Method to reduce long-lived fission products by nuclear transmutations with fast spectrum reactors

高速炉を利用した核変換による長寿命核分裂生成物の削減手法

千葉 敏*; 若林 利男*; 舘 義昭  ; 高木 直行*; 寺島 敦仁*; 奥村 森*; 吉田 正*

Chiba, Satoshi*; Wakabayashi, Toshio*; Tachi, Yoshiaki; Takaki, Naoyuki*; Terashima, Atsunori*; Okumura, Shin*; Yoshida, Tadashi*

放射性廃棄物の課題を克服するため、高速炉中性子を利用した6種の長寿命核分裂生成物を元素分離で核変換する技術の開発を進めている。効果的かつ効率的な核変換のため、重水素化イットリウムを減速材としたシステムを考案した。モンテカルロコードMVP-II/MVP-BURNを使った核変換率とサポートファクタの評価を行った。高速炉炉心のブランケット領域および反射体領域に重水素化イットリウムと装荷した場合、すべての核種の実効半減期が10から10へ劇的に低減し、サポートファクタも1を上回ることが確認できた。この高速中性子を利用した核変換システムは放射性廃棄物の低減に大きく貢献する。

Transmutation of long-lived fission products (LLFPs: Se, Zr, Tc, Pd, I, and Cs) into short-lived or non-radioactive nuclides by fast neutron spectrum reactors without isotope separation has been proposed as a solution to the problem of radioactive wastes disposal. Despite investigation of many methods, such transmutation remains technologically difficult. To establish an effective and efficient transmutation system, we propose a novel neutron moderator material, yttrium deuteride (YD), to soften the neutron spectrum leaking from the reactor core. Neutron energy spectra and effective half-lives of LLFPs, transmutation rates, and support ratios were evaluated with the continuous-energy Monte Carlo code MVP-II/MVP-BURN and the JENDL-4.0 cross section library. With the YD moderator in the radial blanket and shield regions, effective half-lives drastically decreased from 10 to 10 years and the support ratios reached 1.0 for all six LLFPs. This successful development and implementation of a transmutation system for LLFPs without isotope separation contribute to developing a self-consuming cycle of LLFPs using fast spectrum reactors to reduce radioactive waste.