JPS6364754B2

JPS6364754B2 -

Info

Publication number: JPS6364754B2
Application number: JP56074897A
Authority: JP
Priority date: 1981-05-20
Filing date: 1981-05-20
Publication date: 1988-12-13
Also published as: JPS57190293A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は溶融塩核化学反応方法及び装置に関す
る。

本願発明者等は、さきに単一流体型加速器溶融
塩増殖炉（以下、sf AMSBと略称する）を発明
し、特許出願した（特願昭55−123552号（特開昭
57−48685号））。このsf AMSBは核分裂性物質
なしに、核分裂性物質を生産することを目的と
し、核分裂性物質がなくてもTh（またはＵ）のみ
があれば ²³³U（または ²³⁹Pu）を生産できる方法
などを提供したが、生産された ²³³Uの濃度は１
年間の炉運転後でも0.1m／ｏ ²³³UF₄以下であ
り、多量の核分裂性物質インベントリーを持つこ
とは考えなかつた。しかしながら、 ²³³Uが次第
に蓄積されてくると、これを利用してさらに高利
得で経済的なAMSBを設計運転できる可能性が
ある。すなはち、残留された核分裂性物質はそれ
自身の核分裂によつてそれに使はれた中性子が約
2.5倍に増倍され、それにより、全体として、核
分裂性物質の生産効率が高められる。また、核分
裂が増えることによつて、発熱量、従つて発電量
の増大があり、それだけ自家消費電力の確保及び
余剰電力の提供がより確実となる。

本発明の目的は、核分裂性物質の生産効率及び
熱発生効率を高めた溶融塩核化学反応方法及びこ
の方法に使用するための改良された高利得型加速
器溶融塩増殖炉を提供することである。

本願発明者等は、鋭意研究の結果、基本的には
前記sf AMSBにおいて、自ら生産した、または
供給を受けた核分裂性物質をターゲツト溶融塩中
に相当多量に混在させることによつてこの目的を
達し得ることを見出し、本願特許請求の範囲に記
載の本願発明の方法及び装置を達成した。

本願発明において使用するsf AMSBの構造は
基本的には前記先願発明のsf AMSBと同じであ
るが、ターゲツト塩総量を少くし、含有核分裂性
物質の絶対量を少くさせるように工夫されてお
り、またターゲツト溶融塩の組成については、こ
れに積極的に核分裂性物質を加える。目的ないし
設計法によつては0.2〜1mol％ ²³³UF₄が考えら
れる。これによつて臨界になることはないが、さ
らに高濃度となると核分裂性物質の必要量が増大
して非経済性となる。この濃度は、生産された
²³³Uの供給を受けて稼動される予定の溶融塩発電
炉の燃料塩中の組成より充分に濃厚であるように
選んでこれをそのまま利用できるようにする。

また、従来のAMSBにおいては、挾義の核破
砕反応と核分裂反応とが同程度に進行するが、本
願のごとき場合においては、核分裂反応が多くな
り、それだけ核反応廃棄物（不純物）が多くな
る。そのため必要であれば、本願発明の方法にお
いては、前記sf AMSBにおいて、ターゲツト溶
融塩バイパス系を設け、これに液体金属接触反応
装置及びニツケルウールフイルターを設置する。

溶融塩は貯蔵タンクより適度（年間体積で10〜
30％程度）に汲み出し、精製操作を加えて溶融塩
発電炉に供給されるが、代りに塩組成の変動を修
正しながら核分裂性物質を含まないLiF−BeF₂−
ThF₄塩などを添加する。

なお、本願発明においては ²³³UF₄の代りに
²³⁵UF₄または ²³⁹PuF₃を用いて始動することもで
きる。また前記sf AMSBの出願明細書において
示したごときＵ混合塩をTh混合塩の代りに使用
し ²³⁹Pu生産炉として使用することもできる。

以下本発明を実施例によつて説明する。

実施例１ sf AMSBにおいて、核反応容器は、図面に示
すように、塩溜りの上半分は直径約4.5mの円筒
状、下半分は逆円錐状となるごとく形状及び寸法
を若干変更したものを用いる。全体系の溶融塩容
量は約90m³であり、溶融塩組成としては、核分裂
性物質を添加した。

7LiF−BeF₂−ThF₄− ²³³UF₄（64−18−17.5−
0.5mol％）を使用する。この場合、Th総量は約120ton、
²³³U必要量は約3.4tonである。

これを使用したsf AMSBは核分裂性物質を添
加しない塩の場合より ²³³U生産効率が40〜50％
増大する。従つて、約1.2ton／年の率で核分裂性
物質が生産され、その倍増時間は２〜３年とな
る。これは年間約0.2mol％の増加を意味する。
よつて、組成がオーバーフロー配管１１を介して
ターゲツト溶融塩と平衡している貯蔵タンク１２
内の塩を月１回程度取り出し、核分裂性物質を含
まない塩7LiF−BeF₂−ThF₄（64−18−18mol％）
を同量添加する。

核分裂による不純物等の量は、sf AMSBの場
合より増大する（年間約40Kgが約170Kgとなる）
ので、図面に示すごとく、溶融塩を連続精製する
ためのバイパス系２０を設ける。これは、熱交換
器出口配管７より分岐され、ポンプ２１により、
液体金属接触反応装置２２及びニツケルウールフ
イルター２３を経由して溶融塩主循環ポンプ９に
戻る系である。

貯蔵タンク１２から取り出されたターゲツト塩
はさらに精製されて、溶融塩発電炉用燃料塩の核
分裂性物質添加剤として利用される。また ²³³U
を抽出して、固体核燃料として利用してもよい。
この高利得型加速器溶融塩増殖炉の発電量は約33
万KW（熱）程度増大するが、これはターゲツト
溶融塩の流量を約１m³／秒増大させることにより
処理される。

実施例２ターゲツト塩に添加する核分裂性物質は実施例
１の場合は ²³³Uであつたが、20％ ²³⁵U＋80％
238Uに置き換えることができる。この場合は約
14tonの238Uが約120tonの232Th中の14tonと置
換えられる。したがつて、また生産される ²³³U
中の約12％が ²³⁹Puとなる。しかし、その後
²³⁸U（および ²³⁵U）は追加されることがないの
で、次第に ²³⁹Puの濃度は減少する。また、この
核分裂性物質の供給を受けた溶融塩発電炉中で
は、一層急速に ²³⁹Puは消滅してゆく。

実施例３初期添加の核分裂性物質を ²³⁹PuF₃としてもほ
ぼ同様のもしくはより高い効率が期待できる。

以上からわかるように、反応の初期には核分裂
性物質を必要とするが、２〜４年以内の優れた倍
増時間が期待できる。また、核分裂性物質の生産
効率が50％以上増大させられる。

さらに、発熱量が増加し、必要電力確保がより
確実となり電力売却の可能性もある。

本発明においては、ターゲツト溶融塩から取り
出した塩がそのまま溶融塩発電炉の燃料塩に投入
でき、核分裂性物質の添加に役立てることができ
る。ただし、一部の不純物除去処理は必要であ
る。

本発明の装置は、設計変更を行つても新しいＲ
＆Ｄをほとんど要しない。従つて、発電炉仕様、
核エネルギー事情、経済性などを考慮しつつ、そ
の時点に最適の溶融塩組成による操業を可能なら
しめる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明におけるsf AMSBの概要説明図で
ある。図において、１……陽子ビーム（1GeV，
300mA）の入射孔、２……溶融塩の流入口、３
……流出通路、４……核化学反応装置、５……黒
鉛遮蔽体、６……黒鉛遮蔽体、７……配管、８…
…熱交換器、９……溶融塩循環ポンプ、１０……
流量調節弁、１１……オーバーフロー配管、１２
……溶融塩貯蔵タンク、１３……オリフイス、１
４……シヤター、１５……真空排気系、１６……
蒸気トラツプ、１７……線型加速器、１８……導
管、１９……陽子線集束用磁石、２０……塩精製
用バイパス配管、２１……バイパス用ポンプ、２
２……液体金属接触反応装置、２３……ニツケ
ル・ウール・フイルター。

Claims

【特許請求の範囲】１単一流体型加速器溶融塩増殖炉を使用する溶
融塩核化学反応において、該溶融塩中に核分裂性
物質を含ませて反応を行うことを特徴とする溶融
塩核化学反応方法。２該核分裂性物質は ²³³UF₄である第１項の方
法。３該核分裂性物質は ²³⁵UF₄である第１項の方
法。４該核分裂性物質は ²³⁹PuF₃である第１項の方
法。５溶融塩核反応容器、熱交換器及び溶融塩を該
核反応容器と該熱交換器との間を循環させるため
の溶融塩循環ポンプから成り、該核反応容器は内
壁に沿つて黒鉛遮蔽体を設けたハステロイＮから
作られた上下を閉じた円筒形の容器で上面に孔を
有し、その孔を通つて陽子などの高速荷電粒子が
容器内の溶融塩の液面に直接入射するように該容
器上に線型加速器を直結して設置した単一流体型
加速器溶融塩増殖炉において、液体金属接触反応
装置及びニツケルフイルターを設けたターゲツト
溶融塩バイパス系を設置したことを特徴とする溶
融塩核化学反応装置。