Feasibility of lead-bismuth-cooled accelerator-driven system for minor-actinide transmutation

鉛ビスマス冷却加速器駆動核変換システムの成立性評価

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

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

放射性廃棄物中のマイナーアクチノイドを核変換することを目指した鉛ビスマス冷却加速器駆動核変換システム(ADS)の工学的成立性を検討した。液体鉛ビスマスは高温領域において腐食性が高いために、燃料被覆管温度はできるだけ下げなければならない。またADSの設計では、核破砕ターゲットとビーム窓の工学的成立性が最も重要な開発要素である。したがって、燃料集合体とビーム窓に対する熱流動解析及び構造解析を行った。これらの解析では、定常状態での解析に加えて、異常な過渡変化や仮想事故等の過渡特性の解析も行った。解析の結果、通常運転時の工学的成立性は十分見込めるものであることがわかった。また、ADSの異常な過渡変化のうちで最も頻繁に起こることが予想されるビームトリップに対しては、ビーム窓の健全性の観点から許容される回数は回であることがわかった。仮想事故時のADSの安全性に関しては、事故時にビーム停止ができなかった場合には、冷却材流量喪失事故が最も大きな影響を与えることがわかった。これらの解析結果から、ADSの実現のためにはビーム停止の信頼性を高めることが必要なことを示した。

Feasibility was discussed for lead-bismuth cooled accelerator-driven system (ADS) to transmute minor actinides partitioned from high-level radioactive waste. Since lead-bismuth will cause considerable corrosion and erosion effects at high temperature, the fuel clad temperature must be kept as low as possible. Moreover, the most critical issue of ADS design is engineering viability of the high-power spallation target and the beam window. Thermal-hydraulic and structural analysis was carried out for both the fuel assembly and the beam window. In addition to the analysis in steady state, transient behaviors were also studied during typical transient and unprotected accidents. The results showed that engineering viability is reasonably achievable in nominal operation. For beam trip which will be the most frequent transient, the number of events to cause the failure of the beam window is estimated as more than . For safety aspects of ADS during unprotected accidents, estimated results showed that ULOF would cause the most significant problem, if beam operation was kept. Therefore, high reliability of the beam shutdown is required for the ADS safety.