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先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(熔融塩を用いたリサイクルシステムの概念構築)

Designstudy on advanced nuclear fuel recycle system; Conceptual design study of recycle system using molten salt

河西 善充; 掛樋 勲; 毛呂 達; 東 達弘; 戸部 賢治; 河村 文雄; 米澤 重晃

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大洗工学センター先進リサイクル工学グループでは、経済性を抜本的に改善し、環境への負荷低減(MAリサイクル、廃棄物の極小化)を図り、かつ安全性、核不拡散性を向上させる先進的核燃料リサイクルシステムとして、溶融塩(乾式)技術を適用したリサイクルシステムの設計研究を進めている。本報告書は、平成8年12月にまとめた「先進的核燃料リサイクルシステムの設計研究(溶融塩を用いたリサイクルシステムの概念検討)」に引き続き実施した設計研究の成果をまとめたものである。本研究で実施した内容は、以下の通りである。(1)リサイクルシステムのシステム概念として、溶融塩技術を適用し、炉の建設計画に合わせリサイクルの需要バランスに柔軟に対応でき、標準化による経済性向上が図れ、また技術進歩(技術改良と新型燃料への移行性)に対して柔軟性がある再処理・燃料加工一体型モジュールリサイクルシステムの概念を構築した。このリサイクルシステムの経済性目標、システム容量等について検討した。この商用モジュールシステムの雛形となり、最小単位のモジュールシステム(10tHM/yの実証システム)について、システム構成とフローシートを検討し、まとめた。(2)モジュールシステムを構成する各システムの検討として、溶融塩電解システムの電解槽とカソードプロセッサの検討、溶融塩電解の熱力学的検討、MAリサイクルシステムの回収性能の解析、脱被覆システム、廃棄物処理システムの検討を行った。(3)リサイクルシステムのホットセルシステムの検討を行い、リニアモータ式ロボットによるマテリアルハンドリングシステムの概念、セルの構成・建屋配置計画をまとめた。また、ホットセル内の電解槽等の臨界解析、リサイクル施設の計量管理技術の調査・検討等を行った。本システム設計研究は、ここで示したシステム概念検討結果をベースに炉・燃料の設計研究と整合を取りつつ、高速炉を中心とした核燃料サイクルの実用化像の構築に向け、更に進めていく予定である。

Advanced recycle system engineering group of OEC has being carried out a design study of the advanced nuclear fuel recycle system using molten salt (electro-metallurgical process). This system is aiming for improvements of fuel cycle economy and reduction of environmental burden (MA recycles, Mimmum of radioactive waste disposal), and also improvement of safety and nuclear non-proliferation. This report describes results of the design study that has been continued since December 1996. (1)A design concept of the advanced nuclear fuel recycle system, that is a module type recycle system of pyrochemical reprocessing and fuel re-fabrication was studied. The module system has advantage in balance of Pu recycle where modules are constructed in coincidence with the construction plan of nuclear power plants, and also has flexibility for technology progress. A demonstration system, minimum size of the above module, was studied. This system has capacity of 10 tHM/y and is able to demonstrate recycle technology of MOX fuel, metal fuel and nitride fuel. (2)Each process of the system, which are pyrochemical electrorefining system, cathode processor, de-cladding system, waste disposal system, etc., were studied. In this study, capacity of an electrorefiner was discussed, and vitrification experiment of molten salt using lead-boric acid glass was conducted. (3)A hot cell system and material handling system of the demonstration system was studied. A robot driven by linear motor was studied for the handling system, and an arrangement plan of the cell system was made. Criticality analysis in the cell system and investigation of material accountancy system of the recycle plant were also made. This design study will be continued in coincidence with design study of reactor and fuel, aiming to establish the concept of FBR recycle system.

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