報告書番号

L11009

タイトル（和文）

金属燃料乾式再処理プロセスのマスバランス評価とプラント概念設計

タイトル（英文）

Material balance evaluation and plant design of pyro-reprocessing for metal fuel

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

高速炉金属燃料の乾式再処理については、電気事業者と日本原子力研究開発機構による「高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究」(FS)において、それまでの当所の研究成果を反映したプロセス設計、マスバランス評価が実施された。その後も当所では工学規模ホット試験を目標に主要工程の工学機器開発を行うとともに、廃棄物低減方策を検討し、プロセス設計にかかわる新たな情報を蓄積してきた。
当所での工学機器開発の成果をもとに新たなプロセスフローを構築し、マスバランス、廃棄物発生量を明らかにする。これらをもとに、プロセスフローダイアグラム(PFD)と機器配置を示し、建屋容積、建設費、燃料サイクル費を概算する。
(1)年間40tonHMの使用済金属燃料を処理する乾式再処理プラントについて、電解精製槽や陰極処理装置など既存装置の容量や基数を見直すとともに、電解精製後の陽極処理工程を付加するなどにより、実用的なプロセスフローを構築した。
(2)再処理と燃料製造を一体で検討することにより、ドロスやモールド付着物、還元剤や酸化剤のリサイクルを含めて、使用済燃料から新燃料まで施設全体として整合のとれたマスバランスを示すことができた。
(3)高レベル固化体の発生量に大きな影響を及ぼすゼオライトの組成を最適化することにより、発電量当たりではFSでの評価から37%低減できることを明らかにした。
(4)プロセスフローとマスバランスの評価結果をもとに、PFDと機器配置を検討し、施設概念を構築した(図2)。FSのレファレンスケースと比較して処理量は38tonHMから40tonHMに増加したが、建屋の寸法と容積、建設費はほぼ同じとなった。対象とする燃料の平均燃焼度が大きいため、燃料サイクル費(再処理+燃料製造の発電単価)は約0.51円/kWhとなり、FSレファレンスケースの0.88円/kWhから大きく低減された。

概要 （英文）

Material balance evaluation of pyro-reprocessing for FBR metal fuel was performed, considering amounts of molten salt or liquid Cd solvent, Li as reductant and CdCl2 as oxidant. Spent metal fuel, which had initially 40 ton-HM and generated 6,355 MWeYr, was treated in this plant per year. The design and spec of each process, especially electrorefining, were modified from the previous studies, and the block flow diagram and material balance were renewed using these modified processes.
The amount of high level waste depends on the composition of the zeolite, which is used for removing FP from the salt of the electrorefining. The composition of the zeolite was optimized as K4.3Li7.7[(AlO2)12(SiO2)12] by the pretreatment. In this case, the total number of sodalite form high level waste was estimated to be 139 canisters (150 liter each) a year, which was decreased to 37% of the previous evaluation. Overall recovery yield of U, Pu, Np and Am+Cm were evaluated to be 99.8, 99.8, 99.8 and 99.5%, respectively.
The floor design, total floor space and construction cost were estimated using these process design and material balance. Estimated whole and argon cell volume of the plant were 170,000 and 20,000 m3, respectively. The estimated cycle cost was 0.51 yen/kWh for reprocessing and fuel fabrication
The floor design, total floor space and construction cost were estimated using these process design and material balance. Estimated whole and argon cell volume of the plant were 170,000 and 20,000 m3, respectively. The estimated cycle cost was 0.82 yen/kWh, which was about the same as that in the 200 ton-HM/yr plant by advanced aqueous-reprocessing.

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