Design study around beam window of ADS

ADSにおけるビーム窓周辺の設計研究

大井川 宏之 ; 辻本 和文 ; 菊地 賢司; 倉田 有司; 佐々 敏信   ; 梅野 誠*; 西原 健司  ; 斎藤 滋   ; 水本 元治; 高野 秀機*; 中井 公一*; 岩田 東*

Oigawa, Hiroyuki; Tsujimoto, Kazufumi; Kikuchi, Kenji; Kurata, Yuji; Sasa, Toshinobu; Umeno, Makoto*; Nishihara, Kenji; Saito, Shigeru; Mizumoto, Motoharu; Takano, Hideki*; Nakai, Kimikazu*; Iwata, Azuma*

原研は、マイナーアクチニド(MA)の効果的な核変換を目的とした加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発を進めている。原研が提案するADSは、熱出力800MWの鉛ビスマス冷却タンク型未臨界炉でMAとプルトニウムを混合した窒化物燃料を装荷する。鉛ビスマスは入射陽子ビームによる核破砕反応で中性子を発生させるターゲットとしても使用される。本研究では、ビーム窓周辺の設計に焦点を絞ったADSの成立性について検討した。ホットスポット燃料ピンの冷却性確保のために、ターゲット領域とダクトレス燃料集合体の間に隔壁を設けた設計とした。また、ビーム窓の冷却を効果的に行うように、流調ノズルを設けた。熱流動解析の結果、最大ビーム出力30MW時においても、ビーム窓の外表面最高温度を摂氏500度以下に抑制できることがわかった。外圧とビーム窓内の温度分布の結果生じる応力も、許容制限値以下となった。

The Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) is conducting the research and development (R&D) on the Accelerator-Driven Subcritical System (ADS) for the effective transmutation of minor actinides (MAs). The ADS proposed by JAERI is the 800 MWth, Pb-Bi cooled, tank-type subcritical reactor loaded with (MA+Pu) nitride fuel. The Pb-Bi is also used as the spallation target. In this study, the feasibility of the ADS was discussed with putting the focus on the design around the beam window. The partition wall was placed between the target region and the ductless-type fuel assemblies to keep the good cooling performance for the hot-spot fuel pin. The flow control nozzle was installed to cool the beam window effectively. The thermal-hydraulic analysis showed that the maximum temperature at the outer surface of the beam window could be repressed below 500 C even in the case of the maximum beam power of 30 MW. The stress caused by the external pressure and the temperature distribution of the beam window was also below the allowable limit.