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Liquid metal chemical reaction safety in fusion facilities

S.J. Piet, D.W. Jeppson, L.D. Muhlestein, M.S. Kazimi, M.L. Corradini1987年Fusion Engineering and DesignIF 1.7出版社

Safety implications of chemical reactions associated with postulated accident conditions with liquid metals (LM's) are discussed, along with possible prevention and mitigation techniques. The safety issues for handling lithium or 17Li83Pb are complex. However, enough is known to conclude that either LM can be safely used in deuterium—tritium fusion facilities if certain solutions can be implemented in designs at acceptable cost.The overall safety objective is to prevent significant accidental chemical reactions when possible and to mitigate the consequence of reactions that do occur. Passive design features should be used to limit maximum accident consequences, either facility damage from energy release or public health effects from radioactivity mobilization. Also, the total risk (consequence and frequency) of accidental chemical reactions should be limited.Available data on safety-related LM chemical reactions are reviewed, and the implications of reaction severity are indicated. Design suggestions and recommendations are offered to help meet safety objectives in LM fusion facilities. These suggestions are influenced by (a) the facility fluence, (b) the LM inventory, (c) the desired level of inherent/passive safety, and (d) the cost/benefit of design suggestions. Assuming a commercial-scale facility with large LM inventory with a goal of high levels of passive safety, recommendations for lithium designs include using nitrogen (rather than air) as the building atmosphere and a high reliability barrier covering concrete. Suggestions for either lithium or 17Li83Pb include eliminating water cooling within the building.

日本語訳

液体金属(LM)を伴う想定事故条件下での化学反応の安全上の影響について、可能な防止策および緩和技術とともに考察する。リチウムまたは17Li83Pbの取り扱いに関する安全上の課題は複雑である。しかしながら、特定の解決策を許容可能なコストで設計に実装できるならば、いずれのLMも重水素-トリチウム核融合施設において安全に使用できると結論づけるのに十分な知見が得られている。全体的な安全目標は、重大な偶発的化学反応を可能な範囲で防止し、発生した反応の影響を緩和することである。受動的安全設計上の特徴を用いて、最大事故影響—エネルギー放出による施設損傷または放射性物質の移動による公衆への影響—を制限すべきである。また、偶発的化学反応の総合リスク(頻度と影響)を制限すべきである。安全関連のLM化学反応に関する利用可能なデータを概説し、反応の重大性の意味合いを示す。設計上の提案と推奨事項を提示し、LM核融合施設における安全目標の達成に資するものとする。これらの提案は、(a) 施設のフルエンス、(b) LMインベントリ、(c) 望ましい受動的安全性のレベル、および (d) 設計提案の費用対効果に影響される。商業規模の施設で大規模なLMインベントリを想定し、高いレベルの受動的安全性を目標とする場合、リチウム設計に対する推奨事項には、建屋雰囲気として空気ではなく窒素を使用すること、およびコンクリートを覆う信頼性の高いバリアを設けることが含まれる。リチウムまたは17Li83Pbのいずれに対する提案にも、建屋内での水冷の排除が含まれる。

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