JPWO2020051376A5 - - Google Patents

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Description

(分野)
本明細書に記載の主題は、概して、長寿命高レベル放射性廃棄物(超ウランおよび核分裂生成物)の短寿命放射性核種または安定核種への核変換の目的のためにレーザー駆動のビームによってエネルギー中性子の高率の発生を促進するシステムおよび方法に関連し、より特定すると、放射性廃棄物の未臨界液相型核変換に関連する。
(Field)
The subject matter described herein is generally energy neutrons by a laser-driven beam for the purpose of transmutation of long-lived high-level radioactive waste (superuranium and fission products) into short-lived radionuclides or stable nuclides. It relates to systems and methods that promote the occurrence of high rates of radioactivity, and more specifically to the subcritical liquid-phase transmutation of radioactive waste.

(背景)
核分裂炉は、使用済み燃料の放射性核種の絶え間ないストリームを発生させる。米国単独では、90,000メートルトンが、処分を必要とし[Ref.1]、世界の使用済み核廃棄物インベントリは、各年8000トンが追加され、2020年までに200,000メートルトンに到達する。原子力は、フランス内の電気の77%を占めており、核変換に対する必要性を特に切実にしている。現在、それらの同位放射性物質を処理するために利用可能な適当かつ妥当な手段は、地中深い埋設以外に存在しない。同位放射性物質を処理するためのそのような手段の開発は、2つのタスク(第一に、核変換を通して非放射性物質を活性化させることを回避するために高放射性同位体を残りの物質から分離する容易、頑健、安全かつ安価な方法を開発すること、ならびに、第二に、安全、安価、エネルギー非消耗的かつ多用途の核変換の方法を開発すること)の完了を必要とする。
(background)
Fission reactors generate a constant stream of radionuclides of spent fuel. In the United States alone, 90,000 metric tons require disposal [Ref. 1] The world's spent nuclear waste inventory will reach 200,000 metric tons by 2020, with an additional 8,000 tons each year. Nuclear power accounts for 77% of electricity in France, making the need for transmutation particularly urgent. Currently, there is no suitable and reasonable means available to treat those isotope radioactive materials other than deep underground burial. The development of such means for treating isotope radioactive material has two tasks: first, separation of high radioisotopes from the remaining material to avoid activating non-radioactive material through transmutation. It requires the completion of (developing easy, robust, safe and inexpensive methods, and secondly, developing safe, inexpensive, energy-free and versatile transmutation methods).

放射性原子核の核変換に対する現在のアプローチは、外的手段(一方は、加速器駆動システム(ADS)[Ref.2]に基づき、他方は、トカマク型駆動システム[Ref.3]に基づいている)によって未臨界核分裂炉を維持するドライバを含む。ADSシステムは、基板(例えば、Pb、W)にぶつかり中性子(一陽子あたり30+の中性子)を放出する高エネルギー(~1GeV)陽子ビームに依拠する。その後、それらの中性子は、未臨界炉内の核分裂を維持する。トカマク型システムは、重水素-トリチウム反応から中性子を発生させ、それらの中性子を使用して核分裂-核融合ハイブリッドとも呼ばれる未臨界炉を駆動する。 The current approach to transmutation of radioactive nuclei is by external means (one based on the Accelerator Driven System (ADS) [Ref. 2] and the other based on the tokamak-type drive system [Ref. 3]). Includes drivers to maintain subcritical fission reactors. The ADS system relies on a high energy (~ 1 GeV) proton beam that hits a substrate (eg, Pb, W) and emits neutrons (30+ neutrons per proton). The neutrons then maintain fission in the subcritical reactor. The tokamak system produces neutrons from a deuterium-tritium reaction and uses those neutrons to drive a subcritical reactor, also known as a fission-fusion hybrid.

超臨界動作に基づいて核廃棄物を核変換する他のアプローチも、存在し、MOSART[Ref.4]だけでなく、Gen-IV原子炉を使用する様々なアプローチが、存在する。 There are other approaches to transmutation of nuclear waste based on supercritical operation, MOSART [Ref. 4] Not only, there are various approaches using the Gen-IV reactor.

それらの、および他の理由のために、放射性廃棄物の未臨界液相型核変換の目的のためにレーザー駆動のビームによるエネルギー中性子の高率の発生を促進する改良されたシステム、デバイス、および方法に対する必要性が、存在する。 For those and other reasons, improved systems, devices, and improvements that promote the generation of high rates of energy neutrons by laser-driven beams for the purpose of subcritical transmutation of radioactive waste. There is a need for a method.

(概要)
本明細書中で提供される様々な実施形態は、概して、核融合発生の中性子による長寿命高レベル放射性廃棄物の短寿命放射性核種または安定核種への核変換を促進するシステムおよび方法を対象としている。中性子は、重水素ビームと、トリチウムまたは重水素標的のいずれかとの核融合によって発生させられ、重水素ビームは、レーザーによるイオンのコヒーレント加速(CAIL)[Ref.RAST,6]として知られるプロセスを使用してメインレーザーによってレーザー加速させられる。
(overview)
The various embodiments provided herein are generally intended for systems and methods that facilitate transmutation of long-lived, high-level radioactive waste by fusion-generated neutrons into short-lived radionuclides or stable nuclides. There is. Neutrons are generated by fusion of a deuterium beam with either tritium or a deuterium target, and the deuterium beam is laser coherent acceleration of ions (CAIL) [Ref. Laser accelerated by the main laser using a process known as RAST, 6].

例示的実施形態では、核変換プロセスは、放射性同位体(主に、マイナーアクチニド(MA)の放射性同位体)を核変換するコンパクトデバイスを利用する未臨界動作方法を採用し、方法は、LiF-BeF2(FLiBe)の溶融塩溶液内に溶解された使用済み燃料廃棄物成分(核分裂生成物(FP)およびMAなど)の混合物の溶液を含有するタンク内で行われる[Ref.5]。MAの核変換は、レーザーによって駆動される核融合反応から生じるエネルギー中性子を使用して実施される。核変換装置内のFLiBe、MAおよびFP含有量のリアルタイムでの監視および制御は、アクティブレーザー分光法またはレーザー駆動のガンマ線源を使用して実行される。 In an exemplary embodiment, the transmutation process employs a subcritical operating method that utilizes a compact device to transmutate radioactive isotopes (mainly the radioactive isotopes of minor actinides (MA)), the method being LiF-. Performed in a tank containing a solution of a mixture of spent fuel waste components (such as fission products (FP) and MA) dissolved in a molten salt solution of BeF2 (FLiBe) [Ref. 5]. The transmutation of MA is carried out using energy neutrons resulting from a laser-driven fusion reaction. Real-time monitoring and control of FLiBe, MA and FP contents in transmutation equipment is performed using active laser spectroscopy or laser-driven gamma-ray sources.

さらなる例示的実施形態では、標的は、トリチウムで飽和したカーボンナノチューブから形成される。 In a further exemplary embodiment, the target is formed from tritium-saturated carbon nanotubes.

さらなる例示的実施形態では、重水素またはトリチウム標的は、概固相密度のレーザーイオン化ガスである。それらの標的を形成するために、プレパルスレーザーが、(メインレーザーに先立って)標的をイオン化する[Ref.7およびRef.8]。標的が固相密度のままでありながら、CAILで加速させられた重陽子は、トリチウムまたは重水素と核融合する。 In a further exemplary embodiment, the deuterium or tritium target is a laser ionized gas of approximately solid phase density. To form those targets, a prepulse laser ionizes the targets (prior to the main laser) [Ref. 7 and Ref. 8]. CAIL-accelerated heavy protons fuse with tritium or deuterium while the target remains solid-phase density.

さらなる例示的実施形態では、核変換タンクは、常に未臨界に維持される。未臨界動作が中性子源に負荷をかけ、エネルギー中性子が、密接に結合された配置において生成される((1)ダイヤモンドおよび重陽子からなるナノメートル規模のホイルに照射することによって、CAILプロセスによる重水素ビームを形成し、(2)プレパルスレーザーによって同期的かつ動的にイオン化されたナノメートル規模の「泡」のトリチウムで飽和した標的内に、加速させられた重水素を注入する)。 In a further exemplary embodiment, the transmutation tank is always maintained subcritical. Subcritical actions load the neutron source and energetic neutrons are generated in a tightly coupled arrangement ((1) weight by the CAIL process by irradiating a nanometer-scale foil consisting of diamonds and deuterons. It forms a hydrogen beam and (2) injects accelerated deuterium into a target saturated with nanometer-scale "bubble" tritium that is synchronously and dynamically ionized by a prepulse laser).

レーザー発生の中性子の例示的実施形態の利点は、以下を含む。
a)小サイズのレーザー駆動のイオンビームおよびそれらの標的。
b)時間的かつ空間的に精密な中性子制御。全ての燃料(MA)が中性子源の核分裂の1平均自由行程内にある。
c)高繰り返し率のレーザー。
d)30%の高いレーザーウォールプラグ効率。
Advantages of the exemplary embodiments of laser-generated neutrons include:
a) Small size laser driven ion beams and their targets.
b) Temporally and spatially precise neutron control. All fuel (MA) is within one mean free path of fission of the neutron source.
c) High repeat rate laser.
d) 30% high laser wall plug efficiency.

例示的実施形態では、前段落に記載されたように、レーザー設計は、例えば、<10fs、10mJのパルスエネルギー、20μmを超えるスポットサイズ(最適なa=0.5をもたらす)を伴うパルスを提供するように構成されている。最大100kHzの非常に高いポンプパルスの繰り返し率を可能にするコヒーレント増幅ネットワーク(CAN)レーザーによって、光パラメトリックチャープパルス増幅(「OPCPA」)のためのポンプパルスが、提供される。毎秒100万を超えるパルスを送達するフェムト秒発振器によって、フェムト秒パルスが、生成される。発振器の後、パルスは、数ナノ秒まで拡張される前に最大100kHzの所望の率でピックアップされる。拡張後、パルスは、極低温OPCPAにおいて数十メガジュールのレベルに増幅される。極低温OPCPAは、好ましくは、銅と同程度の極めて高い熱伝導率を呈し、それは、光パラメトリック増幅プロセス中、生成される数十キロワットの熱負荷を逃がすために必要である。スペクトルバンド幅が10fsより短いパルスに対応していると、パルスは、約1ナノ秒まで容易に拡張され得、光パラメトリック増幅によって10mJまで増幅され得る。そのプロセスでは、パルスは、CANシステムによって提供される約1ns継続時間の、>10mJのエネルギーのポンプパルスと混合される。その後、増幅されたチャープパルスは、<10fsのその初期値に戻るように圧縮される。 In an exemplary embodiment, as described in the previous paragraph, the laser design provides, for example, a pulse energy of <10 fs, 10 mJ, a pulse with a spot size greater than 20 μm (which results in optimal a 0 = 0.5). It is configured to provide. A coherent amplification network (CAN) laser that allows for very high pump pulse repetition rates up to 100 kHz provides pump pulses for optical parametric chirped pulse amplification (“OPCPA”). A femtosecond pulse is generated by a femtosecond oscillator that delivers more than one million pulses per second. After the oscillator, the pulse is picked up at the desired rate of up to 100 kHz before being extended to a few nanoseconds. After expansion, the pulse is amplified to a level of tens of megajoules in the cryogenic OPCPA. The cryogenic OPCPA preferably exhibits a very high thermal conductivity comparable to that of copper, which is necessary to dissipate the tens of kilowatts of heat load produced during the optical parametric amplification process. Corresponding to a pulse with a spectral bandwidth shorter than 10 fs, the pulse can be easily extended to about 1 nanosecond and amplified to 10 mJ by optical parametric amplification. In that process, the pulse is mixed with a pump pulse of energy> 10 mJ with a duration of about 1 ns provided by the CAN system. The amplified chirped pulse is then compressed to return to its initial value of <10 fs.

本明細書中で提供される様々な実施形態では、低レベル放射性廃棄物(「LLRW」)の核変換が液体状態において起こり、LLRWは、フッ化リチウム-フッ化ベリリウム(FLiBe)溶融塩中で溶解される。 In the various embodiments provided herein, transmutation of low-level radioactive waste (“LLRW”) occurs in the liquid state, where LLRW is in a lithium fluoride-belylium fluoride (FLLiBe) molten salt. It is dissolved.

本明細書中で提供される様々な実施形態では、核変換マシンは未臨界モードにおいて動作し、中性子源は、核変換を駆動することを常に必要とされる。 In the various embodiments provided herein, the transmutation machine operates in a subcritical mode and the neutron source is always required to drive the transmutation.

ある例示的実施形態では、レーザー分光法を介したレーザー監視が、CANレーザー[Ref.12]によって行われる。 In one exemplary embodiment, laser surveillance via laser spectroscopy is performed by the CAN laser [Ref. 12].

加えて、タンク内のMAおよびFPの同位体の含有量および振る舞いをリアルタイムで追跡するために、レーザー駆動のガンマ線源(俗に、レーザーコンプトンガンマ線と呼ばれる)が、提供される。 In addition, laser-driven gamma-ray sources (commonly referred to as laser Compton gamma rays) are provided to track the content and behavior of MA and FP isotopes in the tank in real time.

さらなる実施形態は、全体の中性子コストを削減するための2-タンク方略(一方のタンクは臨界、他方のタンクは未臨界)を対象としている。2つのタンクは、2つの相互接続されたタンクの組を備える。好ましくは、第一のタンクまたはタンクの組は、Puと、ネプツニウム、アメリシウム、およびキュリウム(Np、Am、Cm)を含むマイナーアクチニド(MA)との混合物を含有するが、第二のタンクまたはタンクの組は、マイナーアクチニド(MA)のみの混合物を含有する。第一のタンクまたはタンクの組は、臨界(keff=1)であるので、外部中性子源は、不要である。さらに、第一のタンクまたはタンクの組は、核分裂生成物の化学的除去の後、使用済み核燃料(PuおよびMA)を使用して燃料を供給される。第一のタンクまたはタンクの組はマイナーアクチニド(MA)とプルトニウム(Pu)とを核変換するために高速中性子(エネルギー>1MeVを伴う非減速核分裂中性子に核融合中性子が加わる)を利用するが、キュリウム(Cm)の濃度は、上昇させられる。あるいは、少量の中性子が、Puの消滅処理を始動するために第一のタンクまたはタンクの組の中に注入され得る。 A further embodiment is directed to a 2-tank strategy (one tank is critical and the other is subcritical) to reduce the overall neutron cost. The two tanks comprises a set of two interconnected tanks. Preferably, the first tank or set of tanks contains a mixture of Pu with minor actinide (MA) containing neptunium, americium, and curium (Np, Am, Cm), but the second tank or tank. The set contains a mixture of minor actinide (MA) only. Since the first tank or set of tanks is critical ( keff = 1), no external neutron source is needed. In addition, the first tank or set of tanks is fueled using spent nuclear fuel (Pu and MA) after chemical removal of fission products. The first tank or tank pair utilizes fast neutrons (non-decelerated fission neutrons with energy> 1 MeV plus fusion neutrons) for transmutation of minor actinides (MA) and plutonium (Pu). The concentration of curium (Cm) is increased. Alternatively, a small amount of neutrons may be injected into the first tank or set of tanks to initiate the Pu annihilation process.

さらなる実施形態では、第一のタンクおよび第二のタンクまたはタンクの組の壁は、ダイヤモンドなどの炭素系材料で作られている。化学的侵食および腐食から壁を保護するために、壁(溶融塩に面している)に隣接した塩は、固化することを可能にされ、溶融塩の壁との直接接触を防止する。 In a further embodiment, the walls of the first tank and the second tank or set of tanks are made of a carbon-based material such as diamond. To protect the wall from chemical erosion and corrosion, the salt adjacent to the wall (facing the molten salt) is allowed to solidify and prevent direct contact of the molten salt with the wall.

さらなる実施形態では、上に記載の核変換装置の実施形態は、二酸化炭素削減の方法およびプロセスに応用され得、全体としてカーボンネガティブとなるような冷却材としての使用、および合成燃料の発生が、示唆される。以下の例示的実施形態では、合成燃料(CH-メタン)は、200~400℃と、Ni、Cu、Ruなどの触媒の存在とを必要とするCO+4H→CH+2HO反応(サバティエ反応)を介して発生させられ得る。COは、大気、海から抽出され得、または、自動車、家、煙突(chimneys
and smokestacks)などの排出源でCOを直接捕獲することによって抽出され得る。溶融塩核変換装置の動作温度範囲は、250~1200℃であり、従って、理想的には、サバティエ反応を駆動しメタンを生成するために必要とされる必要温度を継続的に供給する状態にあり、大気中および海中のCO濃度を安定化および削減するための効率的な道筋を提供する。
In a further embodiment, the embodiments of the transmutation apparatus described above can be applied to carbon dioxide reduction methods and processes, such as use as a cooling material to be carbon negative as a whole, and the generation of synthetic fuels. It is suggested. In the following exemplary embodiment, the synthetic fuel (CH 4 -methane) requires 200-400 ° C. and the presence of catalysts such as Ni, Cu, Ru, etc. CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O reaction. Can be generated via (Sabatier reaction). CO 2 can be extracted from the atmosphere, the sea, or cars, houses, chimneys
It can be extracted by directly capturing CO 2 with a source such as and smokesticks). The operating temperature range of the molten salt nuclear converter is 250-1200 ° C, so ideally it should be in a state to continuously supply the required temperature required to drive the Sabatier reaction and produce methane. It provides an efficient route to stabilize and reduce CO 2 concentrations in the atmosphere and sea.

本明細書に記載の主題の他のシステム、デバイス、特徴、および利点は、当業者にとって明白であるか、または、以下の図面および詳細な説明の検討後、明白となる。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点が本説明内に含まれ、本明細書に記載の主題の範囲内にあり、付属の特許請求の範囲によって保護されることが、意図されている。いかなる場合も、例示的実施形態の特徴は、付属の特許請求の範囲(特許請求の範囲において、それらの特徴の明示的な列挙はない)を限定するものとして解釈されるべきでない。 Other systems, devices, features, and advantages of the subject matter described herein will be apparent to those of skill in the art or will become apparent after consideration of the drawings and detailed description below. All such additional systems, methods, features, and advantages are contained within this description, are within the scope of the subject matter described herein, and are intended to be protected by the appended claims. Has been done. In no case shall the features of the exemplary embodiment be construed as limiting the scope of the accompanying claims (in the claims, there is no explicit enumeration of those features).

(図面の簡単な説明)
構造および動作を含む例示的実施形態の詳細が、付属の図面の検討によって部分的に収集され得、付属の図面中の同様の参照番号は、同様の部分を参照している。図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りとは限らず、むしろ、本開示の原理を図示することに、重点が、置かれている。その上、全ての図示が、概念を伝えることを意図されており、相対サイズ、形状、および他の詳細な属性は、実際通りまたは精密に図示されるのではなく、模式的に図示され得る。
(A brief description of the drawing)
Details of exemplary embodiments, including structure and operation, may be partially collected by review of the accompanying drawings, and similar reference numbers in the accompanying drawings refer to similar parts. The components in the figure are not necessarily on scale, but rather the emphasis is on illustrating the principles of the present disclosure. Moreover, all illustrations are intended to convey the concept, and relative sizes, shapes, and other detailed attributes may be schematically illustrated rather than as they are or precisely.

図1Aは、軸方向に区分化された核変換装置の容器の斜視図を図示している。図1Bは、方位角方向に区分化された核変換装置の容器の断面図を図示している。FIG. 1A illustrates a perspective view of a transmutation vessel container segmented in the axial direction. FIG. 1B illustrates a cross-sectional view of a transmutation device container segmented in the azimuth direction.

図2Aは、中性子源と、単一の隣接したタンクとの斜視図を図示している(中性子は、DT核融合から発生する)。トリチウムが、ガスとして存在し、キーホール内でのレーザー-ホイル相互作用を介して、重陽子が、作り出される。キーホールが、入射窓上に位置している。図2Bは、単一のキーホールアセンブリを図示している。FIG. 2A illustrates a perspective view of a neutron source and a single adjacent tank (neutrons originate from DT fusion). Tritium exists as a gas and deuterons are produced through laser-foil interactions within the keyhole. The keyhole is located on the incident window. FIG. 2B illustrates a single keyhole assembly.

図3Aは、中性子源と、単一の隣接したタンクとの斜視図を図示している(中性子は、DT核融合から発生する)。この実施形態では、レーザー-ホイル相互作用を介して、重陽子が、発生させられ、トリチウムが、キーホールの後方に固体標的を形成する。中性子が発生させられ、重陽子が、固体標的内でトリチウムと相互作用する。キーホールが、中性子源タンク内に位置している。図3Bは、単一のキーホールアセンブリを図示している。FIG. 3A illustrates a perspective view of a neutron source and a single adjacent tank (neutrons originate from DT fusion). In this embodiment, deuterons are generated via a laser-foil interaction and tritium forms a solid target behind the keyhole. Neutrons are generated and deuterons interact with tritium within solid-state targets. The keyhole is located inside the neutron source tank. FIG. 3B illustrates a single keyhole assembly.

図4は、メインレーザーによるレーザー加速器システムと、中性子発生のためのプレパルスによるイオン化チャンバーとの模式図を図示している。FIG. 4 illustrates a schematic diagram of a laser accelerator system with a main laser and a prepulse ionization chamber for neutron generation.

図5は、レーザー加速器システムのためのレーザー発生の模式図を図示している。FIG. 5 illustrates a schematic diagram of laser generation for a laser accelerator system.

図6は、レーザー支援分離および監視を伴う液相型核変換システムの側面図を図示している。FIG. 6 illustrates a side view of a liquid phase transmutation system with laser-assisted separation and monitoring.

図7は、図6に示されたレーザー支援分離および監視を伴う液相型核変換システムの中心溶液タンクの部分詳細図を図示している。FIG. 7 illustrates a partial detail view of the central solution tank of the liquid phase transmutation system with laser-assisted separation and monitoring shown in FIG.

図8は、レーザー支援分離および監視を伴う2ステップ液相型分離および核変換システムの代替の実施形態の側面図を図示している。FIG. 8 illustrates a side view of an alternative embodiment of a two-step liquid phase separation and transmutation system with laser assisted separation and monitoring.

図9は、全体の中性子コストを削減するための2-タンク方略(タンク1は臨界、タンク2は未臨界)を対象とした実施形態を図示している。FIG. 9 illustrates an embodiment for a 2-tank strategy (tank 1 is critical, tank 2 is subcritical) for reducing the overall neutron cost.

図10は、CO_2の化学変換による合成燃料の発生のプロセス(反応を駆動するための熱が核分裂によって発生させられる)を対象とした実施形態を図示している。FIG. 10 illustrates an embodiment for the process of generating synthetic fuels by chemical conversion of CO_2, where the heat to drive the reaction is generated by fission.

図11は、CO_2の化学変換による合成燃料の発生のプロセス(反応を駆動するための熱が核分裂によって発生させられる)を対象とした別の実施形態を図示している。FIG. 11 illustrates another embodiment for the process of generating synthetic fuels by chemical conversion of CO_2, where the heat to drive the reaction is generated by fission.

図12は、CO_2の化学変換による合成燃料の発生のプロセス(反応を駆動するための熱が核分裂によって発生させられる)を対象とした別の実施形態を図示している。FIG. 12 illustrates another embodiment for the process of generating synthetic fuels by chemical conversion of CO_2, where the heat to drive the reaction is generated by fission.

図13は、CO_2の化学変換による合成燃料の発生のプロセス(反応を駆動するための熱が核分裂によって発生させられる)を対象とした別の実施形態を図示している。FIG. 13 illustrates another embodiment for the process of generating synthetic fuels by chemical conversion of CO_2, where the heat to drive the reaction is generated by fission.

全般的に、図面全体を通した図示の目的のために類似の構造または機能の要素が同様の参照番号によって表現されていることが、留意されるべきである。図面が好ましい実施形態の説明を促進することのみが意図されていることも、留意されるべきである。 It should be noted that, in general, elements of similar structure or function are represented by similar reference numbers for the purposes of illustration throughout the drawing. It should also be noted that the drawings are only intended to facilitate the description of the preferred embodiment.

(詳細な説明)
下で開示される追加の特徴および教示の各々は、別個に、または他の特徴および教示と併せて利用され得、中性子の発生のためのレーザー駆動の核融合アプローチを利用して長寿命放射性廃棄物の短寿命放射性核種または安定核種への核変換を促進するシステムおよび方法を提供する。
(Detailed explanation)
Each of the additional features and teachings disclosed below can be utilized separately or in combination with other features and teachings and utilizes a laser-driven fusion approach for neutron generation for long-lived radioactive waste. Provided are systems and methods for facilitating transmutation of objects into short-lived radionuclides or stable nuclides.

その上、本教示の追加の有用な実施形態を提供するために、代表例および従属請求項の様々な特徴が、具体的かつ明示的に列挙されない手法で組み合わされ得る。加えて、原開示の目的だけでなく、実施形態および/または特許請求の範囲における特徴の合成から独立な、主張される主題を制限する目的のために、説明および/または特許請求の範囲において開示される全ての特徴が互いから別個および独立に開示されることが意図されていることが、明確に留意される。原開示の目的だけでなく、主張される主題を制限する目的のために、全ての値範囲、またはエンティティの群の指示があらゆる可能な中間値または中間エンティティを開示することも、明確に留意される。 Moreover, various features of the representatives and dependent claims may be combined in a manner that is not specifically and explicitly listed in order to provide additional useful embodiments of the present teaching. In addition, disclosure within the scope of the description and / or claims, not only for the purposes of the original disclosure, but also for the purpose of limiting the claimed subject matter, independent of the synthesis of features in the embodiments and / or claims. It is clearly noted that all the features to be made are intended to be disclosed separately and independently from each other. It is also expressly noted that the indication of any range of values, or groups of entities, discloses any possible intermediate value or intermediate entity, not only for the purposes of the original disclosure, but also for the purpose of limiting the claimed subject matter. To.

例示的実施形態では、核変換プロセスは、放射性同位体(主に、マイナーアクチニド(MA)の放射性同位体)を核変換するコンパクトデバイスを利用する未臨界動作方法を採用し、方法は、LiF-BeF2(FLiBe)の溶融塩溶液中で溶解された使用済み燃料廃棄物成分(核分裂生成物(FP)およびMAなど)の混合物の溶液を含有するタンク内で行われる。そのようなプロセスは、米国仮特許出願第62/544,666号[Ref.5]に記載されており、米国仮特許出願第62/544,666号は、参照によって本明細書に援用される。MAの核変換は、レーザーによって駆動される核融合反応から生じるエネルギー中性子を使用して実施される。核変換装置内のFLiBe、MAおよびFP含有量のリアルタイムでの監視および制御は、アクティブレーザー分光法またはレーザー駆動のガンマ線源を使用して実行される。 In an exemplary embodiment, the transmutation process employs a subcritical operating method that utilizes a compact device to transmutate radioactive isotopes (mainly the radioactive isotopes of minor actinides (MA)), the method being LiF-. It is carried out in a tank containing a solution of a mixture of used fuel waste components (such as fission products (FP) and MA) dissolved in a molten salt solution of BeF2 (FLiBe). Such a process is described in US Provisional Patent Application No. 62 / 544,666 [Ref. 5], US Provisional Patent Application No. 62 / 544,666 is incorporated herein by reference. The transmutation of MA is carried out using energy neutrons resulting from a laser-driven fusion reaction. Real-time monitoring and control of FLiBe, MA and FP contents in transmutation equipment is performed using active laser spectroscopy or laser-driven gamma-ray sources.

本明細書中で提供される例示的実施形態では、長寿命放射性原子核を短寿命または非放射性核種に核変換するために、中性子は、レーザー駆動の核融合によって発生させられる。 In the exemplary embodiments provided herein, neutrons are generated by laser-driven fusion in order to transmutate long-lived radionuclides into short-lived or non-radioactive nuclides.

さらなる例示的実施形態では、重水素またはトリチウム標的は、概固相密度のレーザーイオン化ガスである。それらの標的を形成するために、プレパルスレーザーが、(メインレーザーに先立って)標的をイオン化する[Ref.7およびRef.8]。標的が固相密度のままでありながら、CAILで加速させられた重陽子は、トリチウムまたは重水素と核融合する。 In a further exemplary embodiment, the deuterium or tritium target is a laser ionized gas of approximately solid phase density. To form those targets, a prepulse laser ionizes the targets (prior to the main laser) [Ref. 7 and Ref. 8]. CAIL-accelerated heavy protons fuse with tritium or deuterium while the target remains solid-phase density.

さらなる例示的実施形態では、核変換タンクは、常に未臨界に維持される。未臨界動作が中性子源に負荷をかけ、エネルギー中性子が、密接に結合された配置において生成される((1)ダイヤモンドおよび重陽子からなるナノメートル規模のホイルに照射することによって、レーザーによるイオンのコヒーレント加速(CAIL)として知られるプロセスによる重水素ビームを形成し、(2)プレパルスレーザーによって同期的かつ動的にイオン化されたナノメートル規模の「泡」のトリチウムで飽和した標的内に、加速させられた重水素を注入する)。 In a further exemplary embodiment, the transmutation tank is always maintained subcritical. Subcritical actions load the neutron source and energetic neutrons are generated in a tightly coupled arrangement ((1) by irradiating a nanometer-scale foil of diamonds and deuterons with laser ions. A process known as coherent acceleration (CAIL) forms a deuterium beam, which is then accelerated into a nanometer-scale "bubble" tritium-saturated target that is synchronously and dynamically ionized by a prepulse laser. Inject the deuterium that has been removed).

図面に移ると、図1Aおよび図1Bは、区分化された核変換装置の容器100を示している。図1Aは、容器100の3つの容器部分100A、100Bおよび100Cへの軸方向および径方向の区分化の代表的な場合を示している。図1Bは、容器100の径方向および方位角方向の区分化の代表的な断面を示している。本実施形態における核変換装置の容器100は、同心の円筒形チャンバーまたはタンク102、104、106、108および110に径方向に区分化されている。方位角方向に区分化されたチャンバー107は、診断法または追加の中性子源のいずれかのために使用される代表的なチャンバーを示している。容器100を区分化することによって、様々なパラメータの制御およびローカライゼーションが、より容易に、かつ/またはより精密に上昇させられ得、様々な区分から制御バルブ(マイナーアクチニドの濃度を調整する)への人工ニューラルネットワークを介したデータフィードバックによって全体的な核変換装置の安全性を上昇させ得る。そのような精密制御は、多くのマイナーアクチニドが安全なまま燃焼されることを最適化する。 Moving on to the drawings, FIGS. 1A and 1B show the container 100 of the transmutation device. FIG. 1A shows a representative case of axial and radial division of the container 100 into three container portions 100A, 100B and 100C. FIG. 1B shows a typical cross section of the container 100 in the radial and azimuth directions. The transmutation vessel 100 in this embodiment is radially subdivided into concentric cylindrical chambers or tanks 102, 104, 106, 108 and 110. The azimuthally segmented chamber 107 represents a representative chamber used for either diagnostics or additional neutron sources. By segmenting the container 100, control and localization of various parameters can be increased more easily and / or more precisely, from the various compartments to the control valve (adjusting the concentration of minor actinides). Data feedback via artificial neural networks can increase the safety of the overall transmutation device. Such precision control optimizes the burning of many minor actinides in a safe manner.

タンクまたはチャンバー110は、重水素またはトリチウムガスからなる加圧されたガスチャンバーであり、第一の同心タンク108および第二の同心タンク106内の自立連鎖反応に点火する中性子源として機能する。第一のタンク106および第二のタンク108は、FLiBe溶融塩およびマイナーアクチニドの混合物を含有する。第三の同心タンク104は、安定核種または短寿命核種に核変換される核分裂生成物を含有する。第四の同心タンク102は、グラファイトの反射材である。 The tank or chamber 110 is a pressurized gas chamber made of deuterium or tritium gas and serves as a neutron source to ignite the self-sustaining chain reaction in the first concentric tank 108 and the second concentric tank 106. The first tank 106 and the second tank 108 contain a mixture of FLiBe molten salt and minor actinide. The third concentric tank 104 contains fission products that are transmuted to stable or short-lived nuclides. The fourth concentric tank 102 is a reflective material of graphite.

図2Aは、タンク212およびその中に位置付けられた中性子源タンク210を有する核変換装置200の単一のアセンブリの部分図を示している。図1A、1Bに示されているように、追加のタンクが、タンク212を包囲し得る。この実施形態では、レーザーパルス214が、鏡220上に発射され、鏡220によってキーホール218に、およびキーホール218内に向けられる。例えば、数千のレーザーパルスおよびキーホールチャンバーなどの複数の個別のレーザーパルス214およびキーホールチャンバー218が、提供される。個別のキーホールチャンバー218の拡大詳細図が、図2Bに示されている。キーホール218は、真空に保たれている。レーザーパルス214は、レーザー窓222を通過し、ナノメートル規模のホイル材224に照射する。ナノメートル規模のホイル材224は、重水素化ダイヤモンドで作られており、1ナノメートルまたはそれより大きな厚み、好ましくは、約1~10ナノメートルの厚みである。イオンのコヒーレント加速(CAIL)として知られる物理プロセス[例えば、Ref.9およびRef.24を参照]は、ナノメートル規模のホイル材224からの重陽子および炭素イオンを重陽子ビーム216として中性子源タンク210の中心に向かう方向に加速させる。達成される最大エネルギーは、式1.0によって与えられる[例えば、Ref.10、Ref.11を参照]。

Figure 2020051376000001
ここで、典型的に、α=3、mc=0.511MeVであり、a~0.5であり、他の条件に依存している。従って、最大エネルギーは、重水素に関して0.41MeVであり、炭素イオンに関して2.5MeVである。重陽子ビーム216は、中性子源タンク210内でトリチウムと核融合し、中性子226を発生させる。 FIG. 2A shows a partial view of a single assembly of a transmutation device 200 with a tank 212 and a neutron source tank 210 located therein. As shown in FIGS. 1A and 1B, an additional tank may surround the tank 212. In this embodiment, the laser pulse 214 is fired onto the mirror 220 and directed by the mirror 220 into and into the keyhole 218. For example, a plurality of individual laser pulses 214 and keyhole chambers 218, such as thousands of laser pulses and keyhole chambers, are provided. An enlarged detailed view of the individual keyhole chambers 218 is shown in FIG. 2B. The keyhole 218 is kept in vacuum. The laser pulse 214 passes through the laser window 222 and irradiates the nanometer-scale foil material 224. The nanometer-scale foil material 224 is made of deuterated diamond and has a thickness of 1 nanometer or greater, preferably about 1-10 nanometers. A physical process known as ion coherent acceleration (CAIL) [eg Ref. 9 and Ref. 24] accelerates deuterons and carbon ions from the nanometer-scale foil material 224 toward the center of the neutron source tank 210 as a deuteron beam 216. The maximum energy achieved is given by equation 1.0 [eg Ref. 10, Ref. See 11.].
Figure 2020051376000001
Here, typically, α = 3, mc 2 = 0.511 MeV, a 0 to 0.5, and it depends on other conditions. Therefore, the maximum energy is 0.41 MeV for deuterium and 2.5 MeV for carbon ions. The deuteron beam 216 fuses with tritium in the neutron source tank 210 to generate neutron 226.

図3Aおよび図3Bは、中性子発生の代替の実施形態を示している。図2Aおよび図2Bに関して上に記載されたような、重陽子ビーム216として重陽子を加速させるCAILの物理プロセスが、依然として使用される。図3Aに描写されているように、核変換装置200の単一のアセンブリは、タンク212およびその中に位置付けられた中性子源タンク210を含む。図1Aおよび1Bに示されているように、追加のタンクが、タンク212を包囲し得る。この実施形態では、先の実施形態と同様に、レーザーパルス214が、鏡220上に発射され、鏡220によってキーホール218に、およびキーホール218内に向けられる。例えば、数千のレーザーパルスおよびキーホールチャンバーなどの複数の個別のレーザーパルス214およびキーホールチャンバー218が、提供される。個別のキーホールチャンバー218の拡大詳細図が、図3Bに示されている。キーホール218は、真空に保たれている。レーザーパルス214は、レーザー窓222を通過し、ナノメートル規模のホイル材224に照射する。ナノメートル規模のホイル材224は、重水素化ダイヤモンドで作られており、約1ナノメートルまたはそれより大きな厚みである。CAILプロセスは、ナノメートル規模のホイル材224からの重陽子および炭素イオンを重陽子ビーム216として加速させる。重陽子ビーム216は、中性子源タンク210の中に注入されるのではなく、キーホール218の後端にある固体チタン-トリチウム標的228上に注入され、中性子226が放出されることをもたらす。キーホール218は、中性子源タンク210への入射窓211、および中性子源タンク210内に位置付けられている。レーザーパルス214は、入射窓222を介してキーホール214に入り、ナノメートル規模のホイル224と相互作用し、重陽子ビーム216を作り出す。 3A and 3B show alternative embodiments of neutron generation. CAIL's physical process of accelerating deuterons as the deuteron beam 216, as described above for FIGS. 2A and 2B, is still used. As depicted in FIG. 3A, a single assembly of transmutation device 200 includes a tank 212 and a neutron source tank 210 located therein. As shown in FIGS. 1A and 1B, an additional tank may surround the tank 212. In this embodiment, as in the previous embodiment, the laser pulse 214 is emitted onto the mirror 220 and directed by the mirror 220 into and into the keyhole 218. For example, a plurality of individual laser pulses 214 and keyhole chambers 218, such as thousands of laser pulses and keyhole chambers, are provided. An enlarged detailed view of the individual keyhole chambers 218 is shown in FIG. 3B. The keyhole 218 is kept in vacuum. The laser pulse 214 passes through the laser window 222 and irradiates the nanometer-scale foil material 224. The nanometer-scale foil material 224 is made of deuterated diamond and is about 1 nanometer or thicker. The CAIL process accelerates deuteron and carbon ions from the nanometer-scale foil material 224 as a deuteron beam 216. The deuteron beam 216 is not injected into the neutron source tank 210, but is injected onto the solid titanium-tritium target 228 at the rear end of the keyhole 218, resulting in the emission of neutrons 226. The keyhole 218 is located in the incident window 211 to the neutron source tank 210 and in the neutron source tank 210. The laser pulse 214 enters the keyhole 214 through the incident window 222 and interacts with the nanometer-scale foil 224 to create a deuteron beam 216.

図4は、図2Bおよび図3Bに示されたような単一のキーホール218内でのレーザー-ホイル相互作用を詳細に図示している。描写されているように、レーザーパルス214は、レーザー入射窓222を既に通過している(図2Bおよび図3Bを参照)。例えばCANレーザー[Ref.12]などからのレーザーパルス214は、ナノメートル規模のホイル224に照射し、ホイル224の静電的な引き戻し力を上回る主に前進方向へのポンデロモーティブ力によるCAILをもたらす。その後、長手方向の電場(示されていない)が、加圧されたガスチャンバー210内に向けて重陽子および炭素ビーム216を加速させる(例えば、図2Aおよび図3Aを参照)。加速させられた重水素ビーム216は、チャンバー210内のトリチウムガスと衝突および核融合し、それによって、例えば、約14MeVのエネルギーを有する中性子などのエネルギー中性子226を発生させる。中性子226は、等方的に発散し、マイナーアクチニドの核分裂が、中性子源タンク(例えば、図1Aおよび図1Bのタンク110、図2Aおよび図3Aのタンク210を参照)を囲んでいるタンク(例えば、図1Aおよび図1Bのタンク108および106、図2Aおよび図3Aのタンク212を参照)内で起こる。 FIG. 4 illustrates in detail the laser-foil interaction within a single keyhole 218 as shown in FIGS. 2B and 3B. As depicted, the laser pulse 214 has already passed through the laser incident window 222 (see FIGS. 2B and 3B). For example, CAN laser [Ref. The laser pulse 214 from 12] or the like irradiates the foil 224 on the nanometer scale, resulting in CAIL mainly due to the ponderomotive force in the forward direction, which exceeds the electrostatic pull-back force of the foil 224. A longitudinal electric field (not shown) then accelerates the deuteron and carbon beam 216 into the pressurized gas chamber 210 (see, eg, FIGS. 2A and 3A). The accelerated deuterium beam 216 collides and fuses with the tritium gas in chamber 210, thereby generating energy neutrons 226, such as neutrons with an energy of about 14 MeV. The neutron 226 is isotropically emitted and the fission of the minor actinide surrounds the neutron source tank (see, eg, tank 110 in FIGS. 1A and 1B, tank 210 in FIGS. 2A and 3A) (eg, see tank 210 in FIGS. 1A and 1B). , See tanks 108 and 106 of FIGS. 1A and 1B, tanks 212 of FIGS. 2A and 3A).

代替の実施形態では、中性子タンク210は、トリチウムで飽和したカーボンナノチューブ(CNT)からなる。重陽子ビームが概固相密度においてイオン化トリチウムプラズマと核融合するために、プレパルスレーザー230および232が、超閾イオン化領域内のレーザーエネルギーをタンク210に照射し、それを貫通し、トリチウムで飽和したCNTをイオン化し[Ref.7、Ref.8]、短時間、炭素およびトリチウムのイオン化ガスを概固相密度に維持する。レーザー230および232は、重陽子加速のために使用されるメインレーザー214とは別物である。(重陽子を加速させる)レーザーメインパルスと(CNT+トリチウムのイオン化のための)プレパルスレーザーとは、同期されていなければならず、それによって、重陽子ビームは、プレパルスを遅らせ、イオン化は、重陽子ビームの直前に起こる。この同期スキームでは、プレパルスレーザー230は、プレパルスレーザー232より先に発射される。このアプローチは、重水素-トリチウムを高速中性子に変換するための高効率的な手法を提供する。プレパルスイオン化レーザーに関するエネルギーの例示的数字は、1022 1/ccのCNT密度、10-7cmのレーザースポットサイズ、および100cmの照射長に関して100~300mJと概算される。 In an alternative embodiment, the neutron tank 210 consists of tritium-saturated carbon nanotubes (CNTs). Prepulse lasers 230 and 232 irradiate the tank 210 with laser energy within the superthreshold ionization region, penetrate it, and saturate with tritium in order for the heavy proton beam to fuse with the ionized tritium plasma at the approximate solid phase density. Ionize CNT [Ref. 7. Ref. 8], the ionized gas of carbon and tritium is maintained at the approximate solid phase density for a short time. Lasers 230 and 232 are separate from the main laser 214 used for deuteron acceleration. The laser main pulse (accelerating deuteron) and the prepulse laser (for ionization of CNT + tritium) must be synchronized so that the deuteron beam delays the prepulse and the ionization is deuteron. Occurs just before the beam. In this synchronization scheme, the prepulse laser 230 is fired before the prepulse laser 232. This approach provides a highly efficient method for converting deuterium-tritium to fast neutrons. An exemplary number of energies for a prepulse ionized laser is estimated to be 100-300 mJ for a CNT density of 10 22 1 / cc, a laser spot size of 10-7 cm 2 , and an irradiation length of 100 cm.

代替の実施形態では、単一サイクルのレーザー加速[Ref.13、Ref.14]も、使用され得る。 In an alternative embodiment, a single cycle of laser acceleration [Ref. 13, Ref. 14] can also be used.

代替の実施形態では、図2A中のガス中性子源タンク210は、重水素ガスに置換される。 In an alternative embodiment, the gas neutron source tank 210 in FIG. 2A is replaced with deuterium gas.

代替の実施形態では、図3B中の固体チタン-トリチウム標的228は、チタン-重水素標的に置換される。 In an alternative embodiment, the solid titanium-tritium target 228 in FIG. 3B is replaced with a titanium-deuterium target.

代替の実施形態では、図3B中の固体チタン-トリチウム標的228は、チタンに置換される。重陽子ビーム216は、チタンの固体標的228と相互作用し、その格子内に埋め込まれたまま残り、ビーム216内の後続の重陽子が、既に埋め込まれている重陽子と衝突および核融合し、中性子226を発生させる。 In an alternative embodiment, the solid titanium-tritium target 228 in FIG. 3B is replaced with titanium. The deuteron beam 216 interacts with the solid target of titanium 228 and remains embedded within its lattice, with subsequent deuterons within the beam 216 colliding and fusion with the already embedded deuterons. Generates neutron 226.

例示的実施形態では、従来技術[Ref.15]から概算されるレーザー設計パラメータは、強度I=1017W/cm、レーザー波長=1μm、パルス継続時間=5~10fs、ビーム幅=5~10μmを含む。レーザーは、線形偏光している。加えて、ホイル224(図2B、3B、4Aおよび4Bを参照)の厚みは、好ましくは、式2.0によって提供される。

Figure 2020051376000002
ここで、臨界密度は、
Figure 2020051376000003
であり、I=1.37 1018W/cmであり、λは、レーザー波長である[Ref.16]。 In an exemplary embodiment, the prior art [Ref. Laser design parameters estimated from 15] include intensity I = 10 17 W / cm 2 , laser wavelength = 1 μm, pulse duration = 5-10 fs, beam width = 5-10 μm. The laser is linearly polarized. In addition, the thickness of the foil 224 (see FIGS. 2B, 3B, 4A and 4B) is preferably provided by formula 2.0.
Figure 2020051376000002
Here, the critical density is
Figure 2020051376000003
I 0 = 1.37 10 18 W / cm 2 , and λ is the laser wavelength [Ref. 16].

さらに、例示的実施形態では、加速される重陽子ビームに関する設計パラメータは、30~200keVの範囲内にある。この範囲に関して、クーロン衝突率は、核融合率より10倍高い。1回のクーロン衝突中、重陽子は、平均で、そのエネルギーの4%を失い、すなわち、エネルギーが、トリチウムなどの標的に伝達される。従って、最適な重陽子エネルギーは200keVであり、発明者らは、核融合が行われる以前に10回のクーロン衝突を仮定した。D-T核融合の断面積は、60keVで最大8バーンである。 Further, in an exemplary embodiment, the design parameters for the deuteron beam to be accelerated are in the range of 30-200 keV. In this range, the Coulomb collision rate is 10 times higher than the fusion rate. During a single Coulomb collision, deuterons lose, on average, 4% of their energy, i.e., energy is transferred to targets such as tritium. Therefore, the optimum deuteron energy is 200 keV, and the inventors assumed 10 Coulomb collisions before fusion took place. The cross section of DT fusion is up to 8 burns at 60 keV.

高繰り返し率の高効率CANレーザー[Ref.12]は、光学素子の組(例えば、鏡220(図2Aおよび図3A)を参照)によってナノメートル規模のホイル標的224(図2B、3B、4Aおよび4B)に誘導される。強力レーザーパルスの繰り返し率は、50%の高効率で送達されるとき、100kHzである。そのようなレーザーは、診断システムとして以前に提案されている[例えば、Ref.17を参照]。典型的な200kWのパワーは、1017中性子/sを送達すると予想される。そのような中性子フラックスは、10MW核変換装置を駆動するのに十分である[例えば、Ref.17を参照]。 High efficiency CAN laser with high repetition rate [Ref. 12] is guided to a nanometer-scale foil target 224 (FIGS. 2B, 3B, 4A and 4B) by a set of optical elements (see, eg, mirror 220 (FIG. 2A and FIG. 3A)). The repetition rate of the intense laser pulse is 100 kHz when delivered with a high efficiency of 50%. Such lasers have been previously proposed as diagnostic systems [eg Ref. See 17.]. A typical 200 kW power is expected to deliver 10 17 neutrons / s. Such a neutron flux is sufficient to drive a 10 MW transmutation device [eg Ref. See 17.].

レーザー駆動の中性子効率が、表1に示される。

Figure 2020051376000004
Laser-driven neutron efficiencies are shown in Table 1.
Figure 2020051376000004

図5は、核変換装置のためのレーザーシステム500の詳細を図示している。CPA[Ref.18]型XCAN504[Ref.12、Ref.19]は、OPCPA506[Ref.20]のための高エネルギー高ポンプパルスを提供する。最大100kHzの非常に高いポンプパルスの繰り返し率を可能にするXCANレーザーによって、パルスが、発生させられる。毎秒100万を超えるパルスを送達するフェムト秒発振器502によって、フェムト秒パルスが、生成される。発振器の後、パルスは、数ナノ秒まで拡張される前に最大100kHzの所望の率でピックアップされる。拡張後、パルスは、極低温OPCPAにおいて数十メガジュールのレベルに増幅される。その後、増幅されたチャープパルスは、<10fsのその初期値に戻るように圧縮される。 FIG. 5 illustrates the details of the laser system 500 for a transmutation device. CPA [Ref. 18] Type XCAN504 [Ref. 12, Ref. 19] is OPCPA506 [Ref. 20] provides a high energy high pump pulse for. Pulses are generated by the XCAN laser, which allows for very high pump pulse repetition rates up to 100 kHz. A femtosecond pulse is generated by a femtosecond oscillator 502 that delivers more than one million pulses per second. After the oscillator, the pulse is picked up at the desired rate of up to 100 kHz before being extended to a few nanoseconds. After expansion, the pulse is amplified to a level of tens of megajoules in the cryogenic OPCPA. The amplified chirped pulse is then compressed to return to its initial value of <10 fs.

極低温OPCPAは、好ましくは、銅と同程度の極めて高い熱伝導率を呈し、それは、光パラメトリック増幅プロセス中、生成される数十キロワットの熱負荷を逃がすために必要である。スペクトルバンド幅が10fsより短いパルスに対応しているとき、パルスは、約1ナノ秒まで容易に拡張され得、光パラメトリック増幅によって10mJまで増幅され得る。そのプロセスでは、パルスは、CANシステムによって提供される約1ns継続時間の、>10mJのエネルギーのポンプパルスと混合される。 The cryogenic OPCPA preferably exhibits a very high thermal conductivity comparable to that of copper, which is necessary to dissipate the tens of kilowatts of heat load produced during the optical parametric amplification process. When the spectral bandwidth corresponds to a pulse shorter than 10 fs, the pulse can be easily extended to about 1 nanosecond and amplified to 10 mJ by optical parametric amplification. In that process, the pulse is mixed with a pump pulse of energy> 10 mJ with a duration of about 1 ns provided by the CAN system.

核変換レーザーは、CPA[Ref.18]、CAN[Ref.12、Ref.19]、OPCPA[Ref.20、Ref.21]、および極低温冷却された非線形結晶[Ref.22]の4つのレーザー技術を組み合わせる。図5に示されているように、代替として、薄ディスク増幅器[Ref.23]が、CAN504に置き換わり得る。核変換装置のためのレーザーシステムは、好ましくは、以下を行うことが可能である。
a.例えば、5μmのスポットサイズを伴う約5×1017W/cm2の強度、またはa=0.5に対応するピークパワーを送達すること。
b.例えば、<10fs、10mJ、10~100kHzの範囲内の非常に高い繰り返し率、または100kWに到達し得る平均パワーのパルスを生成すること。
The transmutation laser is CPA [Ref. 18], CAN [Ref. 12, Ref. 19], OPCPA [Ref. 20, Ref. 21], and a non-linear crystal cooled at a very low temperature [Ref. 22] The four laser technologies are combined. As shown in FIG. 5, as an alternative, a thin disk amplifier [Ref. 23] can be replaced by CAN504. A laser system for a transmutation device is preferably capable of doing the following:
a. For example, delivering an intensity of about 5 × 10 17 W / cm2 with a spot size of 5 μm, or a peak power corresponding to a 0 = 0.5.
b. For example, to generate a pulse with a very high repetition rate in the range of <10 fs, 10 mJ, 10-100 kHz, or an average power that can reach 100 kW.

核変換装置のためのレーザーシステムの追加の特徴は、以下を含む。
c.OPCPAは、パワーを平均化することに適している。より効率的に非線形結晶を冷却し、結晶の熱伝導率を上昇させるために、結晶は、極低温冷却されたヒートシンク上に載置される。前述のように、極低温では、液体窒素の温度での、またはそれより低い温度での結晶の熱伝導率は、劇的に上昇し、銅の熱伝導率の値に到達する[Ref.22]。
d.OPCPA[Ref.20、Ref.21]は、10fs領域内のパルスの発生を可能にする。CAN[Ref.12、Ref.19]によってポンプされるとき、コヒーレントネットワーク増幅器が、例えば10~100kHzにおいて10mJのレベルまでシードパルスを増幅するためにおそらく利用され得る。
e.例えば、100kWまたはそれより多くを必要とする用途のために、N個の同一システムが、並列に構成可能である。しかしながら、そのような用途は、レーザーが位相制御されることを必要としない。
f.CANシステムの代替として、増幅器をポンプすることは、薄ディスクレーザーシステム[Ref.23]によって置換され得る。
Additional features of the laser system for transmutation equipment include:
c. OPCPA is suitable for averaging power. In order to cool the non-linear crystal more efficiently and increase the thermal conductivity of the crystal, the crystal is placed on a heat sink that has been cooled to a very low temperature. As mentioned above, at very low temperatures, the thermal conductivity of crystals at or below the temperature of liquid nitrogen increases dramatically, reaching the value of thermal conductivity of copper [Ref. 22].
d. OPCPA [Ref. 20, Ref. 21] enables the generation of pulses in the 10 fs region. CAN [Ref. 12, Ref. When pumped by 19], a coherent network amplifier can probably be utilized to amplify the seed pulse to a level of 10 mJ, for example at 10-100 kHz.
e. For example, for applications that require 100 kW or more, N identical systems can be configured in parallel. However, such applications do not require the laser to be phase controlled.
f. As an alternative to the CAN system, pumping the amplifier is a thin disk laser system [Ref. 23] can be replaced.

図6は、分光法、アクティブ監視、および核分裂生成物の分離の目的のためのレーザー動作システム600を示している。構成要素Aは、(適切に束になった)CANレーザーであり、構成要素Bは、(パワーレベル、振幅形状、周期および位相、相対動作、方向などのレーザープロパティを制御する)CANレーザーのモジュレータ/コントローラであり、構成要素Cは、監視および分離の両方(または溶媒の化学作用の制御)を行うために中心タンク(構成要素Kを参照)内の溶液および溶媒に照射するレーザー光線であり、構成要素Dは、核変換装置E[Ref.5](核融合生成の高エネルギー中性子を発散させる)によって分離および核変換されるべき(Am、Cm、Npなどの)超ウランイオンを含む溶媒を含有する溶液であり、構成要素Fは、核融合源(すなわち、核変換装置E)と核分裂生成物との両方からの中性子を止める水であり、構成要素Gは、(溶液が含有される中心タンク内でのレーザーの化学作用による分離の例としての)中心タンクの底にある沈殿物から取り出されるべき析出物であり、構成要素Hは、この時点、この特定のタンク内で核変換されなくてよい不要な沈殿した元素であり、それらは、別のタンクに移送されるべきであり、再び、さらに分離および核変換されるためにこれと同様の溶液中にあるものであり、構成要素Iは、FPのスペクトルなどの監視情報の信号を登録および制御するフィードバックANN回路およびコンピュータであり、構成要素Jは、伝送されるCANレーザー信号(振幅、位相および周波数、ならびに偏向など)の検出器であり、構成要素Kは、中心タンク内の核融合または核分裂のいずれかによって発生させられるエネルギー中性子のほとんど自由な透過を可能にする中心タンクの「薄い」第一の壁であり、構成要素Lは、物質および中性子全体を含有する十分に厚い壁を伴う外側タンクである。中心タンクKおよび外側タンクLの両方は、CANレーザー監視に加えて、温度、圧力、ならびになんらかの追加の物理学的および化学的情報の適切なモニタを搭載し、核変換装置の状態を監視し、それに関する警告を提供し、リアルタイム式バルブ、電気スイッチなどの適切な安全装置を使用してタンクが「ボード」を超えること(暴走イベントなど)を回避する。構成要素Qは、熱交換器であり、構成要素Mは、熱を電気に変換する。 FIG. 6 shows a laser operating system 600 for spectroscopy, active monitoring, and fission product separation purposes. Component A is a CAN laser (properly bundled), and component B is a modulator of a CAN laser (which controls laser properties such as power level, amplitude shape, period and phase, relative motion, direction, etc.). / Controller, component C is a laser beam that irradiates the solution and solvent in the central tank (see component K) for both monitoring and separation (or control of solvent chemistry). The element D is a nuclear conversion device E [Ref. 5] A solution containing a solvent containing superuranium ions (Am, Cm, Np, etc.) to be separated and nuclear-converted by (dissipating high-energy neutrons produced by fusion), wherein component F is the nucleus. Water that stops neutrons from both the fusion source (ie, the nuclear converter E) and the fission products, component G is an example of chemical separation of the laser in the central tank containing the solution. The deposits to be removed from the deposits at the bottom of the central tank (as), the component H is an unwanted precipitated element that does not have to be nuclear converted in this particular tank at this time. , Should be transferred to another tank, and again in a similar solution for further separation and nuclear conversion, component I signals of monitoring information such as FP spectra. A feedback ANN circuit and computer that registers and controls, component J is a detector for the transmitted CAN laser signal (amplification, phase and frequency, and deflection, etc.), and component K is the core in the central tank. The "thin" first wall of the central tank, which allows for almost free transmission of energy neutrons generated by either fusion or fission, component L is a sufficiently thick wall containing the entire material and neutrons. It is an outer tank with. Both the central tank K and the outer tank L are equipped with appropriate monitors for temperature, pressure, and any additional physical and chemical information in addition to CAN laser monitoring to monitor the status of the nuclear converter. Provide warnings about it and use appropriate safety devices such as real-time valves, electric switches to prevent the tank from crossing the "board" (runaway events, etc.). The component Q is a heat exchanger, and the component M converts heat into electricity.

動作が開始すると、中心タンクKおよび外側タンクL内の加熱された溶液および水は、望まれるように、モーターによって(または、おそらく、タンク内の適切なチャンネルもしくはそれらの均等物によって)その状態に維持され得、過剰熱は、取り出され、構成要素Mによって電気(または化学)エネルギーに変換される。 When operation begins, the heated solution and water in the central tank K and the outer tank L are brought into that state by the motor (or perhaps by the appropriate channels in the tank or their equivalents) as desired. Can be maintained, excess heat is removed and converted into electrical (or chemical) energy by component M.

図8を参照すると、システム800内の構成要素Pは、分けられた分離器タンクと核変換装置タンクとを接続しているパイプ(およびタンク間の流れを制御するパイプのバルブ)である。構成要素Oは、核変換装置タンクの中に注入された分離されたMAの溶解域である。構成要素D内に残された残留核分裂生成物は、パイプ構成要素Rを通って格納タンク構成要素S内に送り出される。 Referring to FIG. 8, the component P in the system 800 is a pipe (and a valve of the pipe that controls the flow between the tanks) connecting the separated separator tank and the transmutation device tank. Component O is the dissolved area of the separated MA injected into the transmutation tank. The residual fission product left in the component D is sent out into the storage tank component S through the pipe component R.

図7を参照すると、システム700において、中心タンクKは、(酸などの)適当な溶液によって液化されたもとの使用済み燃料から抽出された超ウランの溶液Dを含有する。プロセスのこのステージでは、発明者らは、UおよびPuが(PUREXなどの)公知のプロセスによって溶液Dから既に抽出されていることを仮定している。従って、溶液Dは、核分裂生成物(Cs、Sr、I、Zr、TcなどのFP)などの他の元素を含み得る。超ウランがそうであるように、それらの元素は、中性子を吸収する傾向にあり得るが、必ずしも中性子を増殖させない。従って、FPは、CANレーザーAおよび他の化学的手段の援助を伴って、化学反応およびレーザー化学作用などによって中心タンクK内の溶液Dから排除される必要がある。それらの元素が追加の化学品および/またはCANレーザーからの化学励起などによって析出した場合、析出された化学品の成分は、核分裂生成物などのそのような元素の処理のためにこの中心タンクKから別のタンクに除去され得る。 Referring to FIG. 7, in system 700, the central tank K contains a solution D of transuranium extracted from the original spent fuel liquefied with a suitable solution (such as acid). At this stage of the process, the inventors assume that U and Pu have already been extracted from solution D by a known process (such as PUREX). Therefore, solution D may contain other elements such as fission products (FPs such as Cs, Sr, I, Zr, Tc). As with transuranium, these elements can tend to absorb neutrons, but they do not necessarily multiply neutrons. Therefore, the FP needs to be removed from the solution D in the central tank K, such as by a chemical reaction and laser chemistry, with the help of CAN laser A and other chemical means. If those elements are precipitated by additional chemicals and / or by chemical excitation from a CAN laser, the components of the precipitated chemicals are the components of this central tank K for the treatment of such elements such as fission products. Can be removed from to another tank.

分離プロセスの完了後、超ウラン(主にAm、Cm、Np)は、核変換装置Eからの中性子を照射される。それらの超ウランは異なる同位体を有し得るが、それらはそれらの原子番号においてウランを上回っているので、それらの全ては、放射性同位体である。核変換装置Eからの中性子、または超ウランの核分裂から生じた中性子のいずれかが、中性子が超ウランの原子核に吸収されたとき、超ウランの核変換に寄与する。 After the separation process is complete, the transuranium (mainly Am, Cm, Np) is irradiated with neutrons from the transmutation device E. All of them are radioactive isotopes because their transuraniums can have different isotopes, but they exceed uranium in their atomic number. Either the neutrons from the transmutation device E or the neutrons generated from the fission of superuranium contribute to the transmutation of superuranium when the neutrons are absorbed by the nuclei of superuranium.

図8に移ると、核変換装置ならびにレーザーモニタおよび分離器システム800は、2つの別個のタンクを含み、分離および核変換プロセスを2つの異なるタンクに分けている。例えば、(レーザーモニタが取り付けられた)分離器は右側にあるが、核変換装置は、左側にある。2つのシステムは、伝送パイプおよびバルブ(構成要素P)によって接続されており、構成要素Pは、沈殿した(または分離された)超ウラン(MA)を右側の分離器タンクから左側の核変換装置タンク内に伝送するために使用される。新たなキャリア液体(構成要素O)は、好ましくは、TAのみを含有し(または、それを主として含有し)、右側の分離器タンク内で分離された核分裂生成物をもはや含まない。分離は、化学的分離の目的のために(例えば)MA原子内電子を励起するように動作する従前の化学的方法または(CANレーザーに基づく)レーザーのいずれかによって成し遂げられる。左側の中心タンクDは、主としてMA溶液(または、MA溶液のみ)を有している。液体から除外された元素は、パイプ(構成要素R)において格納タンク(構成要素S)内に輸送されるFPを主に含有する。そのようなFPは、埋設処理のために固化材の中に集約され得る[Ref.22およびRef.23]。 Moving on to FIG. 8, the transmutation device and the laser monitor and separator system 800 include two separate tanks, dividing the transmutation and transmutation process into two different tanks. For example, the separator (with a laser monitor attached) is on the right side, while the transmutation device is on the left side. The two systems are connected by transmission pipes and valves (component P), which transmutes the precipitated (or separated) transuranium (MA) from the separator tank on the right to the transmutation device on the left. Used for transmission into the tank. The new carrier liquid (component O) preferably contains only TA (or predominantly it) and no longer contains fission products separated in the right separator tank. Separation is accomplished either by conventional chemical methods that act to excite (eg) MA intraatomic electrons for the purpose of chemical separation or by a laser (based on a CAN laser). The central tank D on the left side mainly has MA solution (or MA solution only). The element excluded from the liquid mainly contains FP transported into the storage tank (component S) in the pipe (component R). Such FPs can be aggregated in the solidifying material for burial treatment [Ref. 22 and Ref. 23].

超ウランによる中性子捕獲によって核分裂が起こるとき、原子核分裂からの高エネルギー収率が、(一核分裂あたり200MeVの範囲などと)典型的に予想される。他方、核融合の中性子エネルギーは、15MeVを超えない。中心タンク内の核融合中性子と核分裂イベントとの両方が、タンク内に熱をもたらす。溶液は、概して、対流(自身による対流、または外部駆動のモーターによる対流(必要な場合)のいずれか)によって熱を混合する。抽出される熱の輸送装置および抽出装置、すなわち構成要素Mは、中心タンク内で発生させられた熱を除去し、それを電気エネルギーに変換する。バルブおよび他のノブを制御することによって、およびCAN動作によってタンクのパラメータにフィードバックを行う監視および制御目的のために、それらのプロセスは、物理的(タンク内の溶液の温度、圧力など)および化学的(CANレーザー監視を通した溶液中の様々な分子、原子、およびイオンの化学的状態など)の両方からリアルタイムで監視される必要がある。 When fission occurs due to neutron capture by transuranium, high energy yields from fission are typically expected (for example, in the range of 200 MeV per fission). On the other hand, the neutron energy of fusion does not exceed 15 MeV. Both fusion neutrons and fission events in the central tank bring heat into the tank. The solution generally mixes heat by convection (either by itself or by an externally driven motor (if required)). The heat transport device and extraction device to be extracted, that is, the component M, removes the heat generated in the central tank and converts it into electrical energy. For monitoring and control purposes, by controlling valves and other knobs, and by providing feedback to tank parameters by CAN operation, those processes are physical (temperature, pressure, etc. of the solution in the tank) and chemical. It needs to be monitored in real time from both targets (such as the chemical states of various molecules, atoms, and ions in solution through CAN laser monitoring).

典型的な原子炉は、50GWdのパワーを発生させるウラン1トンにつき以下の使用済み燃料核廃棄物を発生させる[Ref.22およびRef.23]。この動作中の核廃棄物は、約2.5kgの超ウラン(Np、Am、Cm)、および約50kgの核分裂生成物である。2.5kgの量のMA(マイナーアクチニド、すなわち超ウラン)は、約100molであり、概ね6×1025個のMA原子である。これは、一秒あたり約7×1020個のMAの原子に及び、概ね1秒に1021個のMA原子に及ぶ。レーザーで各原子を励起するために各MA原子ごとに一光子(eV)の吸収が必要とされる場合、これは、約1kWのレーザーパワーに換算される。ηをレーザーの一光子によるMA原子の励起の効率とする。このとき、一秒につき上の量の全てのMA原子によって吸収されるべきレーザーのパワーPは、
P~(1/η)kW
である。
A typical nuclear reactor produces the following spent fuel nuclear waste per ton of uranium producing a power of 50 GWd [Ref. 22 and Ref. 23]. The nuclear waste in this operation is about 2.5 kg of transuranium (Np, Am, Cm) and about 50 kg of fission products. An amount of 2.5 kg of MA (minor actinide, or transuranium) is about 100 mol, which is approximately 6 × 1025 MA atoms. This spans approximately 7 × 1020 MA atoms per second and approximately 1021 MA atoms per second. If absorption of one photon (eV) is required for each MA atom to excite each atom with a laser, this translates into a laser power of about 1 kW. Let η be the efficiency of excitation of MA atom by one photon of laser. At this time, the power P of the laser to be absorbed by all the MA atoms in the above amount per second is
P ~ (1 / η) kW
Is.

η~0.01の場合、Pは、約100kWである。この量は、小さくない。他方、効率的かつ大きなフルエンスのCANレーザー技術[Ref.12]を取り入れると、それは、技術が到達する範囲内にある。典型的な化学的誘起では、発明者らは、レーザーがcwまたは非常に長いパルスのいずれかに近くあり得、それによって、ファイバーレーザーの効率およびフルエンスがその最大であることを想定している。適当な共鳴、または具体的な周波数を満足するために、ファイバーレーザーの周波数は、(おそらく、動作に先立って)具体的な値に同調させられる必要がある。 In the case of η to 0.01, P is about 100 kW. This amount is not small. On the other hand, efficient and large fluence CAN laser technology [Ref. 12] is incorporated and it is within the reach of the technology. In a typical chemical induction, the inventors assume that the laser can be close to either a cw or a very long pulse, thereby maximizing the efficiency and fluence of the fiber laser. The frequency of the fiber laser needs to be tuned to a specific value (perhaps prior to operation) in order to satisfy the appropriate resonance, or specific frequency.

さらなる例示的実施形態として、例えば、がん医療の用途(例えば、ホウ素-中性子捕捉療法(BNCT)および放射性同位体発生など)、建物、橋などの構造健全性試験、材料科学およびチップテスト、油検層などの、最大14MeVのエネルギーを有する中性子を必要とする分野およびプロセスに対して、高効率の中性子発生方法は、利用可能である。 Further exemplary embodiments include, for example, cancer medical applications (eg, boron-neutron capture therapy (BNCT) and radioisotope generation, etc.), structural integrity testing of buildings, bridges, materials science and chip testing, oil. Highly efficient neutron generation methods are available for fields and processes that require neutrons with an energy of up to 14 MeV, such as stratification.

2つの追加の実施形態((1)全体の中性子コストを削減するための2-タンク方略(タンク1は臨界、タンク2は未臨界)を対象とした第一の実施形態、および(2)CO_2の化学変換による合成燃料の発生を通したより環境にやさしいカーボンネガティブ核変換装置(反応を駆動するための熱が核分裂によって発生させられる)を対象とした第二の実施形態)が、提示される。 The first embodiment for two additional embodiments ((1) a 2-tank strategy for reducing the overall neutron cost (tank 1 is critical, tank 2 is subcritical), and (2) CO_2. A second embodiment for a more environmentally friendly carbon-negative transmutation device (heat generated by fission to drive the reaction is generated by fission) through the generation of synthetic fuels by chemical conversion of the above is presented. ..

図9に描写された例示的実施形態では、核変換装置900は、タンク1およびタンク2と称される2つの相互接続されたタンクの組を備える。図2Aおよび図3Aに描写されたタンクと実質的に同様のタンク1およびタンク2は、核変換されるべき物質を含有するタンクと、その中に位置付けられた中性子源タンクとを含み得、図1Aおよび図1Bに描写されたように、それらのタンクは、追加の同心タンクによって包囲され得る。好ましくは、タンク1は、Puと、ネプツニウム、アメリシウム、およびキュリウム(Np、Am、Cm)を含むマイナーアクチニド(MA)との混合物を含有するが、タンク2は、マイナーアクチニド(MA)のみの混合物を含有する。タンク1は、臨界(keff=1)であり、従って、タンク1は、外部中性子を必要としない。さらに、タンク1は、核分裂生成物の化学的除去の後、使用済み核燃料(PuおよびMA)を使用して燃料を供給される。タンク1はマイナーアクチニド(MA)とプルトニウム(Pu)とを核変換するために高速中性子(エネルギー>1MeVを伴う非減速核分裂中性子に核融合中性子が加わる)を利用するが、キュリウム(Cm)の濃度は、上昇させられる。あるいは、少量の中性子が、Puの消滅処理を始動するためにタンク1の中に注入され得る。 In the exemplary embodiment depicted in FIG. 9, the transmutation device 900 comprises a set of two interconnected tanks, referred to as tank 1 and tank 2. Tanks 1 and 2, substantially similar to the tanks depicted in FIGS. 2A and 3A, may include a tank containing a material to be transmuted and a neutron source tank positioned therein. As depicted in 1A and FIG. 1B, those tanks may be surrounded by additional concentric tanks. Preferably, the tank 1 contains a mixture of Pu and a minor actinide (MA) containing neptunium, americium, and curium (Np, Am, Cm), whereas the tank 2 contains a mixture of only the minor actinide (MA). Contains. Tank 1 is critical ( keff = 1) and therefore tank 1 does not require external neutrons. In addition, tank 1 is fueled using spent nuclear fuel (Pu and MA) after chemical removal of fission products. Tank 1 utilizes fast neutrons (non-decelerated fission neutrons with energy> 1 MeV plus fusion neutrons) for transmutation of minor actinides (MA) and plutonium (Pu), but with a concentration of curium (Cm). Is raised. Alternatively, a small amount of neutrons may be injected into the tank 1 to initiate the Pu annihilation process.

今、より高い濃度のキュリウム(Cm)を伴うタンク1内のマイナーアクチニド(MA)は、分離され、タンク2の中に供給され得る。上に記載のように、接続されたタンク2は、マイナーアクチニド(MA)を燃焼することと並行して動作し、キュリウム(Cm)の上昇させられた濃度は、未臨界(keff<1)動作にある。このプロセスは、(MAのみならず)超ウランの使用済み核燃料全体を安全かつ円滑に燃焼しつつ、そのようなことを行う必要がある中性子の数を約100×のファクター分だけ削減するための方針を提供する。 Now, the minor actinides (MA) in tank 1 with higher concentrations of curium (Cm) can be separated and fed into tank 2. As described above, the connected tank 2 operates in parallel with burning the minor actinide (MA), and the increased concentration of curium (Cm) is subcritical ( keff <1). It is in operation. This process aims to safely and smoothly burn the entire spent nuclear fuel of transuranium (not just MA) while reducing the number of neutrons that need to do so by a factor of about 100x. Provide a policy.

さらなる実施形態では、タンク1およびタンク2は、レーザーおよびガンマ線によってリアルタイムで監視される。レーザー誘起蛍光および散乱を使用してタンク1およびタンク2の元素組成を監視するために、広域帯または走査レーザーが、使用される。ガンマ線監視は、アクティブまたはパッシブのいずれかであり得る。パッシブガンマ線監視は、原子核崩壊または転移から発生させられたガンマ線を利用する。アクティブガンマ線監視は、数MeVより上のエネルギーを伴う外部ガンマ線ビームを利用し、核共鳴蛍光に依拠する。アクティブおよびパッシブ監視の両方が、核変換装置の燃料の同位体組成についての情報を提供する。レーザーおよびガンマ線監視からの情報は、収集され、ロジックを備えるコンピュータの中に供給され、そのロジックは、タンク1の燃料再供給を調整することによって、またはタンク2内のMA濃度を調整することによって核変換装置の今後の状態を予測および/または制御することに適したものである。詳細なレーザーおよびガンマ線監視を可能にするために、タンク1およびタンク2内の燃料は、溶融塩中で溶解され、光伝搬を可能にする。リアルタイム監視が核反応装置全体としてのアクティブな安全性および効率の必須部分であるが、核変換装置の構成の詳細な知識が、制御棒の位置、燃料の再供給、および核分裂生成物の抽出を決定する。パッシブ特徴は、溶融塩とダンプタンクとを含み、溶融塩は、温度を上昇させると共に膨張し、従って、核反応装置を停止させ、ダンプタンクは、フリーズプラグによって核反応装置から分離されている(任意の異常な温度スパイクが、プラグを溶かし、重力が、中性子吸収材からなるダンプタンクの中に核変換装置のインベントリの全体を流す)。 In a further embodiment, tank 1 and tank 2 are monitored in real time by laser and gamma rays. Wide band or scanning lasers are used to monitor the elemental composition of tanks 1 and 2 using laser-induced fluorescence and scattering. Gamma-ray monitoring can be either active or passive. Passive gamma-ray monitoring utilizes gamma-rays generated from nuclear decay or transition. Active gamma-ray monitoring utilizes an external gamma-ray beam with energies above a few MeV and relies on nuclear resonant fluorescence. Both active and passive monitoring provide information about the isotopic composition of the transmutation fuel. Information from laser and gamma ray monitoring is collected and fed into a computer equipped with logic, which logic is by adjusting the refueling of tank 1 or by adjusting the MA concentration in tank 2. It is suitable for predicting and / or controlling the future state of transmutation equipment. To enable detailed laser and gamma ray monitoring, the fuel in tanks 1 and 2 is dissolved in the molten salt to allow light propagation. Real-time monitoring is an essential part of active safety and efficiency of the nuclear reactor as a whole, but detailed knowledge of transmutation configuration can be used to determine control rod positions, refueling, and fission product extraction. decide. Passive features include molten salt and dump tanks, where the molten salt expands with increasing temperature, thus shutting down the nuclear reactor, and the dump tank is separated from the nuclear reactor by a freeze plug (freeze plug). Any anomalous temperature spikes melt the plug and gravity causes the entire transmutation inventory to flow into a dump tank made of neutron absorbers).

さらなる実施形態では、タンク1およびタンク2の壁は、ダイヤモンドなどの炭素系材料で作られている。化学的侵食および腐食から壁を保護するために、壁(溶融塩に面している)に隣接した塩は、固化することを可能にされ、溶融塩の壁との直接接触を防止する。 In a further embodiment, the walls of tank 1 and tank 2 are made of a carbon-based material such as diamond. To protect the wall from chemical erosion and corrosion, the salt adjacent to the wall (facing the molten salt) is allowed to solidify and prevent direct contact of the molten salt with the wall.

さらなる実施形態では、上に記載の核変換装置の実施形態は、二酸化炭素削減の方法およびプロセスに応用され得、全体としてカーボンネガティブとなるようなそれの冷却材としての使用、および合成燃料の発生が、示唆される。以下の例示的実施形態では、合成燃料(CH-メタン)は、200~400℃と、Ni、Cu、Ruなどの触媒の存在とを必要とするCO+4H→CH+2HO反応(サバティエ反応)を介して発生させられ得る。COは、大気、海から抽出され得、または、自動車、家、煙突(chimneys and smokestacks)などの排出源でCOを直接捕獲することによって抽出され得る。溶融塩核変換装置の動作温度範囲は、250~1200℃であり、従って、理想的には、サバティエ反応を駆動しメタンを生成するために必要とされる必要温度を継続的に供給する状態にあり、大気中および海中のCO濃度を安定化および削減するための効率的な道筋を提供する。 In a further embodiment, the embodiments of the transmutation apparatus described above can be applied to carbon dioxide reduction methods and processes, their use as a cooling material to be carbon negative as a whole, and the generation of synthetic fuels. However, it is suggested. In the following exemplary embodiment, the synthetic fuel (CH 4 -methane) requires 200-400 ° C. and the presence of catalysts such as Ni, Cu, Ru, etc. CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O reaction. Can be generated via (Sabatier reaction). CO 2 can be extracted from the atmosphere, the sea, or by directly capturing CO 2 from sources such as automobiles, homes, chimneys and smokesticks. The operating temperature range of the molten salt nuclear converter is 250-1200 ° C, so ideally it should be in a state to continuously supply the required temperature required to drive the Sabatier reaction and produce methane. It provides an efficient route to stabilize and reduce CO 2 concentrations in the atmosphere and sea.

図10を参照すると、合成燃料発生システム1000の部分図が、示されており、合成燃料発生システム1000は、核変換装置の容器1005、二次ループパイプ1001、溶融塩+TRUの流れの方向1002、熱交換器1003、およびサバティエ反応のためのタンク1004を含む。この例示的実施形態では、熱交換器のパイプ内の熱伝達流体は、タンク1004内で直接使用されるCO2である。図11に示された代替の実施形態では、合成燃料発生システム2000の熱交換器2003の熱交換パイプは、閉じた独立システムであり、伝達流体は、溶融塩に置換され得る。合成燃料発生システム2000が、示されており、合成燃料発生システム2000は、核変換装置の容器2005と、二次ループパイプ2001と、溶融塩+TRUの流れの方向2002と、熱交換器2003と、サバティエ反応のためのタンク2004とを含む。 Referring to FIG. 10, a partial view of the synthetic fuel generation system 1000 is shown, in which the synthetic fuel generation system 1000 includes a container 1005 for a nuclear converter, a secondary loop pipe 1001, a molten salt + TRU flow direction 1002, Includes a heat exchanger 1003 and a tank 1004 for the Sabatier reaction. In this exemplary embodiment, the heat transfer fluid in the pipe of the heat exchanger is CO2 used directly in the tank 1004. In the alternative embodiment shown in FIG. 11, the heat exchange pipe of the heat exchanger 2003 of the synthetic fuel generation system 2000 is a closed independent system and the transfer fluid can be replaced with a molten salt. A synthetic fuel generation system 2000 is shown, wherein the synthetic fuel generation system 2000 includes a container 2005 for a nuclear converter, a secondary loop pipe 2001, a molten salt + TRU flow direction 2002, a heat exchanger 2003, and the like. Includes tank 2004 for Sabatier reaction.

さらなる代替の実施形態では、図12が、合成燃料発生システム3000の部分図を示しており、合成燃料発生システム3000は、核変換装置3005と、熱交換器3001と、流体の流れの方向3002と、サバティエ反応のためのタンク3003とを有している。この例示的実施形態では、サバティエ反応からの反応物COが、伝達流体である。代替の実施形態では、図13が、例えば、溶融塩である熱伝達流体を伴う閉じた独立ループとして合成燃料発生システム4000の熱交換器のループ4001を示している。合成燃料発生システム4000が、示されており、合成燃料発生システム4000は、核変換装置4005と、熱交換器4001と、流体の流れの方向4002と、サバティエ反応のためのタンク4003とを含む。 In a further alternative embodiment, FIG. 12 shows a partial view of the synthetic fuel generation system 3000, wherein the synthetic fuel generation system 3000 includes a nuclear converter 3005, a heat exchanger 3001, and a fluid flow direction 3002. Has a tank 3003 for the Sabatier reaction. In this exemplary embodiment, the reactant CO 2 from the Sabatier reaction is the transfer fluid. In an alternative embodiment, FIG. 13 shows loop 4001 of the heat exchanger of the synthetic fuel generation system 4000, for example, as a closed independent loop with a heat transfer fluid that is a molten salt. A synthetic fuel generation system 4000 is shown, which includes a nuclear converter 4005, a heat exchanger 4001, a fluid flow direction 4002, and a tank 4003 for the Sabatier reaction.

追加の実施形態では、核変換装置内で生じ、溶融塩によって保有されるイオン化放射線は、1~10s eVのエネルギー源として利用され、様々な化学反応を可能にする。1~10eVのエネルギー源は、例えば、アンモニアの生成と、CO_2+CH_4→CH_3 COOHの変換とを可能にする。 In an additional embodiment, the ionizing radiation generated in the transmutation apparatus and retained by the molten salt is utilized as an energy source of 1-10 s eV, allowing various chemical reactions. An energy source of 1-10 eV allows, for example, the production of ammonia and the conversion of CO_2 + CH_4 → CH_3 COOH.

本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、1つまたは複数のコンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および/またはマイクロコントローラを含み得、それらの各々は、別々のチップであり得、または、多数の異なるチップ(の一部)間で分散され得る。本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、デジタル信号プロセッサを含み得、デジタル信号プロセッサは、本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路のハードウェアおよび/またはソフトウェア内に実装され得る。いくつかの実施形態では、DSPは、別々の半導体チップである。本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、本明細書中の図の他の構成要素と通信可能に結合され得る。本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、メモリ上に格納されたソフトウェア命令を実行し得、命令は、処理回路が多くの異なるアクションをとり、本明細書中の図中の他の構成要素を制御することを引き起こす。 Processing circuits for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may include one or more computers, processors, microprocessors, controllers, and / or microcontrollers, each of which may be a separate chip. , Or can be distributed among (part of) many different chips. The processing circuit for use in conjunction with the embodiments of the present disclosure may include a digital signal processor, which is within the hardware and / or software of the processing circuit for use in conjunction with the embodiments of the present disclosure. Can be implemented in. In some embodiments, the DSP is a separate semiconductor chip. Processing circuits for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may be communicably coupled with other components of the figures herein. Processing circuits for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may execute software instructions stored in memory, where the processing circuits take many different actions and are shown in the figures herein. Causes control of other components.

本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、他のソフトウェアおよび/またはハードウェアルーチンも実施し得る。例えば、本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、通信回路とインターフェース接続し得、アナログ-デジタル変換と、エンコーディングおよびデコーディングと、他のデジタル信号処理と、通信回路への提供のために好適なフォーマット(例えば、インフェーズまたはクワドラチャ)への音声、映像およびデータ信号の変換を促進する他の機能とを実施し得、通信回路がRF信号をリンク上でワイヤレスに送信することを引き起こし得る。 Processing circuits for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may also implement other software and / or hardware routines. For example, the processing circuit for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may be interface connected to a communication circuit, providing analog-to-digital conversion, encoding and decoding, other digital signal processing, and provision to the communication circuit. It may perform other functions that facilitate the conversion of audio, video and data signals to a suitable format (eg, in-phase or quadrature) for the communication circuit to transmit the RF signal wirelessly over the link. Can cause.

本開示の実施形態と併せた使用のための通信回路は、1つまたは複数のチップおよび/または構成要素(例えば、トランスミッタ、レシーバ、トランシーバ、および/または他の通信回路)として実装され得、それらは、適切なプロトコル(例えば、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、Bluetooth Low Energy、近距離無線通信(NFC)、無線周波数識別(RFID)、プロプライエタリプロトコル他)の下で、リンク上でワイヤレス通信を実施する。様々なプロトコルおよび回路を使用して動作するために必要とされる分だけ、1つまたは複数の他のアンテナが、通信回路と共に含まれ得る。いくつかの実施形態では、本開示の実施形態と併せた使用のための通信回路は、リンク上の送信のためのアンテナを共有し得る。ワイヤレス送信を受信し、それをデジタルデータ、音声および映像に変換するために必要なリバース機能を実施するために、本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、通信回路ともインターフェース接続し得る。RF通信回路は、(例えば、トランシーバとして統合された)トランスミッタおよびレシーバと、関連付けられたエンコーダロジックとを含み得る。読み取り装置は、有線通信のための通信回路およびインターフェース(例えば、USBポートなど)のみならず、読み取り装置デバイスの地理的位置を決定するための回路(例えば、全地球測位システム(GPS)ハードウェア)も含み得る。 Communication circuits for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may be implemented as one or more chips and / or components (eg, transmitters, receivers, transceivers, and / or other communication circuits) and they. Wireless communication on the link under the appropriate protocol (eg Wi-Fi, Bluetooth®, Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC), Radio Frequency Identification (RFID), Proprietary Protocol, etc.) To carry out. One or more other antennas may be included with the communication circuit as much as needed to operate using various protocols and circuits. In some embodiments, the communication circuit for use in conjunction with the embodiments of the present disclosure may share an antenna for transmission on the link. The processing circuit for use in conjunction with embodiments of the present disclosure to receive the wireless transmission and perform the reverse functions required to convert it to digital data, audio and video is also interfaced with the communication circuit. Can be done. The RF communication circuit may include a transmitter and receiver (eg, integrated as a transceiver) and associated encoder logic. The reader is not only a communication circuit and interface for wired communication (eg, USB port), but also a circuit for determining the geographic location of the reader device (eg, Global Positioning System (GPS) hardware). Can also be included.

本開示の実施形態と併せた使用のための処理回路は、オペレーティングシステムと、読み取り装置デバイス上に常駐している任意のソフトウェアアプリケーションとを実行し、映像およびグラフィックを処理し、送信および受信される通信の処理に関連しないそれらの他の機能を実施するようにも適合され得る。任意の数のアプリケーション(「ユーザインターフェースアプリケーション」としても知られる)が、専用の、または携帯電話の読み取り装置デバイス上の処理回路によって随時実行され得、糖尿病監視の領域に関連する1つまたは複数のアプリケーションを、広く使用されている他のアプリケーション(例えば、電子メール、カレンダー、天気、スポーツ、ゲームなどの、そのような領域に関連しないスマートフォンアプリ)に加えて含み得る。 The processing circuit for use in conjunction with embodiments of the present disclosure runs the operating system and any software application residing on the reader device to process, transmit and receive video and graphics. It may also be adapted to perform those other functions that are not related to the processing of the communication. Any number of applications (also known as "user interface applications") can be run at any time by a processing circuit on a dedicated or mobile phone reader device, one or more related to the area of diabetes monitoring. The application may be included in addition to other widely used applications (eg, smartphone apps that are not relevant to such areas, such as email, calendar, weather, sports, games, etc.).

本開示の実施形態と併せた使用のためのメモリは、読み取り装置デバイス内に存在する様々な機能ユニットのうちの1つもしくは複数によって共有され得、または、それらのうちの2つもしくは3つ以上の間で(例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして)分散され得る。メモリは、それ自体が別個のチップでもあり得る。メモリは、非一時的であり得、揮発性メモリ(例えば、RAMなど)および/または不揮発性メモリ(例えば、ROM、フラッシュメモリ、F-RAMなど)であり得る。 The memory for use in conjunction with embodiments of the present disclosure may be shared by one or more of the various functional units present within the reader device, or two or more of them. It can be distributed among (eg, as separate memory residing in different chips). Memory can also be a separate chip in itself. The memory can be non-temporary and can be volatile memory (eg, RAM, etc.) and / or non-volatile memory (eg, ROM, flash memory, F-RAM, etc.).

記載の主題に従って動作を実行するためのコンピュータプログラム命令は、1つまたは複数のプログラミング言語のうちの任意の組み合わせにおいて記述され得、1つまたは複数のプログラミング言語は、オブジェクト指向プログラミング言語(Java(登録商標)、JavaScript(登録商標)、Smalltalk、C++、C#、Transact-SQL、XML、PHPなど)と、従前の手続き型プログラミング言語(「C」プログラミング言語、または同様のプログラミング言語など)とを含む。プログラム命令は、完全にユーザのコンピューティングデバイス(例えば、読み取り装置)上で実行し得るか、または、部分的にユーザのコンピューティングデバイス上で実行し得る。例えば、識別された周波数が処理のために遠隔地にアップロードされる例では、プログラム命令は、部分的にユーザのコンピューティングデバイス上に、および、部分的に遠隔コンピューティングデバイス上に常駐し得るか、または、完全に遠隔コンピューティングデバイスもしくはサーバ上に常駐し得る。後者のシナリオでは、遠隔コンピューティングデバイスは、任意のタイプのネットワークを通してユーザのコンピューティングデバイスに接続され得、または、接続は、外部コンピュータに対してなされ得る。 Computer programming instructions for performing an operation in accordance with the described subject matter may be described in any combination of one or more programming languages, one or more programming languages being an object-oriented programming language (Java). Includes Trademarks), JavaScript®, Smalltalk, C ++, C #, Transact-SQL, XML, PHP, etc.) and previous procedural programming languages (such as the "C" programming language or similar programming languages). .. Program instructions may be executed entirely on the user's computing device (eg, a reader) or partially on the user's computing device. For example, in the example where the identified frequency is uploaded to a remote location for processing, can the program instructions reside partially on the user's computing device and partially on the remote computing device? , Or it can reside entirely on a remote computing device or server. In the latter scenario, the remote computing device may be connected to the user's computing device through any type of network, or the connection may be made to an external computer.

本主題の様々な局面が、以下の実施形態の相互関係および互換性を重点として、ここまで記載された実施形態の再検討において、および/またはそれらに対する補遺において下に記述される。言い換えれば、重点は、別段明確に述べられているかまたは論理的にあり得ない場合を除き、実施形態の各特徴が各々の、およびあらゆる他の特徴と組み合わされ得るという事実にある。 Various aspects of this subject are described below in the review of the embodiments described so far and / or in the addendum to them, with an emphasis on the interrelationships and compatibility of the following embodiments. In other words, the emphasis is on the fact that each feature of the embodiment can be combined with each and every other feature, unless otherwise explicitly stated or logically impossible.

実施形態に従って、長寿命放射性超ウラン廃棄物の核変換のための核変換装置システムは、中性子源タンクと、複数のプレパルスレーザーと、複数の同心タンクと、レーザーシステムと、複数のキーホールとを備え、中性子源タンクは、その中に中性子源を含み、中性子源は、トリチウムで飽和した複数のカーボンナノチューブ(CNT)を備え、複数のプレパルスレーザーは、超閾イオン化領域内のレーザーエネルギーを中性子源タンクに照射し、それを貫通するように構成され、CNTおよびトリチウムをイオン化し、あらかじめ決定された時間、炭素およびトリチウムのイオン化ガスを概固相密度に維持するように構成され、複数の同心タンクは、中性子源タンクの周囲に位置付けられ、FLiBe塩中で溶解された長寿命放射性超ウラン廃棄物のうちの1または複数の混合物を備え、レーザーシステムは、複数のレーザーパルスを中性子源内に軸方向に伝搬するように方向付けられ、複数のキーホールは、複数のレーザーパルスを軸方向に受け取るように方向付けられ、複数のキーホールの各々は、重水素化材料のホイル材を含み、複数のレーザーパルスのうちの1つのレーザーパルスによるホイル材の照射後、ホイル材は、中性子源タンクの中心に向かう方向へのイオンビームとして加速させられることが可能な複数の重陽子イオンを生成し、重陽子ビームは、近固相密度においてイオン化トリチウムプラズマと核融合する。 According to embodiments, a nuclear converter system for nuclear conversion of long-lived radioactive ultrauranium waste comprises a neutron source tank, multiple prepulse lasers, multiple concentric tanks, a laser system, and multiple keyholes. The neutron source tank contains the neutron source in it, the neutron source is equipped with multiple carbon nanotubes (CNTs) saturated with tritium, and the multiple prepulse lasers neutron source the laser energy in the superthreshold ionization region. Multiple concentric tanks configured to irradiate and penetrate the tank, ionize CNTs and tritiums, and maintain carbon and tritium ionized gases at approximately solid phase densities for a predetermined period of time. Located around a neutron source tank and equipped with one or more mixtures of long-lived radioactive ultrauranium waste dissolved in FLiBe salts, the laser system axially directs multiple laser pulses into the neutron source. Directed to propagate to, multiple keyholes are oriented to receive multiple laser pulses axially, each of the multiple keyholes contains multiple foils of dehydrogenating material. After irradiation of the foil material with one of the laser pulses, the foil material produces multiple heavy proton ions that can be accelerated as an ion beam towards the center of the neutron source tank and is heavy. The proton beam fuses with the ionized tritium plasma at near solid phase density.

実施形態では、ホイル材は、重水素化ダイヤモンドライク材料を備え、複数のイオンは、重陽子および炭素イオンを含む。 In embodiments, the foil material comprises a deuterated diamond-like material, wherein the plurality of ions include deuterated protons and carbon ions.

実施形態では、複数のイオンは、イオンのコヒーレント加速(CAIL)の加速によって加速させられる。 In embodiments, the plurality of ions are accelerated by accelerating the coherent acceleration (CAIL) of the ions.

実施形態では、ホイル材は、1ナノメートルまたはそれより大きな厚みである。 In embodiments, the foil material is one nanometer or thicker.

実施形態では、レーザーおよび複数のプレパルスレーザーからのパルスは、同期されることによって、重陽子ビームがトリチウムのイオン化を遅らせることを可能にする。 In embodiments, the pulses from the laser and the plurality of prepulse lasers are synchronized to allow the deuteron beam to delay the ionization of tritium.

実施形態では、複数のプレパルスレーザーは、プレパルスレーザーの第一の組と、プレパルスレーザーの第二の組とを含む。 In embodiments, the plurality of prepulse lasers comprises a first set of prepulse lasers and a second set of prepulse lasers.

実施形態では、プレパルスレーザーの第一の組は、プレパルスレーザーの第二の組に先立って発射するように構成されている。 In embodiments, the first set of prepulse lasers is configured to fire prior to the second set of prepulse lasers.

実施形態では、レーザーシステムは、複数の鏡を含み、複数の鏡は、複数のレーザーパルスの個別のレーザーパルスを複数のキーホールの個別のキーホールに、およびキーホール内に向けるように方向付けられている。 In an embodiment, the laser system comprises a plurality of mirrors, the plurality of mirrors oriented to direct the individual laser pulses of the plurality of laser pulses to the individual keyholes of the plurality of keyholes and into the keyholes. Has been done.

実施形態では、複数の同心タンクは、区分化されている。 In the embodiment, the plurality of concentric tanks are partitioned.

実施形態では、複数の同心タンクは、軸方向に区分化されている。 In the embodiment, the plurality of concentric tanks are axially partitioned.

実施形態では、複数の同心タンクは、方位角方向に区分化されている。 In the embodiment, the plurality of concentric tanks are divided in the azimuth direction.

実施形態では、複数の区分化されたタンクは、中性子源の周囲に位置付けられ、FLiBe塩中で溶解された長寿命放射性超ウラン廃棄物の第一の混合物を備える第一の同心タンクと、第一の同心タンクの周囲に位置付けられ、FLiBe塩中で溶解された長寿命放射性超ウラン廃棄物の第二の混合物を備える第二の同心タンクと、第二の同心タンクの周囲に位置付けられ、FLiBe塩中で溶解された長寿命放射性超ウラン廃棄物の第三の混合物を備える第三の同心タンクと、第三の同心タンクの周囲に位置付けられ、水または水および中性子反射境界のうちの一方を備える第四の同心タンクとを備える。 In an embodiment, the plurality of compartmentalized tanks are located around a neutron source, with a first concentric tank containing a first mixture of long-lived radioactive superuranium waste dissolved in FLIBe salt, and a first. A second concentric tank, located around one concentric tank, with a second mixture of long-lived radioactive ultrauranium waste dissolved in FLIBe salt, and a second concentric tank, located around the second concentric tank, FLiBe. A third concentric tank with a third mixture of long-lived radioactive ultrauranium waste dissolved in salt, and one of the water or water and neutron reflection boundaries located around the third concentric tank. Provide with a fourth concentric tank.

実施形態では、区分化された第一、第二、第三および第四の同心タンクは、軸方向に区分化されている。 In the embodiment, the segmented first, second, third and fourth concentric tanks are axially partitioned.

実施形態では、区分化された第一、第二、第三および第四の同心タンクは、方位角方向に区分化されている。 In the embodiment, the segmented first, second, third and fourth concentric tanks are segmented in the azimuth direction.

実施形態では、レーザーシステムは、CANレーザーまたは薄いスラブ増幅器のうちの1つを含む。 In embodiments, the laser system comprises one of a CAN laser or a thin slab amplifier.

実施形態では、レーザーシステムは、CANレーザーまたは薄いスラブ増幅器に結合されたOPCPAと、OPCPAに結合された発振器とをさらに含む。 In embodiments, the laser system further comprises an OPCPA coupled to a CAN laser or thin slab amplifier and an oscillator coupled to the OPCPA.

実施形態では、OPCPAは、極低温冷却されている。 In the embodiment, the OPCPA is cooled to a very low temperature.

実施形態では、複数の同心タンクは、タンクの第一の組を形成し、核変換装置システムは、Puと、ネプツニウム、アメリシウム、およびキュリウム(Np、Am、Cm)を含むマイナーアクチニド(MA)との混合物を含有するタンクの第二の組をさらに備える。 In embodiments, the plurality of concentric tanks form a first set of tanks and the transmutation system is with Pu and a minor actinide (MA) containing neptunium, americium, and curium (Np, Am, Cm). Further comprises a second set of tanks containing the mixture of.

実施形態では、タンクの第二の組は、臨界で動作するように構成されている。 In embodiments, the second set of tanks is configured to operate at criticality.

実施形態では、タンクの第一の組またはタンクの第二の組のうちの一方の壁は、炭素系材料で作られている。 In embodiments, one wall of the first set of tanks or the second set of tanks is made of a carbon-based material.

実施形態では、炭素系材料は、ダイヤモンドである。 In embodiments, the carbon-based material is diamond.

本明細書中で提供された任意の実施形態に対して記載された全ての特徴、要素、構成要素、機能、およびステップは任意の他の実施形態からのそれらと自由に組み合わせ可能、かつそれらで代用可能であることが意図されていることが、留意されるべきである。ある特徴、要素、構成要素、機能、またはステップが一実施形態のみに対して記載されている場合、別段明確に述べられている場合を除き、その特徴、要素、構成要素、機能、またはステップは本明細書に記載のあらゆる他の実施形態と併せて使用され得ることが、理解されるべきである。従って、この段落は、異なる実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを組み合わせる請求項、または、一実施形態からの特徴、要素、構成要素、機能、およびステップを別のそれらで代用する請求項の随時導入のための先行根拠および文面によるサポートとしての役割をもつ(以下の記載が明確に述べておらず、特定の例においてそのような組み合わせまたは代用が可能である場合さえ、その役割をもつ)。あらゆる可能な組み合わせおよび代用の明示的な列挙が(特に、各々の、およびあらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容が当業者に直ちに認識される場合)過度な負担であることは、明確に認知されている。 All features, elements, components, functions, and steps described for any of the embodiments provided herein can and are freely combined with those from any other embodiment. It should be noted that it is intended to be a substitute. If a feature, element, component, function, or step is described for only one embodiment, the feature, element, component, function, or step is unless otherwise stated otherwise. It should be understood that it can be used in conjunction with any other embodiment described herein. Accordingly, this paragraph is a claim that combines features, elements, components, functions, and steps from different embodiments, or features, elements, components, functions, and steps from one embodiment in another. It serves as a prior rationale and written support for the occasional introduction of the substituted claims (even if the statements below are not explicitly stated and such combinations or substitutions are possible in certain cases). Has that role). It is clearly acknowledged that any possible combination and explicit enumeration of substitutions (especially if each and every such combination and substitution allowance is immediately recognized by one of ordinary skill in the art) is an undue burden. ing.

本明細書中で開示される実施形態がメモリ、ストレージ、および/またはコンピュータ読み取り可能な媒体を含むか、またはそれらに伴って動作する限り、メモリ、ストレージ、および/またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、非一時的である。従って、メモリ、ストレージ、および/またはコンピュータ読み取り可能な媒体が1つまたは複数の請求項によってカバーされる限り、メモリ、ストレージ、および/またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、非一時的のみである。 As long as the embodiments disclosed herein include, or operate with, memory, storage, and / or computer-readable media, memory, storage, and / or computer-readable media. It is non-temporary. Thus, as long as memory, storage, and / or computer-readable media are covered by one or more claims, memory, storage, and / or computer-readable media are non-temporary only.

本明細書および付属の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ある」(“a,” “an”)および「その」(“the”)は、文脈がはっきりと他を示している場合を除き、複数形の指示対象を含む。 As used herein and in the appended claims, the singular forms "a" ("a," "an") and "that" ("the") clearly indicate the other. Except for cases, it includes plural referents.

実施形態は様々な変形および代替形態を受け入れる余地があるが、それらの具体例が、図面に示されており、本明細書中で詳細に記載されている。しかしながら、それらの実施形態が開示された特定の形態に限定されるべきでなく、反対に、それらの実施形態が本開示の精神に該当する全ての変形、均等物、および代替をカバーすべきであることが、理解されるべきである。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素が特許請求の範囲において列挙され得るか、またはそれに追加され得るだけでなく、範囲内にない特徴、機能、ステップ、または要素によって発明についての特許請求の範囲を画定する否定的な限定も、あり得る。 Although embodiments have room for acceptance of various modifications and alternatives, specific examples thereof are shown in the drawings and are described in detail herein. However, those embodiments should not be limited to the particular embodiments disclosed, and conversely, those embodiments should cover all variants, equivalents, and alternatives that fall into the spirit of the present disclosure. It should be understood that there is. Further, not only can any feature, function, step, or element of the embodiment be listed or added to the claims, but also the invention by a feature, function, step, or element that is not within the scope. There may also be negative limitations that define the scope of the claims.

参考文献:

Figure 2020051376000005
Figure 2020051376000006
Figure 2020051376000007
Figure 2020051376000008
References:
Figure 2020051376000005
Figure 2020051376000006
Figure 2020051376000007
Figure 2020051376000008

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102615509B1 (en) * 2023-04-05 2023-12-19 (주)한국원자력 엔지니어링 Radioactive waste solidification and immobilization method

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080074218A (en) * 2005-12-05 2008-08-12 셀던 테크놀로지, 인코포레이티드. Methods of generating energetic particles using nanotubes and articles thereof
US8440165B2 (en) * 2007-03-29 2013-05-14 Npl Associates, Inc. Dislocation site density techniques
DE102008007309A1 (en) * 2008-02-02 2009-08-06 Alfons Roschel Collection of electrons for energy, on breaking down/melting nuclei has an electrode within a hollow body, connected to the plus pole of a voltage supply, with material at the tip heated by a laser beam
US10332646B2 (en) * 2011-12-05 2019-06-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Apparatus and method for generating medical isotopes
US20150098544A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-09 Anatoly Blanovsky Sustainable Modular Transmutation Reactor
CN103886921B (en) * 2014-03-13 2016-06-29 清华大学 A kind of full molten salt fuel hybrid reactor system of Th-U self-sustaining cycle and operation method thereof
CN103971779B (en) * 2014-05-21 2016-08-24 电子科技大学 A kind of small neutron source and preparation method thereof
CN105590658B (en) * 2015-12-29 2018-01-26 中国科学院合肥物质科学研究院 A kind of subcritical micro reactor driven using neutron tube
EP3427268A4 (en) * 2016-03-09 2020-01-22 Pinesci Consulting Methods and apparatus for enhanced nuclear reactions

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