高速スペクトル炉を用いる核変換による長寿命核分裂生成物の削減方法
Method to Reduce Long-lived Fission Products by Nuclear Transmutations with Fast Spectrum Reactors
2017年10月24日 Scientific Reports 7 : 13961 doi: 10.1038/s41598-017-14319-7
放射性廃棄物処理問題の解決策として、高速中性子スペクトル炉によって長寿命核分裂生成物（LLFP: 79Se、93Zr、99Tc、107Pd、129I、135Cs）を短寿命核種や非放射性核種に変換することが提案されてきた。しかし、多くの方法が検討されたにもかかわらず、そうした変換は依然として技術的に困難である。今回我々は、有効かつ効率的な変換システムを確立するために、炉心から漏れる中性子を核変換に有効に利用できる新しい中性子減速材として重水素化イットリウム（YD2）をLLFPと混合して使用することを提案する。このアイデアに基づいて連続エネルギーモンテカルロコードMVP-II/MVP-BURNとJENDL–4.0断面積ライブラリーを用いて、LLFPの中性子エネルギースペクトルと実効半減期、変換速度、サポート比を評価した。径方向ブランケット領域と遮蔽領域にYD2減速材を導入することによって、実効半減期が106年から102年へと劇的に短縮し、6種のLLFPすべてについてサポート比が1.0に達した。今回提案する同位体分離を行わないLLFP変換システムの概念の確立は、高速スペクトル炉が自身で生成するより多くのLLFP核変換を実現することによって放射性廃棄物削減を可能にする。
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Transmutation of long-lived fission products (LLFPs: 79Se, 93Zr, 99Tc, 107Pd, 129I, and 135Cs) into short-lived or non-radioactive nuclides by fast neutron spectrum reactors without isotope separation has been proposed as a solution to the problem of radioactive wastes disposal. Despite investigation of many methods, such transmutation remains technologically difficult. To establish an effective and efficient transmutation system, we propose a novel neutron moderator material, yttrium deuteride (YD2), to soften the neutron spectrum leaking from the reactor core. Neutron energy spectra and effective half-lives of LLFPs, transmutation rates, and support ratios were evaluated with the continuous-energy Monte Carlo code MVP-II/MVP-BURN and the JENDL–4.0 cross section library. With the YD2 moderator in the radial blanket and shield regions, effective half-lives drastically decreased from 106 to 102 years and the support ratios reached 1.0 for all six LLFPs. This successful development and implementation of a transmutation system for LLFPs without isotope separation contributes to a the ability of fast spectrum reactors to reduce radioactive waste by consuming their own LLFPs.
