Investigations of lead-bismuth cooled accelerator-driven system

鉛ビスマス冷却型加速器駆動核変換システムの検討

菅原 隆徳  ; 西原 健司  ; 辻本 和文 ; 佐々 敏信   ; 大林 寛生  ; 倉田 有司; 大井川 宏之 

Sugawara, Takanori; Nishihara, Kenji; Tsujimoto, Kazufumi; Sasa, Toshinobu; Obayashi, Hironari; Kurata, Yuji; Oigawa, Hiroyuki

原子力機構では、高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイド(MA)を核変換するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSは大強度陽子加速器,未臨界炉心,核破砕ターゲットから構成されることから、従来型の臨界炉にはない固有の課題が存在する。本検討では代表的なADS固有の課題として、ビーム窓検討と安全性検討を紹介し、原子力機構における最新の研究成果を報告する。ビーム窓は加速器と未臨界炉心の境界をなすことから、照射,温度,圧力の点で非常に厳しい条件下での使用が想定される。これについては、粒子輸送計算,熱流動計算,構造解析を実施し、先端厚さを2mmとする長円型モデルで非照射環境での成立性が見込めることを確認した。安全性検討については、ADS固有の事故事象として考えられるビーム窓破損や、過酷事故の一つと考えられる除熱源喪失事象(PLOHS)を対象とした過渡解析を実施した。解析の結果、崩壊熱除去系が作動しない保守的な条件下ではPLOHS時に被覆管温度が融点に達し、炉心損傷にいたる可能性があることが示された。今後は、事故発生の頻度低減を図ると共に、事故事象を緩和するシステム・機器設計を行う必要がある。

The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been conducting research and development on an accelerator-driven system (ADS) to transmute minor actinides (MAs) included in high-level waste (HLW) into short-lived nuclides. The ADS proposed by JAEA is a lead bismuth eutectic (LBE) cooled-tank-type ADS. The system consists of a high-intensity proton accelerator with 1.5GeV beam energy, a subcritical core with 800MW thermal power and an LBE spallation target placed at a center of the subcritical core. Since the ADS is a hybrid system of an accelerator and a nuclear reactor, there are various inherent issues in the research and development of the ADS. In this study, two important issues are introduced from the viewpoint of the ADS plant investigation and the latest results are presented.