特許ウォッチ

公開番号2025160055
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2024063050
出願日2024-04-09
発明の名称重希ガス冷却原子炉、耐震原子力発電所、起動装置付き重希ガス冷却原子炉、重放射性廃棄物投棄体
出願人個人
代理人
主分類G21C 15/00 20060101AFI20251015BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】人口減少で人口密度が小さいという前提と、何時・何所・どんな規模の地震が起こるかは不明という前提に立ち、最終処分場が不要であることは当然として、軽水炉使用済み核燃料を減らしていくマスコミや地元住民を説得できる原子炉を造る。
【解決手段】重希ガス冷却材とプルトニウム富化度が低い核燃料により、増殖性能を高くして、核燃料の燃焼により核燃料のプルトニウム富化度を高める。使用済み核燃料から核分裂生成物を除去するだけの簡易的処理で済む。太陽光発電設備でも爆発があったが、通商指導で8円/kwhになれば(中国製はEUでは垣根替わりらしい。日本なら日除けに使える。)将来投棄体が増える。これに便乗できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基本炉心と積層制御板群からなる原子炉において、
基本炉心は中心炉心と底部炉心（２００）と重希ガス冷却材（４０００）からなり、
中心炉心は下記核燃料体を高さ方向に複数積み重ねてなり、
核燃料体は、円柱形の中央核燃料部と、前記中央核燃料部を包む円筒形の周辺燃料部とからなり、
中央核燃料部はプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）をステンレスで被覆してなり、
プルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）は軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）のプルトニウム富化度を高めてなり、または当該原子炉の燃焼によりプルトニウム富化度が高くなった使用済核燃料を簡易的処理したものであって、
中央核燃料部の直径は１００ｃｍであり、高さは3０cm以下であり、
周辺燃料部は、軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆してなり、
周辺燃料部の半径方向厚さは２０ｃｍであり、高さは中央核燃料部と同じであり、
底部炉心（２００）は中心炉心の底部をなし、厚さは２０ｃｍであって、上記軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆してなり、
積層制御板群は、多数枚のA型薄板円板（５００１）と多数枚のB型薄板円板（５００２）からなり、
A型薄板円板（５００１）は軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆して厚さ５cm以下薄板円板状にしてなり、
B型薄板円板（５００２）は核燃料体を厚さ3cm以下の薄板円板状にしたものであり、
上記原子炉は、フィルタ付ベントを敷設したステンレス製の円筒遮蔽容器（３０００）で覆われてなり、
円筒遮蔽容器（３０００）内の重希ガス冷却材（４０００）を流動させて原子炉で発生する熱を除熱し、
プルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）の運転開始時プルトニウム富化度は10wt%～8wt%として基本炉心の状態を遅発臨界よりも最大遅発中性子割合分以下の未臨界とし、積層制御板群の装荷型と枚数を調整して運転することを特徴とする重希ガス冷却原子炉。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
円筒遮蔽容器（３０００）に内蔵した請求項1の原子炉と、耐候性建屋に内蔵した軽量ガスタービンと軽量発電機とからなる原子力発電所において、
請求項1の円筒遮蔽容器（３０００）は、鉄筋コンクリート人工地盤底部とコンクリート側部と耐候性屋根で密封されており、
軽量発電機が同軸に直結されている軽量ガスタービンは、軽量材料製の静翼と軽量材料製の末広ケースと、軽量材料製の動翼からなり、
軽量発電機は、回転子のコイルがアルミ製であり、回転子を覆うケースはジュラルミン製であり。
請求項1の原子炉の重心は周囲地表面以下であることを特徴とする耐震原子力発電所。
【請求項３】
請求項１の基本炉心の状態を遅発臨界よりも最大遅発中性子割合分以下の未臨界として中心炉心の上に、B型薄板円板（５００２）を搭載するとこなく、A型薄板円板（５００１）を搭載する重希ガス冷却原子炉において、
円筒遮蔽容器（３０００）外辺に敷設せる加速器（３００）で３０MeV～５０MeVの混合陽子ビームを発生させ、当該混合陽子ビームを混合陽子ビーム管（３０１）から中心炉心の軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）に照射させる起動装置により、
重希ガス冷却原子炉を起動することを特徴とする起動装置付き重希ガス冷却原子炉。
【請求項４】
日本の排他的経済水域における北米プレートと太平洋プレートの境界日本海溝金華山以北にあって沈み込み側である太平洋プレート表面に、請求項１または２から排出される放射性廃棄物を投棄することにおいて、
前記放射性廃棄物と鉄または放射化重金属を混合させて比重を蛇紋岩比重よりも重くして重放射性廃棄物となし、
表面を防錆加工したステンレス製の容器に上記重放射性廃棄物を充填したことを特徴とする重放射性廃棄物投棄体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
核分裂とは、ウラン等重い原子核が中性子や重陽子と反応することにより、２個以上の軽い原子核に分裂する現象である。その際、２個以上の中性子を放出する。
ウラン２３５は速さの遅い中性子によって複合核を形成し著しく核分裂する。
ウラン２３８は速さの遅い中性子とは殆ど核分裂しない。ただ、速いい中性子によって核分裂する。複合核は形成しないと思われる。
一方、加速器で３０MeV～５０MeVに加速された重陽子はウラン２３８を核分裂させる。その際、中性子は３個以上発生すると思われる。重陽子の陽子が加速されるに連れて相方の中性子も加速され、当該中性子がU238を分裂させると思われる。陽子はU2３8のプラス電気に抵抗を受けるから相方の中性子の後ろ側になる。相方の中性子の方が先にU2３8圏に入り込み核分裂に資する。当該陽子は遅れてU2３8圏に入り込み若干の核破砕を齎すと思われる。重陽子の陽子と中性子が切れて中性子のみが標的核U238に衝突、または両方とも標的核の中間子短距離核力で吸い込まれる。陽子は弾き飛ばされることもあろう。核分裂と核破砕が共存していると思われる。
陽子単独であっても、U238を真二つに核分裂させて３個程度の高速中性子を放出するだろう。あるいは、陽子単独であっても、U238の過剰中性子を加速させてU238を核分裂させることもあるだろう。
３０MeV～５０MeV級の加速器は医療にも多数使われ、廉価と思われる。
加速器で１００MeV以上に加速された陽子や重陽子はウラン２３８を核破砕し、多数の低速中性子を放出する。当該放出された低速中性子はウラン２３８に吸収されてプルトニウムになり、Puは速さの遅い中性子によって複合核を形成し著しく核分裂する。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
U-Pu合金の純度の高い再処理や製造には技術的・政治的な難があるとして、米国の高速増殖炉EBR-2はU-合金核燃料を用いた。
フィッシウム合金核燃料とは、使用済核燃料から核分裂生成物を完全に除去することなく、除去し難いが原子炉核反応に大きな問題にならないフィッシウム（モリブデン、ジルコニウム、パラジウム、プラチナ等の総称）とU-Pu-MAとの合金である。マイナアクチニドMAは、ネプツニウム（Np）やアメリシウム(Am)やキューリウム（Cm）などである。その他、トリウム（Th）も若干含有している。
軽水炉使用済酸化物核燃料のフィッシウムやU-Pu-MAやThを含有した核燃料は残し、揮発性や軽質量核分裂を除去し金属化した核燃料を、当発明では軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）と称する。
本発明の原子力発電は太陽光発電や風力発電相当とした（特許文献３）。出力密度は低く核燃料温度は３００℃以下でよい。過去に事故等の失敗があったのは、出力密度が高く核燃料温度は３００℃以上であった。
日本の高速炉試験炉“常陽”は、中心部が直径80ｃｍ・高さ60ｃｍであって酸化プルトニウム富化度１７．７ｗｔ％主として酸化濃縮ウランを２３ｗｔ％混合した。周辺部は厚さが２０ｃｍ程度の酸化物劣化ウランであった。周辺部は厚さを30ｃｍ程度にしても臨界性能は変わらなかったようである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人口減少で人口が少なくなり最終処分場に事欠かなくなる。何時・何所でも・どんな規模の地震が起こる。
となると、軽水炉使用済み核燃料を減らしていくマスコミや地元住民を説得できる原子炉を造ることくらいしかない。
更に、トイレ無きマンションと言われないように、当該原子力発電所から排出される放射性廃棄物（Th,U,Pu,MAを殆ど含まない個体の放射性核分裂生成物）の取り扱いを明確に示さねばならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
手段1は重希ガス冷却原子炉である。
基本炉心と積層制御板群からなる原子炉において、基本炉心は中心炉心と底部炉心（２００）と重希ガス冷却材（４０００）からなる。
中心炉心は下記核燃料体を高さ方向に複数積み重ねてなる。
核燃料体は、円柱形の中央核燃料部と、前記中央核燃料部を包む円筒形の周辺燃料部とからなる。
中央核燃料部はプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）をステンレスで被覆してなる。
プルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）は軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）のプルトニウム富化度を高めてなり、または当該原子炉の燃焼によりプルトニウム富化度が高くなった使用済核燃料を簡易的処理したものである。
中央核燃料部の直径は１００ｃｍであり、高さは3０cm以下である。
周辺燃料部は、軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆してなる。
周辺燃料部の半径方向厚さは２０ｃｍであり、高さは中央核燃料部と同じである。
底部炉心（２００）は中心炉心の底部をなし、厚さは２０ｃｍであって、上記軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆してなる。
積層制御板群は、多数枚のA型薄板円板（５００１）と多数枚のB型薄板円板（５００２）からなる。
A型薄板円板（５００１）は軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）をステンレスで被覆して厚さ５cm以下薄板円板状にしてなる。
B型薄板円板（５００２）は核燃料体を厚さ3cm以下の薄板円板状にしたものである。
上記原子炉は、フィルタ付ベントを敷設したステンレス製の円筒遮蔽容器（３０００）で覆われてなる。
円筒遮蔽容器（３０００）内の重希ガス冷却材（４０００）を流動させて原子炉で発生する熱を除熱する。
プルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）の運転開始時プルトニウム富化度は10wt%～8wt%として基本炉心の状態を遅発臨界よりも最大遅発中性子割合分以下の未臨界とし、積層制御板群の装荷型と枚数を調整して運転する重希ガス冷却原子炉。
本発明の先行例には、特許文献１，２，３がある。
特願2023-131719
特願2023-189696
特願2023-148573
【０００５】
再処理除染係数を低くすればフィッシウム金属核燃料は抽出できそうである。フィッシウム金属核燃料から再処理でPuを単独抽出するのが望ましいが、核兵器保有国である米国、中国、北朝鮮、ロシアが反対・妨害する。そこで、金はかかるが、当該フィッシウム金属核燃料からウランを単独抽出し除去すると、元のフィッシウム金属核燃料からウランを減らすことになり、結果としてプルトニウム富化度が高まる。ただ、本発明の原子炉は増殖性能が高いと推測できるから当該原子炉の使用済核燃料から簡易的処理（被覆したステンレスは機械的に削って除去する。フィッシウムやU-Pu-MAやThを含有した核燃料は残し、揮発性核分裂生成物や軽量核分裂生成物は比重や電磁石により分離除去する。）でプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）が得られる。
【０００６】
手段２は請求項1の原子炉を擁する耐震原子力発電所である。
円筒遮蔽容器（３０００）に内蔵した請求項1の原子炉と、耐候性建屋に内蔵した軽量ガスタービンと軽量発電機とからなる原子力発電所に関わる。
手段1の円筒遮蔽容器（３０００）は、鉄筋コンクリート人工地盤底部とコンクリート側部と耐候性屋根で密封されている。
軽量発電機が同軸に直結されている軽量ガスタービンは、軽量材料製（例えばジュラルミン製）の静翼と軽量材料製（例えばジュラルミン製）の末広ケースと、軽量材料製の動翼からなる。ジュラルミンは炭素繊維やチタンで強化すれば強度が更に増す。
軽量発電機は、回転子のコイルがアルミ製であり、回転子を覆うケースはジュラルミン製である。
手段1の原子炉の重心は周囲地表面以下であることを特徴とする耐震原子力発電所。
複数の岩盤が衝突・折り重ねあっている日本列島では、岩盤が安定しているとは言い難い。太平洋プレートからは海水が滲み出ているらしい。塩分温泉もある。したがって、岩盤に杭を固着させても安全性が高いとは云い難い。そこで、本発明の原子力発電所は固い地盤や軟弱地盤に建造することを前提にした。
海水の代わりに軟弱地盤の泥濘に浮上している潜水艦を模した。液状化現象時に水中に没してもよい。
【０００７】
手段３は起動装置付き重希ガス冷却原子炉である。
手段1の基本炉心の状態を遅発臨界よりも最大遅発中性子割合分以下の未臨界として中心炉心の上に、B型薄板円板（５００２）を搭載するとこなく、A型薄板円板（５００１）を搭載する重希ガス冷却原子炉に関する。
円筒遮蔽容器（３０００）外辺に敷設せる加速器（３００）で３０MeV～５０MeVの混合陽子ビームを発生させ、当該混合陽子ビームを混合陽子ビーム管（３０１）から中心炉心の軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）に照射させる起動装置により、
重希ガス冷却原子炉を起動する。
遅発臨界以下の未臨界原子炉であっても、プルトニウムが内蔵されていればプルトニウムから放出される自発中性子やプルトニウムのアルファ線との反応による中性子放出により、核分裂反応が起こる。したがって、低出力ではあるが運転はできる。
上記起動装置による重陽子がU238に衝突すると、核分裂や核破砕が生じ出力が増加する。
上記起動装置による陽子がトリウムに衝突すると、核分裂や核破砕が生じたり中性子を放出したりし、出力が増加する。
核破砕により発生する中性子が核物質を核分裂させたり、核分裂性物質を作成したりする。特に、Thやネプツニウム(Np)は陽子と反応して3個以上の中性子を放出することがあるから注意が必要である。
【０００８】
手段４は重放射性廃棄物投棄体である。
日本の排他的経済水域における北米プレートと太平洋プレートの境界日本海溝金華山以北にあって沈み込み側である太平洋プレート表面に、手段１または２から排出される放射性廃棄物を投棄することに関わる。金華山以北は、親潮も黒潮も日本列島から沖に離れていく。金華山周辺海岸や陸地には影響が及びにくい。
前記放射性廃棄物と鉄または放射化重金属を混合させて比重を蛇紋岩比重よりも重くして重放射性廃棄物となす。
表面を防錆加工したステンレス製の容器に上記重放射性廃棄物を充填して重放射性廃棄物投棄体となす。
軽水炉やFBRの核燃料は、被覆管と呼ばれる重金属（例えば、ステンレスやジルコニウム合金）の管の中に密封されている。使用済みとなった核燃料の被覆管は放射化して放射化重金属となる。
放射化重金属は通常のごみ捨て場に捨てることは許されない。そこで、重放射性廃棄物投棄体に取り込む。付随的に日本海溝にあって沈み込み側である太平洋プレート表面に投棄できる。
表面を防錆加工したステンレス製の容器の組成にも放射化重金属を混合すれば放射化重金属の累積を減らすことができる。
【発明の効果】
【０００９】
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。破壊されても撤去更地かが簡単で廉価である。地震で被害が出る度に建て替えればいい。建て替え需要が出て日本経済にプラスなる。
中央核燃料部のプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）は燃焼が進むにつれてプルトニウム富化度が増す。したがって、次の装荷用核燃料は簡易的処理した。
周辺燃料部の軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）も燃焼が進むにつれてプルトニウム富化度が増す。したがって、次の装荷用核燃料は軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）を使う。累積する軽水炉使用済み核燃料を削減できる。なお、周辺燃料部の使用済み軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）は、簡易的処理をして新規原子炉用の中央核燃料部のプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）として使える。
かくて、新規原子炉を増産できる。累積する軽水炉使用済み核燃料を急速に削減できる。
当該該原子炉では、使用済核燃料から軽元素を除去し、UやPuと一緒にフィッシウムを残す簡易的処理をすればプルトニウム高富化フィッシウム合金核燃料（１００１）になる。プルトニウムの単独抽出は不要である。核燃料の燃焼によりプルトニウム富化度を高める。
軽元素からなる放射性核分裂生成物は、太平洋プレートが日本列島の下に潜り込む境界部に投棄する。自然に、日本列島の下沈んでゆく。東京湾でさえ、陸地部は太平洋プレートの沈み込みによって削られている。削られた分は近隣の大河が近隣の山間部から運んできた土で補填している。その補填量が多いから浚渫している。漁業者も少子高齢化でやがてはいなくなる。したがって、漁師とのトラブルはなくなる。漁業は陸上養殖が主体になる。
U238は放射線に対する良い遮蔽材である。したがって、U238割合が高い軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）は良い遮蔽材である。鉄や鉛も良い遮蔽材であるがこれらは放射化するから、後で、廃棄物処理に困る。軽水炉フィッシウム合金核燃料（２００１）は燃焼に連れてプルトニウム富化度が増し、良き核燃料になる。軽水炉使用済み核燃料の減容に役立つから、最終処分場の心配が薄まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
累積する使用済核燃料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】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許