JPS58129395A - Thermonuclear-nuclear fission hybrid reactor and its energy generation method - Google Patents

Thermonuclear-nuclear fission hybrid reactor and its energy generation method

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JPS58129395A
JPS58129395A JP57012963A JP1296382A JPS58129395A JP S58129395 A JPS58129395 A JP S58129395A JP 57012963 A JP57012963 A JP 57012963A JP 1296382 A JP1296382 A JP 1296382A JP S58129395 A JPS58129395 A JP S58129395A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合−核分裂戸イブリット原子炉の高速核分
裂ブランケットにおいて、平衡濃度の核分裂性物質をブ
ランケットに使用することにより烏出力密度で核分裂燃
料交換なしに連続操業ができるようにした核融合−核分
裂ハイブリット原子炉に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a fast fission blanket for a fusion-fission reactor that uses fissile material at an equilibrium concentration in the blanket to enable continuous operation at the same power density without replacing the fission fuel. This invention relates to a nuclear fusion-fission hybrid nuclear reactor.

従来の核融合炉は炉心のプラズマ発生部をとりまいて第
1隔撫により^空容器を形成し、この周りにブランケッ
ト、反射層、遮蔽層を設仕、丈にトロイダル磁場コイル
、ボロイダル磁場コイルにより包囲したものより成るが
、このような核融合炉は出力密度が低く、第11111
I11にかかる負荷が過大となると云う欠点がある。
A conventional fusion reactor surrounds the plasma generation part of the reactor core and forms an empty vessel with a first barrier, around which a blanket, reflective layer, and shielding layer are installed, and a toroidal magnetic field coil and a boroidal magnetic field coil in the length. However, such a fusion reactor has a low power density, and the 11111
There is a drawback that the load applied to I11 becomes excessive.

ここで核融合によるエネルギー発生方式と、核分裂によ
るエネルギー発生方式とを組合せて出力密度を極めて高
くしてエネルギーの取出しをするために、砿融合−核分
裂ハイブリット原子炉と云うものが提案された。この核
融合−核分裂ハイブリット原子炉は簡単に云うと複融合
反応により発生した中性子をインターセプトして利用で
きるように炉心の義−金プラズマをとり囲んで核燃料物
質又は核分裂材料をもったブランケットをもった核融合
炉のことを云う。
A hybrid nuclear fusion-fission reactor was proposed in order to extract energy by extremely high output density by combining the energy generation methods of nuclear fusion and nuclear fission. Simply put, this fusion-fission hybrid reactor has a blanket containing nuclear fuel material or fission material surrounding the metal plasma in the reactor core so that the neutrons generated by the compound fusion reaction can be intercepted and utilized. It refers to a nuclear fusion reactor.

核融合炉を構成する要素を大別すると、(1)炉心プラ
ズマ発生部 (2)  第111および構造材 (3)  ブランケットおよび遮蔽層 これらの構成要素は!!!な関連をもち乍らハイブリッ
ト炉システムを構成している。第1の炉心プラズマ発生
装置はIm融合炉の核心をなす部分でプラズマの磁界閉
じ込め方式とプラズマの慣性閉じ込め方式とに大別され
る。
The elements that make up a fusion reactor can be roughly divided into: (1) Core plasma generation section (2) No. 111 and structural materials (3) Blanket and shielding layer What are these components? ! ! A hybrid reactor system is constructed through these relationships. The first core plasma generator is the core of the Im fusion reactor, and is roughly divided into a plasma magnetic field confinement type and a plasma inertial confinement type.

プラズマの磁界閉じ込め方式によるものとしてはトカマ
ク蟲、ステラレータ扱、核融合炉とタンデムミラーms
融合炉とがあり、プラズマの慣性閉じ込め方式によるも
のとしてはレーザー形核融合炉等がある。
Plasma magnetic field confinement methods include tokamak insects, stellarator treatment, nuclear fusion reactors, and tandem mirror ms.
There are fusion reactors, and laser fusion reactors that use the inertial confinement method of plasma.

本発明は炉心プラズマ発生装置についての発明ではない
ので、これは任意でよく、本発明は主としてブランナツ
トの構成およびそのエネルギー取出し方法にある。
Since the present invention does not relate to a core plasma generator, this may be optional, and the present invention mainly lies in the structure of the blank nut and the method for extracting energy from it.

従来の核融合炉は上述のように出力密度が低く、第1壁
負荷が過大になると云う欠点がある。ここで核融合−核
分裂ハイブリット原子炉のように、核分裂性物質をブラ
ンケットに用いることで一エネルギーの増倍が可能であ
り、低い第1壁負荷で高い出力密度を達成でき駐済的な
エネルギー発生が可能である。
As mentioned above, conventional fusion reactors have the drawbacks of low power density and excessive first wall load. Here, as in a nuclear fusion-fission hybrid reactor, it is possible to multiply the energy by using fissile material as a blanket, and it is possible to achieve a high power density with a low first wall load, and to generate energy on the ground. is possible.

このようなハイブリット原子炉でブランケットとして天
然ウラン等を用いる馬連核分裂ブランケット方式を採用
すると燃焼とともに出力が増加してしまう。また空間出
方密度分布も平坦でないと云う欠点がある。
If such a hybrid nuclear reactor were to adopt a nuclear fission blanket system using natural uranium or the like as a blanket, the output would increase with combustion. Another disadvantage is that the spatial density distribution is not flat.

従来の核融合−核分裂ハイブリット原子炉の欠、点を列
挙すると次の週うである。
I will list the shortcomings of conventional fusion-fission hybrid reactors next week.

(1)天然ウラン等を用いた高速核分裂ブランケットで
はプルトニウムが運転とともにたまるのでプランケラF
の出力が運転とともに増大する。
(1) In fast fission blankets using natural uranium, etc., plutonium accumulates during operation, so Prankera F
The output increases with operation.

これに応じるにはタービンの容量をはじめから大きくと
っておかねばならず不経済である。出力は運転とともに
変化しないのがのぞましい。
In order to meet this demand, the capacity of the turbine must be increased from the beginning, which is uneconomical. It is desirable that the output does not change with operation.

(2)  ブランナツト中の出力の空間分布の勾配が本
発明方式以外では距離とともに指数関数的に減少する。
(2) The gradient of the spatial distribution of the output in the blank decreases exponentially with distance in methods other than the present invention.

その結果冷却なプラズマ側に近いとこ1ろは極端(多く
、反対側は少くする必要があった。又、空間の庸効利用
の点でも欠点があった。
As a result, it was necessary to have an extremely large amount on one side near the cold plasma side, and a small amount on the other side.Also, there was a drawback in terms of efficient use of space.

(8)燃焼とともに(運転とともに)特性が変化するの
で燃料交換、燃料再配置の必要があった。
(8) Since the characteristics change with combustion (with operation), it was necessary to replace the fuel and rearrange the fuel.

(4)従来の方式ではトリチウム自己充足を調足す・る
ために6L1濃縮のLlを用いたり、冷却材に中性子吸
収の少い重水を用いたり、さらにブランケット領域をで
きるだけ多くとるなどの工夫が必要であった。
(4) In the conventional method, in order to ensure tritium self-sufficiency, it is necessary to use 6L1 enriched Ll, use heavy water with low neutron absorption as a coolant, and take as much blanket area as possible. Met.

(5)  プランナラシでのエネルギー増倍率が従来の
ハイブリット原子炉では10〜sOであり、発電効率を
考えるとこの程度では、エネルギー生産装置して充分と
は云えなかった。
(5) The energy multiplication factor in a conventional hybrid nuclear reactor is 10 to sO, and considering power generation efficiency, this level cannot be said to be sufficient for an energy production device.

本発明は以上のような点を改良するために核融合−核分
裂ハイブリット原子炉のブランケットにおいて、平衡濃
度に核分裂性物質を保有させておき、これにより炉心プ
ラズマより発生した中性子をインターセプトし、核分裂
性物質に核分裂を行わせ、親物質(ウラン288等)を
核分裂性物質(プル)ニウムII)転換させ、核分裂性
物質の生成と核分裂性物質の消貴とをつりあわせる結果
10年以上の長期間にわたり、燃料交換なしの運転を可
能としたものである。ここで第ill中性子負荷が0.
5 Mw/mI W度の場合はプラント寿命中燃料交換
なしの運転が可能となる。これは現在商業化が進められ
ている高速増殖炉(核分裂炉)が臨界保持のため♀〜8
年で燃料を新しいものと入れかえねばならないと云う欠
点を有しているのと比べても大きい利点である。
In order to improve the above-mentioned points, the present invention maintains fissile material at an equilibrium concentration in the blanket of a nuclear fusion-fission hybrid reactor, intercepts neutrons generated from the core plasma, and removes fissile material. Fission is caused in the material, the parent material (uranium-288, etc.) is converted into fissile material (plu)nium II), and the result is a long period of more than 10 years as a result of balancing the production of fissile material and the depletion of fissile material. This made it possible to operate without refueling for a long time. Here, the ill th neutron load is 0.
In the case of 5 Mw/mIW degrees, operation without refueling is possible during the plant life. This is because fast breeder reactors (nuclear fission reactors), which are currently being commercialized, maintain criticality.
This is a great advantage compared to the disadvantage of having to replace the fuel with new fuel every year.

核分裂生成物が燃焼とともに蓄積していく効釆も平衡濃
度より若干低い濃度の核分裂性物質を用いると、核分裂
性物質の生成がその消費と核分裂生成智蓄積の効果とキ
ャンセルしあって、炉の出力を長期間一定に保つことが
できる。
The effect of fission products accumulating with combustion is that if fissile material is used at a concentration slightly lower than the equilibrium concentration, the production of fissile material cancels out its consumption and the effect of accumulating knowledge of fission production, causing the reactor's Output can be kept constant for a long period of time.

本発明の目的はaim合炉で経済的な方法で発電等のエ
ネルギー発生を行うために長期の出カ一定の燃焼の達成
を目的とする。
The object of the present invention is to achieve long-term constant output combustion in order to generate energy such as power generation in an economical manner in an aim joint furnace.

本発明は炉心プラズ発生土部と、これを取りまくブラン
ケットおよび遮蔽層とより成り、前記ブランケットは主
として核分裂性物質を含有する核燃料層と、必要に応じ
て設けられたこれを取りま<トリチウム増殖層と、核燃
料生産層と、反射体層等とより成り、II燃料層に含有
される核分裂性物質を予め平衡濃度又は平衡濃度より少
し低く、すなわち核分裂生成物II積効果を打ち消すだ
け少し低く係持することにより、核融合プラズマから供
給される中性子により生成する核分裂性物質と消費され
る核分裂性物質とが均り合うよう構成し、核燃料の補充
なしにエネルギーを長期間継続的に発生させる核融合−
核分裂ハイブリット原子炉によるエネルギー発生方法を
特徴とする。
The present invention consists of a reactor core plasma generation soil section, a blanket and a shielding layer surrounding it, and the blanket mainly includes a nuclear fuel layer containing fissile material and a tritium breeding layer provided as necessary. It consists of a nuclear fuel production layer, a reflector layer, etc., and the fissile material contained in the II fuel layer is held in advance at an equilibrium concentration or a little lower than the equilibrium concentration, that is, a little lower than the equilibrium concentration to cancel out the fission product II product effect. By doing so, the fissile material produced by the neutrons supplied from the fusion plasma is balanced with the fissile material consumed, and nuclear fusion generates energy continuously for a long period of time without replenishing nuclear fuel. −
It features an energy generation method using a nuclear fission hybrid reactor.

本発明の他の目的の一つは、炉心プラズマ発生部と、こ
れを取りまくブランケットおよび遮蔽体層と超伝導マグ
ネットとより成り、前記ブランケットは第1mmと、核
分裂性物質を含有する核燃料層と、反射体層とより成り
、被燃料層の核分裂性物質は核融合プラズマから供給さ
れる中性子により生成する核分裂性物質と核燃料層中で
消費される核分裂性物質とが均り合うような構成とした
核融合−核分袈ハイブリッ)l[子炉を提供するにある
Another object of the present invention is that the reactor core is composed of a plasma generating part, a blanket and a shielding layer surrounding the core, a superconducting magnet, the blanket having a thickness of 1 mm, a nuclear fuel layer containing fissile material, The fissile material in the fueled layer is composed of a reflector layer, and the fissile material in the fuel layer is configured such that the fissile material generated by neutrons supplied from the fusion plasma and the fissile material consumed in the nuclear fuel layer are balanced. Nuclear fusion - Nuclear branch hybrid) l [Providing a child reactor.

本発明の他の目的の一つは前記ハイプリッ)原子炉のブ
ランナツトにおける核燃料層の後にトリチウム増殖層又
は核燃料生産層を配置し、トリウム生産率を史に向上さ
せ或は核燃料の生産ができるようにした核融合−核分裂
ハイブリット原子炉を提供するにある。
Another object of the present invention is to arrange a tritium breeding layer or a nuclear fuel production layer after the nuclear fuel layer in the blank of the hybrid reactor, thereby improving the thorium production rate or making it possible to produce nuclear fuel. The objective is to provide a nuclear fusion-fission hybrid nuclear reactor.

本発明の他の目的の一つは前記ハイブリット原子炉のブ
ランケットにおいて、核燃料層は核原料物質と核分裂性
物質とを含み、核分裂性物質の濃度を平衡濃度に保持し
核融合−核分裂ハイブリット原子炉を提供するにある。
Another object of the present invention is to provide the blanket for the hybrid nuclear reactor, wherein the nuclear fuel layer includes nuclear source material and fissile material, and maintains the concentration of the fissile material at an equilibrium concentration, thereby producing a nuclear fusion-fission hybrid reactor. is to provide.

以下本発明の1m融合−核分裂ハイブリット原子炉およ
びそのエネルギー発生方法の原理、構成、作用について
詳述する0 重水素(D)と三重水素(T)との軽い原子核が融合し
て別の原子核になる時の反応前後での原子核の質量差が
エネルギーとなって放出される。これを被融合反応と云
う。この関係はよく知られたアインシュタインの関係式 %式%(1) で与えられる。ここでlc:エネルギー、m:質量、C
:先達を示す〇 ウランのような重い核が3つに分裂する際もその質量差
がエネルギーとなって放出される。これを核分裂反応と
云う。この際14個以上の中性子が放出される。重水素
CD)と三重水素(T)を使った核融合反応は次のよう
に示破る。
The principles, structure, and operation of the 1m fusion-fission hybrid nuclear reactor and its energy generation method of the present invention will be explained in detail below. Light nuclei of deuterium (D) and tritium (T) fuse to form another atomic nucleus. The difference in the mass of the atomic nucleus before and after the reaction is released as energy. This is called a fusion reaction. This relationship is given by the well-known Einstein's relational formula (1). where lc: energy, m: mass, C
:Shows a leader〇When a heavy nucleus such as uranium splits into three, the difference in mass is released as energy. This is called a nuclear fission reaction. At this time, 14 or more neutrons are emitted. The nuclear fusion reaction using deuterium (CD) and tritium (T) is demonstrated as follows.

/             / D+T −4α(8,H)[eV )十中性子(14,
06MeV )−(2)核融合反応エネルギーの多くは
中性子によってはこばれる。この中性子は14.06 
MeV (tリオンエレクトロンボルト)のエネルギー
を持つ高速中性子である。又一方融合してできる原子核
であるα粒子(ヘリウムHeの原子核)も8.1iBM
eVのエネルギーを持っているが、これは飛揚が勉いの
でプラズマとブランケットとの間の11111(又は第
1隔#!りでエネルギーを放出する。この第111壁を
通過した高連中性子は通常の核融合炉ではプランケラF
で減速によりエネルギーを放出するが、本、。
/ / D + T -4α (8, H) [eV ) ten neutrons (14,
06MeV)-(2) Much of the energy of the nuclear fusion reaction is dissipated by neutrons. This neutron is 14.06
It is a fast neutron with an energy of MeV (t ion electron volt). On the other hand, alpha particles (nuclei of helium He), which are atomic nuclei formed by fusion, are also 8.1iBM.
It has an energy of eV, but since this is a flight, energy is released in the 11111 (or first gap #!) between the plasma and the blanket. In the fusion reactor, Prankella F
But the book, which releases energy by deceleration at.

発明の核融合−核分裂ハイブリット原子炉(以下ハイブ
リット原子炉と云う)では核燃料を含むブランケットを
用いるので次の核分裂反応により従来の核融合炉より大
きいエネルギーが発生する。
Since the nuclear fusion-fission hybrid reactor (hereinafter referred to as hybrid reactor) of the invention uses a blanket containing nuclear fuel, the subsequent nuclear fission reaction generates more energy than a conventional nuclear fusion reactor.

例えばウランを核燃料とした場合には U十中性子→i分裂片oy、s&ev)+rll(6M
eV)±8次放射中性子(5M6V)−ニュートリノ(
11MeV )−−−−−−、−−−−(8) となり合計約19o MeV Ng 00 )[eVの
エネルギーが発生する。これにより被融合反応によって
生じたエネルギーがブランケットにおいて核燃料を用い
ると大きく増僑されることになる。
For example, when uranium is used as a nuclear fuel, U10 neutron → i fission fragment oy, s & ev) + rll (6M
eV) ±8th radiated neutron (5M6V) - neutrino (
11 MeV ) --------, ----- (8) A total energy of about 19 o MeV Ng 00 ) [eV is generated. As a result, the energy generated by the fusion reaction is greatly increased when nuclear fuel is used in the blanket.

核燃料物質の組成は8つの組み合せがある。There are eight combinations of nuclear fuel material compositions.

(13ウラン(U)中にプルトニウム(Pu)が入って
いるもの(ウランυがPuに転換するン、(2)トリク
A (Th)中rp;−’)9X−tムs8B (Ba
8U )が入っているもの(トリウム(Th)が288
Uに転換する)、 (1)の反応が現在使われている。燃料の形態は通常固
体(金属、酸化物υ0−PuO2、炭化物UO−Pu0
1その他珪化物u、si −Pu、si等ンであるが、
溶融塩を用いることもトリウム系の場合には存在する。
(13 Uranium (U) contains plutonium (Pu) (Uranium υ is converted to Pu, (2) Tric A (Th) rp;-') 9X-tMus8B (Ba
8U) (thorium (Th) is 288
(conversion to U), reaction (1) is currently used. The form of fuel is usually solid (metal, oxide υ0-PuO2, carbide UO-Pu0
1 Other silicides such as u, si-Pu, si, etc.
The use of molten salts also exists in the case of thorium systems.

(例 ThF  11%  Ba1l、  16%  
LiF  7ji%)番 プラズマ発生燃料の組成は通常重水素(D)と三重水素
(T)であるが、重水素りと重水素D1陽子(P)とボ
リン(B)とを燃料とする場合もある。通常のプラズマ
発生燃料の組成は重水素りと三重水素Tとである。この
通常のDとTの場合はT(三重水素)を作る必要があり
、このためにリチウム(Ll)をブランケット中に入れ
る必要がある。この組成もリチウム酸化物(Li、O)
 、金属リチウム、L、i −Pb共融体、リチウムシ
リケート、リチウムアルミネート等いろいろのものがあ
る。リチウムは6L1と Llとがあり、天然のものは
6L1が7%f1m度含まれているが、トリチウムを多
く増殖するためこれを濃−したものを使うこともある。
(Example: ThF 11% Ba1l, 16%
The composition of LiF 7ji%) plasma generation fuel is usually deuterium (D) and tritium (T), but it is also possible to use deuterium, deuterium D1 protons (P), and borine (B) as fuel. be. A typical plasma generating fuel has a composition of deuterium and tritium. In the case of normal D and T, it is necessary to make T (tritium), and for this purpose it is necessary to put lithium (Ll) into the blanket. This composition is also lithium oxide (Li, O)
, metallic lithium, L, i -Pb eutectic, lithium silicate, lithium aluminate, etc. There are two types of lithium: 6L1 and Ll, and natural lithium contains 7% f1m of 6L1, but in order to multiply tritium in a large amount, a concentrated version of this is sometimes used.

重水素CD)と三重水素(T)との核融合反応において
、1回の核融合反応によって発生する17.68MeV
のうち14.Oa MeVのエネルギーは中性子により
運ばれる。このエネルギーを受けるブランケットを核融
合プラズマのまわりにおいて、そこで発生した熱を利用
して発電をする。本発明はこのブランケットの構成に関
するものである。
In the fusion reaction between deuterium CD) and tritium (T), 17.68 MeV is generated by one fusion reaction.
14 of them. Oa MeV energy is carried by neutrons. A blanket that receives this energy is placed around the fusion plasma, and the heat generated there is used to generate electricity. The present invention relates to the construction of this blanket.

核融合炉のブランケットにウラン尋の核燃料物質を用い
るとtIs#11I合プラズiで発生した中性子により
核分裂が生じ細めの中性子のエネルギーが14 MeV
であるのに対し核分裂によりg o o mevのエネ
ルギーが発生し、エネルギーが増倍される。
When uranium thick nuclear fuel material is used in the blanket of a nuclear fusion reactor, nuclear fission occurs due to the neutrons generated by the tIs#11I combined plasma i, and the energy of the narrow neutrons reaches 14 MeV.
On the other hand, nuclear fission generates go o mev energy and the energy is multiplied.

さらに1回の核分裂当り8.5個以上の中性子が発生す
るので、この中性子が又核分裂を起してエネルギーは当
初の核融合中性子がブランケットに持込んだエネルギー
よりはるかに多くブランケット中で発生することになる
。これをエネルギー増倍を目的とした**合−禎分裂ハ
イプリツ)原子炉と云う。
Furthermore, since more than 8.5 neutrons are generated per nuclear fission, these neutrons cause nuclear fission again, and the energy generated in the blanket is far greater than the energy brought into the blanket by the initial fusion neutrons. It turns out. This is called a nuclear reactor for the purpose of energy multiplication.

この核分裂反応は次のように表わせる。This nuclear fission reaction can be expressed as follows.

〔核分裂性匍質〕十中性子→核分裂片十〔2,5個の中
性子〕+r線+β線+800M8V −−−−=−−−
−−、(4>ココテ核分111! ’It物質ハ”’P
u 、 ””U 、 ”’Uなどであるが、中性子がエ
ネルギーの高い高速中性子であると親物質のSSSυも
核分裂を起す。
[Fissile sludge] 10 neutrons → 10 fission fragments [2.5 neutrons] + r-rays + β-rays + 800M8V −−−−=−−−
--, (4>Kokote nuclear content 111! 'It substance ha''P
u, ""U, "'U, etc., but if the neutron is a high-energy fast neutron, the parent material SSSυ will also undergo nuclear fission.

ブランケットの各部の構成、1m能について更に詳細に
説明する。
The structure of each part of the blanket and the 1m capacity will be explained in more detail.

ブランケットは*S*合プラズマのまわりに配置してプ
ラズマから中性子によって運ばれるエネルギーを受けと
めてそれを熱に変換するとともに、核融合プラズマの燃
料であるトリチウムを生産する部分のことである。
The blanket is a part placed around the *S* plasma that receives the energy carried by neutrons from the plasma and converts it into heat, as well as producing tritium, which is the fuel for the fusion plasma.

ハイブリット炉のブランケットはすでに述べたように隔
壁燃料層とトリチウム増殖層から成立っており、トリチ
ウム増殖を効率的に行うためさらにその後に反射体を置
く場合がある。まずプラズマとの隔壁はプラズマで発生
するxIIや、α粒子をそこで止める役目を持っており
、黒鉛やステンレス、TZM等の金属材料で作られる。
As mentioned above, the blanket of a hybrid reactor consists of a bulkhead fuel layer and a tritium breeding layer, and in some cases a reflector is placed behind it to efficiently breed tritium. First, the barrier wall between the plasma and the plasma has the role of stopping xII and α particles generated by the plasma, and is made of a metal material such as graphite, stainless steel, or TZM.

そして冷却してその熱を除去できる構造となっている。It has a structure that allows it to be cooled and remove that heat.

燃料層は核燃料物質と構造材(例えばステンレス鋼)と
冷却材(例えば水)とより成立っている。核燃料物質は
劣化ウラン又は天然ウランにプルトニウムを混ぜたもの
、トリウムにBa8Uを混ぜたものが使用できる。
The fuel layer consists of nuclear fuel material, structural material (eg stainless steel), and coolant (eg water). Nuclear fuel materials can be depleted uranium or natural uranium mixed with plutonium, or thorium mixed with Ba8U.

これ等核燃料?I負の化学形態は金属、MOとの合金、
酸化物、炭化物、ケイ化物、チツ化物略が考えられてい
る。又溶融塊とすることも可能である。
Is this nuclear fuel? I negative chemical form is metal, alloy with MO,
Oxides, carbides, silicides, and silicides are considered. It is also possible to form a molten mass.

核燃料物質の構造は、チューブ状にした構造材の中に核
燃料物質を入れてその外側を冷却する方式と核燃料物質
を外側においてチューブの内に冷却材を流す方式とがあ
る。冷却材はヘリウム、水、重水、液体金Jlli(慣
性とじこめ方式のもの)のいずれかが使用できる。
There are two types of structures for nuclear fuel materials: one is to put the nuclear fuel material inside a tube-shaped structural material and cool the outside of the material, and the other is to have the nuclear fuel material outside and flow a coolant inside the tube. The coolant can be helium, water, heavy water, or liquid gold (inertial confinement type).

トリチウム増殖層はトリチウム(T)の親物質であるリ
チウム(Ll)を含有する層でリチウム(Ll)と中性
子との次の反応によりトリチウム(T)を生成する。
The tritium breeding layer is a layer containing lithium (Ll), which is a parent material of tritium (T), and generates tritium (T) through the following reaction between lithium (Ll) and neutrons.

’Li十中性子−’He + T + 4.8 M6V
 −−−−−一−−−−−−−−−−−(5)’Li+
中性子−’iie十τ十中性子−2,47kieV −
−−一−−−(6)プラズマ発生部で重水素(D)とト
リチウム(T)とが反応し燃焼して消費されるトリチウ
ム(T)をこの増殖層で作るジリチウムでまかなう必要
がある。
'Li ten neutrons -' He + T + 4.8 M6V
−−−−−−−−−−−−−−−−−(5)'Li+
Neutron -'iie ten τ ten neutron -2,47kieV -
--1-- (6) Deuterium (D) and tritium (T) react and burn in the plasma generating part, and the tritium (T) consumed must be replaced by dilithium produced in this proliferation layer.

従ってこのトリチウム増殖層は、リチウム含有智質と構
造材(例えばステンレス鋼と冷却材とから成立っている
。使用するリチウムの形態は金属、峻化物、ケイ化物、
アルミネート、Pbとの合金等が考えられている。トリ
チウム増殖層の構造はチューブの中に冷却材を流す方式
と外を流す方式の2つがあるが、前者が通常採用される
Therefore, this tritium breeding layer is composed of a lithium-containing lithium and a structural material (for example, stainless steel and a coolant.The forms of lithium used are metals, silicides, silicides,
Aluminate, alloy with Pb, etc. are being considered. There are two types of tritium breeding layer structures: one in which the coolant flows inside the tube and the other in which it flows outside, but the former is usually adopted.

冷却材はヘリウム、水、重水、液体金属(リチウム金属
は慣性とじこめの時リチウム金属の液体が使用できる)
が考えられる。反射体はトリチウム増殖を効果的にする
ために置く層でスペースがなければ省略してもよい。通
常黒船やベリリウム、水が使われる。この部分でも発熱
があるので冷却が必要である。反射体の外側には通常遮
蔽層がおかれてブランケットから漏洩する中性子やr線
の漏洩を防ぐ役目をもっている。
Coolant is helium, water, heavy water, liquid metal (Liquid lithium metal can be used when lithium metal is inertial confinement)
is possible. The reflector is a layer placed to make tritium multiplication effective and may be omitted if there is no space. Usually Kurofune, beryllium, and water are used. This part also generates heat, so cooling is required. A shielding layer is usually placed on the outside of the reflector to prevent neutrons and r-rays from leaking from the blanket.

トカ!り型ハイブリット原子炉の構成は第1図に示すよ
うに炉心プラズマ1のまわりに第1隔壁2、ブランケッ
トS1放射線遮蔽層慟とがあり、その外にトロイダル磁
場フィル6、メロイダル磁場コイル6等よりなるプラズ
マ閉じ込め装置がある。7は支柱、8は炉壁な示す。炉
心プラズマ1は一方は加熱および燃料供給系に、他方は
^空評気糸および燃料回収糸に接続せられ、ブランケッ
ト8には冷却材をmmさせる熱交換器発電系が接続せら
れる。この熱交換発電系に三重水素(T)回収糸が接続
せられ、回収された三重水素は燃料貯蔵部に送られ、燃
料供給系にフィードバックされるようになっている。こ
の部分は一般の核融合炉の構成と変りないので図示説明
を省略した。
Toca! As shown in Fig. 1, the configuration of the hybrid nuclear reactor is as shown in Fig. 1, there are a first partition wall 2, a blanket S1 radiation shielding layer, and a toroidal magnetic field field coil 6, a meloidal magnetic field coil 6, etc. around the core plasma 1. There is a plasma confinement device. 7 is the pillar and 8 is the furnace wall. The core plasma 1 is connected on one side to a heating and fuel supply system and on the other side to an air cooling line and a fuel recovery line, and the blanket 8 is connected to a heat exchanger power generation system for distributing coolant. A tritium (T) recovery line is connected to this heat exchange power generation system, and the recovered tritium is sent to the fuel storage section and fed back to the fuel supply system. Since this part is the same as the configuration of a general fusion reactor, illustration and explanation are omitted.

本発明の原理によるハイブリット原子炉のブランケット
の構成の一例を第S図に拡大して示す。
An example of the configuration of a blanket for a hybrid nuclear reactor according to the principles of the present invention is shown in an enlarged scale in FIG.

第2図において、1は核融合プラズマ発生部、2は@ 
11i1111であり、炉心の核融合プラズマ発生部1
は第11IIIisに包囲された真空容盤中において、
数億度以上の超高温を発生させると燃料である重水素C
D)と三重水素(T)とが反応して核融合反応が行われ
る。このD−?反応によって生ずる反応生成物の1つで
ある8、6舅aVのエネルギーをもったα粒子(Hel
lE子核ンは荷電粒子であるから強力な磁界中に短時閾
閉じ込められ、−118との衝突によってそのエネルギ
ーを失いながら、やがて拡散によってD−!プラズマと
共に炉心を去る。
In Fig. 2, 1 is the fusion plasma generation part, 2 is @
11i1111, fusion plasma generation part 1 of the reactor core
is in a vacuum vessel surrounded by the 11th IIIis,
Deuterium C, a fuel, generates extremely high temperatures of hundreds of millions of degrees or more.
D) and tritium (T) react to cause a nuclear fusion reaction. This D-? One of the reaction products produced by the reaction is an α particle (Help) with an energy of 8.6 aV.
Since the lE-n nucleus is a charged particle, it is confined for a short time in a strong magnetic field, loses its energy by collision with -118, and eventually diffuses into D-! It leaves the core with the plasma.

この場合筒2の反応生成物である中性子は電荷をもたな
いので磁界に束縛されずに運動し14.06MeVと云
う高いエネルギーをもつために第1V4壁を通り抜けて
その背後にあるブランケット中に飛び込み、上述の核分
裂反応をするのである。
In this case, the neutrons, which are the reaction products in cylinder 2, have no electric charge, so they move without being constrained by the magnetic field, and because they have a high energy of 14.06 MeV, they pass through the first V4 wall and enter the blanket behind it. It jumps in and performs the nuclear fission reaction described above.

このハイブリット原子炉のブランケットの構成を更に詳
しく述べると、第2図に示すようにブランケット8は平
衡濃度の核分裂性物質を含有する核燃料層9とトリチウ
ム増殖層lOと反射体11とより成り、この外側を遮蔽
体層4とトロイダル磁場コイル5等の超伝導マグネット
が包囲している構成となっている。
To describe the structure of the blanket of this hybrid reactor in more detail, as shown in FIG. The outside is surrounded by a shielding layer 4 and a superconducting magnet such as a toroidal magnetic field coil 5.

第2図において、ブランケットおよび遮蔽体層の組成の
一例を挙げると次の通りである。
In FIG. 2, an example of the composition of the blanket and shield layer is as follows.

(1)隔     壁(プラズマ中心よりの距離1!0
Ooa、厚さlcga)(2)平衡濃度の核分裂性物質
を含有する燃料層(厚さ15cll)燃     料 
 55 % ステンレスw14 10囁 ヘ  リ  ウ  ム    86 %(3)トリチウ
ム(T)増殖層 (註;−この例では厚さ50CI+をとっているが、ト
リチウム増殖比は1.0でよいので、10cm程度の厚
さがあると充分である。) Li、Oa 5% ステンレス鋼   10% ヘ  リ  ウ  ム      25 %(4)反射
体層(厚さ145) 黒     鉛   90% ヘ  リ  ウ  ム     10襲(6)蔽遮体層
(厚さ1!LoclI)ステンレス層   −・襲 水       10% 鉛        l− B、0      1% 第2図の高速核分裂型ブランケットの燃焼特性は第1表
に示す通りである。
(1) Partition wall (distance 1!0 from the plasma center)
Ooa, thickness lcga) (2) Fuel layer (thickness 15 cll) containing equilibrium concentration of fissile material
55% stainless steel W14 10% helium 86% (3) Tritium (T) breeding layer (Note: - In this example, the thickness is 50 CI+, but the tritium breeding ratio is 1.0, so it is about 10 cm. ) Li, Oa 5% Stainless steel 10% Helium 25% (4) Reflector layer (thickness 145) Graphite 90% Helium 10% (6) Shielding layer (thickness 1! LoclI) Stainless steel layer - Water attack 10% Lead l-B, 0 1% The combustion characteristics of the fast fission blanket shown in Figure 2 are as shown in Table 1.

第8図は第5tjAの構成のブランケットにおいて燃料
層に含有させる核分裂性物質濃度依存性を変えた場合の
特性の変化を示しており、横軸はpu−189の濃度(
Vo)と、縦軸はトリチウム増殖比Tと核分裂性物質の
生成率(Net)Fおよびブランケットエネルギー増倍
率舅との関係を示す。この図よりこのブランケットでは
!が零になる濃度(平衡濃度)はpu−sseの濃度的
9%であることがわかる。
Figure 8 shows the change in characteristics when the dependence on the concentration of fissile material contained in the fuel layer is changed in the blanket with the configuration of No. 5tjA, and the horizontal axis is the concentration of PU-189 (
Vo), and the vertical axis shows the relationship between the tritium breeding ratio T, the fissile material production rate (Net) F, and the blanket energy multiplication factor. This blanket is better than this picture! It can be seen that the concentration at which the value becomes zero (equilibrium concentration) is 9% of the pu-sse concentration.

第4図はブランケットの空間発熱率分布特性を示す図面
であり、横軸にプラズマ中心より距離(C幻を縦軸に出
力密度(POWIRDKNSI’l’Y)と核融合中性
子との比(Mev/jりを示す。図において、2はi!
11111!の層、lOは燃料層、11は反射体層を示
し、図中、実線(直曲線)は劣化ウラン(D、u)に9
%のプルトニウム(Pu−1io)を加えた場合の燃焼
初期特性、点111(B曲It)はり、u+9%pu−
useの9 MY (メガヮ、ット)年る−の燃焼度の
場合の燃焼特性、長破線(C曲線)は劣化ウラン(D、
u)に6%のデルトニウA (Pu−use)を加えた
ウラン(D、u)のみの燃焼初期特性を示す。直曲線お
よび3曲線に示す平衡濃度の9%のプルトニウムを劣化
ウランに添加した場合が燃焼特性が平坦で好ましい特性
を示している。一方劣化ウランのみの場合は出力空間分
布が極めて急傾斜であり特性が恋い(なお、トリチウム
増殖層で発熱分布が傾斜しているが、発熱の大半は燃料
層で生じているのでfi1題ではない。又この層の厚さ
は10c+++程度でよい。)。
Figure 4 is a diagram showing the spatial heat generation rate distribution characteristics of the blanket, where the horizontal axis is the distance from the plasma center (C illusion), and the vertical axis is the ratio of power density (POWIRDKNSI'l'Y) to fusion neutrons (Mev/ In the figure, 2 is i!
11111! , 1O is the fuel layer, 11 is the reflector layer, and in the figure, the solid line (straight line) is 9
Initial combustion characteristics when % of plutonium (Pu-1io) is added, point 111 (B track It) beam, u+9%pu-
The long dashed line (C curve) shows the combustion characteristics at a burnup of 9 MY (megawatt) years - for depleted uranium (D,
The initial combustion characteristics of only uranium (D, u) with 6% Deltonium A (Pu-use) added to u) are shown. When plutonium is added to depleted uranium at an equilibrium concentration of 9% as shown by the straight and three curves, the combustion characteristics are flat and exhibit favorable characteristics. On the other hand, in the case of only depleted uranium, the power spatial distribution is extremely steep and the characteristics are poor. (Also, the thickness of this layer may be about 10c+++).

燃料層に天然ウランを用いると平衡濃度でない核分裂性
物質を含有することになるがその例を第5図に示す。
If natural uranium is used in the fuel layer, it will contain fissile material that does not have an equilibrium concentration, an example of which is shown in FIG.

この組成は次のとおりである。Its composition is as follows.

(1)燃  料  層 天然ウラン  ■1 ステンレスil    10囁 ヘ  リ  ウ  ム      85%(2)トリチ
ウム増殖層 Li、0      65% ステンレス鋼   10% ヘ  リ  ウ  ム     25%(3)&   
射  体 黒     鉛   90% ヘ  リ  ウ  ム     10%第5図に示すプ
ランケラFの燃焼特性は第8表に示すとおりである。こ
の表かられかるように平衡濃度でない核分裂性物質を含
有している増分はブランケットでのエネルギー発生(増
倍率M)やトリチウム増殖比等の特性が燃焼とともに大
きく変平衡濃度は核燃料層の組成(燃料、構造材、冷却
材のlll−と比率)および寸法によって変るが劣化ウ
ランにプルトニウム−58gを混ぜた核燃料層15cm
を用いた時はプルトニウム濃度的9%が平衡濃度になり
、被燃料層がgoc+wになった時は約8%位が平衡濃
度になると思われる。又シリウムにウラン−1番をまぜ
る場合は又違う数値になる。
(1) Fuel layer natural uranium ■1 Stainless steel 10 whisper Helium 85% (2) Tritium breeding layer Li, 0 65% Stainless steel 10% Helium 25% (3) &
Projectile graphite 90% helium 10% The combustion characteristics of Prankera F shown in FIG. 5 are as shown in Table 8. As can be seen from this table, for the increment containing fissile material that is not at equilibrium concentration, the characteristics such as energy generation in the blanket (multiplication factor M) and tritium breeding ratio change greatly with combustion, and the equilibrium concentration changes due to the composition of the nuclear fuel layer ( A 15cm nuclear fuel layer containing 58g of plutonium mixed with depleted uranium (depending on the ratio of fuel, structural materials, and coolant) and size.
It is thought that the equilibrium concentration of plutonium will be 9% when the plutonium concentration is used, and that the equilibrium concentration will be about 8% when the fuel layer becomes goc+w. Also, if you mix uranium-1 with silium, the value will be different.

極端な組成ムと組成りとについて計算すると以下に不す
ように8.テ憾とIOJ %とが平衡濃度として得られ
る。
8. Calculating the extreme compositions and compositions is as shown below. % IOJ is obtained as the equilibrium concentration.

構   成(1) 組成ム 軽水冷却形ブランケットの場合(IJ@  1
  隔 I!  厚さl(2m+(プラズマの中心より
の距11200c+*)(2J燃  科  層  厚さ
ZOcm”’pu−UO1No % H,080≦ ステンレス(SUS 畠11)  10%(8)トリチ
ウム増殖層  厚さ、。工’Li50襲濃縮のLi、0
 50% 軽     水     40囁 ステンレス(8US魯1@)10% (4)反射体層 厚さ15cm 水(H,O)       90% 以上の組成ムのブランケットのプルトニウム(S魯ep
u)の平衡濃度を計算した結果は8.7−である。
Composition (1) Composition In case of light water cooling type blanket (IJ@1
Interval I! Thickness l (2m + (distance from the center of plasma 11200c + *) (2J combustion layer thickness ZOcm"'pu-UO1No % H, 080≦ Stainless steel (SUS Hatake 11) 10% (8) Tritium breeding layer thickness, .Eng' Li 50 attack concentration Li, 0
50% Light water 40% Stainless steel (8US LU 1@) 10% (4) Reflector layer 15cm thick Water (H, O) Plutonium (S LU EP) in a blanket with a composition of 90% or more
The calculated equilibrium concentration of u) is 8.7-.

構   成OU 組成B ヘリウム冷却式ブランナツトの場合(17第 
111118!JILさ1 csi (プラズマの中心
よりの距離200 ell)(2)燃  料  層  
厚さ16cm119pu+UO80% ステンレス(SUS 8163 20%H1950% (3)トリチウム増殖層  厚さl5le請天然Li、
0        60% ステンレス(SUS 816)  15%He    
      85% (4)反射体層 厚さ16c11 黒     船     100% 以上の組成りのブランケットのlll′lpuの平衡濃
度を計算した結果は10.2%である。
Composition OU Composition B For helium-cooled bran nuts (No. 17)
111118! JIL sa1 csi (distance from the center of plasma 200 ell) (2) Fuel layer
Thickness 16 cm 119 pu + UO 80% stainless steel (SUS 8163 20% H 1950% (3) Tritium breeding layer thickness 15 le natural Li,
0 60% Stainless steel (SUS 816) 15%He
85% (4) Reflector layer Thickness 16c11 Kurofune The calculated equilibrium concentration of lll'lpu in a blanket with a composition of 100% or more is 10.2%.

以上の平衡濃度の計算方法について説明すると次の通り
である。
The above method for calculating the equilibrium concentration will be explained as follows.

一般にプランケラ)での中性子の挙動や完熟核変換等の
核特性を計算するのには次の中性子輸送方程式を解くこ
とにより得られる。
In general, nuclear properties such as neutron behavior and ripe nuclear transmutation can be calculated by solving the following neutron transport equation.

Ω−D91+Σ? (rllC) 9’ (rlE I
 Q)ここでψは中性子束、l”ll*Qはそれぞれ場
所、エネルギー、角度を示す変数、Σ1.Σ8は原子核
の中性子との反応の全断面積と散乱断面積を示し、Sは
中性子源である。この方程式でΣt、Σ8.Sを人力と
して与えると中性子束ψを知ることができる。場所r□
、エネルギー罵、角度Qを変数とした解を得るためには
一般に電子計算機プログラムが用いられる。形状が複雑
になると現在の電子酊算機の能力では計算できない場合
もあり、通常1次元形状(球、無限円柱、無限平板)に
近似をして計算する。1次元形状で上記方程式を解く計
算機プログラムは多くあるが原子炉遮蔽プログラムとし
て有名なムNl5Nと云う名前の中性子輸送方程式を解
く計算コードを用いて計算するのである。
Ω-D91+Σ? (rllC) 9' (rlE I
Q) Here, ψ is the neutron flux, l”ll*Q are variables indicating the location, energy, and angle, respectively, Σ1.Σ8 are the total cross section and scattering cross section of the reaction with neutrons of the atomic nucleus, and S is the neutron source. In this equation, if Σt and Σ8.S are given manually, the neutron flux ψ can be found.Location r□
An electronic computer program is generally used to obtain solutions using variables such as , energy, and angle Q. If the shape becomes complex, it may not be possible to calculate it with the capabilities of current electronic calculators, so it is usually calculated by approximating it to a one-dimensional shape (sphere, infinite cylinder, infinite plate). Although there are many computer programs that solve the above equation in a one-dimensional shape, calculations are performed using a calculation code that solves the neutron transport equation named MuNl5N, which is famous as a nuclear reactor shielding program.

平衡濃度を求めるためには次のようにする。今、燃料層
中の核分裂性vIIjM(例えば!811pu)の濃度
を適当に−選び考えている形状、ブランケット材料の組
成についてΣ1.Σ8を入力として与える(Sはプラズ
マの条件から決まる)。干してムN工SHの計算のプロ
グラムにより中性子束を計算する。これを用いて核分裂
性物質の生成率と消滅率をtisし、差し引きの純核分
裂性4I5質生成率rを求める。
To find the equilibrium concentration, proceed as follows. Now, the concentration of fissile vIIjM (for example, !811pu) in the fuel layer is appropriately selected, and the shape and composition of the blanket material are considered as Σ1. Σ8 is given as an input (S is determined by the plasma conditions). Calculate the neutron flux using the calculation program of MUNE SH. Using this, the production rate and extinction rate of fissile material are tis, and the net fissile 4I5 material production rate r is determined by subtraction.

これが正だと運転とともに核分裂性物質がたまっていく
わけであるから、燃料層中の核分裂性物質の濃度を少し
款らして、又ムNl5Hの計算プログラムを用いて計算
を行いFを求める。これをくり点して行うとFがほぼ零
になる濃度(平衡濃度)を求めることができる。
If this is positive, fissile material will accumulate with operation, so the concentration of fissile material in the fuel layer is slightly reduced and calculations are performed using the MUNl5H calculation program to find F. If this is carried out at a certain point, the concentration at which F becomes almost zero (equilibrium concentration) can be determined.

第6図は(I)軽水冷却ブランケット(組成ム)と(1
)ヘリウム冷却プランケラ)(組成り)との1llpu
濃度と、核融合中性子に対する核分裂性物像生成率1と
、核融合中性子に対するエネルギー増倍率Mとの関係を
示す特性図である。横軸に1llilpuの濃度(4/
。)を示し、縦軸に核分裂物質生成率Fとエネルギー増
倍率舅とが示しである。
Figure 6 shows (I) light water cooling blanket (composition) and (1)
) 1llpu with helium cooled planchella) (composition)
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the concentration, the fissile object image generation rate 1 for fusion neutrons, and the energy multiplication factor M for fusion neutrons. The horizontal axis shows the concentration of 1llilpu (4/
. ), and the fissile material production rate F and energy multiplication rate are shown on the vertical axis.

平衡濃度は核分裂性物質生成亭が零のところで求められ
る。(I)の構成の場合はfi8@puの平衡濃度は8
.7%、(1)の構成の場合は  puの平衡濃度は1
0.2%である。
Equilibrium concentration is determined at the point where the fissile material production is zero. In the case of configuration (I), the equilibrium concentration of fi8@pu is 8
.. 7%, in the case of configuration (1), the equilibrium concentration of pu is 1
It is 0.2%.

第6図に示すように構成(I)と構成(El)のエネル
ギー増倍率は平衡濃度時に10〜16であり、先に述べ
た構成の場合のエネルギー増倍率約44に比して劣って
いる。本発明による平衡濃度の範囲を決定するために、
平衡濃度として8%〜11%柵度を過当と認めた。
As shown in Figure 6, the energy multiplication factors of configuration (I) and configuration (El) are 10 to 16 at equilibrium concentration, which is inferior to the energy multiplication factor of about 44 for the configuration described above. . To determine the range of equilibrium concentrations according to the invention:
The equilibrium concentration of 8% to 11% was considered to be excessive.

本発明の核融合−核分裂へイブリット原子炉による利点
について述べると次の通りである。
The advantages of the nuclear fusion-fission hybrid nuclear reactor of the present invention are as follows.

(IJ  平衡濃度の核分裂性物質を燃料層に含有させ
ることにより核分裂性物質の生成と消滅がつりあって長
期間核燃料供給なしで運転できる。
(IJ) By containing an equilibrium concentration of fissile material in the fuel layer, the production and extinction of fissile material are balanced, allowing operation for long periods without nuclear fuel supply.

(2)  プラズマ情に燃料層を配置し馬連核分裂プラ
ンケット方式としたので、高速中性子による181U(
F)核分裂の寄与もあり大きいエネルギー発生が得られ
る。
(2) Since the fuel layer is placed in the plasma environment and the Plunkett method is adopted, 181U (
F) A large amount of energy can be generated due to the contribution of nuclear fission.

(8)主として燃料生産型のハイブリットよりもエネル
ギー生産用のハイブリット炉として構成することを目的
としている。これにより長期の燃料交換なしの運転が可
能となる(場合によってはプラント寿岐中核燃料を交換
しなくてよい。]。
(8) The purpose is to configure the reactor as a hybrid reactor for energy production rather than a fuel production hybrid reactor. This allows long-term operation without refueling (in some cases, the plant Kouki core fuel may not need to be replaced).

(4) ブランケット中の出力の空間分布が平坦である
(4) The spatial distribution of power in the blanket is flat.

(6)燃焼(ハイブリット炉の運転)に伴う出力変化が
少い。
(6) There is little change in output due to combustion (hybrid furnace operation).

(6)トリチウム自己九翅の条件が淋いトリチウム増殖
層で実現できるのでブランケットの厚さを小さくできる
。従って炉のサイズの減少が可能で建設費が着しく下げ
られる。
(6) The thickness of the blanket can be reduced because the conditions for tritium self-nine wings can be achieved with the lonely tritium breeding layer. Therefore, the size of the furnace can be reduced and construction costs are significantly lowered.

(7)  ブランケットの出力密度が高く核融合エネル
ギーを40倍以上にも増倍できて馳済的なエネルギー発
生が口」詫である。
(7) The output density of the blanket is high, and the fusion energy can be multiplied by more than 40 times, making it an economical energy generator.

実  施  例 本発明者はエネルギー生産用ハイブリット炉を経済的に
利用価値あるものにするためには出力密度を増加すべき
であると考えた。エネルギー増倍率は燃料中の核分裂物
質濃度とともに増加するであろうとの前提に基き、核分
裂物質の濃度をどのように決定したならば、核分裂反応
により消滅する核分裂性物質と馬連核分裂ブランケット
における中性子による核分裂により生成する核分裂性物
質とが均り合う平衡濃度の検討を行った。
EXAMPLE The present inventor considered that in order to make a hybrid reactor for energy production economically useful, the power density should be increased. Based on the premise that the energy multiplication factor will increase with the concentration of fissile material in the fuel, how to determine the concentration of fissile material will reduce the amount of fissile material annihilated by the fission reaction and fission by neutrons in the fission blanket. We investigated the equilibrium concentration at which the fissile material produced by

(11”’Pu濃度の効果 11&連核分裂ブランケットの核特性を劣化ウラン中の
189puの原子パーセントの関数として−べた。tt
SはGIOX 40セツトからとった断面積セットをも
とに五MI8Nと称する中性子輸送方程式を解く計算コ
ードを用いて行なわれた。p8s。
(11"'Effect of Pu concentration 11 & Nuclear properties of continuous fission blankets as a function of atomic percent of 189pu in depleted uranium.tt
S was performed using a calculation code called 5MI8N that solves the neutron transport equation based on the cross section set taken from the GIOX 40 set. p8s.

近似を用いた。ハイブリッドの無限円筒モデルを第6図
に示す。プラズマ中性子源は中央の170C11の円柱
領域に均一に分布している。第1壁負傭はl賜9であっ
た。燃料層とトリチウム増殖層はそれぞれ15備と50
+2の厚さであった。計算結果を第8図に示す。正味の
核分裂性物質生成率はj189puo @子パーセント
においてはとんど零となる。平衡濃度において、エネル
ギー増倍率とトリチウム増殖比はそれソtL約40およ
び8.5となる。トリチウム増殖比は1.0より態かに
烏い。80m1および15c11厚さのトリチウム増*
mが用いられると、トリチウム増殖比はそれぞれ1.0
5および1.79である。このことからトリチウム増殖
層は50cmも必安な(10cm程度でよいことがわか
る。oMw・年/msおよび9 MW・年48燃焼にお
ける中性子実効増倍係数はそれぞれO,SOおよびo、
sgであり、それらは十分未臨界であることを示してい
る。
An approximation was used. The hybrid infinite cylinder model is shown in Figure 6. The plasma neutron source is uniformly distributed in the central 170C11 cylindrical area. The first wall score was 9. The fuel layer and tritium breeding layer are 15 and 50, respectively.
The thickness was +2. The calculation results are shown in Figure 8. The net fissile material production rate is almost zero at j189puo@child%. At equilibrium concentration, the energy multiplication factor and tritium multiplication ratio are approximately 40 and 8.5. The tritium breeding ratio is much worse than 1.0. 80m1 and 15c11 thick tritium increase*
m is used, the tritium breeding ratio is 1.0, respectively.
5 and 1.79. From this, it can be seen that the tritium breeding layer should be as long as 50 cm (about 10 cm is sufficient.
sg, indicating that they are sufficiently subcritical.

(2)燃焼特性 ウラン、トリウムおよびリチウムの燃焼を計算した。核
l[連鎖の方程式を五Nl5Hにより計算した中性子束
を用いて解いた。mswの計算された原子密度を次期段
階の中性子束の計算に用いた0本研究においては核分裂
生成物は考慮していない。
(2) Combustion characteristics The combustion of uranium, thorium, and lithium was calculated. The equation of the nuclear chain was solved using the neutron flux calculated by 5Nl5H. Fission products were not taken into account in this study, in which the calculated atomic density of msw was used to calculate the neutron flux in the next stage.

原子炉の燃焼特性を第1表に示す。核分裂生成物を計算
において考慮していないが、この結果はブランケットエ
ネルギー増倍率は照射によって変化しないことを示して
いる。従って、はとんど一定の出力水準で、長期運転、
恐らく10年以上の運転が燃料交換なしに可能であろう
。壁負荷が0.8 )Elf/、sであれば、原子炉は
プラント寿命の80年間燃料交換なしに運転できる。又
、プルトニウムの初期濃度を平衡値より若干低くとるな
ら、核分裂生成物の蓄積効果はプルトニウムの蓄積によ
り打消されるであろう。
The combustion characteristics of the nuclear reactor are shown in Table 1. Although fission products are not considered in the calculations, the results indicate that the blanket energy multiplication factor does not change with irradiation. Therefore, for long-term operation at a nearly constant output level,
It will probably be possible to operate for more than 10 years without changing fuel. If the wall load is 0.8 ) Elf/, s, the reactor can operate without refueling for 80 years of the plant's life. Also, if the initial concentration of plutonium is taken slightly below the equilibrium value, the effects of fission product accumulation will be counteracted by the accumulation of plutonium.

89 空間発熱率分布を第4図に示す。  Pu 5%および
O囁を用いる場合の分布をも示す。189pu9%を用
いると出力分布が平坦になることがわかる。燃焼が進む
につれて分布はさらに平坦になる。燃料層の最高出力密
度は817 kW/、であり、これは高速増殖炉の値と
類似する。このタイプのハイブリットは次の利点を有す
る。
89 Figure 4 shows the spatial heat generation rate distribution. The distribution when using Pu 5% and O whisper is also shown. It can be seen that when 189pu9% is used, the output distribution becomes flat. The distribution becomes flatter as combustion progresses. The maximum power density of the fuel layer is 817 kW/, which is similar to the value of a fast breeder reactor. This type of hybrid has the following advantages:

■ 燃料交換なしにはとんど一定の出力水準での長期運
転が可能である。
■ Long-term operation at a nearly constant output level is possible without changing fuel.

■ 従来の高速核分裂ハイブリットのブランケット出力
が燃焼とともに増大する間−が解消される。
■ The period in which the blanket output of conventional fast nuclear fission hybrids increases with combustion is eliminated.

■ 燃料層の出力の空間的平坦化が達成される。■ Spatial flattening of the output of the fuel layer is achieved.

■ 燃料層の出力密度が十分高い。■ The power density of the fuel layer is sufficiently high.

■ 燃料再処理の必要が減る。■ Reduces the need for fuel reprocessing.

■ トリチウム自己充足を容易に達成できる。■ Easily achieve tritium self-sufficiency.

トリチウム増殖増の厚さを薄くできる。原子炉の寸法の
減少は資本費を減少させる。
The thickness of tritium multiplication can be reduced. Reducing reactor dimensions reduces capital costs.

エネルギー生産用ハイブリット炉の不利な点は、冷却材
喪失事故のごとき安全に関する問題であろう。この聞−
を解くことは、頑分訣原子炉における経験を生かせばそ
んなに1嫉なことはないであろう。ハイブリット炉に最
初装荷する核分裂性物質は製動ウラン又は軽水炉から排
出されたプルトニウムにより行なわれる。軽水炉から排
出されるプルトニウムは、それが71イブリツト炉に供
給されるならもつとも有効に利用されるであろう。長期
運転のための材料の間−は、材料の種類が臨界を保持せ
ねばならぬ核分裂原子炉の材料程限られていないので解
決できよう。
A disadvantage of hybrid reactors for energy production may be safety issues such as loss of coolant accidents. This episode-
Solving the problem won't be so difficult if you make use of your experience with stubborn nuclear reactors. The initial loading of fissile material into a hybrid reactor is made of manufactured uranium or plutonium discharged from a light water reactor. The plutonium discharged from the light water reactor would be put to better use if it were supplied to the 71 Ibritt reactor. The issue of materials for long-term operation may be resolved because the types of materials are not as limited as those for nuclear fission reactors, which must maintain criticality.

(3)結  論 核分裂性物質の生成と消滅が等しくなる濃度(平衡濃度
ンの核分裂性物質を燃料層に用いたエネルギー生産用核
融合−核分裂ハイブリット炉の高速核分裂ブランケット
概念を提案し核特性を計算した。15c+mの燃料層の
場合劣化ウラン中のj8@puの濃度が約9%のとき平
衡となる。
(3) Conclusion We proposed the fast fission blanket concept of a fusion-fission hybrid reactor for energy production using fissile material in the fuel layer at a concentration at which the production and extinction of fissile material are equal (equilibrium concentration), and investigated the nuclear properties. In the case of a 15c+m fuel layer, equilibrium is reached when the concentration of j8@pu in depleted uranium is about 9%.

このときブランケットのエネルギー増倍率は約42で、
これは8N1W・年るーまで燃焼しても襠は一定である
。トリチウム増殖比は50cmの増殖層で約8.6もあ
り、自己充足は8cI11程度の増殖層で達成できる。
At this time, the energy multiplication factor of the blanket is approximately 42,
Even if this burns up to 8N1W/year, the lint remains constant. The tritium proliferation ratio is about 8.6 with a proliferation layer of 50 cm, and self-sufficiency can be achieved with a proliferation layer of about 8 cI11.

中性子実効増倍係数はO,SOl・最大出力密度は81
7kW/、である。このブランケット概念は次の利点が
ある。
Neutron effective multiplication coefficient is O, SOl・Maximum power density is 81
It is 7kW/. This blanket concept has the following advantages:

■ 長期の燃料交換なしの運転が可能である。■ It is possible to operate for a long period of time without changing fuel.

■ 燃焼に伴う出力変化が少ない。■ There is little change in output due to combustion.

■ 出力の空間分布が平坦である。■ Spatial distribution of output is flat.

■ トリチウムの自己増殖の条件は簡単に満足できる。■ The conditions for tritium's self-propagation can be easily satisfied.

■ ブランケットを薄くできるので炉の資本費が安くな
る。
■ The capital cost of the furnace is lower because the blanket can be made thinner.

■ 出力密度が充分高い。■ The output density is sufficiently high.

本発明によるとこれらの利点により従来の核融合炉やハ
イプリツ)Q子炉の欠点の多くが解消され、高出力密度
をもって経済的に利用価値のある核融合−核分裂ハイブ
リット原子炉が提供でき、効率のよいエネルギー発生が
可能となる工業上大きな利点があることが確められた。
According to the present invention, due to these advantages, many of the drawbacks of conventional nuclear fusion reactors and hybrid Q subreactors can be overcome, and a fusion-fission hybrid reactor can be provided that has high power density, is economically useful, and has high efficiency. It has been confirmed that there is a great industrial advantage in that it enables good energy generation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はトカマク撤核融合−核分袈ハイブリット原子炉
の原理的の構成配置図、 第2図は本発明における核融合−核分裂ハイブリット原
子炉において、平衡濃度の核分裂性物質を用いた高速核
分裂ブランケットの構成の一例を示す図、第8図は第2
図の構成のブランケットにおいて燃料層に含有させる核
分裂性物質の濃度を変えた場合の特性の鉱化を示す図、 第4図は同プランケツFの空間発熱率分布特性図、 第5図は軽水冷却式ブランケットとヘリウム冷却式プラ
ンケラFの18111pu濃度と核分裂性物質生成率、
エネルギー増倍率との関係を示す特性図、第6図は本発
明のブランケット特性の計算のための図、第7図はブラ
ンケットの構成図である。 1・・・炉心プラス!、2・・・第11!111!、8
・・・ブランケット、番・・・遮蔽体層、6・・・トロ
イダル磁場コイル、6.0.ボロイダル磁場コイル、7
・・・支柱、8・・・炉壁、9・・・燃料層、10・・
・トリチウム増殖層、11・・・反射体層。 岬許出願人 東 京 大 学 長 第2図 第5図 第8図 丁   F                    
MzwPu4A(%)
Figure 1 is a diagram showing the basic configuration of a tokamak withdrawal fusion-branching hybrid nuclear reactor. Figure 2 is a diagram showing the principle of fast nuclear fission using fissile material at an equilibrium concentration in the fusion-fission hybrid reactor of the present invention. A diagram showing an example of the structure of the blanket, FIG.
A diagram showing mineralization characteristics when the concentration of fissile material contained in the fuel layer is changed in a blanket with the configuration shown in the figure. Figure 4 is a spatial heat generation rate distribution characteristic diagram of the same Plunketts F. Figure 5 is a light water cooling 18111pu concentration and fissile material production rate of formula blanket and helium-cooled Planchera F,
A characteristic diagram showing the relationship with the energy multiplication factor, FIG. 6 is a diagram for calculating the blanket characteristics of the present invention, and FIG. 7 is a configuration diagram of the blanket. 1...Reactor core plus! , 2... 11th! 111! , 8
... Blanket, No. ... Shielding layer, 6... Toroidal magnetic field coil, 6.0. Voloidal magnetic field coil, 7
... Strut, 8... Reactor wall, 9... Fuel layer, 10...
- Tritium breeding layer, 11... reflector layer. Cape Applicant President of the University of Tokyo Figure 2 Figure 5 Figure 8 D
MzwPu4A (%)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 L 炉心プラズマ発生部と、これを敗りまくブランナツ
トおよび遮蔽体層と、超伝導マグネット等による1ツズ
マ閉じ込め部とより成り、前記プテンケツFは少くとも
第1隔壁と、核燃料層とトリチウム増殖層とより成り、
前記ブランケットの核燃料層中に含有される核分裂性物
質の濃度を核分裂反応により消滅する核分裂性物質と、
核燃料物質に中性子が衝突する際に生成する核分袋性t
IB質とが等しくなる子嚢濃度に懺持することにより、
核燃料物質の補充なしに長期間継続してエネルギーを発
生することを特徴とした核融合−核分裂ハイブリット鳳
子炉によるエネルギー発生方法。 息 前記ブランナツトは第1II壁と、核燃料層と、ト
リチウム増殖層と、反射体層とより成る特許請求の範囲
第1項記載のエネルギー発生方法。 龜 ブランケットの核燃料層中に含有される被分裂性螢
質の平衡濃度を8ないし11%とした特許請求の範囲第
1項記載のエネルギー発生方法。
[Scope of Claims] L Consists of a reactor core plasma generation part, a blank and a shield layer that destroy it, and a plasma confinement part made of superconducting magnets, etc. It consists of a layer and a tritium breeding layer,
A fissile material that eliminates the concentration of fissile material contained in the nuclear fuel layer of the blanket by a nuclear fission reaction;
Nuclear fraction t produced when neutrons collide with nuclear fuel material
By maintaining the ascus concentration to be equal to the IB quality,
An energy generation method using a nuclear fusion-fission hybrid Fushi reactor, which is characterized by generating energy continuously for a long period of time without replenishing nuclear fuel material. 2. The method of generating energy according to claim 1, wherein the blank comprises a first II wall, a nuclear fuel layer, a tritium breeding layer, and a reflector layer. The energy generation method according to claim 1, wherein the equilibrium concentration of fissionable fluorine contained in the nuclear fuel layer of the blanket is 8 to 11%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008275572A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Motohiko Inai Nuclear fusion and fission hybrid reactor
CN103886921A (en) * 2014-03-13 2014-06-25 清华大学 Th-U self-sustaining circulating full fused salt fuel hybrid reactor system and operation method thereof

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JP2008275572A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Motohiko Inai Nuclear fusion and fission hybrid reactor
CN103886921A (en) * 2014-03-13 2014-06-25 清华大学 Th-U self-sustaining circulating full fused salt fuel hybrid reactor system and operation method thereof

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