高温ガス炉を用いた使用済み燃料の放射性潜在的有害度の低減に関する研究

Study on reduction of potential radiotoxicity for spent fuel by using HTGR

深谷 裕司   ; 國富 一彦 ; 小川 益郎

Fukaya, Yuji; Kunitomi, Kazuhiko; Ogawa, Masuro

高温ガス炉を用いた使用済み燃料の放射性潜在的有害度の低減に関する研究を行った。分離変換とは異なり、有害度発生自体を減らすことができる炉心概念という観点からの研究である。有害度発生量を減らすためにはPu, Am, Cmの発生源であるUを排除する必要がある。そのため、Uに代わる新たな燃料母材を用いた高温ガス炉を提案した。その候補として、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)とトリウムを検討した。核燃料物質としては、濃縮度93%の高濃縮ウランを想定した。この高濃縮ウランを用いることによりその有害度を大幅に低減することができ、天然ウランレベルの有害度レベルまで減衰させるのに必要な冷却期間が800年程度に低減できる。燃料健全性および核拡散抵抗性もYSZによる希釈により保つことができ、核的自己制御性に関してもエルビウム添加により保持できる。熱エネルギー発生量に関しても通常のウラン燃料と同等の発生量が得られる。発電原価も通常のGTHTR300炉心と同等に安価である。本炉心概念では通常のウラン炉心の10万年程度の冷却期間を1%以下の800年程度に低減することができる。

A study on reduction of potential radiotoxicity for spent fuel by using High Temperature Gas-cooled Reactors (HTGRs) have been performed. Unlike Partitioning and Transmutation (P&T), the reactor concept is investigated from the viewpoint of reduction of the radiotoxicity generation itself. To reduce the radiotoxicity, U, which generates Pu, Am and Cm, should be excluded. Therefore, we proposed HTGR fueled by new concept fuels with alternative fuel matrix instead of U. Those are Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) and thorium, and the fissile material is Highly Enriched Uranium (HEU) with the enrichment of 93%. With the HEU, the radiotoxicity can be significantly reduced, and the cooling time to decay to a natural uranium level can be shorted down to approximately 800 years. Fuel integrity and proliferation resistance can be remained by the dilution using YSZ, and neutronic characteristics of self-regulation is remained by the loading of erbium. The fuel can generate heat as same amount as ordinary uranium fuel. The electricity generation cost is as cheap as ordinary GTHTR300. It is concluded that the proposed reactor concept can reduce the cooling time less than 1% from 100 thousand years to a 800 years without additional technology development.