[發(fā)明專利]基于中子的長壽命裂變產(chǎn)物的處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780025848.1
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN109074886A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 森義治
• 申請（專利權(quán)）人: 國立大學(xué)法人京都大學(xué)
• 主分類號: G21F9/00
• 分類號: G21F9/00;G21K5/02;H05H3/06;H05H6/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 袁波;劉繼富

本發(fā)明提供一種基于中子的長壽命裂變產(chǎn)物的處理方法，能夠不使用快中子堆、加速器驅(qū)動核反應(yīng)堆，而用加速器單體產(chǎn)生高強(qiáng)度的中子，有效地對長壽命裂變產(chǎn)物實(shí)施原子核變換。在本發(fā)明中，通過使氘核等包含中子的一次粒子在規(guī)定條件下在FFAG加速器(10)內(nèi)加速，并與板狀靶(18)碰撞，從而產(chǎn)生第一中子和第二中子，所述第一中子通過一次粒子的分裂而以高能量在一個方向上形成射束，所述第二中子通過板狀靶中的原子核的激發(fā)而以低能量擴(kuò)散。因此，在第一中子的射束的行進(jìn)方向上配置第一LLFP(20)，在板狀靶(18)的附近配置第二LLFP(24)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于使用加速器產(chǎn)生的中子的長壽命裂變產(chǎn)物的處理方法。

背景技術(shù)

伴隨著核反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn)而排出的長壽命裂變產(chǎn)物(LLFP：Long-Lived FissionProduct)的處理問題是利用原子能的最大問題。在現(xiàn)狀下設(shè)想了通過地質(zhì)處置而進(jìn)行的埋設(shè)處理，但存在很大的反對意見。此外，已知有如下技術(shù)：利用通過快中子堆、加速器驅(qū)動核反應(yīng)堆的核裂變而生成的中子，通過原子核變換對LLFP進(jìn)行放射性無害化處理。

在此，使用使由加速器加速為高能量的質(zhì)子等一次粒子與固定核靶進(jìn)行碰撞而生成的中子、負(fù)μ子等二次粒子，通過原子核變換而對LLFP進(jìn)行放射性無害化處理，進(jìn)而作為資源進(jìn)行再利用，這在原理上是能夠?qū)崿F(xiàn)的。為了使其實(shí)現(xiàn)，在以未曾有過的高強(qiáng)度來高效率地生成中子的同時，使所生成的中子存在于限定場所是極其重要的。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，尚未開發(fā)出能夠使高強(qiáng)度的中子在限定場所生成的包含加速器的中子發(fā)生系統(tǒng)，因此，不存在不使用快中子堆、加速器驅(qū)動核反應(yīng)堆而用加速器單體來進(jìn)行LLFP的處理的技術(shù)。

例如，存在如下方法：取出由線性加速器加速的一次粒子的射束，使其碰撞固定核靶而產(chǎn)生中子。但是，在該方法中，需要射束入射方向的長度為1m以上的很長的靶，無法使中子生成部存在于限定場所。因此，該方法難以高效率地對LLFP進(jìn)行原子核變換處理。

此外，在專利文獻(xiàn)1中記載了如下技術(shù)，在環(huán)狀FFAG(Fixed Field AlternatingGradient：固定磁場交變梯度)加速器內(nèi)，在通過磁場與電場的作用下使作為質(zhì)子或氘核的一次粒子環(huán)行的同時進(jìn)行加速，使加速了的一次粒子與配置在該FFAG加速器內(nèi)的板狀靶碰撞，從而通過核反應(yīng)而產(chǎn)生中子。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2006-155906號公報。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

但是，在專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)中，加速了的一次粒子的能量小至2.5～10MeV，因此無法生成高強(qiáng)度的中子，而且，所生成的中子向板狀靶的周圍以大的發(fā)射角擴(kuò)散。也就是說，不能夠使高強(qiáng)度的中子在限定場所生成。另外，在專利文獻(xiàn)1的圖1中記載了向板狀靶的周圍擴(kuò)散的中子中，用虛線箭頭圖示出沿某一方向行進(jìn)的中子，使該中子穿過重水槽而得到熱中子或超熱中子。

鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于中子的長壽命裂變產(chǎn)物的處理方法，能夠不使用快中子堆、加速器驅(qū)動核反應(yīng)堆，而用加速器單體產(chǎn)生高強(qiáng)度的中子，有效地對長壽命裂變產(chǎn)物(LLFP)實(shí)施原子核變換。

用于解決課題的方案

本發(fā)明人為了解決上述課題而進(jìn)行了深入研究，得到了以下見解。即，得知了通過在FFAG加速器中將磁場梯度系數(shù)k設(shè)定為規(guī)定的值，能夠?qū)⒁淮瘟Ｗ蛹铀俚揭酝?0倍以上的50MeV/核子以上(即，在一次粒子為氘核的情況下為100MeV以上)的高能量。并且，得知了當(dāng)使用氘核等包含中子的一次粒子作為在FFAG加速器內(nèi)加速的一次粒子，使該一次粒子以上述的高能量與板狀靶碰撞時，產(chǎn)生如下兩種核反應(yīng)：一次粒子本身分離為中子和質(zhì)子的反應(yīng)(分裂)；以及板狀靶中的原子核被激發(fā)而引起生成中子的反應(yīng)。