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論文

多様な原子燃料の概念と基礎設計,5; 高温ガス炉と溶融塩炉の燃料

植田 祥平; 佐々木 孔英; 有田 裕二*

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 63(8), p.615 - 620, 2021/08

https://doi.org/10.3327/jaesjb.63.8_615

日本原子力学会誌の連載講座「多様な原子燃料の概念と基礎設計」の第5回として「高温ガス炉と溶融塩炉の燃料」の題目で解説を行う。高温ガス炉の燃料である被覆燃料粒子は、高温ガス炉の高温の熱供給や優れた固有の安全性を支える鍵となる技術の一つである。本稿では高温ガス炉燃料の設計,製造技術,照射性能,実用化並びに高度化開発について述べる。一方、溶融塩炉で用いる溶融塩燃料は燃料自体が液体という特殊なものである。安全性や事故時の環境への影響など優れた性能が期待されているが、まだまだ明らかにすべき課題も多い。その現状について概説する。

報告書

溶融塩系の核分裂燃焼に伴う化学反応性の解析

小川 徹

JAERI-M 92-210, 92 Pages, 1993/01

JAERI-M-92-210.pdf:1.81MB

LiF-BeF$$_{2}$$-ThF$$_{4}$$-UF$$_{4}$$溶融塩、(TRU)Cl$$_{3}$$-NaCl溶融塩(TRU:超ウラン元素)の核分裂燃焼に伴う化学反応性について、自由エネルギー最小化法を用いた熱力学的解析を行った。フッ化物溶融塩についての解析結果は米国における溶融塩実験炉(MSRE)の運転経験、特に、一次系内のFP分布測定結果、ハステロイN合金の腐食反応に関する知見を良く再現した。しかし、従来看過されてきた問題として、一次系内でのU-Pd合金粒子の沈澱形成の可能性を見出した。TRU塩化物溶融塩系についての解析結果は、(1)PdTe粒子が蓄積してTe源として作用し続け、構造材合金の腐食をもたらす可能性、(2)NP-Pu-Pd合金粒子の沈澱形成の可能性、(3)フッ化物溶融塩系にはない原子価調整の困難性、(4)溶融塩から蒸発したZrCl$$_{4}$$が排気系内で凝縮する可能性、を示すものであった。

論文

Thermal diffusivity measurement of molten fluoride salt containing ThF$$_{4}$$

加藤 義夫; 荒木 信幸*; 小林 清志*; 牧野 敦*

Thermal Conduct., 18, p.95 - 104, 1985/00

溶融塩の熱拡散率測定用に開発したセラミックセルについて、従来理論境界条件を満足するサイズについては、実験的に定めてきたが、本報において試料溶融塩を囲むセラミック板の必要な半径、厚さについて数値解析を行い、実験で使用したセルがこれらの条件を充分満たすことを示した。測定した試料塩は、LiF-BeF$$_{2}$$-ThF$$_{4}$$(67-18-15mol%)で、加速器溶融塩炉のターゲット材の一つと考えられている。融点は515$$^{circ}$$Cで、熱拡散率a〔m$$^{2}$$S$$^{-}$$$$^{1}$$〕としてa=2.34$$times$$10$$^{-}$$$$^{7}$$+6.10$$times$$10$$^{-}$$$$^{1}$$$$^{1}$$($$theta$$-515) 550≦$$theta$$≦710$$^{circ}$$C が得られた。

報告書

Single-fluid-Type Accelerator Molten-Salt Breeder(AMSB)

古川 和男; 塚田 甲子男*

JAERI-M 83-050, 43 Pages, 1983/03

JAERI-M-83-050.pdf:1.05MB

溶融塩ターゲットとブランケツトを加速器増殖炉に利用することが検討された。この塩の中にはThF$$_{4}$$,UF$$_{4}$$が高い濃度で含まれる。この方式の利点は、ターゲットの製作、設計、照射損傷、熱除去、安全性、経済性に関連する。LiF-BeF$$_{2}$$-ThF$$_{4}$$,LiF-NaF-ThF$$_{4}$$,LiF-BeF$$_{2}$$-UF$$_{4}$$などをターゲット・ブランケット兼用で使うならば、予期以上の中性子発生効率がえられることが、ニュトロニックスから示された。この加速器溶融塩増殖炉(AMSB)の概要、特性、炉化学問題点が紹介された。また、エネルギー戦略上の位置付け、特にトリウムサイクル実現化における貢献などか諭じられた。

論文

Accelerator molten-salt breeders

古川 和男; 塚田 甲子男*; 加藤 義夫

Proc.6th Symp.on Ion Sources and Ion-Assisted Technology, p.167 - 170, 1982/00

核分裂性物質へ核物質を核変換させる方式として、スポレーション反応を利用することが考えられる。それには、陽子をlinacで約1GeVに加速するのが、現在最も実現性があると考えられる。ターゲット・ブランケット系としては、溶触弗化物、特に$$^{7}$$LiF-BeF$$_{2}$$-ThF$$_{4}$$系溶触塩を環一流体でターゲット・ブランケット両者を兼ねさせることにより、技術的見通しを大いに明るいものとすることができた。さらにこの塩に$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{3}$$VF$$_{4}$$を0.2~0.7mol%残留させて、性能を向上させ、さらに直接に溶融塩非増殖発電炉の燃料塩に添加できるような燃料cyileを考案することにより、極めて合理的、経済的で、かつ安全性・適用性の高い増殖・発電システムがまとまった。これは、トリウム・エネルギー資源利用を大いに促進するものであろう。

論文

Single-fluid-type accelerator molten-salt breeder concept

古川 和男; 塚田 甲子男*; 中原 康明

Journal of Nuclear Science and Technology, 18(1), p.79 - 81, 1981/00

https://doi.org/10.3327/jnst.18.79
 被引用回数：25 パーセンタイル：95.65(Nuclear Science & Technology)

今世紀末の核分裂性物質不足解消のために、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{2}$$Th(もしくは劣化U)に高速陽子を当てる加速器増殖炉方式の利用が考えられる。これは苛酷度(1)照射損傷、(2)熱除去、(3)target物質のshufflingなどの困難を持つが、工学的実現性の高い最初の炉概念設計を提示することができた。これはtargetおよびblanketに一種類のTh(またはU)含有溶融弗化物を使用するもので、(a)中性子物理的計算結果は軽原子の影響が殆ど無視できる優れたものである。(b)上記三問題は心配ない。(c)spallation productsの化学処理も量が少なく大きな問題とはならない。(d)必要電力は充分自給できる。(e)構造極めて単純、未臨界系で化学的不活性物質であるから安全性高い。 大容量加速器(1GeV 300mA)の開発が完成すれば、現実化は容易であろう。

論文

蓄熱用溶融塩と腐食

古川 和男; 沼田 博雄*

防食技術, 29(4), p.185 - 195, 1980/00

https://doi.org/10.3323/jcorr1974.29.4_185

蓄熱材として溶融塩は、(1)容積当りの熱容量が大きいこと,(2)化学的に安定であること,(3)低蒸気圧であることなどから、太陽熱利用などに注目されてきている。溶融塩組成としては無限の選択があるといえるが、物性値に関する予測は比較的容易であり、選択に困難はないといえる。最も理解されていないのは、容器材料との共存性である。その原理的な面はかならずしも不明確ではないが、過去の特殊な経験事実に頼りすぎて誤解されている面があり、それを整理し必要な精製操作を明かにしつつ次の諸溶融塩の腐食特性を解説した。(1)フッ化物,(2)塩化物,(3)水酸化物,(4)硝酸塩・亜硝酸塩,(5)炭酸塩。また、腐食モニターに関する新しい研究成果をも紹介した。この開発および質量移行現象の解明などが、特に重点的に研究すべき項目であることも指摘した。

論文

Diffusivity and solubility of hydrogen in molten fluoride mixture(LiF-NaF-KF)

勝田 博司; 古川 和男

Journal of Nuclear Materials, 71(2), p.375 - 376, 1978/02

https://doi.org/10.1016/0022-3115(78)90439-7
 被引用回数：6

溶融塩中の水素拡散係数についての測定結果は今まで報告されていない。本報告は非定常法(Time Lag法)を用い、Flinak(46.5mol%LiF-11.5NaF-42.0KF,mp.454$$^{circ}$$C)中の水素拡散係数の測定を行ったものである。またこの係数を用いることにより、Flinak中の水素溶解度を算出し、Flibe(Li$$_{2}$$BeF$$_{4}$$)中の水素挙動との比較を行った。450$$^{circ}$$C~550$$^{circ}$$Cの温度範囲で測定を行ったが、550$$^{circ}$$Cで1.5$$times$$10$$^{-}$$$$^{4}$$cm$$^{2}$$/secの水素拡散係数の値が、また活性化エネルギーは約9kcal/molが得られた。一方水素溶解度は500$$^{circ}$$Cで6$$times$$10$$^{-}$$$$^{4}$$mol/m$$^{3}$$salt atmが得られた。これはFlibe中の水素溶解度の1000倍に相当し、FlibeとFlinak中では水素溶解機構が異なることが推察された。

論文

Hydrogen behavior in molten fluoride mixtures(LiF-NaF-KF)

勝田 博司; 古川 和男

Rev.Chim.Miner., 15(1), p.49 - 58, 1978/01

精製及び未精製Flinak(46.5mol%LiF-115NaF-40.0KF)と平衡する水素、重水素、メタン分圧を測定した。塩の溶融初期には、数10torrの高い水素分圧であったが、定常状態では3~6$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$(at600$$^{circ}$$C)torrが、得られた。水素とメタン分圧から炭素活動度を推定すると約0.2であったが、これは精製の度合により変化した。Time Lag法をこの塩に応用して、溶融Flinak中の水素拡散係数並びに水素溶解度を求めた。D$$_{H}$$=1.8$$times$$10$$^{-}$$$$^{4}$$cm$$^{2}$$/sec,at550$$^{circ}$$C,$$Delta$$H=9kcal/molが得られた。又溶解度S$$_{H}$$は550$$^{circ}$$Cで5$$times$$10$$^{-}$$$$^{5}$$molH$$_{2}$$/cm$$^{3}$$,melt atm,$$Delta$$H=-6kcal/molであった。さらに、この塩と接触したSUS316の水素透過係数を測定した。得られた値は、ほぼ気相中におけるSUS316のそれと等しかった。これより、接触表面効果は無視できることが予想された。測定で得られた溶解度の値に基づいて、溶融Flinak中の水素の状態について考察を行った。

論文

LiF-BeF$$_{2}$$(Flibe)系溶融塩とその応用; 溶融スラグ、溶融塩増殖炉、核融合炉など

古川 和男; 大野 英雄

材料科学, 14(6), p.302 - 309, 1977/06

溶融塩技術は近年着実な発展をとげつつあるが、中でもLiF-BeF$$_{2}$$形を中心とするFlibe技術は、特に興味ある位置を占めている。したがって、この系の基本的な構造および物性値について紹介しつつ、またその広い応用面の解説をも行ったものである。その構造、物性の理解には、それが融体でMgO-SiO$$_{2}$$と定量的に相応状態を形成することを利用すると有効である。これは、今後より深い溶融スラグの研究に、Flibeが大いに役立つことを意味する。また、溶融塩増殖炉の燃料媒体としての応用は、その優れた実用性から一層注目されてきている。されにそれは、トリチウム生産炉、アクチノイド溶融塩高速炉、およびDT核融合炉ブランケット工学へと広く関連しており、基礎研究と応用研究の多角的相関を示す良い例といえよう。これらを契機として、一層溶融塩技術が成熟してゆくことが期待される。

論文

Self-diffusion of fluorine in molten dilithium tetrafluoroberyllate

大道 敏彦; 大野 英雄; 古川 和男

J.Phys.Chem., 80(14), p.1628 - 1631, 1976/00

溶融Li$$_{2}$$BeF$$_{4}$$中のフッ素の自己拡散係数をキャピラリー法で$$^{1}$$$$^{8}$$Fを用い測定した。得られた拡散係数D$$^{F}$$は D$$^{F}$$=6.53$$times$$10$$^{3}$$ exp[-(30.6$$pm$$3.4)$$times$$10$$^{3}$$/RT] で表わされる。拡散係数の値ならびにその活性化エネルギーがともに大きい結果を説明し得る拡散機構として、フルオロベリリウム陰イオンが回転を伴い、しかも近接アニオン間でのフッ素の交換を伴うものであろう。

論文

溶融Li$$_{2}$$BeF$$_{4}$$中の弗素の自己拡散系数の測定

大道 敏彦; 大野 英雄; 工藤 博司; 古川 和男

溶融塩, 16(2), p.231 - 242, 1973/02

溶融Li$$_{2}$$BeF$$_{4}$$中の弗素の自己拡散係数を毛管浸漬法により測定した。トレーサーにはLi$$_{2}$$CO$$_{3}$$を原子炉照射後、実験室で分離調整した半減期1.8hの$$^{1}$$$$^{8}$$Fを用いた。拡散係数Dは、D=1.42$$times$$10$$^{4}$$exp(-31.7$$times$$10$$^{3}$$/RT)(500~650$$^{circ}$$C)として与えられた。大きな活性化エネルギーは、弗素はイオン径の大きいBeF$$_{4}$$$$^{2}$$$$^{-}$$として拡散することによると推論した。また電気伝導度との関連についても議論した。

論文

溶融塩燃料増殖炉と溶融塩技術

古川 和男; 大道 敏彦

溶融塩, 16(2), p.243 - 265, 1973/02

弗化物溶融塩燃料炉は、Th-Uサイクルの熱中性子増殖炉として、Na冷却高速炉に対比できる経済効果が期待されているが、その特長、開発経過および特に溶融塩技術上の問題点につき解説した。まず、技術的課題を明かにした上で、溶融塩選択基準、弗化物の優位性を論じ、$$^{7}$$LiF-BeF$$_{2}$$-ThF$$_{4}$$-UF$$_{4}$$が選ばれたこと、その物理化学的特性の概要、fission product挙動につきMSREより知られたこと、構造材料のHastelloy N(Ni-Mo-Cr合金)の腐食・照射挙動、黒鉛に関する問題点、二次冷却系用溶融塩の選択、その特性を述べ、特に最近検討の進んでいるトリチウム放散防止技術開発の状況を示した。次に、燃料再処理法開発の概要を紹介し、またこの炉の将来性をうらなう上で考慮すべき点を指摘した。

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