AbstractA parametric study has been performed for the blanket neutronics and economics of fusion—fission hybrid reactors. Optimum blanket designs were sought for both the electricity-producing hybrid reactor and the fissile fuel-producing hybrid reactor. Comparisons of the nuclear performances and economics between these two hybrid reactors were also conducted.A tokamak-type fusion reactor was selected as the base reactor. It was assumed that natural uranium oxide is fed to the blanket as the fertile material with lithium oxide as the tritium breeding material.In the neutronics design of the electricity-producing hybrid reactor, blanket fuel composition and arrangement were surveyed to attain high energy multiplication in the blanket. Moreover, efforts were made to suppress the blanket thermal power increase due to plutonium buildup, because it determines the frequency of blanket fuel exchange and limits the reactor load factor. On the other hand, the blanket for the fissile fuel-producing hybrid reactor was designed so that the amount of the fissile fuel bred per unit blanket thermal power is maximized.Economic analysis shows that the electricity from the symbiotic system composed of the fissile fuel-producing hybrid reactor and light water reactors costs about 30% less than that from the electricity-producing hybrid reactor. However, the large energy multiplication in the blanket of the electricity-producing hybrid reactor makes the neutron wall loading 40% lower than that of the fissile fuel-producing hybrid reactor. Therefore, the electricity-producing hybrid reactor can make its requirement for fusion technology less demanding than the other.
核融合・核分裂ハイブリッド炉のブランケット中性子工学と経済性についてパラメトリック研究を実施した。発電用ハイブリッド炉と核分裂性燃料生産用ハイブリッド炉の両方について、最適ブランケット設計を追求した。また、これら2種類のハイブリッド炉間における核特性と経済性の比較も行った。トカマク型核融合炉を基本炉として選定した。天然ウラン酸化物をブランケットへ供給する増殖材料として、酸化リチウムをトリチウム増殖材料として供給することを仮定した。発電用ハイブリッド炉の中性子工学設計においては、ブランケット内で高いエネルギー増倍率を得るために、ブランケット燃料組成と配置を調査した。さらに、プルトニウム蓄積によるブランケット熱出力増加を抑制する努力を行った。これは、ブランケット燃料交換頻度を決定し、原子炉稼働率を制限するためである。一方、核分裂性燃料生産用ハイブリッド炉のブランケットは、ブランケット熱出力単位当たりに生産される核分裂性燃料量が最大化されるように設計した。経済性分析により、核分裂性燃料生産用ハイブリッド炉と軽水炉から構成される共生システムからの発電コストは、発電用ハイブリッド炉からの発電コストより約30%低いことが示された。しかしながら、発電用ハイブリッド炉のブランケットにおける大きなエネルギー増倍率により、中性子壁負荷は核分裂性燃料生産用ハイブリッド炉より40%低くなる。したがって、発電用ハイブリッド炉は、核融合技術に対する要求を他方よりも緩和することができる。