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岩佐 龍磨; 高野 公秀
JAEA-Technology 2020-024, 29 Pages, 2021/03
JAEA-Technology-2020-024.pdf:2.33MB
高レベル放射性廃棄物の減容・有害度低減のために、発電炉使用済燃料中に含まれるマイナーアクチノイド(MA)を分離回収し、核変換用燃料に添加して燃焼させる核変換の研究開発が進められている。日本原子力研究開発機構原子力科学研究所では、加速器駆動システムによる核変換用の燃料として、MAを高濃度に含有させた窒化物燃料を研究している。窒化物燃料製造に天然の窒素を用いた場合、
Nの(n,p)反応によって燃料中にCが蓄積するので、これを避けるために
Nを高濃度に同位体濃縮した特殊な窒素ガスを用いる必要がある。この窒素ガスは高価なため、実燃料製造では電気炉でのMA酸化物から窒化物への転換時にN
ガス中に生成する一酸化炭素(CO)を除去し、再び電気炉へ供給する窒素循環精製システムの利用が経済性向上の観点から必須となる。本報告書では、まずCO除去ユニットと窒素循環・自動供給ユニットからなる窒素循環精製システムの性能要件を検討した上で、実験室規模の実証試験用試作機の設計を行った後にこれを製作し、全体の性能を評価した。その結果、各ユニットは性能要件を十分に満たしており、今回実証したシステム概念が水素自動添加等の機能を追加することで実燃料の製造に適用可能であることを確認した。
N同位体濃縮プラントとコストに関する調査(受託研究)高野 公秀
JAEA-Review 2020-080, 24 Pages, 2021/03
JAEA-Review-2020-080.pdf:1.71MB
加速器駆動システムによるマイナーアクチノイド核変換用燃料の化学形として窒化物が適するが、天然窒素中のNから(n,p)反応によりCが生成して燃料中に蓄積する。この問題を避けるため、天然窒素中に少量含まれるNを高濃度に同位体濃縮した特殊な窒素ガスを燃料製造に用いる必要があり、その入手実現性に目処をつけることが大きな課題の一つとなっていた。本報告書では、燃料製造に必要な濃縮度とガス量を試算した上で、既存のN同位体濃縮技術を調査した結果、現在は机上検討段階であるもののN低温蒸留法が大規模プラント化の観点からは安全で有望な方法であると判断した。同様の技術を用いた
O濃縮プラントがすでに複数稼働しており、その技術と機器類を流用可能である。N低温蒸留法による同位体濃縮プラントから燃料製造用のNガス供給を受けることを想定し、濃縮度と年産量をパラメータとした濃縮シミュレーションを行い、プラント規模を評価するとともに構成設備・機器類の基本仕様を定めた。その結果、濃縮度99%で年産量1000kgの濃縮プラントが技術的に十分可能な見通しを得た。また、このプラントの建設費と運転費用から製品単価を評価し、現状の流通価格の1/30程度に低く抑えられることを示した。この調査により、燃料製造に必要なNガスを技術的にも経済的にも入手可能な見通しを得られたことの意義は大きい。
荒井 康夫
燃料サイクル技術; 21世紀の燃料サイクルの構築に向けて, p.119 - 126, 2002/05
本報告は日本原子力学会「燃料サイクル技術」研究専門委員会報告書に掲載される予定である。現在、乾式分離技術の一つとして取り上げられている窒化物燃料の溶融塩電解プロセスについて解説したものである。原理,高速炉サイクルへの適用,核変換サイクルへの適用,原研等で進めている研究開発の現状及び今後の課題について記述した。
佐藤 正*; 堤 健一*; 広野 修一郎*; 武田 宏*; 瀬川 猛*
PNC TJ6409 93-001, 113 Pages, 1993/10
安定同位体の利用は医療、農業及び特に各種研究開発において、近年年ごとに需要が増大している。このための同位体濃縮技術は、古典的な電磁分離法や蒸発濃縮法が大部分で、軽元素が多いことと、需要が量的にそれ程大きくないため、遠心分離による同位体濃縮技術は旧ソ連やアメリカ等で試験的規模で行われたに過ぎない。本調査は遠心分離法の安定同位体への利用の可能性を検討したもので、医療関係、農林水産関係、バイオ関係、化学工業関係、核燃料再処理や原子炉材料等を含む原子力関係、及び核融合関係等を対象として、安定同位体に関する利用の状況、市場ニーズ、需要量、生産方法と価格について調査を行ったものである。調査方法としては、科学情報検索システムによるキーワーズによる文献検索及び他の手段により関連文献を収集し、それらの情報を、核種別のフォーマットにまとめると共に、各分野の現状を総括し、最後に遠心分離法の適用性に触れた。
遠藤 秀男; 森平 正之; 川瀬 啓一; 佐藤 俊一; 上村 勝一郎; 長井 修一朗
PNC TN8410 93-065, 192 Pages, 1993/04
現在動燃内で窒化物燃料の実用性評価研究を進めている。窒化物燃料の窒素に天然窒素を使用した場合、炉内でのSUP14/Nの(n、p)反応によるSUP14/Cの発生と増殖比の低下を招くことになるため、窒化物燃料としての特性を活かすためにはSUP15/Nを使用する必要がある。ところが、現在のSUP15/N生産量は小さく価格も約11万円/gと非常に高価である。そのため、生産量を大きくした場合のSUP15/N濃縮コスト評価の必要性が生じ、SUP15/N濃縮研究の第一人者である米国在住の石田孝信教授及びDr.W.Spindelに委託研究としてコスト評価をお願いした。本報告書は委託研究の初年度分の成果報告書(英文)を和訳したものである。なお、初年度分の評価に当たってのSUP15/N生産量を50kg/年及び100kg/年に設定した。また、NITROX法の交換反応はH/SUP14/NO/SUB3+SUP15/NO
H/SUP15/NO/SUB3+SUP14/NOと表わせる。
石井 克典; 佐々木 紀樹; 須藤 収; 島崎 善広
PNC TN8420 93-002, 20 Pages, 1993/02
分子レーザー法応用研究の一環として,窒化物燃料開発に必要となる窒素15のレーザー同位体分離技術について調査研究を行った。オンライン情報検索システムDIALOGにより文献検索を行い,実際に文献を入手して分離プロセス,作業物質,分離係数等を調査・検討した。文献調査により以下の結果を得た。色素レーザーによる光分解反応は一般に分離係数が高く,テトラジンを作業物質に用いた例では最大10000程度であった。炭酸ガスレーザー+紫外光による2段階励起光分解反応では,作業物質にアンモニア用いた例が分離係数が最大で,分離係数は10程度であった。炭酸ガスレーザーによる多光子解離反応は比較的分離係数が低く,分離係数は4が最大であった。レーザー誘起化学反応では,窒素と酸素から一酸化窒素を合成する反応を利用した例が分離係数が最大で,分離係数は600であった。