高速炉による長半減期核分裂生成物の消滅特性の検討

日向野 直美; 若林 利男

PNC TN9410 96-248, 69 Pages, 1996/11

PNC-TN9410-96-248.pdf:2.32MB

高レベル廃棄物として処理される核種のうち、Tc及びIはそれぞれ半減期2.1310y、1.5710yの長半減期核分裂生成物であり、10年以上の長期にわたりその毒性が問題となる。この2核種は熱及び共鳴エネルギー領域での中性子吸収断面積が大きいため中性子束の高い高速炉で減速された領域を作り、この位置で安定核種に変換して消滅をはかる方法が考えられる。よって本報告では高速炉内におけるTc及びIの消滅特性について検討した。60万kKWe級高速炉のブランケット第1層目の位置にFP核種を減速材入りターゲット集合体として装荷することを検討した。これらの核種の消滅には熱-共鳴エネルギー領域での反応を重視するため、連続エネルギーモンテカルロコードであるMVPコードを使用した。MVPコードではターゲット内の形状を忠実にモデル化して解析を行うことが可能であるため、ターゲット仕様やピン仕様による消滅特性への影響を詳細に調べることも可能である。本検討では第1段階としてTcに重点をおいて、パラメーターサーベイを行った。この結果をもとに数ケースの体系を選択しIの消滅についても検討を行った。解析結果から減速材種類や減速材の量が中性子を得る場合にもTcの消滅に支配的なエネルギー領域が異なることがわかった。Tcの消滅の場合、エネルギーの一番小さい5.6eVの共鳴ピークの効果が非常に大きいこと、第1共鳴ピーク位置で自己遮蔽効果が大きいためにTc100%の金属で装荷した場合このエネルギーを持つ中性子はTcピンのごく表層部までしか届かないことがわかった。よって、Tcの体積に対する表面積の割合を高めるために細いFP部分を減速材で巻いた2重の構造を持つDuplexピンやRingピンを用いること、自己遮蔽効果を緩和させる目的で原子数密度を低減させることにより目標として設定した年間の消滅率10%を達成した。商用の100万kWe級PWR1基から生成されるTcは年間約24kgであるのに対し、消滅量を重視するケースでは年間40kg程度を処理できる。Iの場合はNaIとして装荷するため原子数密度が低減され同一条件下での消滅率は改善される。