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マイナーアクチノイドの水溶液系での臨界質量評価; 分離プロセスにおける臨界安全評価のための基礎データ

Critical mass evaluation of minor actinides in aqueous solution; Data for criticality safety assessment of separation process

森田 泰治; 福島 昌宏; 鹿島 陽夫*; 津幡 靖宏 

Morita, Yasuji; Fukushima, Masahiro; Kashima, Takao*; Tsubata, Yasuhiro

マイナーアクチノイド分離プロセスにおける臨界安全評価のための基礎データとして、Cm, Amおよびこれらの混合物についての中性子減速系である水混合系(均質, 水反射体付き)での臨界質量を求める計算を行った。Cm-244とCm-245との混合系では、核分裂性であるCm-245の比率が大きいほど臨界質量が小さいが、臨界となるときのCm-245重量が、Cm-245の比率によらずに概ねCm-245のみの濃度で整理できることを明らかにした。実際の再処理プロセスで取り扱うPu-239: 71%, Pu-240: 17%, Pu-241: 12%のPu同位体混合物と比べるとCm-245: 30%の方が臨界となりやすい。Cmを、Amを含む他の元素から分離し、その溶液を濃縮する場合は臨界防止への配慮が必要である。一方、Amでは、核分裂性の同位体であるAm-242m単体での最小臨界質量は、Cm-245に比べて小さい。しかし、使用済燃料中ではAm-242mの同位体比率は小さく、その比率が最も高くなる高速炉燃料中のAmの場合でも数%程度であり、わずかな水混合で臨界質量が大きくなることがわかった。そのため、Amの同位体混合物では中性子減速系での臨界は考慮する必要がなく、また、これはAm-Cm混合物でも同様である。

Critical Masses of Cm, Am and the mixture were calculated in metal-water mixtures with water reflector as a basic data for criticality safety assessment of minor actinide separation process. In the mixture of Cm-244 and Cm-245, higher ratio of Cm-245 gives smaller critical mass, but the amount of Cm-245 in the critical mass can be obtained by concentration of Cm-245 in the Cm mixture without depending on the Cm-245 ratio. Critical mass of Cm isotope mixture with 30% Cm-245 was smaller than that of Pu isotope mixture in the practical reprocessing (71% Pu-239 + 17% Pu-240 + 12% Pu-241). When Cm is separated from other element including Am and the solution is concentrated, measure for the critical accident has to be taken. Critical mass of Am-242m is smaller than that of Cm-245, but the ratio of Am-242m in the Am contained in practical spent fuel is small enough, about several percent, and therefore the critical accident by Am does not have to be considered. That by the mixture of Am and Cm does not either.

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