓄積量が多くなり、それらを処分するための施
設がより多く必要となり、それらの施設や原子炉および
再処理施設間の輸送も含め、経済的および技術的負担が
大きくなることにもつながる課題がある。
As a result, when coexisting with a light water reactor and a fast reactor, it becomes difficult to construct a nuclear fuel recycling system for efficiently using TRU as a nuclear fuel, that is, an actinide recycling system. In addition, the fact that the TRU cannot be efficiently burned means that the TRU
Larger amounts of waste will be accumulated, more facilities will be required to dispose of them, and economic and technical burdens will increase, including transportation between those facilities and reactors and reprocessing facilities. There is a connecting issue.

【0010】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、軽水炉と高速炉の共存させるアクチニドリ
サイクルシステムにおいて、UとともにTRUを核燃料
として効率的に利用しながら、TRU廃棄物の蓄積を制
御することができるアクチニドリ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-mentioned problems, and in an actinide recycling system in which a light water reactor and a fast reactor coexist, TRU waste is accumulated efficiently while efficiently using TRU as a nuclear fuel together with U. The object is to provide an actinide recycling system that can be controlled.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は高速炉
と、軽水炉および核燃料リサイクルのための施設からな
り、核燃料物質としてウラン、プルトニウムおよびマイ
ナアクチニドをリサイクルするアクチニドリサイクルシ
ステムにおいて、前記高速炉におけるプルトニウムとマ
イナアクチニドの正味の各年間平均消費量(燃焼消滅量
−新規生成量)が、前記軽水炉から取り出されるプルト
ニウムとマイナアクチニドの各年間平均取り出し量とそ
れぞれほぼ同量となるようにするため、前記高速炉にお
ける超ウラン元素の生成反応量および消滅核反応量に基
づき、装荷新燃料中の超ウラン元素量およびウラン量が
調整された高速炉を有することを特徴とする。
The invention according to claim 1 is an actinide recycling system for recycling uranium, plutonium and minor actinides as nuclear fuel substances, which comprises a fast reactor, a light water reactor and a facility for nuclear fuel recycling. In order to make the net annual average consumption of plutonium and minaactinide (combustion extinction amount-new generation amount) in PAL to be approximately the same as the annual average extraction amount of plutonium and minaactinide extracted from the light water reactor, respectively. The present invention is characterized by having a fast reactor in which the amount of transuranium element and the amount of uranium in the loaded fresh fuel are adjusted based on the amount of transuranic element formation reaction and the amount of annihilation nuclear reaction in the fast reactor.

【0012】請求項2の発明は前記軽水炉と軽水炉使用
済み燃料からプルトニウムとマイナアクチニドを回収
し、酸化物または窒化物あるいは金属合金の高速炉燃料
を製造する核燃料リサイクルを最初に建設、運転し、前
記軽水炉の使用済み燃料のみから回収されたウランとプ
ルトニウムとマイナアクチニドを利用して、製造された
燃料によって高速炉の初期炉心を構成することを特徴と
する。
The invention of claim 2 first recovers plutonium and minor actinides from the light water reactor and the spent fuel of the light water reactor, and first constructs and operates a nuclear fuel recycle for producing a fast reactor fuel of oxide, nitride or metal alloy, It is characterized in that the uranium, plutonium and minor actinides recovered from only the spent fuel of the light water reactor are used to form the initial core of the fast reactor by the produced fuel.

【0013】請求項3の発明は前記高速炉の初期炉心
は、濃縮ウランで構成し、その後のリサイクルでウラン
とプルトニウムとマイナアクチニドからなる酸化物また
は窒化物あるいは金属合金の燃料に変更することを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, the initial core of the fast reactor is composed of enriched uranium, and is changed to a fuel of an oxide or a nitride or a metal alloy of uranium, plutonium, and minoractinide by the subsequent recycling. Characterize.

【0014】請求項4の発明は前記軽水炉の使用済酸化
物燃料からの超ウラン元素の取り出しを、プルトニウム
とマイナアクチニドを分離しないで一括して回収し、前
記軽水炉から取り出した超ウラン元素を高速炉へリサイ
クルし、高速炉から取り出した超ウラン元素を再度高速
炉へリサイクルすることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, transuranic elements taken out of the spent oxide fuel of the light water reactor are collectively collected without separating plutonium and minor actinides, and the transuranic elements taken out from the light water reactor are rapidly discharged. The feature is that the transuranic element taken out from the fast reactor is recycled to the fast reactor again.

【0015】請求項5の発明は軽水炉使用済酸化物燃料
からのウランとプルトニウムとマイナアクチニドの回収
を溶融塩中でのリチウムまたはカルシウムあるいはマグ
ネシウムによる還元と電解精製を組み合わせた乾式再処
理により行い、高速炉でのリサイクルを溶融塩電解精製
を利用した乾式法により行うことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, recovery of uranium, plutonium and minoractinide from spent oxide fuel of a light water reactor is carried out by dry reprocessing in which a reduction in a molten salt with lithium or calcium or magnesium and electrolytic refining are combined. It is characterized in that recycling in a fast reactor is carried out by a dry method utilizing molten salt electrolytic refining.

【0016】請求項6の発明は前記軽水炉の使用済酸化
物燃料からのウランとプルトニウムとマイナアクチニド
の回収を溶融塩中で塩素ガスにより溶解し、電解精製で
黒鉛製の電極を用いてウランとプルトニウムを酸化物
で、マイナアクチニドを金属としてそれぞれ電解析出さ
せる乾式法により行い、得られた析出物を粉砕して洗浄
後、被覆管に振動充填して高速炉用燃料として使用し、
高速炉での使用済み燃料のリサイクルも同じ溶融塩電解
精製を利用した乾式法と振動充填燃料により行うことを
特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, recovery of uranium, plutonium and minoractinide from spent oxide fuel of the light water reactor is dissolved by chlorine gas in molten salt, and electrolytic purification is performed using uranium by using a graphite electrode. Plutonium is an oxide, and a dry method of electrolytically precipitating minor actinide as a metal is performed, and the obtained precipitate is crushed and washed, and the cladding tube is vibratingly filled and used as a fuel for a fast reactor.
The recycling of the spent fuel in the fast reactor is also characterized by the dry method using the same molten salt electrorefining and the vibration filling fuel.

【0017】請求項7の発明は前記軽水炉燃料からのプ
ルトニウムをピューレックス法により回収し、前記ピュ
ーレックス法処理により発生した高レベル廃液からのマ
イナアクチニドをトルックス法により回収した後、脱硝
して酸化物とし、次に溶融塩中でリチウムまたはカルシ
ウムあるいはマグネシウムによる還元と電解精製を組み
合わせた乾式法によりマイナアクチニドとランタニド核
分裂生成物を分離することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the invention, plutonium from the light water reactor fuel is recovered by the Purex method, and minor actinide from the high-level waste liquid generated by the Purex method treatment is recovered by the Tolux method and then denitrated to oxidize. Then, the fission product of minaactinide and lanthanide is separated by a dry method in which reduction with lithium, calcium or magnesium and electrolytic refining are combined in a molten salt.

【0018】請求項8の発明は前記軽水炉燃料からのプ
ルトニウムをピューレックス法により回収し、前記ピュ
ーレックス法により発生した高レベル廃液からのマイナ
アクチニドをトルックス法により回収した後、脱硝して
酸化物としてから溶融塩中で塩素ガスにより溶解し、電
解精製で黒鉛製電極を用いてウランとプルトニウムを酸
化物で、マイナアクチニドを金属としてそれぞれ電解析
出させる乾式再処理により行い、得られた析出物を粉砕
して洗浄後、被覆管に振動充填して高速炉用燃料として
使用することを特徴とする。
The invention of claim 8 collects plutonium from the LWR fuel by the Purex method, recovers minor actinides from the high-level waste liquid generated by the Purex method by the Tolux method, and then denitrates the oxides. Then, it is dissolved by chlorine gas in a molten salt, and electrolytically refined using a graphite electrode to perform uranium and plutonium as oxides, and a minor actinide is electrolytically deposited as a metal. Is crushed and washed, and then the cladding tube is vibratingly filled and used as a fuel for a fast reactor.

【0019】請求項9の発明は前記軽水炉および高速炉
の使用済み燃料から回収したウラン、プルトニウム、マ
イナアクチニドを窒化物に転換したのちペレットまたは
振動充填燃料として高速炉で利用することを特徴とす
る。請求項10の発明は前記高速炉、軽水炉および燃料リ
サイクルのための施設を同一敷地内に設置してなること
を特徴とする。
The invention of claim 9 is characterized in that uranium, plutonium, and minor actinides recovered from spent fuel of the light water reactor and the fast reactor are converted into nitrides and then used as pellets or vibration filling fuel in the fast reactor. . The invention of claim 10 is characterized in that the fast reactor, the light water reactor and the facility for fuel recycling are installed in the same site.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明に係る請求項1では、図8
に示したようにそれぞれ一基または複数基の高速炉37と
軽水炉38および核燃料リサイクルのための施設39,40,
41からなり、使用済燃料としてU、PuおよびMAをリ
サイクルするアクチニドリサイクルシステムにおいて、
前記高速炉37におけるPuとMAの正味の各年間平均消
費量(燃焼消滅量−新規生成量)が、前記軽水炉から取
り出されるPuとMAの各年間平均取り出し量とそれぞ
れほぼ同量となるように、図1に示す核反応チェーンに
基づき高速炉におけるTRUの生成反応量および消滅核
反応量に着目して、装荷新燃料中のTRU量およびウラ
ン量が調整された高速炉を用いたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In claim 1 according to the present invention, FIG.
As shown in Figure 1, one or more fast reactors 37 and light water reactors 38 and nuclear fuel recycling facilities 39, 40,
41 consists of an actinide recycling system that recycles U, Pu and MA as spent fuel,
The net annual average consumption of Pu and MA (combustion extinction amount-new production amount) in the fast reactor 37 should be approximately equal to the annual average extraction amounts of Pu and MA extracted from the light water reactor, respectively. , Based on the nuclear reaction chain shown in FIG. 1, focusing on the amount of TRU generated reaction and the amount of annihilated nuclear reaction in the fast reactor, the fast reactor in which the amount of TRU and the amount of uranium in the loaded fresh fuel were adjusted was used. .

【0021】高速炉におけるPuの燃焼消滅は、Puの
主として核分裂反応によるものであり、その量は炉心熱
出力が一定であればPuの装荷濃度には強くは依存せ
ず、ほぼ一定となる。一方、Puの新規生成量は主とし
てU−238 の中性子捕獲反応によるものであり、U装荷
濃度、換言すればTRU装荷濃度に依存する。したがっ
て、TRU装荷濃度を高くすると、Uからの新規生成量
が少なくなるためPuの正味の年間平均消費量は多くな
る。
The burn-out of Pu in the fast reactor is mainly due to the fission reaction of Pu, and its amount is almost constant and does not strongly depend on the Pu loading concentration if the core heat output is constant. On the other hand, the amount of newly generated Pu is mainly due to the neutron capture reaction of U-238, and depends on the U loading concentration, in other words, the TRU loading concentration. Therefore, if the TRU loading concentration is increased, the new annual production amount from U is decreased, and thus the net annual average consumption amount of Pu is increased.

【0022】また、高速炉におけるMAの燃焼消滅は、
MAの核分裂および中性子捕獲反応度によるものであ
り、その量はMA装荷濃度、ひいてはTRU装荷濃度に
依存する。すなわち、TRU装荷濃度を高くするとMA
の燃焼消滅量は多くなる。
The combustion extinction of MA in a fast reactor is
It is due to fission and neutron capture reactivity of MA, the amount of which depends on the MA loading concentration and thus on the TRU loading concentration. That is, if the TRU loading concentration is increased, MA
The combustion extinction amount of will increase.

【0023】一方、高速炉において新規に生成されるM
Aは具体的にはアメリシウム 241(Am−241 )および
アメリシウム 243(Am−243 )が支配的であるため、
図1に示した核種変換チェーンからも明らかなように、
MAの新規生成量は主としてPuの中性子捕獲反応によ
るものであり、その新規生成量はPu装荷濃度、ひいて
はTRU装荷濃度に依存する。すなわち、TRU装荷濃
度が高くするとPuの装荷濃度が高くなるため、MAの
新規生成量は多くなる。
On the other hand, M newly generated in the fast reactor
Specifically, A is predominantly americium 241 (Am-241) and americium 243 (Am-243),
As is clear from the nuclide conversion chain shown in Fig. 1,
The new production amount of MA is mainly due to the neutron capture reaction of Pu, and the new production amount depends on the Pu loading concentration, and thus on the TRU loading concentration. That is, when the TRU loading concentration is high, the Pu loading concentration is high, so that the amount of new MA produced is large.

【0024】そこで、高速炉におけるPuとMAの正味
の各年間消費量(燃焼消滅量−新規生成量)のTRU装
荷濃度依存性を、図1に示した核種変換チェーンに基づ
き解析評価した。その結果を図2に示す。図2は高速炉
酸化物燃料の場合の中性子スペクトルを想定して燃焼解
析を行い、PuとMAのそれぞれの正味の年間消費量を
評価した結果である。なお、図2の評価においては、T
RU装荷濃度とは、 TRUの装荷濃度:TRU/(TRU+U)×100(%) と定義し、炉心全熱出力2600MWt 、酸化物燃料炉心を想
定して行った。図2から明らかなようにTRU装荷濃度
を高くすると、Puの正味の年間消費量は増加し、逆
に、MAの正味の年間消費量は減少することがわかる。
Therefore, the dependence of the net annual consumption of Pu and MA in the fast reactor (combustion extinction amount-new production amount) on the TRU loading concentration was analyzed and evaluated based on the nuclide conversion chain shown in FIG. The result is shown in FIG. FIG. 2 shows the results of evaluating the net annual consumptions of Pu and MA by performing combustion analysis assuming a neutron spectrum in the case of fast reactor oxide fuel. In the evaluation of FIG. 2, T
The RU loading concentration was defined as the loading concentration of TRU: TRU / (TRU + U) × 100 (%), and the total core heat output was 2600MWt and the oxide fuel core was assumed. As is clear from FIG. 2, when the TRU loading concentration is increased, the net annual consumption of Pu is increased, and conversely, the net annual consumption of MA is decreased.

【0025】図3は、この結果を、(MAの正味の年間
消費量)に対する(Puの正味の年間消費量)の比とし
て示したものである。図3から明らかなようにPuとM
Aの正味の年間消費量の相対関係は、TRU装荷濃度に
より制御可能であることがわかる。したがって、軽水炉
の使用済燃料から得られるPuとMAの量の相対値に応
じて高速炉におけるTRU装荷濃度を調整することによ
り、軽水炉側からのPuとMAの供給量と高速炉におけ
るPuとMAの正味の消費量との整合をとることができ
る。その結果、高速炉と軽水炉の共存が可能となる。
FIG. 3 shows this result as a ratio of (Net annual consumption of Pu) to (Net annual consumption of MA). As apparent from FIG. 3, Pu and M
It can be seen that the relative relationship of the net annual consumption of A can be controlled by the TRU loading concentration. Therefore, by adjusting the TRU loading concentration in the fast reactor according to the relative values of the amounts of Pu and MA obtained from the spent fuel of the light water reactor, the supply amount of Pu and MA from the light water reactor side and the Pu and MA in the fast reactor are adjusted. Can be matched with the net consumption of. As a result, a fast reactor and a light water reactor can coexist.

【0026】なお、軽水炉側からのPuとMAの供給量
および高速炉におけるPuとMAの正味の消費量の絶対
値は、それぞれ軽水炉および高速炉の出力規模、基数を
調整することにより任意に調整できることは言うまでも
ない。
The absolute values of the supply amounts of Pu and MA from the light water reactor side and the net consumption amounts of Pu and MA in the fast water reactor are arbitrarily adjusted by adjusting the output scale and radix of the light water reactor and the fast water reactor, respectively. It goes without saying that you can do it.

【0027】ここで、高速炉の初期炉心を構成するため
のPuとMAが他から入手できない場合には、請求項2
に述べたように最初に軽水炉の使用済み燃料を処理し、
初期炉心を構成するのに必要なPuとMAを回収し、こ
れによって高速炉燃料を製造する核燃料サイクル施設を
最初に建設し、必要な期間運転してから高速炉を建設す
ることが考えられる。
Here, when Pu and MA for forming the initial core of the fast reactor are not available from others, claim 2
First treat the spent fuel of the light water reactor as described in
It is conceivable to recover Pu and MA necessary for constructing the initial core, thereby constructing a nuclear fuel cycle facility for producing fast reactor fuel first, and then operating for a necessary period before constructing a fast reactor.

【0028】請求項3で述べたように、アクチニドリサ
イクルシステムにおいて、高速炉の初期炉心を濃縮Uで
構成し、その後のリサイクルで徐々に増殖されるPuお
よびMAを添加することにより、U濃縮度を徐々に低下
し、最終的に劣化Uと回収PuおよびMAで高速炉の炉
心が抗せされるようにすることもできる。
As described in claim 3, in the actinide recycle system, the initial core of the fast reactor is composed of enriched U, and Pu and MA that are gradually propagated in the subsequent recycling are added to obtain the U enrichment. Can be gradually decreased so that the core of the fast reactor is finally resisted by the deteriorated U and the recovered Pu and MA.

【0029】請求項4では、軽水炉使用済燃料からのT
RUの取り出しをPuとMAを分離しないで一括して回
収することにより行い、軽水炉から取り出されたTRU
は高速炉へリサイクルし、高速炉から取り出されたTR
Uは再度高速炉へリサイクルするようにしたものであ
る。
[0029] In claim 4, T from the light water reactor spent fuel is used.
The RU was taken out by collecting Pu and MA collectively without separating them, and the TRU taken out from the light water reactor.
Is recycled to the fast reactor and removed from the fast reactor
U is for recycling again to the fast reactor.

【0030】請求項5では、請求項4において、図4に
示したように軽水炉使用済み燃料13からのUとPuとM
Aの回収を溶融塩中でリチウム還元14および溶融塩分離
15と電解精製3を組み合わせた乾式再処理により行い、
高速炉でのリサイクルは溶融塩電解16の精製を利用した
乾式法により行うものである。
In the fifth aspect, as shown in FIG. 4 in the fourth aspect, U, Pu, and M from the light water reactor spent fuel 13 are used.
Lithium reduction 14 and molten salt separation in molten salt
Performed by dry reprocessing combining 15 and electrolytic refining 3,
Recycling in the fast reactor is carried out by a dry method utilizing purification of the molten salt electrolysis 16.

【0031】すなわち、軽水炉使用済み燃料13は解体・
せん断2の工程で燃料集合体を解体し、燃料要素をせん
断後アルカリ金属元素の塩化物またはアルカリ土類元素
の塩化物または、これらの塩化物を混合した溶融塩中で
500〜 800℃でLi還元材として使用済み燃料中のU、
TRU酸化物を金属に還元する。還元によって生じた酸
化リチウム17は溶融塩電解16の工程の溶融塩中で電気的
に還元され金属リチウム18として再利用される。金属に
還元されたU、TRUは溶融塩分離15の工程で、溶融塩
と分離され、電解精製3の工程へ送られる。
That is, the light water reactor spent fuel 13 is disassembled
The fuel assembly is disassembled in the step of shearing 2, and the fuel element is sheared, and then in a chloride of an alkali metal element or a chloride of an alkaline earth element or a molten salt obtained by mixing these chlorides.
U in spent fuel as Li reducing material at 500-800 ℃,
Reduces TRU oxide to metal. The lithium oxide 17 produced by the reduction is electrically reduced in the molten salt in the process of the molten salt electrolysis 16 and reused as the metallic lithium 18. U and TRU reduced to metal are separated from the molten salt in the step of molten salt separation 15 and sent to the step of electrolytic refining 3.

【0032】電解精製3の工程以降は図11の従来技術で
述べた金属燃料の電解精製工程と同じであるが、軽水炉
使用済み燃料を処理した場合には、TRUに対するUの
量が高速炉で必要とする割合より大きいので一部の余剰
Uを将来の燃料として余剰ウラン貯蔵19するかレーザー
法等で再濃縮し、プルトニウム富化度調整20し、軽水炉
燃料として再利用する。
After the process of electrolytic refining 3 is the same as the process of electrolytic refining of metal fuel described in the prior art of FIG. 11, but when the spent fuel of the light water reactor is treated, the amount of U with respect to TRU is in the fast reactor. Since it is larger than the required ratio, a part of surplus U is stored as surplus uranium as future fuel19 or reconcentrated by laser method, etc., plutonium enrichment adjustment20, and reused as light water reactor fuel.

【0033】高速炉でのリサイクルには図11の従来技術
で述べた金属燃料の電解精製工程を用いる。なお、リチ
ウムの代りにカルシウムまたはマグネシウムを使用する
こともできる。
For the recycling in the fast reactor, the electrolytic refining process of the metal fuel described in the prior art of FIG. 11 is used. Note that calcium or magnesium can be used instead of lithium.

【0034】また、請求項6は、請求項4における軽水
炉使用済酸化物燃料からのUとPuとMAの回収を溶融
塩中での図5(a)〜(c)に示したような工程で行
う。図5(a)はルツボ21内の溶融塩(NaCl−KC
l)22中にガス導入管23から塩素ガスを吹き込んでいる
溶融工程を示し、(b)は陰極24にUO2 が電解析出す
る工程を示し、(c)は酸素・塩素混合ガスをガス導入
管23から吹き込みPuO2 ,UO2 を電極25に電解析出
工程を示している。この工程で得られた顆粒状の酸化U
および酸化Puおよび金属MAを所定の混合割合で被覆
管に振動充填し、高速炉の燃料として使用する方法であ
る。
Further, in claim 6, recovery of U, Pu and MA from the spent oxide fuel of the light water reactor in claim 4 is carried out in a molten salt as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c). Done in. FIG. 5A shows a molten salt (NaCl-KC) in the crucible 21.
l) shows a melting process in which chlorine gas is blown into the gas from the gas introduction pipe 23, (b) shows a process in which UO 2 is electrolytically deposited on the cathode 24, and (c) shows a gas mixture of oxygen and chlorine. The electrolytic deposition process in which PuO 2 and UO 2 blown from the introduction pipe 23 are applied to the electrode 25 is shown. Granular oxidized U obtained in this step
In addition, the cladding tube is filled with vibrationally-oxidized Pu and metallic MA at a predetermined mixing ratio and used as fuel for a fast reactor.

【0035】すなわち、軽水炉使用済み燃料は、燃料集
合体を解体し、燃料要素として、被覆管を脱被覆し、図
5(a)にし示すように燃料酸化物をアルカリ金属元素
の塩化物またはアルカリ土類元素の塩化物または、これ
らの塩化物を混合した溶融塩22中で 500〜 800℃で塩素
ガスによって溶融する。
That is, for the spent fuel of the light water reactor, the fuel assembly is disassembled, the cladding tube is decoated as a fuel element, and the fuel oxide is converted to alkali metal chloride or alkali metal as shown in FIG. 5 (a). It is melted by chlorine gas at a temperature of 500 to 800 ° C. in a chloride of an earth element or a molten salt 22 in which these chlorides are mixed.

【0036】次に、図5(b)に示すようにグラファイ
ト製陰極24を溶融塩22中に挿入してグラファイト製ルツ
ボ21を陽極とすると、溶融しているUの酸化物イオン
(ウラニル)のみが電気化学的に還元され、2酸化ウラ
ンとして析出する。
Next, as shown in FIG. 5 (b), when the graphite cathode 24 is inserted into the molten salt 22 and the graphite crucible 21 is used as an anode, only the molten U oxide ions (uranyl) are taken. Is electrochemically reduced and deposited as uranium dioxide.

【0037】そして、図5(c)に示すように塩素と酸
素の混合ガスを溶融塩22中に吹き込むとPuイオンは、
Pu酸化物イオン(プルトニル)となる。この状態で、
グラファイト製の他の電極25を溶融塩22中に挿入してグ
ラファイト製のルツボを陽極とすると溶融しているウラ
ニルとプルトニルが電気化学的に還元され、2酸化ウラ
ンと2酸化プルトニウムの固溶体として析出する。
Then, when a mixed gas of chlorine and oxygen is blown into the molten salt 22 as shown in FIG.
It becomes Pu oxide ion (plutonil). In this state,
When another electrode 25 made of graphite is inserted into the molten salt 22 and the crucible made of graphite is used as an anode, the molten uranyl and plutonium are electrochemically reduced and deposited as a solid solution of uranium dioxide and plutonium dioxide. To do.

【0038】最後にこれらの析出物を破砕して、溶融塩
を洗浄後、粒径を分類し、所定の粒径分布で被覆管中に
挿入し、被覆管ごと鉛直方向に衝撃振動を与え充填密度
を高めるという振動充填により高速炉用の燃料とする。
Finally, these precipitates are crushed, the molten salt is washed, the particle sizes are classified, and the particles are inserted into a cladding tube with a predetermined particle size distribution, and the cladding tube is shock-vibrated in the vertical direction and filled. It is used as fuel for fast reactors by vibrating and filling to increase the density.

【0039】さらに請求項7では、請求項4に示した軽
水炉燃料からのPuの回収をPurex法により行い、
前記Purex法により処理して発生した高レベル廃液
からのMAの回収を、図6に示すようにTRUEX法、
またはしゅう酸沈殿法により処理した後、脱硝して酸化
物としてから溶融塩中でリチウムまたはカルシウムまた
はマグネシウムによる還元と電解精製を組み合わせた乾
式法によりMAとランタニド核分裂生成物を分離するこ
とにより行うものである。
Further, in claim 7, Pu is recovered from the light water reactor fuel according to claim 4 by the Purex method,
As shown in FIG. 6, the recovery of MA from the high-level waste liquid generated by the treatment by the Purex method is performed by the TRUEX method,
Alternatively, after treatment by oxalic acid precipitation method, denitration is performed to form an oxide, and then MA and lanthanide fission products are separated by a dry method combining reduction with lithium or calcium or magnesium in a molten salt and electrolytic refining. Is.

【0040】図6で、高レベル廃液26中のTRUとFP
(RE)は、CMPOと呼ばれる有機溶媒による抽出、
つまりTRUEX法によるTRU抽出27、または、しゅ
う酸との共沈によって高レベル廃液から分離されマイク
ロ波等によって高温で脱硝28され酸化物となる。CMP
OはOctyl (phenyl)-N.N-isobutylcarabamoylmethylp
hosphineOxide の略である。
In FIG. 6, TRU and FP in the high level waste liquid 26
(RE) is extracted with an organic solvent called CMPO,
In other words, it is separated from the high-level waste liquid by TRU extraction 27 by the TRUEX method or coprecipitation with oxalic acid, and denitrated 28 at high temperature by microwaves to become an oxide. CMP
O is Octyl (phenyl) -NN-isobutylcarabamoylmethylp
Abbreviation for hosphineOxide.

【0041】このTRU酸化物およびRE酸化物29をア
ルカリ金属元素の塩化物またはアルカリ土類元素の塩化
物または、これらの塩化物を混合した溶融塩中で 500〜
800℃でLi還元14として使用済み燃料中のTRU酸化
物のみを金属に還元し、沈殿させる。
The TRU oxide and RE oxide 29 are added to a chloride of an alkali metal element, a chloride of an alkaline earth element, or a molten salt obtained by mixing these chlorides in an amount of 500 to 500 wt.
At 800 ° C, as Li reduction14, only TRU oxide in the spent fuel is reduced to metal and precipitated.

【0042】すなわち、図7に示すようにLiの酸化物
生成標準自由エネルギーは、Pu、Np、Amで代表さ
れるTRUのそれより小さく酸化物としてより安定であ
る。(負の方向に大きい)、このためLiとTRU酸化
物を反応させるとLi酸化物が生成されTRUは金属と
なる。また、 500〜 800℃では、Uよりも小さいのでT
RUと同伴する残留Uの金属として沈殿する。
That is, as shown in FIG. 7, the standard free energy of Li oxide formation is smaller than that of TRU typified by Pu, Np, and Am, and is more stable as an oxide. (Large in the negative direction). Therefore, when Li and TRU oxide are reacted, Li oxide is generated and TRU becomes a metal. Also, at 500-800 ℃, it is smaller than U, so T
Precipitates as residual U metal with the RU.

【0043】一方、図7に示すようにNd、Ceで代表
されるREの酸化物生成標準自由エネルギーは、Liの
それより小さく酸化物としてより安定である(負の方向
に大きい)、このためLiとRE酸化物を反応させても
REは、金属には還元されず溶融塩中に残留するためT
RUと分離できる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the oxide standard free energy of RE represented by Nd and Ce is smaller than that of Li and more stable as an oxide (larger in the negative direction). Even if Li is reacted with RE oxide, RE is not reduced to metal and remains in the molten salt.
Can be separated from RU.

【0044】沈殿したTRU金属は、図11の電解精製3
の工程で精製する。精製されたTRU30の金属は、U、
Zrと合金化して金属燃料として燃焼することもできる
が、必要に応じて転換31工程でTRU酸化物や窒化物32
に転換して燃料とすることもできる。
The precipitated TRU metal was electrorefined 3 in FIG.
Purify in step. The metal of purified TRU30 is U,
It can be alloyed with Zr and burned as a metal fuel, but if necessary, TRU oxides and nitrides 32 in the conversion 31 process.
It can also be converted into fuel for use.

【0045】転換31の方法としては、高温下で酸素ガス
または窒素ガスと反応させそれぞれ酸化物および窒化物
つまり[TRU]O2 または[TRU]N32とする方法
や、一度硝酸に溶解してマイクロ波等で高温にして脱硝
し酸化物とすることができる。なお、図6中符号33はF
P,34はTRU(Am、Cm、Np)・FP(RE),
35は[RE]OCl,36は[TRU]、[RE]OCl
を示している。
The conversion 31 is carried out by reacting with oxygen gas or nitrogen gas at high temperature to form oxides and nitrides, that is, [TRU] O 2 or [TRU] N 32, or by dissolving in nitric acid once and micro It can be denitrified to an oxide by raising it to a high temperature by waves. In FIG. 6, reference numeral 33 is F
P and 34 are TRU (Am, Cm, Np) and FP (RE),
35 is [RE] OCl, 36 is [TRU], [RE] OCl
Is shown.

【0046】また、請求項8では、請求項4に示した軽
水炉燃料からのPuの回収をPurex法により行い、
前記Purex法により処理して発生した高レベル廃液
からのMAの回収を、図6に示すようにTRUEX法ま
たは、しゅう酸沈殿法により処理した後、脱硝して酸化
物としてから図5(a)に示したようにアルカリ金属元
素の塩化物またはアルカリ土類元素の塩化物または、こ
れらの塩化物を混合した溶融塩22中で 500〜 800℃で塩
素ガスによって溶解する。
Further, in claim 8, Pu is recovered from the light water reactor fuel according to claim 4 by the Purex method,
As shown in FIG. 6, the recovery of MA from the high-level waste liquid generated by the Purex method was treated by the TRUEX method or the oxalic acid precipitation method, followed by denitration to obtain an oxide, and then FIG. As shown in (3), it is dissolved by chlorine gas at a temperature of 500 to 800 ° C. in a molten salt 22 containing a chloride of an alkali metal element or a chloride of an alkaline earth element or a mixture of these chlorides.

【0047】次に、図5(b)に示したようにグラファ
イト製の陰極24を溶融塩24中に挿入してグラファイト製
のルツボ21を陽極とすると溶融しているUの酸化物イオ
ン(ウラニル)のみが電気化学的に還元され、2酸化ウ
ランとして析出する。次に、図5(c)に示したように
塩素と酸素の混合ガスを溶融塩22中に吹き込むと、Pu
イオンは、Pu酸化物イオン(プルトニル)となる。
Next, as shown in FIG. 5B, when a cathode 24 made of graphite is inserted into the molten salt 24 and the crucible 21 made of graphite is used as an anode, a molten U oxide ion (uranyl) is formed. ) Is electrochemically reduced and precipitates as uranium dioxide. Next, when a mixed gas of chlorine and oxygen is blown into the molten salt 22 as shown in FIG.
The ions become Pu oxide ions (plutonil).

【0048】この状態で、グラファイト製の別の電極25
を溶融塩22中に挿入してグラファイト製のルツボ21を陽
極とすると溶融しているウラニルとプルトニルが電気化
学的に還元され、2酸化ウランと2酸化プルトニウムの
固溶体として析出する。
In this state, another electrode 25 made of graphite is used.
Is inserted into the molten salt 22 and the crucible 21 made of graphite is used as an anode, the molten uranyl and plutonium are electrochemically reduced and deposited as a solid solution of uranium dioxide and plutonium dioxide.

【0049】最後にこれらの析出物を破砕して、溶融塩
を洗浄後、粒径を分類し、所定の粒径分布で被覆管中に
挿入し、被覆管ごと鉛直方向に衝撃振動を与え充填密度
を高めるという振動充填により高速炉用の燃料とする。
Finally, these precipitates are crushed, the molten salt is washed, then the particle size is classified, and the particles are inserted into the cladding tube with a predetermined particle size distribution, and the cladding tube is shock-vibrated in the vertical direction and filled. It is used as fuel for fast reactors by vibrating and filling to increase the density.

【0050】また、請求項9では、請求項4、5、7で
得られる金属状態のU,Pu,MAを窒素ガスと反応さ
せ窒化物としたのち、焼結してペレット状または、その
まま振動充填して、被覆管との熱伝達を向上するための
ボンドNaを加え高速炉燃料として使用する。
In the ninth aspect, the metallic U, Pu, and MA obtained in the fourth, fifth, and seventh aspects are reacted with nitrogen gas to form a nitride, which is then sintered and pelletized or vibrated as it is. After filling, bond Na for improving heat transfer with the cladding tube is added and used as a fast reactor fuel.

【0051】請求項10では、請求項1、2、3のアクチ
ニドリサイクルシステムを同一サイトに建設し、使用済
み燃料や新燃料を地下通路で輸送することにより、キャ
スクによる輸送の省略や電源や冷却、制御系等の設備を
共有化した構成としたものである。
In claim 10, by constructing the actinide recycling system of claims 1, 2 and 3 at the same site, and transporting spent fuel and new fuel through underground passages, transportation by cask can be omitted, and power and cooling can be eliminated. The control system and other equipment are shared.

【0052】上述したように本発明に係るアクチニドリ
サイクルシステムは、高速炉と軽水炉および核燃料リサ
イクルのための施設からなり、核燃料物質としてウラン
(U)、プルトニウム(Pu)およびマイナアクチニド
(MA)をリサイクルするアクチニドリサイクルシステ
ムにおいて、前記高速炉におけるPuとMAの正味の各
年間平均消費量(燃焼消滅量−新規生成量)が、前記軽
水炉から取り出されるPuとMAの各年間平均取り出し
量とそれぞれほぼ同量となるように、図1に示す核種変
換チェーン基づき前記高速炉における超ウラン元素(T
RU:Pu+MA)の生成反応量および消滅各反応量に
着目して、装荷新燃料中のTRU量およびウラン量が調
整された高速炉を用いたものである。
As described above, the actinide recycling system according to the present invention comprises a fast reactor, a light water reactor and a facility for nuclear fuel recycling, and recycles uranium (U), plutonium (Pu) and minor actinides (MA) as nuclear fuel materials. In the actinide recycling system, the net annual average consumption of Pu and MA in the fast reactor (combustion extinction amount-new production amount) is approximately the same as the annual average extraction amount of Pu and MA extracted from the light water reactor, respectively. So that the amount of transuranic element (T
RU: Pu + MA) production reaction amount and annihilation reaction amount are used, and a fast reactor in which the TRU amount and the uranium amount in the loaded fresh fuel are adjusted is used.

【0053】前述のように図1に示す核種変換チェーン
に基づき高速炉におけるTRU装荷濃度を調整すること
により、高速炉におけるPuとMAの正味の年間消費量
の相対関係を制御可能である。これにより、軽水炉の使
用済燃料から得られるPuとMAの量の相対値に、高速
炉におけるPuとMAの正味の消費量の相対値を合わせ
ることが可能となり、軽水炉側からのPuとMAの供給
量と高速炉におけるPuとMAの正味の消費量との整合
をとることができる。
As described above, by adjusting the TRU loading concentration in the fast reactor based on the nuclide conversion chain shown in FIG. 1, it is possible to control the relative relationship between the net annual consumption amounts of Pu and MA in the fast reactor. This makes it possible to match the relative values of the Pu and MA amounts obtained from the spent fuel of the light water reactor with the relative values of the net consumption amounts of Pu and MA in the fast reactor. The supply amount and the net consumption amount of Pu and MA in the fast reactor can be matched.

【0054】その結果、軽水炉側からのMAの余剰供給
分が燃え残ったりすることはないため、PuとMAのリ
サイクルを繰り返しても、高速炉におけるMAの量がリ
サイクル毎に変化せず一定となり、同一プラントによる
定常運転が可能になる。ひいては、軽水炉と高速炉の共
存時代において、TRUを核燃料として効率的に利用す
るための核燃料リサイクルシステム、すなわち、アクチ
ニドリサイクルシステムの構築が可能になる。
As a result, the surplus supply of MA from the light water reactor side does not burn and remain. Therefore, even if the recycling of Pu and MA is repeated, the amount of MA in the fast reactor does not change with each recycling and becomes constant. The steady operation by the same plant becomes possible. Consequently, in the era of coexistence of light water reactors and fast reactors, it becomes possible to construct a nuclear fuel recycling system, that is, an actinide recycling system, for efficiently using TRU as a nuclear fuel.

【0055】また、TRUを効率的に燃焼することがで
きるため、TRU廃棄物の蓄積量を抑制でき、それらを
処分するための経済的および技術的負担をも軽減するこ
とが可能となり、酸化物の還元材としてLiを利用する
ことによってTRUとの分離が困難なREのFPを分離
することができ工程が大幅に簡素化される。
Further, since the TRUs can be efficiently burned, the accumulated amount of TRU wastes can be suppressed, and the economical and technical burden for disposing of them can be reduced, and oxides can be reduced. By using Li as the reducing agent of RE, the FP of RE, which is difficult to separate from TRU, can be separated, and the process is greatly simplified.

【0056】[0056]

【実施例】本発明の係るアクチニドリサイクルシステム
の一実施例を説明する。図8は、アクチニドリサイクル
システムの施設の全体構成例とその施設間の核燃料の流
れの例を表す概念図である。このアクチニドリサイクル
システムは、高速炉37、軽水炉38、軽水炉使用済燃料再
処理施設39、高速炉用燃料成型加工施設40および高速炉
使用済燃料再処理施設41により構成されている。核燃料
物質としては使用済燃料のPu、MAおよびUを利用し
ている。
EXAMPLE An example of the actinide recycling system according to the present invention will be described. FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of the overall configuration of the facility of the actinide recycling system and an example of the flow of nuclear fuel between the facilities. This actinide recycling system is composed of a fast reactor 37, a light water reactor 38, a light water reactor spent fuel reprocessing facility 39, a fast reactor fuel molding processing facility 40, and a fast reactor spent fuel reprocessing facility 41. Spent fuels Pu, MA and U are used as nuclear fuel materials.

【0057】軽水炉38から取り出された使用済燃料から
軽水炉使用済燃料再処理施設39においてPu、MAが回
収され、高速炉用燃料成型加工施設40において高速炉用
燃料に成型加工され、高速炉37において使用される。そ
の後、高速炉37から取り出された使用済燃料は、高速炉
使用済燃料再処理施設41において再処理され、Pu,M
AおよびUが回収され、再度、高速炉用燃料成型加工施
設40に送られる。そして、高速炉用燃料に成型加工さ
れ、再利用される。
Pu and MA are recovered from the spent fuel taken out from the light water reactor 38 at the light water reactor spent fuel reprocessing facility 39, and molded into the fast reactor fuel at the fast reactor fuel molding facility 40, and the fast reactor 37 Used in. After that, the spent fuel taken out of the fast reactor 37 is reprocessed in the fast reactor spent fuel reprocessing facility 41, and Pu, M
A and U are collected and again sent to the fuel molding and processing facility 40 for the fast reactor. Then, it is molded into fuel for fast reactors and reused.

【0058】ただし、核燃料物質は、高速炉37において
使用されると、核分裂により燃焼するため量が減少する
ため、再利用するためには、高速炉用燃料成型加工施設
40において、再度、成型加工される際にその減少分を軽
水炉使用済燃料再処理施設39において回収されたPu、
MAを補給する。
However, when the nuclear fuel material is used in the fast reactor 37, the amount thereof decreases because it burns due to nuclear fission. Therefore, in order to reuse it, the fuel molding facility for the fast reactor is required.
At 40, Pu is recovered in the light water reactor spent fuel reprocessing facility 39 when the molding process is performed again,
Supply MA.

【0059】この実施例では高速炉37におけるPuとM
Aの年間平均消費量は、軽水炉38から取り出されるPu
とMAの年間平均取り出し量とそれぞれ一致するため、
図8に示したPuとMAの量の流れが常に一定に保たれ
る。
In this embodiment, Pu and M in the fast reactor 37
The average annual consumption of A is Pu extracted from the light water reactor 38.
And the average annual extraction amount of MA, respectively,
The flow of the amounts of Pu and MA shown in FIG. 8 is always kept constant.

【0060】図8における出力 100万KWe の高速炉37の
炉心の縦断面図を図9に示し、横断面図を図10に示す。
図9中符号42は炉心分、43は上部ガスプレナム部、44は
下部遮へい体部であり、図10中符号45は炉心燃料集合体
で 475体あり、46は制御棒で36体ある。炉心部42のTR
U装荷濃度は23%であり、PuとMAの内訳は、Puが
20.9%、MAが 2.1%である。これらは、図1に示す核
種変換チェーンに基づき、高速炉酸化物燃料の場合の中
性子スペクトルを想定して燃焼解析を行い、PuとMA
のそれぞれの正味の年間消費量を評価した図2を用い
て、高速炉1におけるPuとMAの年間平均消費量が軽
水炉2から取り出されるPuとMAの年間平均取り出し
量とそれぞれ一致するように設定したものである。な
お、ここで、Pu同位体の組成内訳およびMAの組成内
訳は軽水炉2から取り出されたものと同一であり、それ
ぞれ、 Pu-239:Pu-240:Pu-241:Pu-242=58:24:14:4(%) Np-237:Am-241:Am-243:Cm-244=52.7:33.8:10.9:2.6 (%) である。電気出力は1000MWe 、炉心の熱出力は2600MWt
である。この高速炉1のPuとMAの正味の年間消費量
は、それぞれ 240kg/年および26kg/年であり、これ
は、電気出力 130万KWe の軽水炉1から年間取り出され
るPuとMAの量にほぼ等しい。
A longitudinal sectional view of the core of the fast reactor 37 having an output of 1,000,000 KWe in FIG. 8 is shown in FIG. 9, and a transverse sectional view thereof is shown in FIG.
In FIG. 9, reference numeral 42 is the core portion, 43 is the upper gas plenum portion, 44 is the lower shield body portion, and in FIG. 10, reference numeral 45 is the core fuel assembly, which is 475 bodies, and 46 is the control rod, which is 36 bodies. TR of core 42
The U loading concentration is 23%, and the breakdown of Pu and MA is that Pu is
20.9% and MA is 2.1%. Based on the nuclide transmutation chain shown in Fig. 1, these were subjected to combustion analysis assuming a neutron spectrum in the case of fast reactor oxide fuel, and Pu and MA
2 was used to evaluate the net annual consumption of Pu and MA in the fast reactor 1 so that the average annual consumption of Pu and MA in the fast reactor 1 would match the average annual extraction of Pu and MA extracted from the light water reactor 2. It was done. Here, the composition of Pu isotopes and that of MA are the same as those extracted from the light water reactor 2, and Pu-239: Pu-240: Pu-241: Pu-242 = 58: 24, respectively. : 14: 4 (%) Np-237: Am-241: Am-243: Cm-244 = 52.7: 33.8: 10.9: 2.6 (%). Electric output is 1000MWe, core heat output is 2600MWt
It is. The annual annual consumptions of Pu and MA in this fast reactor 1 are 240kg / year and 26kg / year, respectively, which is almost equal to the amount of Pu and MA extracted annually from the light water reactor 1 with an electric output of 1.3 million KWe. .

【0061】したがって、上記実施例の場合、軽水炉側
からのMAの余剰供給分が燃え残ったりすることはない
ため、PuとMAのリサイクルを繰り返しても、高速炉
におけるMAの量がリサイクル毎に変化せず一定とな
り、同一プラントによる定常運転が可能になっている。
Therefore, in the case of the above-mentioned embodiment, since the surplus supply amount of MA from the light water reactor side does not remain unburned, even if the Pu and MA are repeatedly recycled, the amount of MA in the fast reactor is recycled. It does not change and remains constant, enabling steady operation in the same plant.

【0062】また、軽水炉と高速炉の共存時代におい
て、TRUを核燃料として効率的に利用するための核燃
料リサイクルシステム、すなわち、アクチニドリサイク
ルシステムが提供されている。さらに、TRUを効率的
に燃焼することができるため、TRU廃棄物の蓄積量を
制御でき、それらを処分するための経済的および技術的
負担をも軽減される。
Further, in the era of coexistence of light water reactors and fast reactors, a nuclear fuel recycling system for efficiently using TRU as a nuclear fuel, that is, an actinide recycling system is provided. Further, since the TRUs can be burned efficiently, the amount of TRU wastes accumulated can be controlled, and the economic and technical burden for disposing of them can be reduced.

【0063】上記実施例では、高速炉37における燃料形
態が酸化物の場合であるが、金属燃料および窒化物燃料
を用いた場合においても、同様の考え方にて、実施可能
である。また、軽水炉38から取り出されるPuとMAの
量が上記例とは異なる場合においても、やはり同様の考
え方で実施可能であり、本発明は軽水炉38の種類の如何
に拘らず、適用可能である。
In the above embodiment, the fuel form in the fast reactor 37 is the oxide, but the same idea can be applied to the case of using the metal fuel and the nitride fuel. Further, even when the amounts of Pu and MA taken out from the light water reactor 38 are different from the above examples, the same idea can be applied, and the present invention can be applied regardless of the type of the light water reactor 38.

【0064】上記実施例においては、高速炉37のための
Uは、軽水炉38とは別のところ、例えば、ウラン濃縮工
場からの未使用の劣化ウランを用いているが、軽水炉38
の使用済燃料から回収したUを用いても良い。さらに、
組み合わせる軽水炉38と高速炉37それぞれの電気出力と
基数についても上記実施例に限定されず、PuとMAの
生成と消滅のバランスを満足する任意の組み合わせが可
能である。
In the above embodiment, U for the fast reactor 37 is different from the light water reactor 38, for example, unused depleted uranium from a uranium enrichment plant is used.
The U recovered from the spent fuel may be used. further,
The electric output and the radix of each of the light water reactor 38 and the fast reactor 37 to be combined are not limited to those in the above embodiment, and any combination that satisfies the balance between generation and disappearance of Pu and MA is possible.

【0065】また軽水炉使用済燃料再処理施設39におけ
る軽水炉使用済燃料からのPuとMAの取り出しを、P
uとMAを分離しないで一括して回収して高速炉37へ供
給する場合、PuとMAの回収のための2種の設備を有
する必要がなくなるため、軽水炉使用済燃料再処理施設
39の設備の合理化が可能となり、燃料サイクルコストが
低減される。
Further, the removal of Pu and MA from the light water reactor spent fuel at the light water reactor spent fuel reprocessing facility 39 is
When u and MA are collected together and supplied to the fast reactor 37 without separation, it is not necessary to have two types of equipment for Pu and MA recovery, so a light water reactor spent fuel reprocessing facility
39 facilities can be rationalized and fuel cycle costs can be reduced.

【0066】さらに、図8に示した各施設を同一敷地内
に設置することにより、Pu等TRUの使用場所が限定
されるため、核不拡散上の観点からも好ましいアクチニ
ドリサイクルシステムが実現できる。
Further, by installing each facility shown in FIG. 8 on the same site, the use place of TRU such as Pu is limited, so that an actinide recycling system preferable from the viewpoint of nuclear non-proliferation can be realized.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、軽水炉側からのMAの
余剰供給分が燃え残ったりすることがないため、Puと
MAのリサイクルを繰り返しても、高速炉におけるMA
の量がリサイクル毎に変化せず一定となり、同一プラン
トによる定常運転が可能になっている。
According to the present invention, since the excess amount of MA supplied from the light water reactor side does not burn, the MA in the fast reactor can be reused even if the recycling of Pu and MA is repeated.
The amount does not change with each recycling and remains constant, enabling steady operation in the same plant.

【0068】また、軽水炉と高速炉の共存時代を想定し
た場合、TRUを核燃料として効率的に利用するための
アクチニドリサイクルシステムにおいて、TRUを効率
的に燃焼することができるため、TRUの廃棄物の蓄積
量を制御でき、それらを処分するための経済的および技
術負担をも軽減される。
Further, assuming the era of coexistence of light water reactors and fast reactors, TRU can be efficiently burned in an actinide recycling system for efficiently utilizing TRU as a nuclear fuel, so that the waste of TRU The amount of stocks can be controlled, and the economic and technical burden for disposing of them can be reduced.

【0069】さらに、軽水炉および高速炉の使用済燃料
再処理施設の合理化が可能となり、ひいては、燃料サイ
クルコストが低減され、Pu等TRUの使用場所が限定
されるため、核不拡散上の観点からも好ましいアクチニ
ドリサイクルシステムを提供できる。
Furthermore, since the spent fuel reprocessing facilities for light water reactors and fast reactors can be rationalized, the fuel cycle cost can be reduced, and the places where TRUs such as Pu can be used are limited. Can also provide a preferable actinide recycling system.

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

【図1】本発明の実施の形態を説明するための核種変換
チェーンを示す系統図。
FIG. 1 is a system diagram showing a nuclide conversion chain for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】同じく、高速炉酸化物燃料の場合のPuとMA
のそれぞれの正味の年間消費量を評価した結果を示す特
性図。
[Fig. 2] Similarly, Pu and MA in the case of fast reactor oxide fuel
The characteristic view showing the result of having evaluated each net annual consumption of each.

【図3】図2の結果をMAの正味の年間消費量に対する
Puの正味の年間消費量の比として示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the result of FIG. 2 as a ratio of the net annual consumption amount of Pu to the net annual consumption amount of MA.

【図4】本発明の請求項5に係る軽水炉使用済み燃料の
リサイクル工程を示す工程図。
FIG. 4 is a process chart showing a recycling process of spent fuel in a light water reactor according to claim 5 of the present invention.

【図5】(a)は本発明の請求項6における軽水炉使用
済み燃料からのU,Pu,MAの回収を行う溶融塩中で
の溶解工程を示す縦断面図、(b)は同じくUO2 の電
解析出工程を示す縦断面図、(c)は同じくPuO2
UO2 の電解析出工程を示す縦断面図。
FIG. 5 (a) is a vertical sectional view showing a melting step in molten salt for recovering U, Pu, MA from spent fuel of a light water reactor according to claim 6 of the present invention, and FIG. 5 (b) is also UO 2 longitudinal sectional view showing an electrolytic deposition process, (c) is also PuO 2,
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a process of electrolytic deposition of UO 2 .

【図6】本発明の請求項7における軽水炉使用済み燃料
の再処理で発生する高レベル廃液からTRUを回収する
リサイクル工程図。
FIG. 6 is a recycling process diagram for recovering TRU from the high-level waste liquid generated in the reprocessing of spent fuel in a light water reactor according to claim 7 of the present invention.

【図7】本発明の作用を説明するためのTRUおよびL
iおよび希土類の酸化物生成標準自由エネルギの温度依
存性を示す特性図。
FIG. 7: TRU and L for explaining the operation of the present invention
The characteristic view which shows the temperature dependence of oxide formation standard free energy of i and a rare earth.

【図8】本発明に係るアクチニドリサイクルシステムの
一実施例を示す流れ線図。
FIG. 8 is a flow chart showing an embodiment of an actinide recycling system according to the present invention.

【図9】図8における高速炉の炉心を概略的に示す縦断
面図。
9 is a longitudinal sectional view schematically showing the core of the fast reactor in FIG.

【図10】図8における高速炉の炉心を概略的に示す横
断面図。
10 is a cross-sectional view schematically showing the core of the fast reactor in FIG.

【図11】従来の高速炉の使用済み燃料再処理プロセス
を説明するための工程図。
FIG. 11 is a process diagram for explaining a spent fuel reprocessing process of a conventional fast reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高速炉使用済み燃料、2…解体・せん断、3…電解
精製、4…固体陰極、5…カドミウム陰極、6…塩分
離、7…ウラン、8…射出成型による燃料スラグ製造、
9…カドミウム蒸留、10…ウラン・プルトニウム、11…
燃料組立、12…高速炉燃料、13…軽水炉使用済み燃料、
14…リチウム還元、15…溶融塩分離、16…溶融塩電解、
17…酸化リチウム、18…リチウム、19…余剰ウラン貯
蔵、20…プルトニウム富化度調整、21…ルツボ、22…溶
融塩(NaCl−KCl)、23…ガス導入管、24…陰
極、25…他の電極、26…高レベル廃液、27…TRU抽
出、28…脱硝、29…TRU酸化物およびRE酸化物、30
…TRU、31…転換、32…[TRU]O2 または[TR
U]N、33…FP、34…TRU(Am,Cm,Np)、
FP(RE)、35…[RE]OCl、36…[TRU],
[RE]OCl、37…高速炉、38…軽水炉、39…軽水炉
使用済燃料再処理施設、40…高速炉用燃料成型加工施
設、41…高速炉使用済燃料再処理施設、42…炉心部、43
…上部ガスプレナム部、44…下部遮へい体部、45…炉心
燃料集合体、46…制御棒。
1 ... Fast reactor spent fuel, 2 ... Demolition / shearing, 3 ... Electrorefining, 4 ... Solid cathode, 5 ... Cadmium cathode, 6 ... Salt separation, 7 ... Uranium, 8 ... Fuel slag production by injection molding,
9 ... Cadmium distillation, 10 ... Uranium plutonium, 11 ...
Fuel assembly, 12 ... Fast reactor fuel, 13 ... Light water reactor spent fuel,
14 ... Lithium reduction, 15 ... Molten salt separation, 16 ... Molten salt electrolysis,
17 ... Lithium oxide, 18 ... Lithium, 19 ... Excess uranium storage, 20 ... Plutonium enrichment adjustment, 21 ... Crucible, 22 ... Molten salt (NaCl-KCl), 23 ... Gas introduction pipe, 24 ... Cathode, 25 ... Others Electrode, 26 ... High-level waste liquid, 27 ... TRU extraction, 28 ... Denitration, 29 ... TRU oxide and RE oxide, 30
… TRU, 31… conversion, 32… [TRU] O 2 or [TR
U] N, 33 ... FP, 34 ... TRU (Am, Cm, Np),
FP (RE), 35 ... [RE] OCl, 36 ... [TRU],
[RE] OCl, 37 ... fast reactor, 38 ... light water reactor, 39 ... light water reactor spent fuel reprocessing facility, 40 ... fast reactor fuel molding processing facility, 41 ... fast reactor spent fuel reprocessing facility, 42 ... reactor core, 43
… Upper gas plenum, 44… Lower shield, 45… Core fuel assembly, 46… Control rod.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高速炉と、軽水炉および核燃料リサイク
ルのための施設からなり、核燃料物質としてウラン、プ
ルトニウムおよびマイナアクチニドをリサイクルするア
クチニドリサイクルシステムにおいて、前記高速炉にお
けるプルトニウムとマイナアクチニドの正味の各年間平
均消費量(燃焼消滅量−新規生成量)が、前記軽水炉か
ら取り出されるプルトニウムとマイナアクチニドの各年
間平均取り出し量とそれぞれほぼ同量となるようにする
ため、前記高速炉における超ウラン元素の生成反応量お
よび消滅核反応量に基づき、装荷新燃料中の超ウラン元
素量およびウラン量が調整された高速炉を有することを
特徴とするアクチニドリサイクルシステム。
1. An actinide recycling system for recycling uranium, plutonium and minor actinides as nuclear fuel materials, comprising a fast reactor, a light water reactor and a facility for nuclear fuel recycling, in which each net year of plutonium and minor actinides in the fast reactor In order to make the average consumption (combustion extinction amount-new generation amount) approximately the same as the annual average amount of plutonium and minor actinide extracted from the light water reactor, the generation of transuranium elements in the fast reactor An actinide recycle system having a fast reactor in which the amount of transuranium element and the amount of uranium in the loaded fresh fuel are adjusted based on the reaction amount and the extinction nuclear reaction amount.
【請求項2】 前記軽水炉と軽水炉使用済み燃料からプ
ルトニウムとマイナアクチニドを回収し、酸化物または
窒化物あるいは金属合金の高速炉燃料を製造する核燃料
リサイクルを最初に建設、運転し、前記軽水炉の使用済
み燃料のみから回収されたウランとプルトニウムとマイ
ナアクチニドを利用して、製造された燃料によって高速
炉の初期炉心を構成することを特徴とする請求項1記載
のアクチニドリサイクルシステム。
2. A nuclear fuel recycle system for recovering plutonium and minor actinides from the light water reactor and spent fuel of the light water reactor and producing a fast reactor fuel of oxide, nitride or metal alloy, constructed and operated first, and use of the light water reactor. 2. The actinide recycling system according to claim 1, wherein uranium, plutonium, and minor actinide recovered only from the spent fuel are used to form the initial core of the fast reactor by the produced fuel.
【請求項3】 前記高速炉の初期炉心は、濃縮ウランで
構成し、その後のリサイクルでウランとプルトニウムと
マイナアクチニドからなる酸化物または窒化物あるいは
金属合金の燃料に変更することを特徴とする請求項1記
載のアクチニドリサイクルシステム。
3. The initial core of the fast reactor is composed of enriched uranium, and is changed to a fuel of oxide or nitride or metal alloy of uranium, plutonium and minoractinide by subsequent recycling. Item 1. The actinide recycling system according to item 1.
【請求項4】 前記軽水炉の使用済酸化物燃料からの超
ウラン元素の取り出しをプルトニウムとマイナアクチニ
ドを分離しないで一括して回収し、前記軽水炉から取り
出した超ウラン元素を高速炉へリサイクルし、高速炉か
ら取り出した超ウラン元素を再度高速炉へリサイクルす
ることを特徴とする請求項1記載のアクチニドリサイク
ルシステム。
4. The transuranic element taken out from the spent oxide fuel of the light water reactor is collectively recovered without separating plutonium and minor actinide, and the transuranium element taken out from the light water reactor is recycled to a fast reactor, The actinide recycling system according to claim 1, wherein the transuranium element taken out of the fast reactor is recycled to the fast reactor again.
【請求項5】 前記軽水炉使用済酸化物燃料からのウラ
ンとプルトニウムとマイナアクチニドの回収を溶融塩中
でのリチウムまたはカルシウムあるいはマグネシウムに
よる還元と電解精製を組み合わせた乾式再処理により行
い、高速炉でのリサイクルを溶融塩電解精製を利用した
乾式法により行うことを特徴とする請求項1記載のアク
チニドリサイクルシステム。
5. Recovery of uranium, plutonium and minoractinide from the spent oxide fuel of the light water reactor is carried out by dry reprocessing combining reduction with lithium or calcium or magnesium in a molten salt and electrolytic refining, and then in a fast reactor. 2. The actinide recycling system according to claim 1, wherein said recycling is performed by a dry method utilizing electrolytic refining of molten salt.
【請求項6】 前記軽水炉の使用済酸化物燃料からのウ
ランとプルトニウムとマイナアクチニドの回収を溶融塩
中で塩素ガスにより溶解し、電解精製で黒鉛製の電極を
用いてウランとプルトニウムを酸化物で、マイナアクチ
ニドを金属としてそれぞれ電解析出させる乾式法により
行い、得られた析出物を粉砕して洗浄後、被覆管に振動
充填して高速炉用燃料として使用し、高速炉での使用済
み燃料のリサイクルも同じ溶融塩電解精製を利用した乾
式法と振動充填燃料により行うことを特徴とする請求項
1記載のアクチニドリサイクルシステム。
6. The recovery of uranium, plutonium and minoractinide from the spent oxide fuel of the light water reactor is dissolved by chlorine gas in a molten salt, and uranium and plutonium are oxidized by electrolytic refining using a graphite electrode. Then, it is performed by a dry method in which minor actinides are electrolytically deposited as metals, and the obtained deposits are crushed and washed, and then the cladding tube is vibratingly filled and used as a fuel for a fast reactor, and used in a fast reactor. The actinide recycling system according to claim 1, wherein the fuel is recycled by the dry method using the same molten salt electrolytic refining and the vibration filling fuel.
【請求項7】 前記軽水炉燃料からのプルトニウムをピ
ューレックス法により回収し、前記ピューレックス法処
理により発生した高レベル廃液からのマイナアクチニド
をトルックス法により回収した後、脱硝して酸化物と
し、次に溶融塩中でリチウムまたはカルシウムあるいは
マグネシウムによる還元と電解精製を組み合わせた乾式
法によりマイナアクチニドとランタニド核分裂生成物を
分離することを特徴とする請求項1記載のアクチニドリ
サイクルシステム。
7. Plutonium from the light water reactor fuel is recovered by the Purex method, and minor actinide from the high-level waste liquid generated by the Purex method treatment is recovered by the Trox method and then denitrated to form an oxide. The actinide recycling system according to claim 1, wherein the minor actinide and the lanthanide fission products are separated by a dry method in which reduction with lithium, calcium or magnesium in molten salt and electrolytic refining are combined.
【請求項8】 前記軽水炉燃料からのプルトニウムをピ
ューレックス法により回収し、前記ピューレックス法に
より発生した高レベル廃液からのマイナアクチニドをト
ルックス法により回収した後、脱硝して酸化物としてか
ら溶融塩中で塩素ガスにより溶解し、電解精製で黒鉛製
電極を用いてウランとプルトニウムを酸化物で、マイナ
アクチニドを金属としてそれぞれ電解析出させる乾式再
処理により行い、得られた析出物を粉砕して洗浄後、被
覆管に振動充填して高速炉用燃料として使用することを
特徴とする請求項1記載のアクチニドリサイクルシステ
ム。
8. Plutonium from the light water reactor fuel is recovered by the Purex method, and minoractinide from the high-level waste liquid generated by the Purex method is recovered by the Tolux method, then denitrified to form an oxide and then a molten salt. Dissolved in chlorine gas in the electrolytically refined by using a graphite electrode in the electrolytic purification of uranium and plutonium oxides, the minor actinide as a metal electrolytically deposited respectively by dry reprocessing, crushed the resulting precipitate The actinide recycling system according to claim 1, wherein after cleaning, the cladding tube is vibratingly filled and used as fuel for a fast reactor.
【請求項9】 前記軽水炉および高速炉の使用済み燃料
から回収したウラン、プルトニウム、マイナアクチニド
を窒化物に転換したのちペレットまたは振動充填燃料と
して高速炉で利用することを特徴とする請求項1記載の
アクチニドリサイクルシステム。
9. The uranium, plutonium, or minor actinide recovered from the spent fuel of the light water reactor and the fast reactor is converted into a nitride and then used as pellets or vibration filling fuel in the fast reactor. Actinide recycling system.
【請求項10】 前記高速炉、軽水炉および燃料リサイ
クルのための施設を同一敷地内に設置してなることを特
徴とする請求項1記載のアクチニドリサイクルシステ
ム。
10. The actinide recycling system according to claim 1, wherein the fast reactor, the light water reactor, and the facility for fuel recycling are installed in the same site.
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