JPH095471A - 核分裂生成物消滅用集合体およびこれを含む高速炉 - Google Patents

核分裂生成物消滅用集合体およびこれを含む高速炉

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JPH095471A
JPH095471A JP7148532A JP14853295A JPH095471A JP H095471 A JPH095471 A JP H095471A JP 7148532 A JP7148532 A JP 7148532A JP 14853295 A JP14853295 A JP 14853295A JP H095471 A JPH095471 A JP H095471A
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JP
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fission product
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Kaoru Kobayashi
薫 小林
Katsuyuki Kawashima
克之 川島
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】核分裂生成物消滅用集合体の熱中性子束の高い
領域に99TcとZrH1.6 を装荷し、熱中性子束の低い
領域にCeI3とZrH1.6を装荷した構成である。 【効果】高速炉を用いて129I を被覆管の内圧の増加を
おさえながら消滅できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核分裂生成物を効率良
く消滅させるに好適な高速炉に装荷される核分裂生成物
消滅用集合体に関する。
【0002】
【従来の技術】全発電量の中で原子力発電の割合が増加
し、今後も長期に渡り電力を安定に供給する手段の一つ
と考えられている。原子炉で燃やされた燃料は、使用済
み燃料として再処理工場へ運ばれる。この使用済み燃料
から得られる高レベル放射性廃棄物は、非常に強い放射
能を持ち、長寿命の放射性核種を含んでいる。
【0003】長寿命の放射性核種を処分する方法は、次
に述べる二つの方法が主流になりつつある。一つは、深
地層処分に関する方法で、原子力工業,第39号,第6
号,ページ6から20(1993)に述べられている。
この方法では、高レベル放射性廃棄物をガラス固化体に
して処分する。図2に高レベル放射性廃棄物に含まれる
核種の放射能の経年変化を示す。この図より、放射能が
減衰するには、長い時間を必要とすることが分かる。特
に、1000年以下では、セシウム137(以下、137
Cs と略記)やストロンチウム90の放射能が高い。
1000年から10000年の間では、アメリシウム2
41(以下、241Am と略記)やアメリシウム243
(以下、243Am と略記)の放射能が高い。さらに、1
0000年を超えるとテクネチウム99(以下、99Tc
と略記),ジルコニウム93(以下、93Zrと略記),
ヨウ素129(以下、129I と略記)の放射能の割合が
高くなる。このような特徴を持つ高レベル放射性廃棄物
を深地層処分すれば、人間環境に影響を与えることは無
いと考えられている。もう一つは、原子炉を使って消滅
処理を行う方法である。この方法の一例は、図3に示す
が、特開平4−93694号公報に、241Amや243Am等の超
ウラン元素を高速炉を使って出力密度の低下や出力分布
の歪み等を生じさせないで、超ウラン元素を効率よく消
滅処理可能とする燃料および燃料集合体が述べられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、241
mや243Amは高速中性子および低速中性子が衝突した
ときの核分裂反応断面積が大きく、原子炉の燃料として
用いながら効果的に消滅を行える。一方、核分裂生成物
である99Tc,93Zr,129I は、中性子が衝突したと
きの中性子捕獲反応で安定核種に変換し消滅を行うこと
ができる。特に、129Iは中性子捕獲反応によりヨウ素
130(以下、130Iと略記)に変換され、130Iは半減
期12.36時間のβ- 崩壊により安定核種であるキセ
ノン130(以下、130Xe と略記)になる。130Xe
は常温では気体であるため、129Iを格納した被覆管の
内圧を増加させるという問題点があった。
【0005】本発明の目的は、高速炉に装荷される燃料
集合体において、129I を消滅するときの被覆管の内圧
の増加を小さくし、かつ129I 以外の長い半減期を持つ
核分裂生成物の消滅も効果的に行うことが出来る核分裂
生成物消滅用集合体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は炉心内に装荷される核分裂生成物消滅用集
合体において、核分裂生成物消滅用集合体の一部に129
I を含む化合物を格納した被覆管を、その他の領域に
129I 以外の核分裂生成物を装荷する。
【0007】
【作用】核分裂生成物消滅用集合体の熱中性子束の低い
領域に129I を含む化合物を格納した被覆管を配置する
ことにより被覆管の内圧の増加を小さくすることが出来
る。
【0008】
【実施例】本発明の一実施例について説明する。まず、
核分裂生成物の消滅原理について説明する。以下の説明
では、核分裂生成物として129I を選んでいるが、その
他の核分裂生成物でも同様の原理により消滅できる。
【0009】129Iのβ- 崩壊による半減期は1.57
×107 年である。129Iは中性子捕獲反応により、130
Iに変換される。この130Iは半減期12.36 時間の
β- 崩壊により安定核種である130Xe になる。よって
129Iを130Xeに変換すれば、129I を消滅できること
になる。
【0010】本発明の一実施例を図面により説明する。
図1に本発明の一実施例の核分裂生成物消滅用集合体の
断面図を示す。図1において、1はラッパ管、2は被覆
管、3はヨウ化セリウム(以下、CeI3 と略記)とジ
ルコニウムハイドライド(以下、ZrH1.6と略記)を
混合した物質、4は99TcとZrH1.6を混合した物
質、A,B,Cはラッパ管断面の頂点の位置である。129
Iを含む化合物は、CeI3を用いている。これは、C
eI3 の融点が1033Kと高く、かつヨウ素の原子数
密度も0.0197×1024(個/cm3)と大きいためであ
る。なお、CeI3では、ヨウ素の25%がヨウ素127
(以下、127Iと略記)であり、残りの75%が129Iで
ある。これは、使用済み燃料から129Iを分離回収する
とき127I も含まれてしまうためである。また、CeI
3 を単独に被覆管に格納するのでなくCeI3にZrH
1.6を混合した物質3を用いている。この理由を以下に
記す。図4に129Iの断面積を示す。この図より、129
の中性子捕獲断面積は高エネルギ領域では小さく高速中
性子を用いたのでは129I の消滅が効率良く行えないこ
とが分かる。そこで、129Iの中性子捕獲断面積の大き
い低エネルギ領域までZrH1.6で中性子を減速するこ
とにより、効率良く129I の消滅を行うことが可能とな
る。
【0011】本発明の一実施例の核分裂生成物消滅用集
合体では、周辺領域の一部にCeI3とZrH1.6 を混合
した物質3を格納した被覆管を、その他の領域に99Tc
とZrH1.6 を混合した物質4を格納した被覆管を装荷
した構造になっている。この理由を以下に述べる。図5
は高速炉炉心の断面図を示したものである。図5で5は
炉心領域、6は径ブランケット領域である。径ブランケ
ット領域6は2領域で構成され、炉心に近い方を径ブラ
ンケット第1層領域、炉心に遠い方を径ブランケット第
2層領域と呼ぶ。炉心領域5で核分裂反応により発生し
た中性子の一部はブランケット領域6に流れ込む。その
ため、炉心特性は主に炉心領域5によって決まる。本発
明の一実施例の核分裂生成物消滅用集合体は、炉心特性
への影響を小さくすることから、ブランケット第1層領
域に装荷される。ブランケット第1層領域に流れ込んだ
中性子は、ZrH1.6 によって減速され低エネルギ中性
子になる。図6にブランケット第1層領域の中性子束分
布を示す。図6において、7は高エネルギ中性子束分
布、8は低エネルギ中性子束分布を示す。129I の中性
子捕獲反応は、主に低エネルギ中性子と起すため、129
I の消滅量は低エネルギ中性子束分布に比例すると近
似できる。そのため全領域に129I を装荷したと仮定す
ると、129I の消滅量はブランケット第1層領域で差異
を生じる。これは、129Iの消滅が進むにつれてブラン
ケット第1層領域で130Xeの生成量が異なることを示
しており、130Xe の生成による内圧の増加に差異が生
じることを示している。内圧の増加は低い方が良いが、
低ければ129I は消滅しないことになる。すなわち、こ
の内圧と129I 消滅量の増加はトレ−ドオフの関係にあ
る。一方、高速炉で核分裂生成物を消滅する場合、炉心
からの中性子を効率良く使い99Tc,93Zr,129Iを消
滅することが重要である。そのため、129Iの消滅特性
のみに着目するのでなく、核分裂生成物消滅用集合体を
用いて効果的に99Tc,93Zr,129Iを消滅する必要
がある。例えば、99Tcは129Iの約3倍も生成され
る。この99Tcは、消滅処理を行うと最終的にルテニウ
ム100(以下、100Ruと略記)になる。この100Ru
の融点は約2500Kであり、高速炉の運転時には固体
である。そのため、99Tcの消滅では、129I の消滅と
異なり被覆管の内圧が増加するという現象は発生しな
い。そのため、核分裂生成物消滅用集合体では、核分裂
生成物の核種ごとの特徴を生かしながら129I の他に例
えば99Tcも同時に消滅できる特性を持つことが望まし
い。
【0012】図1に示した本発明の一実施例では、熱中
性子束の高い領域に99Tcを装荷し、熱中性子の低い領
域にCeI3 を装荷している。図1において、この図の
上方は炉心中心を示しており、ラッパ管のA−B面およ
びB−C面は、本発明の一実施例が前記ブランケット第
1層領域に装荷されるとき炉心と接するように装荷され
る。次に、このような構造およびA−B面およびB−C
面が炉心と接するように装荷することの利点を述べる。
原子炉からの生成量の多い99Tcは炉心中心に近い領
域、すなわち、熱中性子束の高い領域に装荷されている
ため消滅量も多い。これは、図6で示したように、炉心
中心に近い領域で熱中性子束が高いためである。一方、
熱中性子の低い領域ではCeI3 が装荷されているた
め、129I の消滅量は99Tcに比べ少なくなるが、130
Xe による被覆管内圧の増加を抑えることが可能とな
る。特に、核分裂生成物消滅用集合体全体にCeI3
装荷した場合と比較すると、内圧の増加は60%程度に
おさえながら129I を消滅することが可能となる。
【0013】本発明の他の一実施例を説明する。図7に
本発明の一実施例の核分裂生成物消滅用集合体を構成す
る核分裂生成物消滅用棒の構造を示す。この図におい
て、9はガスプレナムである。この棒では、棒の中央部
99TcとZrH1.6 をその領域の両端にCeI3とZ
rH1.6を装荷した構造を持つ。この構造にすることの
利点は中央部で熱中性子束が高く、中央部領域の両端で
は熱中性子束が低いためである。そのため、このような
構造の棒を用いても129Iの消滅で生成する130Xeによ
る内圧の増加を抑えることが可能となる。
【0014】本発明の他の実施例では、中性子減速物質
としてZrH1.6 の代わりにイットリウムハイドライ
ド,カルシウムハイドライドを用いたものである。これ
も、本発明の一実施例と同様の効果がある。
【0015】本発明の他の一実施例では、ヨウ素を含む
化合物としてCeI3 の代わりにヨウ化マグネシウム,
ヨウ化イットリウム,ヨウ化ナトリウム,ヨウ化鉛,ヨ
ウ化亜鉛,ヨウ化スズを用いたものである。これも、本
発明の一実施例と同様の効果がある。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、高速炉を用いて129
を格納した被覆管の内圧の増加をおさえながら効果的に
消滅することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す核分裂生成物消滅用集
合体の断面図。
【図2】放射能の経年変化を示す特性図。
【図3】従来例を示す断面図。
【図4】129Iの核反応断面積を示す説明図。
【図5】高速炉炉心の断面図。
【図6】ブランケット第1層領域の中性子束分布を示す
特性図。
【図7】本発明の他の一実施例を示す核分裂生成物消滅
用集合体を構成する核分裂生成物消滅用棒を示す説明
図。
【符号の説明】
1…ラッパ管、2…被覆管、3…CeI3とZrH1.6
混合した物質、4…99TcとZrH1.6 を混合した物
質。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核分裂生成物と水素原子を含む化合物を収
    納する被覆管、または前記核分裂生成物を収納する被覆
    管と水素原子を含む化合物を収納する被覆管で構成され
    る核分裂生成物消滅用集合体において、前記核分裂生成
    物消滅用集合体を構成する被覆管の少なくとも1本は核
    分裂生成物であるヨウ素129を含む化合物を収納し、
    かつ前記ヨウ素129を含む化合物を収納した被覆管は
    熱中性子束の低い領域に配置されたことを特徴とする核
    分裂生成物消滅用集合体。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記ヨウ素129を含
    む化合物は、少なくともヨウ化セリウム,ヨウ化マグネ
    シウム,ヨウ化イットリウム,ヨウ化ナトリウム,ヨウ
    化鉛,ヨウ化亜鉛,ヨウ化スズを一種類以上含む物質で
    ある核分裂生成物消滅用集合体。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記水素原子を含む化
    合物は、少なくともジルコニウムハイドライド,イット
    リウムハイドライド,カルシウムハイドライドを一種類
    以上含む物質である核分裂生成物消滅用集合体。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記ヨウ素129を含
    む化合物を収納する被覆管は、核分裂生成物消滅用集合
    体周辺部の全域あるいは一部領域に装荷された核分裂生
    成物消滅用集合体。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記ヨウ素129を含
    む化合物は被覆管の上下領域,上領域、あるいは下領域
    のいずれかに装荷された核分裂生成物消滅用集合体。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3,4または5の複数項目
    を含む核分裂生成物消滅用集合体。
  7. 【請求項7】請求項6の前記核分裂生成物消滅用集合体
    を1体以上装荷した高速炉において、核分裂生成物消滅
    用集合体は高速炉のブランケット領域に装荷され、かつ
    ヨウ素129を含む化合物を収納する被覆管は炉心から
    離れた熱中性子束の低い領域に配置された高速炉。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013242191A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Toshiba Corp 核分裂生成物集合体およびこれを装荷した炉心
KR20140091691A (ko) * 2011-10-03 2014-07-22 트랜스아토믹 파워 코포레이션 반응로 및 관련 방법 및 장치

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