Study on transmutation and storage of LLFP using a high-temperature gas-cooled reactor

高温ガス炉を用いたLLFPの核変換と保管に関する研究

高良 和樹*; 中屋 裕行*; 久保 光太郎*; 松浦 秀明*; 島川 聡司; 後藤 実  ; 中川 繁昭  

Kora, Kazuki*; Nakaya, Hiroyuki*; Kubo, Kotaro*; Matsuura, Hideaki*; Shimakawa, Satoshi; Goto, Minoru; Nakagawa, Shigeaki

HLWには数十万年にわたり放射線を出し続ける長寿命核分裂生成物(LLFP)が含まれ、それらの中には化学的に地下水に溶けて移行しやすい傾向を示すものもあり、必ずしも地層処分に向いているとは言えない。そこで、LLFPの処分については、長期保管すると同時に削減できる施設の利用を提案する。高温ガス炉(HTGR)は、広い反射体領域を備えており、基本設計を大きく変えることなく大量のLLFPを保管すると同時に核変換よる削減が可能である。概念設計が行われている実用高温ガス炉GTHTR300にLLFPを装荷した場合を想定し、原子炉を1年間運転するための過剰反応度を確保する条件の下、装荷可能なLLFP量およびLLFPの核変換量を、モンテカルロコードMVP-BURNを用いて評価した。その結果、装荷可能なLLFPは15t、LLFPの核変換量は30kg/yearであり、実効的なLLFPの半減期を1/626に短縮できる。更なる最適化による核変換量の増加も期待でき、高温ガス炉は大量のLLFPを長期保管すると同時に削減する施設として利用できる。

In this study, the capability of HTGR as LLFP transmuter was evaluated in terms of neutron economy. Considering gas turbine high-temperature reactor with 300 MWe nominal capacity (GTHTR300) as HTGR, transmutations of four types of LLFP nuclide were estimated using Monte Carlo transport code MVP and ORIGEN. In addition, burn-up simulations for whole-core region were carried out using MVP-BURN. It was numerically shown that the neutron fluxes change significantly depending on the arrangement of LLFP in the core. When 15 t of LLFP is placed in an ideal manner, the GTHTR300 can sustain sufficient reactivity for one year while transmuting up to 30 kg per year. Additionally, there are more space available for storing larger amount of LLFP without affecting the reactivity. These results suggest that there is a possibility of using GTHTR300 as both LLFP storage and transmuter.