超ウラン元素燃料を装荷した超長寿命炉心の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694138
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 斉藤 正樹 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (30215561)
• 研究分担者: 井頭 政之 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (10114852) ; 鈴木 正昭 東京工業大学, 大学院・理工学研究所, 教授 (70114874) ; 関本 博 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (00108242) ; 赤塚 洋 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (50231808) ; 飯尾 俊二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (90272723)
• キーワード: 超ウラン元素 / 超長寿命炉心 / 高燃焼度 / ネプツニウム / プルトニウム / 小型原子炉 / CANDLE燃焼方式 / 核不拡散性

研究概要

超ウラン元素を適切に原子炉内に装荷することにより、プラント寿命中(〜数十年間)新燃料補給の必要のない超長寿命原子炉(軽水炉、重水炉、高速炉)の成立性に関する研究を核反応維持特性の観点から実施した。
原子炉内で生産される超ウラン元素^<237>Npは、現在、高レベル放射性廃棄物として長期間管理が求められているが、大きな中性子吸収断面積を持つため、原子炉内に初期に装荷することにより、初期の余剰反応度を押されつつ、中性子によって核変換し、新しい核分裂物質に変換され、長期間原子炉は核分裂を維持することが可能となる。本年度は、このユニークな中性子工学的性質を持つ^<237>Npを用い、燃料照射時間が原子炉のプラント寿命に匹敵する革新型長寿命小型軽水炉の概念について検討を行なった。その結果、出力密度32W/cm^3の軽水炉で23年間運転継続が可能であることがわかった。(その間の構造材照射損傷はステンレススチールの制限値内である。)また、燃料のリサイクルにおいて付加的なPuの蓄積はなく、使用済燃料体中に^<238>Puが多量に含むため、核拡散に対して高い抵抗性があることがわかった。
また、核燃料交換や反応度制御が一切不要となる可能性のある新しい原子炉燃焼概念CANDLE (Constant Axial Shape of Neutron Flux, Nuclide Densities and Power Shape During Life of Energy Producing Reactor : 核反応的に活性な領域が下部から上部へと自律的に移行する)燃焼方式について検討し、極めてゆっくりとした速度で燃焼が進む高燃焼度高速炉の可能性を確認した。また、超ウラン元素のプルトニウムやアクチニドを冨化した燃料を装荷することにより、十分な臨界性が確保でき、小型化への可能性を明らかにした。
また、関連する解析コードの改良や核反応データベースの整備を行なった。

研究成果

• [文献書誌] M.Saito: "Highly Modelated LWR with U-Np-Pu"Bull.Res.Nucl.Reactor. 24. 97 (2000)
• [文献書誌] K.Nikitin: "Long-Life Water Cooled Small Reactor with U-Np-Pu Fuel"Proc.of 10^<th> Int.Conf.on Emerging Nuclear Energy Systems. …. 458-466 (2000)
• [文献書誌] G.Tikhomirev: "Peculiarities of Forming the Neutron Field Behind a Long Shielding with Slats"J.Nucl.Soi.Tech.. Suppl.1. 296-299 (2000)
• [文献書誌] A.Shmelev: "Multi-Component Self-Consistent Nuclear Energy System : On Proliferation Resistance Aspect"The 2^<nd> Annual JNC Int.Forum on Peaceful Use of Nuclear Energy. ‥‥. (2000)
• [文献書誌] K.Nikitin: "Long-Life Core with Advanced U-Np-Pu"The 4^<th> Japan-Korea Seminar on Advanced Reactors. ‥‥. 56-61 (2000)
• [文献書誌] H.Sekimoto: "A Lead-Bismuth Cooled Long Life Reactor with CANDLE Burnup"Bull.Res.Lab.Nucl.Reactors. 24. 43 (2000)
• [文献書誌] H.Sekimoto: "A New Reactor Burnup Concept "CANDLE""Proc.of ANS Int.Topical Meeting on "Advances in Reactor Physics and Mathematics and Computation into the Next Millennium. (2000)
• [文献書誌] H.Sekimoto: "Feasibility Study on a New Burnup Strategy CANDLE"Trans.American Nuclear Society. 82. 207-208 (2000)
• [文献書誌] H.Sekimoto: "A Long Life Lead-Bismuth Cooled Reactor with CANDLE Burnup"Proc.of 10^<th> Int.Conf.on Emerging Nuclear Energy Systems. ‥‥. 198-206 (2000)
• [文献書誌] H.Sekimoto: "Demonstrating the Feasibility of the CANDLE Burnup Scheme for Fast Reactors"Trans.American Nuclear Society. 83. 45-45 (2000)
• [文献書誌] T.Matsumoto: "Measurement of keV-Neutron Capture Cross sections of ^<99>Tc and ^<237>Np for the Transmutation Study"Proc.of the 4^<th> Japan-Korea Seminar on Advanced Reactors. ‥‥. 208-213 (2000)
• [文献書誌] Yu.Korovin: "Nuclear Data Files and Libraries for Intermediate and High Energy Application"Proc.of ANS Int.Topical Meeting on "Advances in Reactor Physics and Mathematics and Computation into the Next Millennium. ……. (2000)