JPS6344198A - トリチウム生産用ペブル及びトリチウム生産装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は酸化リチウム等の固体リチウム化合物を用いて
核融合炉や核分裂炉もしくはこれらの試験装置等におい
てトリチウムを生産するためのペブル及びトリチウム生
産装置に関する。

［技術の背！］ 核融合炉の燃料となるトリチウムはリチウムと中性子と
の反応によって生成される。天然のリチウムには６Ｌｉ
が７．４％、′Ｌｉが９２．６％であり、共に中性子と
反応してトリチウムを生成するが、′Ｌｉは中性子エネ
ルギーが低い場合にトリチウムを生成し易いので核分裂
炉を用いてトリチウムを生産する場合や核融合炉におい
て中性子増倍・減速材をプラズマ側に設置したブランケ
ットを用いてトリチウムを生産する場合などトリチウム
生産にあたり主に利用され、重要度が窩い、第５図に従
来の核分裂炉を用いてトリチウムを生産する装置の略図
を示す０図中４１がトリチウム生産装置、４２が核分裂
炉である。トリチウム生産装置４１には酸化リチウム（
ＬｉＯ２）などのリチウム化合物を微粒状のぺプルとし
た増殖材が充填されたリチウム格納容器４４が設けられ
ている。該容器４４を炉心４３の位置に押入して中性子
を閤射しトリチウムを発生させる０発生したトリチウム
は、スィーブガス供給管４５を通じて送られるヘリウム
等のパージガス中に拡散され、スイー１ガス排出管４６
を経てトリチウム回収装置４７により回収される。容器
４４には′；５６図に示すように、冷却水管５３が貫通
しており、トリチウム生成反応に際して生じた熱を除去
する。第６図中５２はリチウム化合物のペブル、５４は
スペイサ−管である。

第７図及び第８図は従来提案されている核融合炉を用い
てトリチウムを生産するための装置の説明図であり、第
７図は核融合炉の略断面図、第８図はトリチウム増殖プ
ランケラＩ・の部分断面図である。核融合炉６１では、
プラズマ６２の周囲に配置されたトリチウム増殖ブラン
ケット６３によ−）てトリチウムを生成する。トリチウ
ム増殖ブラ〉′ケラト６３は外壁６４の内部（モ中性子
増倍・減速材６５を有し、更に内側に微粒状のリチウム
化合物からなるペブル６８を充填したリチウム格納容器
６９を収納した複合構造となっている。プラズマ６２側
から入射した中性子は中性子ｔｔｉ倍・減速材６５によ
り減速され、ペブル６８中の１Ｌｉと反応してトリチウ
ムを生成する。生成したトリチウムはペブル６８の周囲
を流通するヘリウムパージガスによって回収される。リ
チウム格納容器６つには冷却管６７が貫通しており、ト
リチウム生成反応の際に生じた熱を吸収し冷却する。

［従来技術の問題点］ このようにａＬ；と熱中性子との反応によってトリチウ
ムを生成しようとする場合には、中性子が入射する面の
近傍において主に反応が生起してしまうという問題があ
った。第６図に示すように容器４４内にペブル５２を充
填して周囲から熱中性子を照射すると、熱中性子の入射
する表面の近傍では非常に高いトリチウム生成率令示す
とともに高い発熱率を示すが、同時に急激な減衰を起こ
し、同図の中心部付近では極めて低いトリチウム生成率
と発熱率しか示さない。

例えば天然のリチウムを用いたリチウム酸化物（ＬｉＯ
２＞の小球状ペブルを用い充填率６０％に容器中に充填
して熱中性子を照射した堝会、熱中性子は入射表面から
ｌ０ＪＩＮ深部で１桁以上減衰してしまう、このような
現象は第８図のトリチウム増殖ブランケットでも同様に
生起し、矢印で示す中性子の入射方向の表面近傍にトリ
チウム生成反応及び発熱が集中するという問題が　。

あった。

トリチウム生成反応においてリチウム化合物からなるペ
ブルは余り高温になると化学反応を起こして変質してし
まい、余り低温であると生成したトリチウムがパージガ
ス中に拡散せず回収が困難となるので、全体を約４００
℃〜１０００°Ｃの範囲中に保つ必要があるが、前記の
ように反応が中性子の入射面付近に偏ってしまうと、該
入射面付近の除熱が困難となると共にペブル全体を一定
温度に保つ制御が難しくなる。

また前記入射面付近の′Ｌｉのみの反応が進行し、該部
分のペブルの特性が変化しＣしまううえ、反応率の低い
内部が事実上無駄になるなどの多くの問題があった。

このような問題に対しては、中性子入射表面近傍での６
Ｌｉの原子数密度を下げ、内部での８Ｌｉの原子数密度
を上げることによりリチウム充填容器内でのトリチウム
生成率と発熱率の平坦化を図る試みとして、中性子入射
表面近傍には“Ｌｉを減損した固体リチウム化合物を配
置し、内部には６Ｌｉを濃縮したリチウム化合物を配置
することが提案されている。しかしこのような方法では
′Ｌｉの減損工程及びｓＬＩの濃縮工程が不可欠となり
、自然に存在するリチウムが使用できないので手間がか
かるうえ費用の点においても難点がある。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 特許請求の範囲第１項の発明は、前記問題点を解決する
ためのトリチウム生産用のペブルであり　固体のリチウ
ム化合物の小成形であって、小成形体内部にリチウム化
合物を含まない部分と形成したもの、同第２項の発明は
特許請求の範囲第１項の発明のペブルを少なくとも中性
子入射面側に充填して成るトリチウム生産装置である。

［実　施　例］ 第１図は特許請求の範囲第１項の発明のトリチウム生産
用ペブルの実施例を示す図で（ａ）はリチウム化合物製
の円筒状成形体１の中央部に中空部２を設けたもの、（
ｂ）は（ａ）と同寸法であるが、その中空部分の直径を
減らしてリチウム化合物の量を増加した成形体の例、（
ｅ）は中空部分の形状が異なる他の例である。同図（，
１）はリチウム化合物と酸化ケイ！’（ＳｉＯ□）を混
合して小球状に成形したもので、両者の混合比率を変化
させてリチウム化合物の量を調整することができるもの
である。前述のリチウム化合物の例としてはＬｉｚＯ，
ＬｉＡｌ０ｚ、　ＬｉｚＳｉＯｓなどのセラミック状焼
結体が挙げられ、第１図（ｃりのようにりチウム化合物
と混合する物質としては５ｉｆｔの外＾１２０＊　（ア
ルミナ）やｔＬ属アルミニウムなどが挙げられる。

第２、特許請求の範囲第２項の発明のトリチウム生産装
置の実施例を示す一部切欠斜視図である。３は核分裂用
のトリチウム生産装置であり、第１図について説明した
ごとくリチウム化合物の量を少なくしたペブルを用いた
ペブル層５をリチウム格納容器４内に設けている。８は
スィーブガス供給管、９はスィーブガス排出管、１０は
冷却水管である。このように構成したトリチウム生産装
置３を核分裂炉の炉心部に挿入し、スィーブガス供給管
８からヘリウムガスを送出すると、ヘリウムガスはリチ
ウム格納容器４の下部からペブル層内に浸透する。核分
裂炉からの中性子はリチウム格納容器４の外周方向から
入射する。

この例ではペブル層５はリチウム化合物の量を減少した
１種類のペブルによって構成されているが、中性子の入
射する表面では従来のトリチウム生産装置と比べてリチ
ウム化合物の含有率が低（、’Ｌｉの原子数が少ないの
で、トリチウム生成反応が表面付近のみに偏ることなく
、内部にも及ぶようになる６発生したトリチウムはヘリ
ウムガス中に拡散しスイープガス排出管９ご通じて回収
する。

第３図は特許請求の範囲３項の発明のトリチウム生産装
置の実施例を示す一部切欠斜視図である。３は核分裂炉
用のトリチウム生産装置、４はリチウム格納容器、５．
６．７はリチウム化合物から成るペブル層であり、５は
リチウム化合物の含有量が最も少ないペブル層、６はリ
チウム化合物含有量が５に次いで少ないペブル層、７は
リチウム化合物含有量が最も多いペブル層であり、この
例ではリチウム化合物の含有量が６Ｌｉとして１　ニア
　：３０の比になるようにペブルを積層している。リチ
ウム化合物の含有比率は第１の発明について述べたとお
りペブルの中空部分の大きさと変化させたりアルミナ等
の混合物質の混入比を変化させたペブルを用い、もしく
はこれと中実状のペブルあるいは他物質の混入のないリ
チウム化合物のペブルを組み合わせることにより容易に
調整することがて・きる。

このように構成したトリチウム生産装置を核融合炉の炉
０・部に挿入し、ヘリウムガスをスイープガス供給管８
から送出するとヘリウムガスはリチウム格納容器下部か
らペブル層５．６．７内に浸透する。核分裂炉からの中
性子はリチウム格納容器外周方向から内部に入射するが
、最外層のペブル／！ｊ５はリチウム化合物の含有率が
低いため６Ｌｉの原子数が少なく、１項次内層６．７に
至るに従ってリチウム化合物の含有率が増えて６Ｌ１の
原子数が増加するように配置されている。このため、ト
リチウム生成反応は最外層のみに集中することなく、６
．７の内部のペブル層においても平坦化された反応が生
起する。

発生したトリチウムはヘリウムガス中に拡散し、スィー
ブガス排出管９を通じて図示しないトリチウム回収装置
により回収される。各ペブル府内の発熱も各層において
平均化され最外層に集中することがないので冷却水管１
０により効果的に除熱が行われ、ペブルの部分的な変質
も防止される。

第４図は特許請求の範囲３項の発明の池の実施例であり
、核融な炉に用いるトリチウム生産用ブランケットの例
を示す部分切欠斜視図である。同図３１はトリチウム増
殖ブランケット。

３２は外壁、３３は中性子増倍・減速材（［ｌｅ）、３
４は冷却水管、３５はリチウム化合物の含有量の最も少
ないペブル層、３６はリチウム化合物の含有量が次いで
少ないペブル層、３７はリチウム化合物の含有量が最も
多いペブル層である。白矢印は中性子の入射方向であり
、該入射方向の表面側にリチウム化合物含有量の少ない
層が配置され、深部側にリチウム化合物含有量の多い層
が配置されている。

従って前記同様トリチウム生成反応は表面層のペブル層
のみに集中することなくペブル層３５．３６．３７全体
に平坦化され、ペブル層全最にわたり効率的に反応が起
きて深部に無駄を生じることもない０発熱も中性子入射
面側に集中することもないから、冷却水管３４により効
率的に除熱が行われ、冷却水管を入射面側に多量に配置
する必要もなく楕遣上も簡単になる。

以上の実施例ではペブル層を１層または３層とした例を
示したが、必要に応じて２層としたりより多層にしたり
あるいは異なったリチウム化合物の含有率のペブルを混
合するなどして反応率のより平坦化を図ることもできる
。

［発明の効果］ 特許請求の範囲第１項の発明によれば、６１，１の濃縮
、減損といった特殊な工程を必要とすることなく通常の
リチウム化合物を用いて６Ｌｉの原子数を調整したトリ
チウム生成用ペブルを得ることができ、同第２項の発明
によれば中性子入射表面近傍でのトリチウム生成反応の
集中を効果的に防ぎ、充填されたリチウム化合物を内部
にわたって効率よく利用することを可能にし、リチウム
化合物の部分的な変質を防止し、発熱率分布の平坦化を
もたらして除熱を容易にするなど利点は多い。

【図面の簡単な説明】

第１図は（ａ）〜（，１）は特許請求の範囲第１項の発
明の実施例のトリチウム生産用ペブルの拡大斜視図、第
２、特許請求の範囲第２項の発明の実施例で核分裂用の
トリチウム生産装置の部分切欠斜視図、第３図は特許請
求の範囲第３項の発明の実施例で、核分裂炉用のトリチ
ウム生産装置の部分切欠斜視図、第４図は特許請求の範
囲第３項の発明で核融合炉用のトリチウム増殖ブランケ
ットの部分切欠斜視図、第５図は従来の核分裂炉用のト
リチウム生産装置の略断面図、第６図は第５図のトリチ
ウム生産装置の部分切欠斜視図、第７図は従来の核融合
炉によるトリチウム生産装置を示す略断面図、第８図は
第７図のトリチウム増殖ブランケットの部分切欠斜視図
である。 １・・・・・・トリチウム生産用ペブル、２・・・・・
・中空部、３・・・・・・トリチウム生産装置、４・・
・リチウム格納容器、５．６．７・・・・・・ペブル層
、３１・・・・・・トリチウム増殖ブランケット、３５
．３６．３７・・・・・・ペブル層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体のリチウム化合物の小成形体であつて、小成
   形体内部にリチウム化合物を含まない部分を形成したト
   リチウム生産用ペブル。
2. （２）固体のリチウム化合物の小成形体であって、小成
   形体内部にリチウム化合物を含まない部分を形成したト
   リチウム生産用ペブルを少なくとも中性子入射面側に充
   填して成るトリチウム生産装置。
3. （３）トリチウム化合物を含まない部分の割合を異なら
   せたトリチウム生産用ペブル及び／またはリチウム化合
   物のみから成るペブルを内層に有する特許請求の範囲第
   ２項のトリチウム生産装置。