乾式リサイクルシステムの臨界安全設計概念検討

A conceptual study of the criticality safety design for pyrochemical reprocessing systems

中林 弘樹 ; 田中 博

Nakabayashi, Hiroki; not registered

乾式再処理法は、すでに実用化されている湿式再処理法と大きく異なる原理を利用し、経済性・環境負荷低減せい・核不拡散抵抗性への大幅な改善が期待されている再処理法である。乾式再処理法に関する研究は現在までに世界各国で行われてきたが、実規模プラントを想定した臨界安全設計については殆ど行われてこなかった。本設計研究では代表的な乾式再処理法である金属電解法、酸化物電解法、フッ化物揮発法についての臨界安全設計概念を検討した。第1章では、乾式リサイクルシステムの臨界安全設計に必要な各種物質の基本的な臨界計算を行った結果についてまとめた。第2章から第4章まではそれぞれの金属電解法、酸化物電解法、フッ化物揮発法についての臨界安全設計の検討内容をまとめた。第5章乾式リサイクルシステムでの臨界事故とその収束手段について考察した。検討の結果、金属電解法の電解槽においては、質量管理を行う単一ユニット内部の燃料物質が全ての一つの物質形態になる場合を想定する既存の臨界安全管理の考え方と異なる臨界管理の概念が必要であるが、酸化物電解法、フッ化物揮発法では従来の考え方に従った臨界安全設計を行うことが可能であることがわかった。本検討で設定された最大許容限度および核的制限値値は単純モデルの臨界データに基づいたもので、詳細な機器設計等を利用することにより再評価する余地がある。また、検討した臨界安全設計が想定される異常事象下において十分な安全性を確保できるかについては、今後異常事象の選定、異常事象解析を含めた臨界安全評価を行う必要がある。

Pyrochemical reprocessing systems, which are based on the different physical principles from the existing aqueous reprocessing systems, are expected to be the more economical, more reductible of environmental impact and higher proliferation-resistant. Though many researches and experiments for the development of those systems have been done in many countries there are few studies on the criticality safety design. In this study, the criticality safety design are performed for three pyrochemical reprocessing systems, the metal electrorefining process which has been developed by the Argonne National Labolatory (ANL) in the U.S, the oxide electrowinning process which has been developed by the Research Institute of Atomic Reactors (RIAR) in Russia and the fluoride volatility process which has been developed by the ANL in the U.S, the Japan Atomic Energy Reserch Institute (JAERI) in Japan, etc. As a result of this study, the ordinal criticality safety management methods can directly be applied both to the electrowinning process and to the fluoride volatility process. However, for the electrorefiner vessel used in the metal-electrorefining process, the ordinal methods, in which the only one chemical state is supposed for the all fissile nuclide in the individual unit, cannot be applied directly because the different chemical states co-exist in the electrorefiner by the operation. It is proposed the different idea for this case in the study. And these results are useful to design any pyrochemical reprocessing plants. Because subcritical limits are determined by criticality data of simple models in this study, these limits should be reevaluated based on the detailed hardware design. Futhermore, the criticality safety evaluation with the contingency analysis must be performed to certify that the design has an adequate safety clearance to the anticipated anomaly events.