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公開番号2025107112
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-17
出願番号2024000915
出願日2024-01-06
発明の名称ブランケット・炉心2領域増殖原子炉及びプルトニウム金属生産炉
出願人個人
代理人
主分類G21C 5/20 20060101AFI20250710BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】炭酸ガスを放出しない原子力発電の出力密度を低下させて安全性を高めたら発電コストが表面由来エネルギー発電よりも高くて売れるはずである。安全性が高く、電気料金の安い原子炉を提供する。
【解決手段】円柱形U-Pu-MA混合金属(100)、ドーナツ形ブランケット金属(1000)を内蔵した円筒遮蔽容器(2000)内に重希ガス冷却材(3000)を流動させて冷却する。可動とした円柱形U-Pu-MA混合金属(100)をドーナツ形ブランケット金属(1000)中空部に出入させて出力制御することを特徴とするブランケット・炉心2領域増殖原子炉。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ブランケット・炉心２領域増殖原子炉は、円柱形のU-Pu-MA混合金属をステンレスで被覆した円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）からなる炉心領域と、ドーナツ形の劣化ウランまたは天然ウランの金属をステンレスで被覆したドーナツ形ブランケット金属（１０００）からなるブランケット領域と、前記ドーナツ形ブランケット金属（１０００）の周囲を覆ったステンレス製の円筒遮蔽容器（２０００）からなり、
円筒遮蔽容器（２０００）内に重希ガス冷却材（３０００）を流動させてなり、
可動とした円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）をドーナツ形ブランケット金属（１０００）中空部に出入させて出力制御することを特徴とするブランケット・炉心２領域増殖原子炉
続きを表示（約 320 文字）【請求項２】
請求項1のブランケット・炉心２領域増殖原子炉において、軽水炉使用済MOX核燃料をステンレスで被覆した扁平直方体形軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）と、角筒形の劣化ウランまたは天然ウランの金属をステンレスで被覆した無蓋角筒形ブランケット金属（５１１１）と、前記扁平直方体軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）の外周を覆うステンレス製の遮蔽体（６０００）からなり、
遮蔽体（６０００）の内側に重希ガス冷却材（３０００）を流動させてなり、
可動とした扁平直方体形軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）を無蓋角筒形ブランケット金属（５１１１）中空部に出入させて出力制御することを特徴とするプルトニウム金属生産炉。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はMAを含有せる使用済核燃料と劣化ウランを低コストで消滅させる原子炉に係る。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
MAを含有せる使用済核燃料と劣化ウランの累積が世界で進んでいる。
一方、固有の安全性が高いと称されている小型原子炉の開発が進展している。
固有安全原子炉の１例として特許文献１がある。
平1-101497
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
採掘コストが安くとも石油の値段は、同じく炭酸ガスを放出する豊富にあるが多少扱いにくい石炭価格の採掘コストよりも若干高めに設定しても売れる。
発電コストが高くても炭酸ガスを放出しない（環境に易しいと喧伝されている）し安全性が高いと喧伝されている表面由来エネルギー発電が推奨されている。表面由来エネルギー発電を普及させたければ渋沢さんを大量に印刷して補助金をつければいい。しかし、普及は進まない。
そうすると、炭酸ガスを放出しない原子力発電の出力密度を低下させて安全性を高めたら発電コストが表面由来エネルギー発電よりも高くて売れるはずである。あとは、喧伝次第である。
庶民の中には、原発が止まっていても発電できている。安い電力が買えている。ガソリンは何とか買えるといっている。政府は、福沢さんを印刷してドルを買い、更に、補助金をつけている。永遠に続くと思い込んでいる。確かに、行き詰まれば何とかなるものである。あの戦争でも生き延びた。ただ、冷戦という幸運があったからだということを気づかない振りをしてきただけだということにしている。或いは、アメリカの強い武力に裏付けられた指図に従うことが政官財にとって都合がいいからである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
手段1はブランケット・炉心２領域増殖原子炉である。
ブランケット・炉心２領域増殖原子炉は、円柱形のU-Pu-MA混合金属をステンレスで被覆した円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）からなる炉心領域と、ドーナツ形の劣化ウランまたは天然ウランの金属をステンレスで被覆したドーナツ形ブランケット金属（１０００）からなるブランケット領域と、前記ドーナツ形ブランケット金属（１０００）の周囲を覆ったステンレス製の円筒遮蔽容器（２０００）からなる。
円筒遮蔽容器（２０００）内に重希ガス冷却材（３０００）を流動させてなる。
可動とした円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）をドーナツ形ブランケット金属（１０００）中空部に出入させて出力制御する。
U-Pu-MA混合金属は、軽水炉や高速増殖炉の累積する使用済MOX核燃料から製造する。特に、沸騰水型原子炉の核燃料集合体上部から持ってきたMOXを金属核燃料に加工する。
重希ガスとは、ヘリウムを除く希ガスである。キセノン、アルゴン、クリプトン、キセノンがある。ヘリウムに比べて中性子減速作用が低い（特許文献２）。
アルゴンやキセノンやクリプトンは放射化（宇宙線による放射化）したものがあるが、住居の周りにも昔から存在した。ジェット機の点火装置の１部に利用されたことがある。事故による点火装置紛失が１時問題になったがいつのまにか消えた。
希ガスは化学的には不活性であり、外界に漏洩しても大きな問題にならない。大気中に拡散希釈されてしまう。出来立ての放射化された希ガスをすぐに吸引したとしても体内にとどまれない。希ガスと希ガスでない一般気体とが混在して記載されていると混乱してしまう。しばしば、“またか”という程度にマスコミで一旦取り上げられてもいつの間にか消えていく。どいうわけか医者が出て来る。記事を売り込むフリー記者などに対して、原子力関係者は無視してはいけない。ご高説を承ってやることが重要である。新聞社には科学部があって、昔は、そこの専門家が言及していた。紙面を埋めあわせることに協力する必要がある。
構造が簡単な原子炉には、例えば特許文献２，３、４がある。
特願2023-131719
特願2023-189696
特願2023-148573
【０００５】
U-Pu-MA混合金属の入手が困難な場合は、混合陽子ビームを利用する。外部に敷設した加速器で混合陽子ビームを作成し、ドーナツ形ブランケット金属（１０００）に当該ビームを照射する。Uが核破砕されると多数個の低速中性子を発生する。低速中性子はU238に衝突してPuに変換させる。
【０００６】
手段２はプルトニウム金属生産炉である。
手段1のブランケット・炉心２領域増殖原子炉において、軽水炉使用済MOX核燃料をステンレスで被覆した扁平直方体形軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）と、角筒形の劣化ウランまたは天然ウランの金属をステンレスで被覆した無蓋角筒形ブランケット金属（５１１１）と、前記扁平直方体軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）の外周を覆うステンレス製の遮蔽体（６０００）からなる。
遮蔽体（６０００）の内側に重希ガス冷却材（３０００）を流動させてなる。
可動とした扁平直方体形軽水炉使用済MOX核燃料（５１００）を無蓋角筒形ブランケット金属（５１１１）中空部に出入させて出力制御する。
【発明の効果】
【０００７】
構造が簡単であるから製造・建設コストの低減が期待できる。
核分裂で発生する高速中性子を減速させる物質を使わないようにしたため、高増殖が期待できる。
軽水を冷却材とする現行軽水冷却原子炉では、軽水を構成する水素成分が中性子速度を減速させる。低速中性子が核分裂性核燃料物質と衝突すると、一般的に、核分裂性核燃料物質の中性子核分裂断面積＜中性子捕獲断面積だから、増殖は期待できない。
一方、高速中性子が核分裂性核燃料物質と衝突すると、一般的に、核分裂性核燃料物質の中性子核分裂断面積＞中性子捕獲断面積だから、増殖が期待できる。余剰中性子が生じる。Ｕ２３８のような核分裂難核燃料物質は余剰中性子を吸収してＰｕ２３９のような核分裂性核燃料物質に変換し、核分裂性核燃料物質を増殖させる。
円柱形Pu-U―MA混合金属（１００）から外周のドーナツ形ブランケット金蔵（１０００）に漏洩した中性子は、ブランケットのＵ２３８のような核分裂難核燃料物質に吸収され、Ｐｕ２３９のような核分裂性核燃料物質を増殖させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
累積する使用済核燃料と劣化ウランを核的燃焼消滅させると共に、核的燃焼消滅の過程で発生する熱を発電に供することができる原子炉を提供できた。
【実施例】
【０００９】
実施例１はブランケット・炉心２領域増殖原子炉である。
図1はブランケット・炉心２領域増殖原子炉の概観図である。
運転開始時には、操作棒（１２）で円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）をドーナツ形ブランケット金属（１０００）の奥まで挿入する。円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）から外部に漏洩する中性子を極力抑制する。ドーナツ形ブランケット金属（１０００）の奥の端は円柱形背面ブランケット金属（１０９０）とする。
U-Pu-MA混合金属のPu富化度はできるだけ低くする。MA（ネプツニウム(Np)やPuやごく少量のアメリシウム(Am)やキューリウム(Cm)）はU238よりも中性子核分裂断面積が大きい。U238からPuに変換される割合を高めて炉心領域でも増殖をできるだけ高める。
燃焼が進むとPu富化度が高まるから核分裂反応が活発になる。核分裂反応が過度になるのを抑制するために、操作棒（１２）を電動モータ（１１）で操作して、円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）をドーナツ形ブランケット金属（１０００）中空部の奥から手前に引き出す。そうすると、操作棒（１２）側の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）はドーナツ形ブランケット金属（１０００）端のドーナツ形吸収体（１１００）で覆われることになる。操作棒（１２）側の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）部で発生した中性子はドーナツ形吸収体（１１００）に漏洩し吸収される。
操作棒（１２）と円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）との間にブランケット金属からなる円柱形遮蔽兼ブランケット（３１００）を介在させて、ドーナツ形ブランケット金属（１０００）中空部軸方向に中性子が漏洩するのを抑制する。U238は中性子を吸収するから中性子遮蔽体でもある。
ドーナツ形ブランケット金属（１０００）内のU238は、円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）から漏洩してきた中性子を吸収して若干の核分裂をするが、多くはPuに変換する。燃焼が進むとPuが蓄積されてくる。増殖する。核分裂反応も多くなる。
ドーナツ形ブランケット金属（１０００）の端にドーナツ形吸収体（１１００）（ステンレスや、酸化ハフニュームや酸化タングステンを内蔵したステンレス容器）を固着させる。
U238は中性子を吸収する中性子遮蔽体でもある。したがって、以下に述べる円筒遮蔽容器（２０００）の厚さを薄くする役割も果たす。
円筒遮蔽容器（２０００）はドーナツ形ブランケット金属（１０００）を越えて漏洩した中性子やガンマ線を吸収して、外部での放射線禍を防止する。円筒遮蔽容器（２０００）の素材の中に酸化ハフニュームや酸化タングステンのような中性子吸収材を添加することもある。ハフニュームやタングステンの金属は高価であるから比較的安価な酸化物とした。なお、ホウ素剤の添加は好ましくない。ホウ素が崩壊してできたヘリウムは、ステンレスを脆弱にする。ただ、円筒遮蔽容器（２０００）の外周をホウ素関連材（ボロン添加ステンレスや炭化ホウ素）で覆ってもよい。水素は中性子を減速させる作用が大きいが、その結果の低速中性子は色々な物を放射化するため好ましくない。円筒遮蔽容器（２０００）の１端は、円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）をドーナツ形ブランケット金属（１０００）を交換のために外部に引き出すための着脱遮蔽ブロック（２１００）とする。
上記機器や容器の接点部には、放射線遮蔽のための遮蔽粘土（１２００）を充填するか盛り重ねをする。硼砂などを充填すれば遮蔽効果が増す。
発電のためにはガスタービンが適している。ガスタービンからの冷たい低温重希ガスが低温重希ガス管（３０１０）から円筒遮蔽容器（２０００）内の空間に入ってくる。低温重希ガスは発生する熱を授熱する重希ガス冷却材（３０００）であって、高温重希ガスとなって高温重希ガス管（３０２０）からガスタービンに向かう。
使用済の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）やドーナツ形ブランケット金属（１０００）の燃焼が進んでPu-MA割合が多くなっている。これ等を簡易再処理して、新規建設原子炉の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）として新規建設原子炉に供給する。
一方、取り出された使用済の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）の後には、軽水炉や高速増殖炉の累積する使用済MOX核燃料から新たに製造した新規円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）を敷設する。
急速に原子炉基数が増える。
円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）は低濃縮ウラン金属で代用してもよい。
【００１０】
再処理が政治的、技術的にU-Pu-MA混合金属の入手が困難な事態が生じる恐れがある。更に、低濃縮ウラン金属の入手も困難な事態が生じる恐れもある。
加速器を利用した核破砕技術により、U238を混合陽子ビームで破砕して多量の中性子を発生させる。当該中性子の大部分は低速中性子と思われる。低速中性子はU238に吸収されるとPuに変換する。
図１の円柱形U-Pu-MA混合金属（１００）を混合陽子ビーム管に置き換える。
外部に敷設した加速器で混合陽子ビームを作成し、ドーナツ形ブランケット金属（１０００）に当該ビームを照射する。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

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