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

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

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.13961_1 - 13961_10, 2017/10

https://doi.org/10.1038/s41598-017-14319-7

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。

Candidate iodides for LLFP transmutation in FR core

舘 義昭; 若林 利男*

Transactions of the American Nuclear Society, 103(1), p.268 - 269, 2010/11

放射性ヨウ素のような使用済燃料に含まれる長寿命核分裂生成物の核変換技術は、高レベル放射性廃棄物の処分に伴う環境負荷やリスクの軽減にとって非常に有望な技術である。ヨウ素は低い融点や高い蒸発性のため、また、鉄基材料に対する高い腐食性のために、高速炉炉心への適用性に優れる化合物形態を選定することが重要な課題となっている。融点や核的特性,ステンレス鋼との反応性,製造性の観点から高速炉での核変換のための候補化合物形態としてMgI, CuI, RbI, YI, BaIの5種類のヨウ素化合物を選定した。これらについて、高温での安定性を評価するためにTG-DTAを、被覆管材料との共存性を評価するために600Cで最長5000時間の共存性試験を実施した。TG-DTAの結果、BaIは優れた高温安定性を有していることが、CuI, RbI, YIは融点付近で著しい重量損失を生じることが明らかとなった。被覆管材料との共存性試験の結果、MgI, YIと試験したSUS316鋼やPNC-FMS鋼,ODS鋼で腐食の痕跡が認められた。BaIと試験したSUS316鋼やODS鋼では、表面に酸化物層が形成されたが、これはBaI中に残留していた水分によるものであると考えられた。また、共存性試験の試験体上部においては、RbやYによるSUS316鋼の腐食が認められた。高温での安定性や被覆管材料との共存性の観点から、高速炉でのヨウ素の核変換のための化合物形態としてはBaIが有望であることが明らかとなった。

弥生炉を用いたAm, Am核分裂断面積の測定

大川内 靖; 大木 繁夫; 若林 利男; 山口 憲司*; 山脇 道夫*

JNC TY9400 2004-004, 37 Pages, 2004/05

JNC-TY9400-2004-004.pdf:1.03MB

高速炉を用いたマイナーアクチナイド(MA)核種の核変換研究の一環として、高速中性子源炉「弥生」において、235Uに対するMA(241Am, 243Am)の核分裂断面積比をバック・ツー・バック(BTB)核分裂検出器を用いて測定した。弥生炉の炉心を貫く主実験孔(グローリーホール)における測定のため、小型BTB検出器を準備した。グローリーホール内の測定位置を炉心中心から劣化ウランブランケットまで変えることにより、核分裂断面積比の中性子スペクトル依存性を調べた。核分裂断面積比の測定結果を、核データライブラリ(JENDL-3.2、ENDF/B-VI、JEF-2.2)を用いて計算した値と比較した。炉心中心における241Am, 243Am双方についての計算値は、1020%の系統的な過小評価となることがわかった。計算値における核データライブラリ間のバラツキは、測定値との相違に比べると小さいものであった。また、C/E値には測定位置依存性が見られている。本測定結果には測定精度の面で課題がある。波高スペクトルに対するアンフォールディング等により誤差の原因を取り除くことができれば、241Am, 243Amや中性子スペクトル場を形成する235U, 238Uの核データ検証における参考情報として、本測定結果を活用できると考えられる。

「消滅処理工学」研究専門委員会; 1995年4月1999年3月

向山 武彦; 若林 利男*

日本原子力学会誌, 41(6), p.713 - 714, 1999/06

原子力学会「消滅処理工学」専門委員会の1995年4月から1999年3月までの活動の報告である。活動内容を(1)消滅処理システム、(2)燃料開発、(3)データベース、(4)加速器開発、(5)郡分離研究、(6)地層処分と消滅処理の関係に分けて報告する。

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。

「将来の核燃料サイクル・システム評価」国際会議

向山 武彦; 久保田 益充; 小川 徹; 藤根 幸雄; 若林 利男*; 小沢 正基*; 井上 正*

日本原子力学会誌, 38(7), p.591 - 593, 1996/00

1995年フランス・ベルサイユにおいて開催されたGLOBAL'95「核燃料サイクル」国際会議について報告する。内容は、会議経緯、目的、概要、全体セッション・パネル討論概要、技術論文発表のテーマ別概要、会議感想である。

我が国におけるプルトニウム利用-高速炉におけるプルトニウム利用; 4.3章 プルトニウム燃焼型高速炉

若林 利男

日本原子力学会誌, 37(7), p.582 - 583, 1995/00

日本原子力学会誌特集号「我が国におけるプルトニウム利用」のIV章高速炉におけるPu利用において「プルトニウム燃焼型高速炉」について紹介する。高速炉は増殖だけでなくPu燃焼の観点からも優れた特性を持つことが明らかになった。

HTTRを用いたIS水素製造システムのリスク評価に関する研究

工藤 潤一*; 坂場 成昭; 高橋 信*; 若林 利男*

no journal, , 

化学プラントと原子炉を接続したときには、個々の安全性のほかに、一方での事故が他方に影響を与えないように設計する必要がある。特に、化学プラント側の異常な過渡変化及び事故が原子炉の安全・安定運転に影響を与えないようにするべきである。本研究で扱うISプロセスでは、可燃性ガスである水素を大量に生成することから、火災・爆発の潜在的なリスクがある。そこで本研究では、HTTR-IS水素製造システムの概念設計段階における系統構成をもとに、次の設計へ必要な対策を提案することを目的とし、火災・爆発事象のリスクに関し確率論的安全評価を行った。発生頻度評価は、マスターロジックダイヤグラム法を用いて抽出した起因事象に対してイベントツリーを作成し、個々の事象に対してフォルトツリー解析を行い、事象発生頻度を原子力情報公開ライブラリーニューシアによる故障率データを用いて評価した。その結果、頻度の総和は、2.5610/年であった。この値は、ヨウ化水素系の単管部からの漏えい,水素貯蔵タンクからの漏えい,水素部弁からの漏えい,フレアスタック種火燃料配管からの漏えいが大きな割合を占めることが明らかとなった。次段階の設計においては、配管を二重化し発生頻度を低減させる、送風機により爆発限界以下の可燃性混合気体濃度とするなどの頻度低減対策を検討し、水素爆発のリスクを十分に低減させる計画である。

HTTR-ISプラントにおける火災爆発の確率論的安全評価

工藤 潤一*; 坂場 成昭; 高橋 信*; 若林 利男*

no journal, , 

原子炉を用いた水素製造方法としてISプロセスに注目し、熱源として高温ガス炉であるHTTRを用いた原子力水素製造プラント(HTTR-ISプラント)における確率論的安全評価を実施した。HTTR-ISプラントの候補となる系統構成に対し、火災爆発につながるシーケンスをマスターロジックダイアグラム法により抽出した。抽出された全起因事象に対し、イベントツリー解析及びフォルトツリー解析を行い、発生頻度の定量化を行った。その結果、火災爆発頻度合計は2.4510(件/年)となった。この値は目安となる10(件/年)より大きいため、HTTR-ISプラントの系統構成に機器追加の提案を行い頻度低減を図った。その結果、火災爆発頻度合計を1.3110まで低下させることに成功した。

An Investigation on five different iodides for iodine transmutation target materials in fast reactor

舘 義昭; 若林 利男*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物による環境負荷や処分リスクの軽減に対して、高速炉を利用した放射性ヨウ素の核変換は有効な手段である。ヨウ素は反応性が高い元素であるため、高速炉へ装荷するターゲット材としては、高温での安定性や被覆管材料と共存性が重要な課題となっている。本研究では、融点や中性子照射特性などから優れた性質を持ち、ターゲット材の候補として選定された5種類(MgI, CuI, RbI, YI, BaI)のヨウ素化合物に対して、熱分析と被覆管材料との共存性試験を実施した。熱分析は、ヨウ素化合物の粉末を最高1473Kまで加熱した。その結果、CuI, YI及びRbIは、高温での蒸発量が多く、安定性が低いことが明らかとなった。また、被覆管材料との共存性試験では、SUS316と9Cr-ODSをヨウ素化合物の粉末を873Kに3000時間、高温接触させた。この結果、MgI, YI及びRbIにおいて、著しい腐食が発生することが明らかとなった。これらの熱分析と共存性試験の結果から、5種類のヨウ素化合物の中ではBaIが最もターゲット材として適していることが明らかとなった。