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Neutronics design for molten salt accelerator-driven system as TRU burner

TRU燃焼炉としての溶融塩加速器駆動システムの核設計

菅原 隆徳  

Sugawara, Takanori

余剰プルトニウムの扱いは、日本における原子力利用の最重要課題の一つである。本研究では、この課題に取り組むため、超ウラン元素(TRU)核種の核変換をするための溶融塩加速器駆動システム(ADS)の検討を行った。MARDS(Molten salt Accelerator Driven System)と名付けられたこの概念は、硬いスペクトルを実現するため、鉛塩化物とTRU塩化物の混合物を燃料塩として用いる。この燃料塩は核破砕ターゲットとして用いられ、専用のターゲットを必要としない。さらに、ビーム窓が燃料塩と接しない設計にすることで、ADS検討で最も困難なビーム窓設計の設計条件を大きく緩和する。本研究では、この概念について核設計を行い、400MW熱出力、800MeV-7mA陽子ビームを用いることで、約4400kg/40年のプルトニウムを核変換できることを示した。この概念では、加速器としてLINACに代わり円形加速器を用いることができ、従来のJAEA-ADSに比べてより柔軟な設計が可能となる。

Treatment of surplus plutonium has been one of the most important issues in the utilization of nuclear power in Japan. This study investigates a molten salt accelerator-driven system (ADS) to transmute transuranic (TRU) nuclides to address the issue. MARDS (Molten salt Accelerator Driven System) concept employs lead chloride (PbCl$$_2$$) as a fuel salt to achieve a hard spectrum. Since the fuel salt is used as a spallation target, a dedicated spallation target is not required in this concept. Furthermore, a beam window which is a boundary between an accelerator and subcritical core is designed to avoid touching the fuel salt. It mitigates the difficulties of the beam design for ADS. Neutronics calculation for the MARDS concept was performed for a condition of 400 MW thermal power with 800 MeV proton beam. The calculation results showed that the proton beam current was about 7 mA and about 4400 kg plutonium could be transmuted during 40-year operation.

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