JPH07151879A - トリチウム燃料サイクルシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リチウムから生成するトリチウム量を低減して
経済性を高め、その結果としてトリチウム廃棄物量と、
作業者および環境の放射線被ばくを軽減する。 【構成】ヘリウムガス回収系16とヘリウムガス循環系17
とを接続し、ヘリウムガス循環系17をブランケット６に
接続してなる。トリチウム貯蔵ガス系１やトリチウム廃
棄物処理系13で発生するトリチウムの壊変生成物である
ヘリウム３をヘリウムガス回収系16で回収する。排気精
製系８を通して運ばれてきたトリチウムと重水素の核融
合反応およびリチウムと中性子の核反応で生成するヘリ
ウム４（α粒子）をヘリウムガス回収系16で回収する。
回収したヘリウムガス中のヘリウム−３はヘリウムガス
循環系17からブランケット６へ送り、炉心プラズマ５周
囲のブランケット６および中性子と反応してトリチウム
を再生し、これを回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトリチウムを燃料の一部
とする核融合炉である重水素−トリチウム核融合炉にお
けるトリチウム燃料サイクルシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、計画されている重水素−トリチウ
ム核融合炉では、燃料として重水素とトリチウムを使用
する。重水素は安定な水素同位体であり、天然にも存在
比約0.015 ％で存在しており、諸外国の重水素製造プラ
ントで工業的な生産が行われている。

【０００３】一方、トリチウムは不安定な水素同位体で
あり、天然の存在率が極めて低いことから核反応により
人工的に生産している。核反応により人工的に生産した
核融合炉燃料用のトリチウムは核融合炉において図６に
示すようなトリチウム燃料サイクルシステムとして扱わ
れる。

【０００４】図６を参照し、従来のトリチウム燃料サイ
クルシステムを以下に説明する。すなわち、従来のトリ
チウム燃料サイクルは図６に示したように、トリチウム
ガス貯蔵系１と、重水素ガス貯蔵系２と、これらを混合
して燃料として調整する混合燃料調整系３と、この混合
燃料調整系３の下流側に接続した燃料注入系４とが設け
られている。

【０００５】この燃料注入系４に接続した燃料を燃焼す
る炉心プラズマ５と、この炉心プラズマ５から発生する
中性子を増幅しその中性子によりトリチウムを再生しか
つ中性子を減速させて熱を発生するブランケット６と、
燃え残った燃料を排気ガスとして排出する未燃焼燃料排
気系７とが設けられている。

【０００６】この未燃焼燃料排気系７に接続した排気ガ
スから燃料を精製する排気精製系８と、ブランケット６
内の増殖材中で生成したトリチウムを回収するガスを循
環させるスウィープガス循環系９と、そのスウィープガ
ス精製系10と、前記ブランケット６内の熱を回収する熱
交換系11と、各工程12から発生するトリチウムを含む廃
棄物を処理するトリチウム廃棄物処理系13とが設けられ
ている。なお、排気精製系８は同位体分離系14に接続し
ている。

【０００７】この従来のトリチウム燃料サイクルシステ
ムでは、トリチウムガス貯蔵系１には核融合炉の運転に
先立ってリチウムと中性子の核反応によって別途人工的
に生産されたトリチウムが装荷される。重水素ガス貯蔵
系２には同位体分離系14で同位体濃縮によって生産した
重水素が貯蔵される。

【０００８】次いで、混合燃料調整系３においてトリチ
ウムと重水素を適切な割合で混合し核融合炉用の燃料と
してペレット化する。調整された燃料は、燃料注入系４
に送られ炉心プラズマ５に注入される。炉心のプラズマ
５ではトリチウムと重水素が核融合反応により燃焼し、
中性子とヘリウム−４の原子核であるα粒子が生成す
る。注入された燃料のうち燃焼するのは注入量の１％程
度であり、未燃焼燃料は未燃焼燃料排気系７を通して排
出される。

【０００９】一方、燃料の燃焼により生成した中性子は
ブランケット６中で減速され熱エネルギーを放出する。
その熱は冷却材により熱交換系11へ運び出される。ブラ
ンケット６は中性子増倍材、トリチウムの増殖材および
冷却材から構成され、トリチウム増殖材としてはリチウ
ム含有物質が使用されリチウムの同位体であるリチウム
−６およびリチウム−７と中性子との核反応によりトリ
チウムとα粒子を生成する。

【００１０】また、冷却材としてはヘリウム，水，液体
リチウム等が用いられる。増殖材中で発生したトリチウ
ムは、スウィープガス循環系９のスウィープガスにより
回収されスウィープガス精製系10で精製された後、一部
はトリチウムガス貯蔵系１に送られ、一部は混合燃料調
整系３へ送られる。

【００１１】増殖材から生じたα粒子と燃料の燃焼によ
り生成したα粒子は、やがてエネルギーを失い近隣の電
子と結合してヘリウム−４となり未燃焼燃料とともに未
燃焼燃料排出系７から排出され、排気精製系８へ送られ
る。排気精製系８では燃料が回収・精製され、精製燃料
の一部はトリチウムガス貯蔵系１および重水素ガス貯蔵
系２に貯蔵され、一部は混合燃料調整系３へ送られ、一
部は同位体分離系14へ送られる。

【００１２】以上説明したように、従来のトリチウム燃
料サイクルシステムは、燃料の燃焼によって発生する中
性子とトリチウムを含む増殖材によってトリチウムを生
成し燃料として補給するシステムである。すなわち、核
融合炉の運転に伴い消費した量のトリチウムを増殖材を
用いることで新たに外部から燃料を補給している。

【００１３】ところで、トリチウムは燃料の燃焼によっ
て消費されるだけではなく、トリチウムが核的に不安定
なため半減期約12.3年で壊変生成物であるヘリウム−３
へとβ壊変することによっても減少する。また、核融合
炉の運転によって各工程12から発生する廃棄物中へもト
リチウムの一部が移行してしまう。廃棄物はガス状、液
状および固体状であり、トリチウム廃棄物処理系13で処
理される。

【００１４】廃棄物処理方法としては、例えばトリチウ
ム排液であれば希釈または安定固化といった技術が開発
段階にあるが、交換された機器等の雑多な固体廃棄物も
含めて処分方法は未定であり、処分対策がたてられるま
では保管管理が必要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来のトリチウム燃料
サイクルシステムでは、運転に伴って消費されるトリチ
ウムを補給するため、別途、増殖材を供給する必要があ
り、また、トリチウムの補給によりトリチウム廃棄物の
量が増大し、その結果、作業者および公衆の放射線被ば
くが増大するという課題がある。

【００１６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、燃料の燃焼や燃料の貯蔵等によって発生す
る排気ガスの有効利用を行って増殖材や冷却材の供給量
を低減して経済性を高めるとともに、増殖材の低減によ
り外部から補給されるトリチウム量を減らしてトリチウ
ム廃棄物の量を低減して、廃棄物処理および管理費用を
削減しかつ作業者および公衆の被ばくを低減するトリチ
ウム燃料サイクルシステムを提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明はトリチウムを燃
料の一部とする核融合炉の燃料サイクルシステムに用い
られ、トリチウムの核壊変によって生成するヘリウム−
３と、トリチウムと重水素の核融合反応により生成する
ヘリウム−４とを含む排気ガスを回収するヘリウムガス
回収系と、このヘリウムガス回収系で回収したヘリウム
含有ガスを核融合炉のブランケットと熱交換系を循環さ
せるヘリウムガス循環系と、前記ヘリウムガス回収系で
回収したヘリウム含有ガスをその冷媒能から核融合炉の
冷却材として機能させ、かつヘリウムガスの成分である
ヘリウム−３と中性子の核反応によりトリチウムを再生
させることによりトリチウムの増殖材として機能させる
系統とを具備したことを特徴とする。

【００１８】また、本発明はトリチウムを燃料の一部と
する核融合炉の燃料サイクルシステムに用いられ、トリ
チウムの核壊変によって生成するヘリウム−３と、トリ
チウムと重水素の核融合反応およびリチウムと中性子と
の核反応により生成するヘリウム−４とを含む排気ガス
を回収するヘリウムガス回収手段と、このヘリウムガス
回収系で回収したヘリウム含有ガスをリチウムを含む増
殖材と熱交換系を循環させるヘリウムガス注入系と、前
記ヘリウムガス回収系で回収したヘリウム含有ガスを冷
却材および増殖材として機能させるとともに、増殖材中
のリチウムから生じたトリチウムを回収するスウィープ
ガスとしても機能させる系統とを具備したことを特徴と
する。

【００１９】

【作用】本発明に係るトリチウム燃料サイクルシステム
においては、ヘリウムを含む排気ガスを回収するヘリウ
ムガス回収系により、トリチウムがトリチウム燃料サイ
クル内に滞留する間にβ壊変により生成するヘリウム−
３と、燃料である重水素とトリチウムの核融合反応によ
り生成するヘリウム−４と、増殖材または冷却材中に含
まれるリチウムと中性子の核反応により生成するヘリウ
ム−４を含む排気ガスを排気系を通して回収する。

【００２０】このヘリウム含有ガスを循環させるヘリウ
ムガス循環系は、ヘリウム含有ガスの温度・圧力調整を
行い、冷却してブランケットに送る。ヘリウム含有ガス
は冷却材としてブランケットに与えられた中性子の熱エ
ネルギーを回収し、さらに増殖材としてヘリウム含有ガ
スの一成分であるヘリウム−３と中性子の核反応により
トリチウムを生成する。

【００２１】熱を回収し、トリチウムを生成したトリチ
ウム含有ガスは、熱交換系で熱を放出し、排気系及び排
気精製系を経て再びヘリウムガス回収系へ送られる。し
たがって、排気ガス中に含まれるヘリウム−３によって
トリチウムを再生し、かつヘリウム含有ガス自体が核融
合炉の冷却を行うことができる。

【００２２】

【実施例】図１から図４に基づいて本発明に係るトリチ
ウム燃料サイクルシステムの一実施例を説明する。な
お、図中、図６と同一部分には同一符号を付している。
図１は、本実施例のトリチウム燃料サイクルシステムの
主要構成を示すものである。

【００２３】すなわち、図１において、トリチウム燃料
サイクルシステムの構成部である燃料用のトリチウムを
貯蔵するトリチウムガス貯蔵系１と燃料用の重水素を貯
蔵する重水素ガス貯蔵系２とのトリチウムと重水素を適
切な割合で混合する混合燃料調整系３と、この混合燃料
調整系で混合された燃料を炉心プラズマ５に注入する燃
料注入系４と、前記炉心プラズマ５から燃料の燃焼によ
って取り出されたエネルギーを熱に変換する熱交換系11
が接続されている。

【００２４】また、核融合プラントの各工程12から発生
するトリチウムを含む放射性廃棄物を処理するトリチウ
ム廃棄物処理系13が設けられている。前記熱交換系およ
びトリチウム廃棄物処理系13で放出する排気ガスからト
リチウムと重水素を生成する排気精製系８と、この排気
精製系８から移送されてくるガスからトリチウムと重水
素を分離・選別する同位体分離系14を備えている。

【００２５】さらに、トリチウムガス貯蔵系１の雰囲気
ガスを排出する第１の排気系15と、この第１の排気系15
により排出されたヘリウム−３を含むガスと排気精製系
８でトリチウムおよび重水素から分別されたヘリウム含
有ガスを回収するヘリウムガス回収系16が設けられてい
る。

【００２６】このヘリウムガス回収系16で回収されたヘ
リウム含有ガスを冷却材かつトリチウムの増殖材として
用いるブランケット６内へ送るヘリウムガス循環系17が
設けられている。

【００２７】また、ブランケット６内を循環し熱交換系
11を経由したヘリウム含有ガスと炉心プラズマ５内の未
燃焼燃料ガスとトリチウム廃棄物処理系13での排気ガス
を排出し、排気精製系８へ送る第２の排気系18が接続さ
れている。

【００２８】次に、上記構成のトリチウム燃料サイクル
システムの作用を説明する。トリチウムガス貯蔵系１お
よび重水素ガス貯蔵系２には、核融合炉の運転開始前に
別途生産された燃料ガスが初期装荷される。トリチウム
と重水素は各々混合燃料調整系３に必要量移送されペレ
ット化される。調整されたペレット燃料は燃料注入系４
へ送られた後、炉心プラズマ５へ注入され、注入量の１
％程度が燃焼する。

【００２９】燃焼しないで残った未燃焼燃料は真空排気
により排気ガスとして第２の排気系18により排出され
る。この排気ガス中には主にトリチウムと重水素ガスが
含まれており、トリチウムと重水素の核融合反応によっ
て生成したヘリウム−４も含まれている。

【００３０】この混合ガスは排気精製系８に移送されて
トリチウム，重水素および他の成分に分離される。分離
されたトリチウムと重水素は、一部はトリチウムガス貯
蔵系１および重水素ガス貯蔵系２へ送られ、一部は同位
体分離系14へ送られ、一部は混合燃料調整系３へ送られ
る。

【００３１】同位体分離系14ではトリチウムと重水素の
同位体分離が行われ、分離された各ガスはそれぞれの貯
蔵系または混合燃料調整系へ送られる。排気精製系８に
おいてトリチウムと重水素から分離されたヘリウム−４
を含むガスは後述のヘリウムガス回収系16に回収され
る。

【００３２】一方、トリチウムガス貯蔵系１に貯蔵され
ているトリチウムはβ壊変により半減期約12.3年でヘリ
ウム−３へと核変換を起こす。例えば、１年間貯蔵され
たトリチウムは貯蔵開始時の量の約５％が、２年間貯蔵
されたトリチウムは約10％がヘリウム−３へと変換す
る。このようにトリチウムガス貯蔵系１で発生するヘリ
ウム−３を貯蔵系施設の雰囲気ガスともに第１の排気系
15により後述のヘリウムガス回収系16へ排出し回収す
る。

【００３３】ヘリウムガス回収系16では、第１の排気系
15を通して送られてきたヘリウム−３を含むガスと、排
気精製系８を通して送られてきたヘリウム−４を含むガ
スが混合される。このヘリウム含有ガスは、冷却器によ
り温度調整され圧縮器により圧力調整され、ヘリウムガ
ス循環系17へ送られる。このヘリウム含有ガスはブラン
ケット６へ送られ循環した後、熱交換系11を経て第２の
排気系18により排出される。

【００３４】つぎに、ヘリウムガス循環系17から第２の
排気系18へのヘリウム含有ガスの流れを図２により説明
する。ヘリウムガス回収系16からヘリウムガス循環系17
へ送られてきたヘリウム含有ガスは、ヘリウムガス循環
ライン19へ導入される。ヘリウムガス循環ライン19は、
ブランケット６内を循環し、中性子増倍材20により増幅
された中性子を効率よく受け、かつ中性子の減速により
発生した熱を効率よく回収できる位置に配置される。

【００３５】すなわち、図２ではヘリウムガス循環ライ
ン19は中性子増倍材20の回りを１周循環しているが、例
えば中性子増倍材20に密接してまたは中性子増倍材内を
複数回循環させることにより中性子照射効率と熱回収効
率を高めることができる。

【００３６】ヘリウム含有ガスはヘリウムガス循環ライ
ン19を通ってブランケット６内を循環する間に、含有成
分であるヘリウム−３と中性子との核反応によりトリチ
ウムを生じ、また、冷却された状態でブランケット６に
注入されるので発生した熱を効率よく回収する。

【００３７】つづいてヘリウムガス循環ライン19は、熱
交換系11内を循環し、ヘリウム含有ガスがブランケット
６で吸収した熱を熱交換系11の熱交換器21へ放出する。
熱を放出したヘリウム含有ガスは第２の排気系18により
排出され、未燃焼燃料排気ライン22によって第２の排気
系18へ送られた燃え残りのトリチウムおよび重水素と、
燃料の燃焼により発生したヘリウム−４等とともに温度
・圧力の調整が行われリサイクルされる。

【００３８】上記説明から明らかなように、本実施例に
よれば、トリチウムのβ壊変によって生成するヘリウム
−３と燃料の燃焼によって生成するヘリウム−４を回収
することができる。

【００３９】また、回収したヘリウム含有ガスをブラン
ケット６および熱交換系11に循環させることにより炉心
の冷却と熱交換を行いながら、ヘリウム−３に中性子を
照射してトリチウムを再生することでトリチウムの増殖
材と冷却材を新たに用いることなく閉じた系においてト
リチウム燃料を補給することが可能となる。

【００４０】ところで、図１に示す本実施例のトリチウ
ム燃料サイクルシステムでは、回収したヘリウム含有ガ
ス中のヘリウム−３の含有量または濃度が低い場合には
燃料補給に必要なトリチウム量が得られない場合があ
る。

【００４１】このような場合には、トリチウムの増殖材
としてヘリウム含有ガスとリチウム含有物質を併用し、
しかもヘリウム含有ガスを冷却材かつリチウム含有物質
と中性子の核反応で生成したトリチウムを回収するため
のスウィープガスとして機能させるトリチウム燃料サイ
クルシステムを図３を参照して説明する。

【００４２】図３は、トリチウム燃料サイクルシステム
におけるヘリウム含有ガスの流れの一例を示すものであ
る。第２の排気系18からヘリウムガス回収系16に至る構
成は図１に示した実施例と同様であり、ヘリウムガス回
収系16以降が、回収したヘリウム含有ガスをブランケッ
ト６のリチウム含有増殖材23へ注入するヘリウムガス注
入系24およびヘリウムガス注入ライン25と、リチウム含
有増殖材23へ注入したヘリウム含有ガスを回収し、熱交
換系11を経て第２の排気系18へ送る再生トリチウム排出
ライン26により構成される。

【００４３】次に、上記図３に示した例のトリチウム燃
料サイクルシステムの作用を説明する。ブランケット６
は中性子増倍材20と、リチウム含有トリチウム増殖材23
で構成されている。リチウム含有増殖材23にはリチウム
が含まれていて、炉心プラズマ５で発生し中性子増倍材
20で増幅された中性子とリチウムの核反応によりトリチ
ウムを生成する。生成したトリチウムはリチウム含有増
倍材23中に閉じ込められる。

【００４４】ヘリウムガス回収系16で回収されたヘリウ
ム含有ガスは、ヘリウムガス注入系24によってヘリウム
ガス注入ライン25を通してリチウム含有増殖材23中に注
入される。ヘリウムガスはトリチウムの担体として成り
得るので、リチウム増倍材23に注入されたヘリウム含有
ガスは、閉じ込められているトリチウムをスウィープし
ながら再生トリチウム排出ライン26へ送られる。

【００４５】この時、ヘリウム含有ガスはリチウム含有
増殖材23中で中性子が減速されて発生した熱を吸収して
おり、再生トリチウム排出ライン26が熱交換系11内を循
環する間に吸収した熱を放出する。

【００４６】熱交換を終えたヘリウム含有ガスは第２の
排気系18へ送られ、炉心プラズマ５から未燃焼燃料排出
ライン22により同じく第２の排気系18へ送られてきた未
燃焼のトリチウム，重水素および核融合反応で発生した
ヘリウム−４等とともに温度・圧力の調整が行われた後
リサイクルされる。

【００４７】上記説明から明らかなように、図３の例に
よれば、回収したヘリウム含有ガスに含まれるヘリウム
−３から生成するトリチウム量をリチウムと中性子の反
応によって生成するトリチウムで補うことができる。

【００４８】また、図６に示す従来のトリチウム燃料サ
イクルシステムと同様にリチウム含有物質を増殖材の一
部として用いるが、本発明の実施例ではヘリウム含有ガ
スからもトリチウムを再生することができるので、リチ
ウム含有物質の使用量を従来より減らすことができる。

【００４９】さらに、リチウム増殖材中に滞留したトリ
チウムをヘリウム含有ガスによってスウィープすること
ができ、しかもヘリウム含有ガスはリチウム増殖材中で
中性子の減速によって発生した熱を吸収し熱交換器で放
出することができるので、ヘリウム含有ガスを再生トリ
チウムのスウィープガスとするとともに冷却材としても
機能させることができる。

【００５０】次に、ここまで述べた本発明の実施例にお
いては回収したヘリウム含有ガスは温度・圧力を調整し
てヘリウムガス循環系17またはヘリウムガス注入系24へ
送られるが、必要なトリチウム量を得るためにヘリウム
ガス回収系16においてヘリウム含有ガス中のヘリウムの
含有比を増すシステムすなわちヘリウム富化システムを
図４を参照して説明する。

【００５１】図４は上記図１に示した実施例のトリチウ
ム燃料サイクルシステムにおけるヘリウム富化システム
の一例を示すもので、ヘリウムガス回収系16が圧力調整
器27と、第１の圧縮器28と、乾燥器29と、ヘリウム選択
透過膜30を搭載したヘリウム粗精製塔31と、第１の冷却
装置32を液化不純ガス34を冷却する深冷器33と、第２の
冷却装置35を装備した複数の吸着塔36と、排気・排液系
37とから構成されている。

【００５２】排気・排液系37はトリチウム廃棄物処理系
13に接続し、第１の排気系15は圧力調整器27に接続し、
第２の圧縮器38はヘリウムガス循環系・注入系17，24に
接続している。

【００５３】上記構成のトリチウム燃料サイクルシステ
ムにおけるヘリウム富化システムの作用を説明する。ヘ
リウムガス回収系16には、ヘリウムと各系から混入した
雰囲気ガスと漏洩した若干のトリチウムおよび重水素が
第１の排気系39により移送される。移送された排気ガス
は圧力調整器27内で混合され全体として一定圧力に調整
される。この混合ガスであるヘリウム含有ガスは、まず
第１の圧縮器28により圧縮され容量を減らされ、乾燥器
29で乾燥することにより湿分が除去される。

【００５４】次に乾燥したヘリウム混合ガスはヘリウム
粗精製塔31に導かれ、ヘリウムは透過しやすくその他の
ガスは透過しにくいヘリウム選択透過膜30に通気するこ
とによりヘリウムが粗濃縮される。

【００５５】つづいて粗濃縮されたヘリウム含有ガスは
深冷塔33に送られる。深冷塔33はヘリウムの液化温度よ
りは高い温度の極低温まで冷却する第１の冷却器32によ
り温度調整され、ヘリウム以外のガス（不純ガスと呼
ぶ）の大部分は凝縮して液化不純ガス34として深冷塔33
の下部に溜まり、液化しなかった若干の不純ガスとヘリ
ウムは非凝縮ガスとして吸着塔36へ送られる。

【００５６】吸着塔36には不純ガス吸着用の吸着材が装
填されており、第２の冷却器35で吸着塔36を冷却しなが
ら非凝縮ガスを通気することにより不純ガスを吸着・分
離する。よって、吸着塔36から排出されたヘリウム含有
ガスはヘリウム濃度が高まり、第２の圧縮器38により再
圧縮されてヘリウムガス循環系17またはヘリウムガス注
入系24へ送られる。

【００５７】ヘリウム粗精製塔は31および吸着塔36で分
離された不純ガスと、深冷塔33で分離された液化不純ガ
ス34は排気・排液系37により回収されトリチウム廃棄物
処理系13で処理される。

【００５８】図４に示した例では、ヘリウムの濃度を高
める手段としてヘリウム粗精製塔31，深冷塔33および吸
着塔36を組み合わせてヘリウム以外のガスを分離・排出
しているが、必要となるヘリウムの精製度すなわち富化
度が低い場合には、これら３手段のうち２手段の組み合
わせまたは１手段を単独で用いることも可能である。ま
た、より富化度を高めるために各手段を複数段組み上げ
ることもできる。

【００５９】上記説明から明らかなように、図４に示し
た例によれば、ヘリウム含有ガス中のヘリウムとその他
のガスを膜分離または深冷分離または吸着分離すること
によりヘリウムを富化することができ、図１に示すよう
なヘリウム含有ガスを増殖材として用いるトリチウム燃
料サイクルシステムに適用すれば、トリチウムの再生・
回収度を高めることができる。

【００６０】また、図３に示すようなヘリウム含有ガス
とリチウム含有物質の両方を増殖材とするトリチウム燃
料サイクルシステムに適用すれば、トリチウムの再生・
回収度を高めるとともにリチウム含有物質の物量を減ら
すことができる。

【００６１】つぎに図５により本発明の他の実施例を説
明する。なお、図５中図１と同一部分には同一符号を付
し重複する部分の説明は省略する。

【００６２】精製排気系８から送られてきた排気ガスを
排気する第３の排気系と、この第３の排気系39により排
出されたヘリウム含有ガスを回収するヘリウム混合ガス
回収系40と、第１の排気系15により排気されたトリチウ
ムガス貯蔵系１の排気ガスを回収するヘリウム−３ガス
回収系41と、その排気ガスの中のヘリウム−３を精製す
るヘリウム−３精製系42と、精製されたヘリウム−３ガ
スを抽出する精製ヘリウム−３抽出系43と、ヘリウム−
３ガス回収系41およびヘリウム混合ガス回収系40で回収
されたガスを混合しヘリウムガス循環系17へ送るガス混
合系44を設置している。

【００６３】トリチウムガス貯蔵系１の排気ガス中には
トリチウムの壊変生成物であるヘリウム−３が含まれて
いるが、ヘリウム−４はもし他の系から混入したとして
も非常に微量であるため、ヘリウム−４に比べてヘリウ
ム−３の同位体比が非常に高い。このガスのみを第１の
排気系15を通してヘリウム−３ガス回収系41で回収す
る。

【００６４】一方、排気精製系８から第３の排気系39を
通ってヘリウム混合ガス回収系40に回収された排気ガス
中のヘリウムは、核融合反応で生成したヘリウム−４と
ブランケット６内で中性子と核反応を起こさなかったヘ
リウム−３の両方の同位体を含んでいる。

【００６５】よって、ヘリウム−３ガス回収系41で回収
されたヘリウム−３の同位体比が高いヘリウム含有ガス
は、ヘリウム混合ガス回収系40で回収されたガスとガス
混合系44で混合され温度・圧力を調整された後、ヘリウ
ムガス循環系17によりブランケット６へ送られることで
これまで説明した実施例同様の効果をあげることができ
る。

【００６６】さらに、ヘリウム−３ガス精製系42におい
て、ヘリウム−３同位体比の高いヘリウムガスを例えば
深冷分離により不純ガスから分離・精製を行い、圧力調
整を行って精製ヘリウム−３ガス抽出系43で貯留するこ
とにより精製度の高いヘリウム−３源を得ることができ
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、排気ガス中に含まれる
ヘリウムを回収し、回収したヘリウム含有ガスをリサイ
クルする手段を備えたことによりトリチウムを補給する
ための材料であるリチウム含有増殖材の量を減らすか、
または新たに供給しなくて良い経済的なシステムを提供
できる。

【００６８】また、外部から補給するトリチウム量が減
るので、トリチウム排気物の量を低減でき、もって廃棄
物処理および管理費用を削減し、かつ作業者および公衆
の放射線被ばくを軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトリチウム燃料サイクルシステム
の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例におけるヘリウム含有ガスの
流れを示すブロック図。

【図３】本発明の一実施例におけるヘリウム含有ガスの
流れを示すブロック図。

【図４】本発明の一実施例におけるヘリウムガス回収系
の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の他の実施例のトリチウム燃料サイクル
システムの構成を示すブロック図。

【図６】従来のトリチウム燃料サイクルシステムを示す
ブロック図。

【符号の説明】

１…トリチウムガス貯蔵系、２…重水素ガス貯蔵系、３
…混合燃料調整系、４…燃料注入系、５…炉心プラズ
マ、６…ブランケット、７…未燃焼燃料排気系、８…排
気精製系、９…スウィープガス循環系、10…スウィープ
ガス精製系、11…熱交換系、12…各工程、13…トリチウ
ム廃棄物処理系、14…同位体分離系、15…第１の排気
系、16…ヘリウムガス回収系、17…ヘリウムガス循環
系、18…第２の排気系、19…ヘリウムガス循環ライン、
20…中性子増倍材、21…熱交換器、22…未燃焼燃料排気
ライン、23…リチウム含有増殖材、24…ヘリウムガス注
入系、25…ヘリウムガス注入ライン、26…再生トリチウ
ム排出ライン、27…圧力調整器、28…第１の圧縮器、29
…乾燥器、30…ヘリウム選択透過膜、31…ヘリウム粗精
製塔、32…第１の冷却装置、33…深冷器、34…液化不純
ガス、35…第２の冷却装置、36…吸着塔、37…排気・排
液系、38…第２の圧縮器、39…第３の排気系、40…ヘリ
ウム混合ガス回収系、41…ヘリウム−３ガス回収系、42
…ヘリウム−３精製系、43…精製ヘリウム−３ガス抽出
系。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トリチウムを燃料の一部とする核融合炉
   の燃料サイクルシステムに用いられ、トリチウムの核壊
   変によって生成するヘリウム−３と、トリチウムと重水
   素の核融合反応により生成するヘリウム−４とを含む排
   気ガスを回収するヘリウムガス回収系と、このヘリウム
   ガス回収系で回収したヘリウム含有ガスを核融合炉のブ
   ランケットと熱交換系を循環させるヘリウムガス循環系
   と、前記ヘリウムガス回収系で回収したヘリウム含有ガ
   スをその冷媒能から核融合炉の冷却材として機能させ、
   かつヘリウムガスの成分であるヘリウム−３と中性子の
   核反応によりトリチウムを再生させることによりトリチ
   ウムの増殖材として機能させる系統とを具備したことを
   特徴とするトリチウム燃料サイクルシステム。
2. 【請求項２】 トリチウムを燃料の一部とする核融合炉
   の燃料サイクルシステムに用いられ、トリチウムの核壊
   変によって生成するヘリウム−３と、トリチウムと重水
   素の核融合反応およびリチウムと中性子との核反応によ
   り生成するヘリウム−４とを含む排気ガスを回収するヘ
   リウムガス回収手段と、このヘリウムガス回収系で回収
   したヘリウム含有ガスをリチウムを含む増殖材と熱交換
   系を循環させるヘリウムガス注入系と、前記ヘリウムガ
   ス回収系で回収したヘリウム含有ガスを冷却材および増
   殖材として機能させるとともに、増殖材中のリチウムか
   ら生じたトリチウムを回収するスウィープガスとしても
   機能させる系統とを具備したことを特徴とするトリチウ
   ム燃料サイクルシステム。
3. 【請求項３】 前記ヘリウムガス回収系は、回収したヘ
   リウム含有ガスからヘリウムガスと他のガスを膜分離、
   深冷分離および吸着分離の組合わせ処理または単独処理
   により分離することによりヘリウムを富化することを特
   徴とする請求項１および２記載のトリチウム燃料サイク
   ルシステム。