(57)【要約】  本発明は、臨界以下モードで動作する原子力反応器と、加速器から生じる荷電粒子のビームを使用する中性子生成器デバイスとを備える、加速器に結合された原子力システムを制御する方法に関し、前記中性子生成器は、原子力反応を維持するために必要な中性子の量を供給する。前記方法は、動作点が、中性子の生成を最大化する値ＥｐＭａｘ以上の値を、粒子のエネルギーＥｐに与えることによって決定され、中性子の数が、一定のビーム強度で、加速器から生じる粒子のエネルギーに作用することによって調整されることを特徴とする。本発明はまた、この方法と同じ目的で使用される加速器に結合されるハイブリッド原子力システムに関する。
2007520690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界以下モードで動作する原子力反応器と、加速された荷電粒子のビームを使用する中性子生成器デバイスとを備え、前記中性子生成器は、コアにおける原子力連鎖反応を維持するために必要な中性子の量を供給し、システムの動作点は、およそ最適点付近で選択され、前記最適点で、生成される外部中性子の数と、外部中性子を生成するために使用された陽子ビームのエネルギーとの関係が最大である、加速器に結合された原子力システム（ＡＣＳ）を制御する方法であって、前記外部中性子の数が、前記加速器によって生成されかつ加速された荷電粒子のエネルギー（Ｅｐ）に作用することによって、前記原子力反応器のパワー変動に応じて調整されることを特徴とする加速器に結合された原子力システム（ＡＣＳ）を制御する方法。
【請求項２】
方法が、
１．前記原子力反応器の動作に望ましい動作条件、すなわち、臨界以下率（ｒ０）のレベルと、生成されるべき消費可能なパワーである熱パワーＰｔｈまたは電気パワーＰｅｌ＝ηｅｌＰｔｈであって、ここで、ηｅｌはプラントの電気的収率である、消費可能なパワーと、量と、燃料の種類とを決定するステップと、
２．これらの条件から、以下のように前記加速器の動作パラメータを決定するステップであって、すなわち、
ａ−以下の式を証明する荷電粒子の最適エネルギーＥｐＭａｘを決定し、すなわち、
ｄ／ｄＥｐ［φ＊（Ｅｐ）ηａ（Ｅｐ）Ｙｎ（Ｅｐ）／Ｅｐ］＝０．          （１）
ここで、Ｅｐは入射粒子のエネルギーであり、Ｙｎは中性子収率であり、φ＊は中性子の重要性であり、かつηａは前記加速器の収率であり、
ｂ−最適エネルギーＥｐＭａｘ以上である、動作エネルギー（公称エネルギー）Ｅｐｎｏｍを選択し、
Ｅｐｎｏｍ＝ＥｐＭａｘ＋ΔＥｐ，ΔＥｐ≧０．          （２）
ｃ−前記公称エネルギーＥｐｎｏｍと、前記中性子収率Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）と、前記加速器の収率ηａ（Ｅｐｎｏｍ）と、核分裂中性子の平均数ｖと、核分裂反応で供給されるエネルギーＥｆｉｓと、前記公称エネルギーＥｐｎｏｍに関する中性子の重要性φ＊（Ｅｐｎｏｍ）とに応じる、前記反応器の公称パワーＰｔｈｎｏｍを得るために必要な荷電粒子のビームの公称強度Ｉｐｎｏｍ、
Ｉｐｎｏｍ＝ｒ０ｖＰｔｈｎｏｍ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）］，        （３）
ならびに前記加速器によって消費される前記反応器によって生成されるパワーの部分
ｆｎｏｍ＝Ｅｐｎｏｍｒ０ｖ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）ηａ（Ｅｐｎｏｍ）ηｅｌ］．      （４）
を決定する、
前記加速器の動作パラメータを決定するステップと、
３．以下の式にしたがって、前記加速器によって消費されることができる前記反応器によって生成されるパワーの部分ｆ、ならびに公称値で前記入射粒子ビームの強度を設定するステップと、
Ｉｐｎｏｍ＝ｒ０ｖＰｔｈｎｏｍ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）］，        （３）
ｆｎｏｍ＝Ｅｐｎｏｍｒ０ｖ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）ηａ（Ｅｐｎｏｍ）ηｅｌ］．      （４）
４．エネルギーの変化を決定する式にしたがって、前記原子力反応器の動作パワー変動に応じて、粒子エネルギーＥｐに作用する外部中性子の数を、一定のビーム強度で調整するステップと
Ｅｐ＝ｆｎｏｍＰｅｌηａ（Ｅｐ）／Ｉｐｎｏｍ            （５）
を含むことを特徴とする請求項１に記載の加速器に結合された原子力システム（ＡＣＳ）を制御する方法。
【請求項３】
前記動作点が、この粒子エネルギーの最適値ＥｐＭａｘに等しい粒子エネルギーＥｐを有する請求項１または２に記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項４】
前記動作点が、この粒子エネルギーの最適値ＥｐＭａｘより大きな粒子エネルギーＥｐを有する請求項１または２に記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項５】
前記動作点が、ＥｐＭａｘ＋ΔＥｐに等しい粒子エネルギーＥｐを有し、ここで、ＥｐＭａｘは、この粒子エネルギーの最適値であり、または値ΔＥｐは、前記反応器の通常の動作モードで前記反応器の可能な負のパワー変動より非常に大きいように選択される請求項４に記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項６】
前記粒子が陽子であり、前記中性子を生成する原子力反応が破砕反応である前記請求項のいずれかに記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項７】
前記破砕ターゲットは、鉛ビスマスから作られ、前記最適陽子エネルギーＥｐＭａｘは、０．５ＧｅＶから２．５ＧｅＶの範囲である請求項６に記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項８】
前記粒子は電子であり、前記中性子を生成する原子力反応が光原子力反応である請求項１から４のいずれかに記載の加速器に結合された原子力システムを制御する方法。
【請求項９】
臨界以下のモードで動作する原子力反応器と、原子力反応を維持するために必要な中性子の量を供給する加速された荷電粒子のビームを使用する中性子生成器デバイスとを備える、加速器に結合された原子力システムであって、前記加速器によって生じる中性子の数が、前記粒子の一定のビーム強度で、粒子のエネルギーＥｐに作用することによって制御されることを特徴とする加速器に結合された原子力システム。
【請求項１０】
前記荷電粒子が、コアの中心でビーム内に向けられた陽子であり、前記コアが、破砕ターゲットを備える請求項９に記載の加速器に結合された原子力システム。
【請求項１１】
前記公称粒子エネルギーＥｐは、値ＥｐＭａｘより大きく、前記中性子を生成する前記原子力反応の収率を最適にする請求項９または１０に記載の加速器に結合された原子力システム。
【請求項１２】
実際のターゲットが、バッファによって囲まれ、バッファの変換収率は、前記実際のターゲットの変換収率の半分より小さい請求項９から１１のいずれかに記載の加速器に結合された原子力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された外部中性子源を有する臨界以下のハイブリッド原子力システムを制御する方法、およびこの方法を実施するデバイス、特に原子力廃棄物（「廃棄物焼却」）に存在する所定の超ウランの化学元素のエネルギー生成および／または変性に割り当てられたハイブリッド原子力システムの安全性を改善するためのデバイスに関する。
本発明は、この方法を適用するハイブリッド原子力システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントに実施される原子力反応の制御、およびこの反応によって生成される廃棄物量の制限は、原子力業界の２つの主要な問題であり、これらの安全性および廃棄物生成の問題は、原子力反応を操作するために使用されるシステムに応じて変化する。
【０００３】
この目的のために、これらのシステムは、これらの危険性によって分類されることができ、システムは、原子力燃料の核分裂によって放出される中性子の数が、吸収および漏洩により消滅する中性子の数に等しいときに、臨界として分類されるということが想起されるべきである。この場合において、連続する時間間隔の間に観察される核分裂の数は、連続して一定であり、危険性は、核分裂による中性子の生成と、吸収および漏洩による中性子の消滅との間の正確なバランスの現れである。
【０００４】
逆にシステムは、核分裂によって放出される中性子の数が、吸収によりおよび漏洩により消滅する中性子の数より小さいときに、臨界未満として分類される。この場合、連続する時間間隔の間に観察される核分裂の数は減少し、原子力反応の強度は低くなる。
【０００５】
これらのシステムの挙動は、一般に、初期核分裂から生じる中性子によって引き起こされる新たな核分裂の数の平均値を表す増倍係数ｋによって特徴付けられる。それは、所定の時間間隔に関して、消滅する中性子の数に対する核分裂によって生成される中性子の数の比率によって表されることができる。この係数が、反応器に近いまたは反応器の外側の燃料アセンブリへの中性子の漏洩を考慮するなら、これは、有効であるとして分類され、ｋｅｆｆとして書かれる。臨界以下の反応器に関して、ｋｅｆｆは、１未満であるが１に近い（一般的には０．９５から０．９９５の程度）。臨界の反応器に関して、ｋｅｆｆは、１に等しい。
【０００６】
１の臨界値の近くのその変動は、以下の式によって定義される無次元の変数である、反応度によって表される。
ρ＝（ｋｅｆｆ−１）／ｋｅｆｆ
その値は非常に小さいので、それは、一般に、単位としてｐｃｍ（１０万分の１）を使用して１０万分の１で表される。反応器において、反応度は、臨界であればゼロであり、臨界以上であれば正であり、かつ臨界以下であれば負である。
【０００７】
臨界以下の反応器は、原子力反応を維持するために外部中性子源を使用することに頼らなければならない。この源によって供給される中性子は、外部中性子として分類される。この外部中性子源は、強いことが推定されるので、それは、例えば鉛、ビスマス、またはウランなどの好ましくは重元素からなるターゲットに、一般的に陽子または重水素の高エネルギーの荷電粒子（０．６ＧｅＶから１．２ＧｅＶ）の衝突によって引き起こされる、原子力反応および本質的に破砕反応によって一般に生成される。しかしながら、これら外部中性子は、破砕中性子で実行するのが容易である最適な効率を有するために、コアの反応を維持する中性子と同じ程度の強度のエネルギーを有さなければならない。それらが速すぎると、それらは、当業者に知られている技術によって遅くされることができる。
【０００８】
破砕ターゲットは、一般に、可燃性材料との反応の確率を最適化するために、コアの中心に配置された容器内に含まれる鉛−ビスマス液体の形態で利用可能である。中性子生成の観点から、この混合物は、鉛のように動作するが、ターゲットに対する（より低い液化温度の）粒子ビームによって供給されるエネルギーの作用の下で、液化に関するより大きな容量の利点を有する。鉛−ビスマスターゲットの使用は、反応器の通常の動作に関するこのターゲットの熱挙動を改善する。このターゲットの寸法が十分であれば、鉛または鉛−ビスマスターゲット上に放射される１ＧｅＶの陽子は、このように反応器によって使用されることができる２０個から２５個の中性子を生成することができることが推定され得る。
【０００９】
陽子は、約数十のメガ電子ボルト（ＭｅＶ）から数十のギガ電子ボルト（ＧｅＶ）の範囲のエネルギーをそれら陽子に伝達するのに適した任意の手段によって、加速されることができる。これら手段は、一般的に反応器の外側に配置された加速器を備え、そのビームは、コアに配置された破砕ターゲットまで向けられる。
【００１０】
破砕を除いて、任意の他の中性子源が適していることができる。その変換収率が破砕反応より高められていない光原子力反応が、一例として述べられることができる。これら２つの例において、生成された中性子は、ハイブリッドシステムの動作に適している匹敵するエネルギーを有する。
【００１１】
光原子力反応は、ここでは全体的に考慮され、すなわち２つの連続する反応からなる。第１の反応は、電子が、電子のエネルギーに応じる線形断面にしたがって高エネルギー陽子を生じるように反応する、Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ反応である。生成される陽子のエネルギースペクトルは、ゼロと入射電子のエネルギーとの間の範囲にわたって非常に広い。生成される第２の反応は、光原子力反応自体であり、この第２の反応は、破砕反応に類似する現象を意味する。
【００１２】
これら光原子力反応は、生成される中性子のより低い強度を与える（現在のところ約５×１０１６中性子／秒までであり、一方、破砕は数１０１８中性子／秒まで許容する）。しかしながら、それらは、電子の生成および加速に関して（約１０分の１のプラントの投資）、および高い信頼性のための使用に関してより低い価格、ならびに個人の技能のあまり高められていないレベルを意味する。プラントは、非常によりコンパクトであるべきであるが、生成される中性子のためにエネルギー消費は、約３０倍より高くあるべきである。
【００１３】
ハイブリッド反応器は、それらを「焼却する」ために（すなわち、それらを短い寿命の安定または放射能原子核に変える）、原子力廃棄物の一部、すなわち超ウラン元素などの長寿命の放射能元素または所定の核分裂生成物を、それらのコアで受けるためのそれらの容量に関して演繹的に知られている。しかしながら、超ウラン元素の導入は、原子力反応器の安全性に関する所定の非常に重要な特性、特に遅延された中性子の部分の低減、またはドップラ効果における低減を非常に損なうことになる。
【００１４】
このドップラ効果は、不動ではないが熱攪拌を受ける原子核に対する材料において移動する中性子の相対速度の変化のためである。相対速度におけるこれらのわずかな差異は、断面が、共振ピークの近傍における場合であるので、この中性子／原子核の相対速度に応じて非常に急激に変化することを除いて、一般に無視できる。原子力反応器の燃料の温度の局所的な増大の直接の影響は、所定のエネルギーの中性子を捕獲する共振断面を拡大し、したがって局所的に中性子束を低下させることである。より多くの中性子が、捕獲され、したがって新たな核分裂に利用可能な中性子は、より数が少ない。
この場合、ドップラ効果は、負の係数によって特徴付けられ、原子力システムを本質的に安全にすることに寄与する。
【００１５】
反応器の反応度に作用する効果の中で、ドップラ効果は、最も速くかつ最も感度が高い。それは、自然発生的であるので、反応器の調整に本質的に自己安定要因であり、作られる擾乱（温度における変化）が強力であるのでますます大きくなる。
【００１６】
原子力反応器において、核分裂反応のほとんどは、わずかな数の中性子の放出を直接生じる。しかしながら、これら中性子の非常にわずかな数（放出された中性子の１％未満）は、遅延されると呼ばれる。なぜなら、それらは、核分裂の後で、平均で数秒の遅延で核分裂部分によって放出されるからである。これらは、時間におけるこの間隔のために、精密な反応器の制御を許容するものである。遅延された中性子のこの部分は、β（一般に、ウラン２３５に基づく燃料に関して０．６５％程度である）によって示される。
【００１７】
遅延された中性子部分の値βは、原子力反応器の安全性および制御に関して非常に重要である。なぜなら、このパラメータ（遅延された中性子の平均出現時間を有する）は、反応器の固有周期を規定するからである。この期間は、システムの制御を許容するのに十分に長くなければならない。
【００１８】
上述の安全パラメータのこの著しい劣化（ドップラ係数および遅延された中性子部分の劣化）は、原子力廃棄物の変性を従来の臨界反応器において非常に問題にする。それは、システムが接続される機能タイプにしたがって非常に異なって作用し、それぞれが、その自身の欠点および品質を有する。
【００１９】
この目的のために、臨界以下の原子力システムは、概略的に図１ａおよび図１ｂに示される、２つのタイプに機能的に分けられることができ、図１ａおよび図１ｂにおいて、反応器１０２が示され、反応器１０２は、臨界以下モードにおいて、電子ネットワーク１１０によって供給される加速器１００からの荷電粒子１０６（例えば陽子）のビームによって、ターゲット１０８上に原子力反応によって生成される（特に、破砕から）外部中性子１０４を受ける。この同じネットワークは、さらに、臨界以下の反応器１０２によって発生される熱から生成される電気エネルギーを受ける。
【００２０】
結合されていないと呼ばれる第１のタイプのシステム、または英語で「加速器駆動システム（ＡＤＳ）」（図１ａ）にしたがって、外部中性子源の強度は、コアのパワーとは無関係であり、この源を供給するために必要なエネルギーは、図１ａに示される電力ネットワークから取られる。このシステムにおいて、それは、原子力プラントのパワーを規定する外部源の強度であり、臨界以下のコアは、外部中性子および核分裂反応を介して与えられるエネルギーを増強するために使用されるだけである。そのようなシステムにおいて、臨界以下性のレベルは、例えば、設定される安全条件、燃料、および所望の熱パワーに応じて、公称状態で事前に決定される。それは、反応器の動作の間に調整されることができる。粒子のビームの強度は、反応器の必要な動作条件に応じて事前に決定され、その後、オペレータによる動作の間に調整される。
【００２１】
しかしながら、臨界以下性のそれらの高いレベルを考慮して、ＡＤＳの結合されていないシステムは、重要な中性子源が必要である。これは、経済的に不利である強力な加速器の使用を必要とする。なぜなら、そのような加速器は、プラントのコストを著しく増大するが、生成される電気パワーのかなり部分（数パーセントポイントから１０％まで）を消費することによって、その動作コストも増大する。
【００２２】
安全性に関して、臨界以下性のレベルが、中性子増幅係数ｋｅｆｆにおける可能性のある変化と関係付けられる、全ての負の結果（反応度事故）を避けるために十分に大きいなら、ドップラ効果または遅延された中性子部分の値への制約は存在しない。それにもかかわらず、ＡＤＳの結合されていないシステムに関する特定の事故の危険性がある。すなわち、ネットワークによる加速器の供給のために、コアのパワーに関わらず、可能性がある陽子のビームの最大電流の偶然の挿入である。
【００２３】
結合されると呼ばれる第２のタイプのシステム、または英語で「加速器結合システム（ＡＣＳ）」または「遅延された増強中性子（ＤＥＮ）」（図１ｂ）にしたがって、外部中性子源の強度は、コアのパワーに直接依存し、それは、システム全体が臨界状態にあるように実時間で選択される。そのようなシステムにおいて、安全性は、以下のパラメータ、特に、負帰還係数、遅延された中性子部分、および臨界以下性のレベルに依存する。反応器は、コアのパワーと外部中性子源の強度との間の一致に基づいてオペレータの作用によって、前の場合のようにはもはや制御されることができない。ここで、制御は、他の手段によって実行されるべきであり、例えば、反応器制御棒、または加速器の供給に割り当てられたコアのパワーの部分の修正、またはより少ないパワーを有する第２の外部中性子源（任意）の可能な追加によっても実行されるべきである。
【００２４】
これら２つのシステム間の原理的な差異は、加速器結合システム（ＡＣＳ）において、生成される外部中性子の数量は、コアにおける連鎖反応を維持するように事前に決定される、一方、加速器駆動システム（ＡＤＳ）において、この強度は、反応器に望ましいパワーの正確な値を得るために実時間で変化するという事実にある。
【００２５】
加速器結合システムにおいて、コアにおける核分裂速度に関して自然にまたは人為的に遅延された中性子の外部源は、遅延された中性子の不足を置き換えることができる。この外部源による後者を供給する確率は、遅延された中性子のグループは人為的に作られる反応器の概念を提起する（Ｍ．Ｓａｌｖａｔｏｒｅｓ、Ｉ．Ｓｌｅｓｓａｒｅｖ、Ｍ．Ｕｅｍａｔｓｕ、およびＡ．Ｔｃｈｉｓｔｉａｋｏｖによる、「Ｔｈｅ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ  ｆｏｒ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｒｉｓｋ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．ＧＬＯＢＡＬ−９５  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．、Ｖｅｒｓａｉｌｌｅｓ、Ｆｒａｎｃｅ、１９９５年９月１１日〜１４日、ｖ．１、ｐ．６８６）。
【００２６】
コアと加速器との間の結合を増強するために、Ａ．Ｇａｎｄｉｎｉ、Ｍ．Ｓａｌｖａｔｏｒｅｓ、およびＩ．Ｓｌｅｓｓａｒｅｖが、文献「Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｐｏｗｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ＡＤＳ  ｓｙｓｔｅｍ」、Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９９年６月７日〜１１日、Ｐｒａｇｕｅ、およびＡｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ、２７（１３）、１１４７（２０００年）において、同じハイブリッドシステム、この場合に加速器に供給するための反応器によって生成されるエネルギーの固定部分ｆを使用することを示唆した。ハイブリッドシステムのそのような実施形態は、熱流体力学的な故障の場合に、外部中性子源の固有の停止を確実にするが、それは、可能性がある臨界事故に対する保護を提供しない。
【００２７】
原子力反応器、加速器、ターゲット、およびその機能的な協働を確実にされた全ての取り付けられた手段を備える全体の原子力システムは、したがって、臨界反応器のように作用し、その臨界反応器は、全ての機能的な利点を有し、その列挙が当該原子力反応器の実施形態に応じる、特に後者に関して知られている内部の負帰還効果の利点（例えば、ドップラ効果、原子力燃料の膨張など）を有する。
【００２８】
その概念が上述で示されたハイブリッドシステムの研究は、それらが、異なる動力学を有し、特に偶発的な状況の間（例えば、制御棒の取り除き、破砕ターゲットのウインドウの破損、循環ポンプの故障など）人間の介在によってまたは制御システムによって保護されないことを示す。したがって、可能な保護されていない過渡現象は、安全性に大きな影響を有するシステムで異なって展開する。後者に関して、２つのハイブリッドシステムそれぞれは、その利点およびその欠点を有する。例えば、加速器結合システム（ＡＣＳ）の挙動は、熱流体力学的な事故の観点から好ましく、他方、加速器駆動ハイブリッドシステム（ＡＤＳ）は、反応度事故（システムのｋｅｆｆにおける偶発的な増大）に関するより良好なサポートを提供する。したがって、２つのタイプのシステムの利点を組み合わせることは有利であることがわかる。
【００２９】
ハイブリッドシステムのこれら２つの機能タイプの利点および欠点は、Ａ．Ｄ’ａｎｇｅｌｏらによる文献「Ｔｈｅ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｄｙｎａｍｉｃｓ」、Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００１年、ならびに特にＡ．Ｇａｎｄｉｎｉ、Ｍ．Ｓａｌｖａｔｏｒｅｓ、およびＩ．Ｓｌｅｓｓａｒｅｖの文献「Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｐｏｗｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ＡＤＳ  ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９９年６月７日〜１１日、Ｐｒａｇｕｅ、およびＡｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ、２７（１３）、１１４７（２０００年）で研究されている。
それらは、図２において概略的に示され、図２で、Ｙ軸２００は、荷電粒子のソース強度を示し、Ｘ軸２０２は、原子力反応器のコアのパワーを示す。
【００３０】
加速器駆動システムＡＤＳに関して、ソースの強度は、コアのパワーに関わらず一定である。特に、公称パワーＰｎより大きなコアパワーに関して、ソースの強度は増大せず、コアによって供給されるパワーにおける制御されない任意の増大を制限する。
【００３１】
しかしながら、そのような仮定の実施形態は、粒子加速器の制御に関する可能性がある電子的または人間のエラーに関係する大きな欠点を有する。この場合、危険な熱流体力学的な事故は、可能性があるままである。
【００３２】
加速器結合システムＡＣＳ（ＤＥＮ）に関して、源の強度は、コアのパワーに比例して変化する。したがって、公称パワーＰｎより大きなコアパワーに関して、コアパワーにおける増大は、中性子源の強度における比例する増大を誘発する。
【００３３】
臨界システムの利点を有するそのような加速器結合システムは、その欠点も有する。可能な保護されていない反応度事故に関して、漸近の平衡値は、負帰還効果によって規定される。後者は、劣化され（廃棄物変性の場合など）、安全性も減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
本発明の目的は、ＡＣＳシステムをもたらすことであり、このＡＣＳシステムの理想的な挙動は、保護されていない事故の場合に、従来技術のＡＣＳシステムの挙動の公称パワーより下であり、かつ従来技術のＡＤＳシステムの挙動の公称パワーより上である。いずれにしても、本発明の目標は、固有にシステムに結合される加速器の安全性を改善する、新規な制御方法を示唆することである。
【００３５】
本発明の目的は、固有に加速器に結合されるシステムの安全性に関する利点を組み合わせるシステムを、すなわち手動または自動化された介在を必要とすることなく提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、ハイブリッドシステムの知られている粒子加速器に関して、源の強度が、反応器のパワーに比例すると仮定されるとの観察の結果である。
【００３７】
中性子源の強度が、反応器のパワーに比例しないなら、この強度は、反応器のパワーにおける増大より低い程度に増大することができ、源は、反応器のコアのパワーにおけるこの増大をもはやサポートしないことがある。
【００３８】
他方、源のパワーと反応器のパワーとの間のそのような比例性が不在であっても、コアパワーにおける低減が、中性子源の強度における低減に導く事実に関連する利点は、維持されることができる。
【００３９】
外部源の強度とコアのパワーとの間の比例しない相互依存性を有するそのようなハイブリッド加速器に結合されるシステムは、制限された漸近のパワーおよび温度値を有する。システムの漸近状態に上記に示唆されるこの依存関係は、ドップラ効果の依存関係と等価であろう。これは、それが、なぜＡＣＳの加速器部分に関する「ドップラ効果」と呼ばれる理由である。それにもかかわらず、実際のドップラ効果とは対照的に、そのような「ドップラ効果」は、少数のアクチニドの存在によって変更されない。
【００４０】
さらに本発明は、代替として、反応器のサイクルを延長し、かつ原子力パワープラントによって発生される廃棄物の量を低減することを目的とする。
【００４１】
実際に、原子力パワープラントによって生成される廃棄物の量は、その燃料の燃焼の速度に比例し、この速度は、偶発的な過渡現象に関して適用される安全性の閾値が高いので、全てより低い。
【００４２】
したがって、固有に増大する安全性の程度を有する原子力システムを供給して、本発明は、原子力システムに関して、例えば電力の生成に割り当てられる量など、工業的なタイプの反応器によって生成される廃棄物の量を潜在的に低減する可能性がある、より速い燃焼速度を有する安全性の同一の程度を維持することを可能にする。
【００４３】
したがって、本発明の目的は、固有に原子力システムを安全にすることを可能にする、したがって使用のより大きなレートで原子力燃料を使用し、または原子力燃料をリサイクルすることも可能にする、アクチニドのより大きな量が存在しても、加速器に結合されたシステムの自己調整されかつ信頼性のある動作を可能にすることによって、上述の異なる問題を解決することである。
【００４４】
この結果を得るために、本発明は、中性子の生成のために必要なエネルギーを最小化する動作点の選択に基づくだけでなく、反応器を制御するために、すなわち任意のときにそれを適合するために、基本的に、生成される中性子の数を調整する特徴的属性に基づき、加えられたパワーに対して、この調整は、粒子のビーム強度だけでなくその各粒子のエネルギーを制御することによって実行される。
【００４５】
動作点のこの選択（動作エネルギーの選択に等しい）は、もちろん中性子の生成のエネルギーに関係するコストを最小化することによって、原子力プラントのエネルギー収率の最大化を目的とする。本発明の最も一般的な実施形態において、それは、Ａ．Ｌｅｔｏｕｒｎｅａｕ、Ｊ．Ｇａｌｉｎ、Ｆ．Ｇｏｌｄｅｎｂａｕｍらの、文献「Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ」、Ｂ１７０（２０００年）、ｐｐ．２９９〜３２２における、「Ｎｅｕｔｒｏｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ａｎｄ  ｔｈｉｃｋ  Ｗ，Ｈｇ，Ｐｂ  ｔａｒｇｅｔｓ  ｂｙ  ０．４、０．８、１．２、１．８  ａｎｄ  ２．５ＧｅＶ  ｐｒｏｔｏｎｓ」による破砕反応の場合において確立されるものに類似する。特に、「Ｔｈｅ  ｎｅｕｔｒｏｎ  ｅｃｏｎｏｍｙ」の段落４．４は、入射陽子によって生成される中性子の数（中性子収率Ｙｎ）が最適である、加速された粒子エネルギーの最適値ＥｐＭａｘ（上述された実験に関して０．８ＧｅＶから１ＧｅＶの範囲である）が存在することが確立される。それらを形成するために使用されたエネルギーによってノルムされ、生成された中性子の数の曲線（図１６、ｐ３１９）が、トレースされるなら、最適粒子エネルギーＥｐＭａｘに対応するピーク値の存在が観察される。
【００４６】
この最大値の存在は、低いエネルギーで、入射ビームのエネルギーのかなりの部分が、イオン化のために損失される事実に関連する。非常に高いエネルギーで、エネルギーの一部は、中性子以外の粒子（本質的にパイオン）の生成の形態で損失される。さらに、その寸法が固定されるターゲットに関して、入射粒子のエネルギーにおける増大は、中性子が生成する粒子の漏洩の確率を増大し、したがってターゲットにおける中性子収率を低減する。
【００４７】
第２のより詳しい文献は、水によって軽減される天然ウランの臨界以下アセンブリを有する、ＰｂターゲットおよびＷプレートのフレームワーク内で、ＥｐＭａｘを１ＧｅＶから１．５ＧｅＶにする同じ結論に到達する。Ｓ．Ｌｅｒａｙの「Ｎｕｃｌｅａｒ  ｄａｔａ  ａｔ  ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」レポートＣＥＡ／ＤＡＰＮＩＡ／ＳＰＨＮ−００−６７、および「Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  ａｎｄ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ：ｐｈｙｓｉｃｓ，ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｓａｆｅｔｙ」、ＩＣＴＰ  Ｔｒｉｅｓｔｅ、Ｉｔａｌｙ、３月１３日／４月１４日、２０００年、の講演。
【００４８】
光原子力反応は、ここでは全体的に考慮され、すなわち２つの連続する反応からなると考慮されることがわかる。第１の反応は、電子が、電子のエネルギーに応じる線形断面にしたがって高エネルギー光子を生じるように反応する、Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ反応である。生成される第２の反応は、実際の光原子力反応であり、この第２の反応は、破砕反応に類似する現象を意味する。これら２つの連続する反応の組は、破砕の全体的な曲線に類似する全体的な曲線を有するが、図５ａおよび図５ｂに示されるような多少とも異なる数値を有する（特にＥｐＭａｘに関する）。
【００４９】
それが知られていても、最適エネルギーの存在のこの特性は、その自身の名称を有さない。それは、中性子収率効果、または「Ｙｎ効果」、あるいはハイブリッドシステムの加速器の一部に関する「ドップラ」効果とさえ称される。
【００５０】
したがって、陽子によって引き起こされた破砕の良く知られている特定の場合によって、荷電粒子による中性子の生成の一般的な場合を示す良い理由が存在する。
【００５１】
実際に、従来技術にしたがったデバイスに関して、ＡＣＳにおける加速器は、当業者に関する様々な利点を有する、一定の粒子エネルギーを有するビームＩＰの強度に作用することによって調節される。ビーム加速および偏向構造が事前設定されるので、これら事前調整（パラメータ化）に関するより良好なエネルギー効率に対応する動作条件を選択することが可能であった。
【００５２】
本発明の主要な点は、中性子の生成に関して必要なエネルギーを最小化する動作点を選択した後、従来技術のようなビームの強度によってではなく、放出された粒子のエネルギーで粒子加速器を連続して調整することからなる。
【００５３】
より一般的に、外部中性子の供給は、Ｓ．Ｌｅｒａｙの文献に上述された図８の曲線にしたがう荷電入射粒子エネルギーＥＰに応じて変化する。エネルギーＥＰが増大すると、中性子の数は、まず、迅速に反応閾値を超えて増大する。次に、エネルギーＥｐＭａｘを超えて、この数は、連続して増大するがあまり迅速ではない。この曲線の形状は、Ｌｅｒａｙの文献の図８の曲線の形状に対応する。この曲線が、中性子を生成するために使用されるエネルギーによって生成される中性子の数を分割することによってノルムされるなら、明らかに最大値を示す図５ａが得られ、この曲線の形状は、上述のＡ．Ｌｅｔｏｕｒｎｅａｕらの図１６およびＬｅｒａｙの図９の曲線の形状に対応する。図５ａのこれらの曲線は、荷電粒子（例えば、陽子、重水素、電子）から中性子を生成するために選択された反応とは関わらず、同一の一般的な形状を有することが見出される。数値だけが、特に最適粒子エネルギーＥｐＭａｘの数値が変動する。
【００５４】
本発明のより有効な実装に関して、実際に、入射粒子当たりおよびそのエネルギーＥｐ当たりの中性子収率だけでなく、中性子の重要性φ＊（英語で「ｎｅｕｔｒｏｎ  ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ」、コアの中性子に対する外部中性子の重要性を記載する値）、および加速器の収率ηａ（荷電粒子エネルギーＥｐと、加速器がこの粒子を加速するために消費するエネルギーＥとの間の関係を記載する値）を考慮する必要がある。
【００５５】
最適粒子エネルギーＥｐＭａｘは、以下のように前もって実験的に決定されることができる。粒子加速器において消費されるパワー（Ｐｃｏｎｓ）は、一定に維持され、一方、図３ａに示されるように粒子のエネルギーおよび粒子ビームの強度を同時に変化する。
【００５６】
実際に、パワーＰｃｏｎｓのこの値は、原子力反応器のパワーが、初期に設定される託された値に等しいように選択されるべきである。全ての場合において、実験は、中性子生成の最適エネルギーＥｐＭａｘを示す。
【００５７】
したがって、本発明は、臨界以下モードで動作する原子力反応器と、加速された荷電粒子のビームを使用する中性子生成器デバイスとを備え、中性子生成器は、コアにおける原子力連鎖反応を維持するために必要な中性子の量を供給し、システムの動作点は、およそ最適点付近で選択され、最適点で、外部中性子を生成するために使用された陽子ビームのエネルギーによって割った、生成された外部中性子の数の比率が最大である加速器に結合された原子力システム（ＡＣＳ）を制御する方法であって、この方法は、原子力反応のパワーの動作変動に応じる外部中性子の数が、加速器によって生成されかつ加速された荷電粒子のエネルギーＥｐに作用することによって調整されることを特徴とする。
【００５８】
好ましくは、本方法は、以下のステップを含む。
１．原子力反応器の動作に望ましい動作条件、すなわち、臨界以下率（ｒ０）のレベル、生成されるべき消費可能なパワー（熱パワーＰｔｈまたは電気パワーＰｅｌ＝ηｅｌＰｔｈ、ここで、ηｅｌは、プラントの電気的収率である）、量、および燃料の種類（この決定は、当業者の通常のノウハウを使用させる）を決定するステップ。臨界以下のコアと加速器との間の結合の好ましい実施形態は、Ａ．Ｇａｎｄｉｎｉ、Ｍ．Ｓａｌｖａｔｏｒｅｓ、およびＩ．Ｓｌｅｓｓａｒｅｖの文献に見られ、すなわちシステムによって生成されるパワーの固定部分ｆは、加速器の供給のために消費される。
【００５９】
２．これらの条件から、以下のように加速器の動作パラメータを決定するステップ。
ａ−以下の式を証明する荷電粒子の最適エネルギーＥｐＭａｘを決定する。すなわち、
ｄ／ｄＥｐ［φ＊（Ｅｐ）ηａ（Ｅｐ）Ｙ（Ｅｐ）／Ｅｐ］＝０．          （１）
この式は、中性子収率Ｙ、中性子の重要性φ＊、加速器の収率ηａの、入射粒子のエネルギーＥｐの可能性がある従属性を考慮する。
ｂ−動作エネルギー（公称エネルギー）を選択する。
Ｅｐｎｏｍは、最適エネルギーＥｐＭａｘ以上であり、
Ｅｐｎｏｍ＝ＥｐＭａｘ＋ΔＥｐ，ΔＥｐ≧０．          （２）
ΔＥｐの導入の正当性、およびそれに与えられるべき値は、以下に説明される。
ｃ−公称エネルギーＥｐｎｏｍ、中性子収率Ｙｎ（Ｅｐｎｏｍ）、加速器の収率ηａ（Ｅｐｎｏｍ）、および公称エネルギーＥｐｎｏｍに関する中性子の重要性φ＊（Ｅｐｎｏｍ）に依存する反応器の公称パワーＰｔｈｎｏｍを得るために必要な荷電粒子のビームの公称強度を決定する。
Ｉｐｎｏｍ＝ｒ０ｖＰｔｈｎｏｍ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙ（Ｅｐｎｏｍ）］，      （３）
ならびに加速器によって消費される生成されたパワーの部分Ｐｅｌ。
ｆｎｏｍ＝Ｅｐｎｏｍｒ０ｖ／［Ｅｆｉｓφ＊（Ｅｐｎｏｍ）Ｙ（Ｅｐｎｏｍ）ηａ（Ｅｐｎｏｍ）ηｅｌ］．      （４）
【００６０】
３．式（３）および（４）にしたがって、加速器によって消費されることができる反応器によって生成されるパワーの部分ｆ、ならびに公称値で入射粒子ビームの強度を設定するステップ。
【００６１】
４．エネルギーの変化を決定する式にしたがって、原子力反応器の動作パワー変動に応じて、粒子エネルギーＥｐに作用する外部中性子の数を、一定のビーム強度で調整するステップ。
Ｅｐ＝ｆｎｏｍＰｅｌηａ（Ｅｐ）／Ｉｐｎｏｍ            （５）
【００６２】
以下に示される式およびアプローチは、以下に説明される。
エネルギーＥｐまで１つの粒子を加速するために使われなければならないエネルギーＥは、加速器の収率ηａに依存する。Ｅ＝Ｅｐ／ηａ。この収率自体は、荷電粒子が加速される最大エネルギーに応じることができる。ηａ＝ηａ（Ｅｐ）。したがって、１秒当たりの粒子加速Ｉｐに関して消費されるパワーは、以下によって表されることができる。
Ｐｃｏｎｓ＝ＥｐＩｐ／ηａ．                （６）
入射粒子エネルギーＥｐが、平均でＹｎ個の中性子を作ることを考慮して、中性子源の強度は、電流ビーム値と関係付けられるべきである。
Ｉｎ＝ＩｐＹｎ                （７）
外部中性子によって臨界以下のコアで作られかつ吸収される熱エネルギーＥｔｈは、
Ｅｔｈ＝Ｅｆｉｓφ＊／（ｖｒ０）              （８）
であり、ここで、ｒ０＝（Ｉ＝ｋｅｆｆ）／ｋｅｆｆは臨界以下性のレベルであり、φ＊は中性子の重要性であり、Ｅｆｉｓは核分裂反応の間に供給されるエネルギーであり、νは核分裂中性子の平均数である。中性子の重要性は、演繹的に入射粒子エネルギー、すなわち、φ＊＝φ＊（Ｅｐ）に応じる。しかしながら、いくつかのシステムにおいて、それが一定であると理解することが可能であることが観察される。臨界以下のコアの熱パワー（ターゲットにおいて放出されるエネルギーが、考慮されないなら）は、以下である。
Ｐｔｈ＝（φ＊ηａＹｎ／Ｅｐ）ＰｃｏｎｓＥｆｉｓ／（ｖｒ０）          （９）
消費されるパワーＰｃｏｎｓが設定されると仮定して、荷電粒子の最適エネルギーＥｐ＝ＥｐＭａｘは、コアのパワーが最大であるように選択されることができる。この条件は、ｄＰｔｈ（ＥｐＭａｘ）／ｄＥｐ＝０，ｄ２Ｐｔｈ（ＥｐＭａｘ）／ｄＥｐ２＜０であることを意味する。この値が存在するとき、最適エネルギーは、式（１）によって定義されるべきである。
【００６３】
まれな場合に、図５ｂに見られることができる（曲線Ａ）この最適点が、最高の粒子エネルギーに対する非常に低い傾斜のために、および恐らく測定の不正確性のために、あまり目立たないことがある。これらの場合において、この最大値、したがって「Ｙｎ効果」は、例えばターゲットにおける入射粒子の損失の増大の意味で、ターゲットの幾何形状を最適化することによって増強されることができる。これは、中性子生成効率を低減するが、他方これは、「Ｙｎ効果」からより有利にすることを可能にする。「Ｙｎ効果」は、既に生成された中性子が可能な限り透明であり、その中性子変換収率は、ターゲットの収率より小さいように、その寸法を低減することによって、または可能なバッファでそれを囲むことによって、ターゲットを修正することによって、またはこれら２つの条件の組み合わせによっても増大されることもできる。この変換収率は、可能な限り低くなければならず、好ましくは、実際のターゲットの変換収率の半分より低くなければならない。
【００６４】
光原子力反応の特定の場合において、図５ｂは、一例として曲線の形状が、以下に対応する３つの構成でほぼ同一であることを示す。
【００６５】
曲線Ａ（上部）。ターゲットは、粒子ビームの軸と対称的に結合される軸を有する円筒状ペレットの形態のウラン２３８から作られ、このペレットは、４ｃｍの直径および４ｃｍの高さを有し、このターゲットは、粒子ビームの軸と対称的に結合される軸を有する円筒ペレットの形態の鉛吸収バッファによって囲まれ、この円筒は、４０ｃｍの直径および８０ｃｍの高さを有し、ビームがこのダンパ円筒の中心に配置された実際のターゲットに到達することを可能にする４ｃｍの軸方向孔を備える。
【００６６】
曲線Ｂ（中間）。ターゲットは、粒子ビームの軸と対称的に結合される軸を有する円筒状ペレットの形態のウラン２３８から作られ、このペレットは、４ｃｍの直径および２ｃｍの高さを有し、このターゲットは、曲線Ａに対応する構成の鉛吸収バッファと同一の鉛吸収バッファによって囲まれる。
【００６７】
曲線Ｃ（下部）。ターゲットは、曲線Ｂに対応する構成のものにしたがうウラン２３８から作られ、吸収バッファは存在しない。
【００６８】
それにもかかわらず、曲線Ａは、最大値がほとんど存在しないということが注目される。そのような場合、最大値は、破砕反応に関して既に見られるように、同じターゲット修正によって見られることができる。
【００６９】
加速器から生じる粒子のエネルギーによって制御されるこのモードは、コアのパワーにより正確に比例しない外部中性子源を導く。新たな「ドップラ」の負帰還効果は、保護されていない過渡現象の間にシステムのパワーを安定化する、加速器に結合されたハイブリッドシステムの加速器部分で見られる。
【００７０】
本発明の１つの利点は、例えば生成された中性子における増大の方向で、原子力システムにおけるパワーの急激な変化を考慮することによって示されることができる。
この場合において、結果は、コアにおいて放出される熱の増大であり、次に加速器に供給する電気エネルギーの増大である。
【００７１】
従来技術によるＡＣＳシステムは、陽子ビームの強度を増大する作用にこれを対応させ、図４の曲線４０４にしたがって外部中性子の数を比較的迅速に増大する。対照的に本発明によれば、コアのパワーにおける急激な増大とともに、本発明によるシステムは、図４の曲線４０６にしたがった粒子エネルギーにおける増大に対応する。
換言すれば、反応器のパワーにおける上昇はより遅く、ドップラ効果などの自己調節効果を考慮して、反応器のパワーの最終値は、従来技術と比較してより低い。
【００７２】
したがって、加速器から生じる粒子のエネルギーによってＡＣＳシステムを制御して、このシステムは、従来技術における他の知られている負帰還効果に加えて、固有の安全性手段が設けられる。なぜなら、公称動作点（すなわち初期条件に対応する）を超えてコアのパワーにおける制御されない増大の場合に、入射粒子のエネルギーは、変換の最大収率に対応するその最適値から外れたこの動作点に移動するのに十分に増大するからである。したがって、中性子の数は増大するが、荷電粒子のビームの強度によって制御されるＡＣＳシステムの場合に発生するよりかなり迅速ではないからである。結果として、反応器のパワーにおける増大は、従来技術にしたがうＡＣＳシステムに関するより、より遅くかつ強度において明らかにより制限される。
【００７３】
さらに、両方のシステムの針路は、別の制限されたパワー、すなわち粒子ビームの強度によって制御されるＡＣＳシステムに関するパワーＰｃｏｎｎｕ、および本発明にしたがったシステム、すなわち粒子のエネルギーによって制御されたＡＣＳシステムに関してＰｉｎｖ＜ＰｃｏｎｎｕなどパワーＰｉｎｖに向かう傾向が顕著である。
【００７４】
図５ａに示されるように、中性子を生成する原子力反応の収率を最大化する値を示すことに加えて、図５ａは、本発明が、中性子源の３つの動作モードを規定することを可能にすることを示し、３つのモードは、グラフとして示す図の３つの領域に対応する。これらのモードは、粒子のエネルギー値Ｅｐによって決定され、コアのパワーにおける可能な変動とともに中性子を生成する原子力反応の収率の異なる応答に対応し、したがってエネルギー値Ｅｐに対応する。
【００７５】
１．「危険」と呼ばれる第１の領域は、例において１．１６ＧｅＶに対応する、ＥｐＭａｘより低い反応閾値エネルギーからエネルギーを供給される粒子を生成する加速器に関して現れる。粒子エネルギーがＥｐＭａｘより低いとき、収率はより低く、さらなる粒子エネルギーは、ＥｐＭａｘから外れて移動する。さらに、粒子エネルギーにおけるわずかな変動は、ハイブリッドシステムの制御を非常に微妙なものにする、生成される中性子の数における非常に大きな変動を引き起こす。
【００７６】
２．「潜在的な不安定性」と呼ばれる第２の領域は、加速器の最適条件の近傍に位置する。ハイブリッドシステムのエネルギー平衡を最適にする、中性子を生成する原子力反応の収率は、最適である。しかしながら、このモードは、「危険」モードに向かって振れる。安全性に関して、「危険」モードに向かう展開は、システムの安全性を危うくしない。なぜなら、この展開は、反応器によって生成されるパワーにおける低下の間に生じるからである。
換言すれば、システムは、システムの制御のために望ましくないパワーの負の変動に関して不安定になることがある。
【００７７】
３．「ドップラ効果」と呼ばれる第３の領域は、中性子を生成する原子力反応の収率が、最適値に非常に近いが、必要なパワーが増大すると低減する領域に対応する。図５ａの曲線のこの負の傾きは、望ましくない過渡現象の間に中性子の数を制限する傾向があり、中性子のこの数を増大する。ドップラ効果と同じ方向に作用し、アクチニドの存在が、このドップラ効果の影響を低減するときに特に有利である、本発明の制御効果からより有利に役立つ。
【００７８】
第２の領域の潜在的な不安定性を避けるために、本発明の好ましい実施形態にしたがって、以下を選択することが好ましい。
Ｅｐｎｏｍ＝ＥｐＭａｘ＋ΔＥｐ
ここで、値ΔＥｐは、反応器の通常の動作モードで反応器のパワーにおける可能性がある負の変動より大きいように選択される。図５ａにおいて示される第３の領域の始まりを記すＥｐｎｏｍのこの値は、このように選択される。
【００７９】
本発明は、また、臨界以下のモードで動作する原子力反応器と、外部中性子源と、原子力コアによって生成される熱から電力を生成するための適切な手段とを備える、加速器に結合されたハイブリッド原子力システム（ＡＣＳ）に関し、この中性子源は、荷電粒子の加速されたビームを含み、中性子源は、原子力反応を維持するために必要な中性子の量を提供し、このシステムは、加速器によって生じる中性子の数が、粒子の一定のビーム強度で、粒子のエネルギーＥｐに作用することによって制御されることを特徴とする。
【００８０】
そのような実施形態の一例は、好ましい実施形態の詳細な記載として提供される。
好ましくは、粒子は、コアの中心でビームに向けられた陽子であり、コアは、破砕ターゲットを備える。
【００８１】
このシステムは、従来技術にしたがって、例えば制御棒で制御されることができ、ならびに加速器を有する他の可能性（ネットワークによって供給されるエネルギー）にしたがって制御されることができる。
【００８２】
本発明は、加速された荷電粒子から生成される外部中性子の供給による臨界にされた、任意のタイプの原子力反応器に適用されることができる。なぜなら、その動作サイクルの少なくとも一部の間、臨界以下の状態で動作することができるからである。したがって、反応器は、高速中性子反応器または熱中性子反応器であることができる。それは、またその動作の最大部分の間に臨界動作を有することができ、上述のように一時的または時々、臨界以下の動作だけを有することができる。
【００８３】
事実、本発明は、その中性子生成に最適な収率値を有する外部源によって供給される、任意のタイプの臨界以下の原子力反応器に適用され、粒子加速器を使用することは、粒子エネルギーを制御することを可能にする。
【００８４】
加速器に結合されたハイブリッド原子力システムに本発明を使用することは、２つの条件だけを必要とする。すなわち、一方では、中性子を生成する原子力反応は、それが、特に全体として破砕および光原子力反応と考えられる場合に、最大収率値を有する全体曲線にしたがって実行されることと、他方では、使用される加速器が、一定のビーム強度を有する粒子エネルギーによって直接にまたは間接に制御されることが可能であることとである。一時的であっても、外部中性子源が結合される任意の反応器コアは、ハイブリッド原子力システムであると考えられるべきである。
【００８５】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示的であり限定する方法ではなく以下に提供される記載で明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８６】
好ましい実施形態の詳細な記載、破砕源を有する溶融塩を有するハイブリッドシステム
本発明のこの実施形態例において、加速器に結合されたシステムＡＣＳは、溶融塩コア（トリウムベースの循環燃料を有する高速スペクトルで）を提供される。加速器の収率ηａは、エネルギーＥｐに応じないことが仮定される。この条件にしたがって、荷電粒子のエネルギーは、生成されるパワーに比例する。後者は、加速器によって消費されるパワーに比例することを仮定すれば、公称パワーに対して正規化することによって、入射粒子のエネルギーは、以下によって与えられる。
Ｅｐ＝ＥｐｎｏｍＰｃｏｎｓ／Ｐｃｏｎｓｎｏｍ．            （１０）
【００８７】
トリウムベースの燃料に関して、主核分裂可能な同位元素であるウラン２３３の核分裂の確率は、ほとんど中性子のエネルギーに応じることはなく、中性子の重要性は、一定であると考えられ、１に等しい。φ＊＝１。
【００８８】
平衡の新たな状態におけるコアのパワーＰｃ（反応度ΔρＴＯＰの挿入後）は、以下の式から見出されることができる。
（ΔρＴＯＰ＋ΔρＦＢ−ｒ０）Ｐｃ＋ｒ０ＰｃｏｎｓｎｏｍＹ（Ｅｐ）／Ｙ（Ｅｐｎｏｍ）＝０      （１１）
コアにおける負帰還効果は、線形モデルによって記載される。
ΔρＦＢ＝ＡＦＢΔＰｃ
ここで、ＡＦＢは、負帰還係数である。
【００８９】
高エネルギー陽子（〜１ＧｅＶ）による破砕反応は、中性子の生成のために使用されるということが考慮されるべきである。鉛ターゲットで入射陽子による中性子の収率（直径Ｄ＝２０ｃｍおよび長さＬ＝６０ｃｍの寸法、０．８ＧｅＶから８ＧｅＶの範囲の粒子エネルギーＥｐを有する）は、Ｐａｎｋｒａｔｏｖらの「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｙｉｅｌｄｓ  ｆｒｏｍ  Ｔｈｉｃｋ  Ｐｂ  ａｎｄ  Ｗ  Ｔａｒｇｅｔｓ  Ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ  ｂｙ  Ｐｒｏｔｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  ０．８  ａｎｄ  １．６  ＧｅＶ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｔｔａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｋａｌｍａｒ、Ｓｗｅｄｅｎ、Ｖ２（１９９６年）、ｐｐ．６９４−６９７の文献に示される、以下の実験式によって表されることができる。
Ｙｎ（Ｅｐ）＝−ａ＋ｂＥｐ３／４，
ここで、Ｅｐは、ＧｅＶで測定され、実験パラメータａおよびｂは、ａ＝８．２、ｂ＝２９．３である。
【００９０】
図５ａに見られるように、中性子の生成は、Ｅｐ＝（４ａ／ｂ）４／３＝１．１６ＧｅＶに等しいエネルギーに関して最適である。このエネルギーが、コアのパワーにおける増大の場合に、公称陽子エネルギーとして選択されるなら、外部源は、ハイブリッドシステム（外部中性子に加えて核分裂中性子）における中性子平衡の臨界状態をサポートするために、もはや中性子の十分な量を連続して作らない。システム（ＤＥＮＮＹまたは非線形中性子収率を有する遅延され増強された中性子と呼ばれることができる）は、安全性の改善に使用されることもできる、加速器部分に関する新規の「ドップラ」負帰還効果（「Ｙｎ効果」）を有すると言うことができる。
【００９１】
「Ｙｎ効果」の強度を示すために、一例として２つのシステムが比較される。一方では、源の強度間の（従来技術による）線形依存性を有するＡＣＳと、他方では、（本発明による）「ＤＥＮＮＹ」である。「Ｙ効果」の有効性を記載するために、パラメータδ＝ＰＤＥＮＮＹ／ＰＡＣＳが導入され、このパラメータは、反応度ΔρＴＯＰの同じ値が導入された後、ＤＥＮＮＹの漸近パワーとＡＣＳ（ＤＥＮ）との比率である。δ＜１の事実は、ＤＥＮＮＹにおける漸近パワーが、ＡＣＳシステムのパワーほど大きくないことを意味する。
【００９２】
パラメータｒ０およびΔρＴＯＰの関数としてδの計算結果は、図６ａから図６ｄで示される。３個の公称エネルギー値が選択された。すなわち、Ｅｐｎｏｍ＝１．１６ＧｅＶ（ａ）、Ｅｐｎｏｍ＝１．６０ＧｅＶ（ｂ）、およびＥｐｎｏｍ＝０．８０ＧｅＶ（ｃ）である。これらの結果の比較は、以下の結論を引き出すことを可能にする。
・  「Ｙｎ効果」は、ｒ０およびΔρＴＯＰが増大するとき、増大する。この効果は、ｒ０＝５βに関して、有意に１０％または１５％までであることができる。ΔρＴＯＰにおける増大は、この傾向の飽和を導く。
・  「Ｙｎ効果」は、陽子の公称エネルギーが、最適エネルギーを超えて増大されるならより大きくなる。
・  研究された例において、粒子の最適エネルギー値ＥｐＭａｘ＝１．１６ＧｅＶは、非線形性依存性に結合される比較的低い強度の過渡現象に非常に適している。
【００９３】
ドップラ効果に関して「Ｙｎ効果」の相対有効性は、ハイブリッドシステムの熱流体力学的パラメータに大いに依存する。負帰還効果ならびにシステムの熱流体力学的特性を記載する、パラメータＡＦＢへのδの依存性は、これらパラメータの影響を推定するために検査されることができる。図６ｄに示される計算結果は、より低い側の偏位における低減の効果が、パラメータＡＦＢが増大するなら、あまり有意ではないことを示す。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１ａ】ハイブリッド原子力システムの機能図である。
【図１ｂ】ハイブリッド原子力システムの機能図である。
【図２】破砕中性子源の強度と、異なるハイブリッドシステムに関する原子力反応器のコアのパワーとの間の関係を示す図である。
【図３ａ】Ｙ軸３０２にしたがって、加速器によって放出される粒子のエネルギーＥｐ（Ｘ軸３０４）に応じた、加速器によって放出される粒子の電流変化を示す図３００であり、この図３ａは、したがって、加速器によって消費されるパワーの所定の値に関するこれら粒子のエネルギーに応じる、加速器によって生成される粒子の電流Ｉｐに関する図である。
【図３ｂ】これら中性子を生成する粒子のエネルギーと、ビーム強度との異なる組み合わせに関する中性子生成収率に関する図であり、これら組み合わせは、加速器によって消費される固定パワーを用いて規定される。
【図４】本発明によるシステムと、従来技術による加速器に結合された原子力システムのパワーにおける増大を比較する図である。
【図５ａ】入射粒子（Ｘ軸）のエネルギーに応じる、外部中性子を生成するために使用されるエネルギー（Ｙ軸）によってノルムされた生成される外部中性子の数を示す図であり、破砕反応を有する本発明の実施形態の適用である。
【図５ｂ】入射粒子（Ｘ軸）のエネルギーに応じる、外部中性子を生成するために使用されるエネルギー（Ｙ軸）によってノルムされた生成される外部中性子の数を示す図であり、光原子力反応を有する本発明の実施形態の適用である。
【図６ａ】本発明による方法の有効性を示す図である。
【図６ｂ】本発明による方法の有効性を示す図である。
【図６ｃ】本発明による方法の有効性を示す図である。
【図６ｄ】本発明による方法の有効性を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【国際調査報告】
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