Design optimization of ADS plant proposed by JAERI

原研が提案するADSプラントの設計最適化

斎藤 滋   ; 辻本 和文 ; 菊地 賢司; 倉田 有司; 佐々 敏信   ; 梅野 誠*; 西原 健司  ; 水本 元治; 大内 伸夫 ; 武井 早憲   ; 大井川 宏之 

Saito, Shigeru; Tsujimoto, Kazufumi; Kikuchi, Kenji; Kurata, Yuji; Sasa, Toshinobu; Umeno, Makoto*; Nishihara, Kenji; Mizumoto, Motoharu; Ouchi, Nobuo; Takei, Hayanori; Oigawa, Hiroyuki

原研ではオメガ計画の下、高レベル廃棄物中のマイナーアクチニド(MA)を核変換するための加速器駆動システム(ADS)の開発を進めている。原研が提案するADSプラントは、熱出力800MW,鉛ビスマス共晶合金(LBE)冷却のタンク型概念を採用している。未臨界炉心にはMA+Pu窒化物燃料が装荷され、LBEは冷却材と核破砕ターゲットを兼ねている。このADSプラントでは年間約250kgのMAを核変換できる。実効増倍係数は安全性などを考慮し、0.97とした。未臨界炉心の構造に関しては、核破砕ターゲット周りの熱流動解析を行い、定常状態の陽子ビームに対して健全性を確保できる見込みの構造が得られた。同様に過渡状態の陽子ビームに対する構造健全性評価や予備的な事故評価も行った。

JAERI is conducting R&D on the Accelerator Driven System (ADS) to transmute minor actinides (MAs) contained in the high-level radioactive waste under the OMEGA (Options Making Extra Gains from Actinides and fission products) program. The present study discusses the design of the ADS plant and various R&D on the ADS. The reference design of ADS plant in JAERI is the 800 MWth, Pb-Bi eutectic (LBE) cooled, tank-type subcritical reactor loaded with (MA+Pu) nitride fuel. LBE is selected as a spallation target material. In our results of the optimization study on the neutronics of the ADS, we have adopted the maximum multiplication factor (k) of 0.97. From the results of the thermal-hydraulic analysis around the LBE spallation target, partition wall and flow control nozzle are required to keep the structural integrity around the core and the beam window. Feasibility of beam window was also discussed for transient conditions of proton beam.