参考資料 1 常陽 に関する参考資料 平成 28 年 10 月 27 日 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

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1 参考資料 1 常陽 に関する参考資料 平成 28 年 10 月 27 日 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

2 内容 常陽 の概要と特徴 常陽 の再稼働に向けた取組み 常陽 照射試験の国際的ニーズ 実証炉に向けた研究開発ニーズ

3 高速実験炉 常陽 の概要 [ 主要仕様等 ] 高速増殖炉の基本特性である増殖性能を確認した後 燃料 材料を開発する照射場として運転することを目的とした高速実験炉 運転履歴初臨界 運転開始 増殖炉心 (MK-Ⅰ) :1977 年 50, 75 MWt :1978 年 照射炉心 (MK-Ⅱ) 100 MWt :1983 年 高度化炉心 (MK-Ⅲ) 140 MWt :2004 年 主要仕様 定格出力 : 140 MWt ( 発電設備なし ) 冷却材 : 液体ナトリウム (2 ループ ) 燃料 : 混合酸化物燃料 (MOX) 炉心直径 : 80 cm 炉心高さ : 50 cm 2

4 高速中性子照射炉としての 常陽 の特徴 < 特徴 > 世界トップレベルの高速中性子束と 高精度な照射量 照射温度評価技術 多様な照射ニーズに応える原子炉の運転と 照射試験装置 ( キャプセル型照射装置等 ) 照射後試験施設が隣接 照射途中の非破壊検査等により貴重なデータが取得可能 照射後試験施設 照射装置組立検査施設 キャプセル型照射装置 頑丈なキャプセルに燃料ピンを装填することにより 先進的な照射試験に対応 3

5 常陽 のこれまでの成果 高速炉技術の確立 増殖性能の確認 炉心 プラント特性データの取得 (MK-Ⅰ MK-Ⅱ MK-Ⅲ 炉心 ) 核燃料サイクルの輪の実証 高速炉の安全性の実証 自然循環による崩壊熱除去の実証 MOX 燃料の性能確認 ( 燃料溶融試験 高燃焼度試験の実施 ) 溶融限界出力試験 自然循環による除熱 運転保守経験の蓄積 データベース化 プラントの運転 保守 施設定期検査 改造工事等を通じた高速炉プラントの運転保守技術の蓄積 高速炉用機器信頼性データベースへの反映 保守体系データベース マニュアルの作成 技術者教育への反映 照射試験 照射後試験 世界最高レベルの高速中性子束 多様なニーズに対応可能な照射試験用集合体の開発 ( キャプセル型 ) 最先端の照射後試験技術 (X 線 CT) 約 100 体の照射試験用集合体を装荷 熱出力 140MWt 初臨界増殖炉心 (MK Ⅰ) :1977 年 4 月照射炉心 (MK Ⅱ) :1982 年 11 月高性能照射炉心 (MK Ⅲ ) :2003 年 7 月 国際協力 米国 仏国との連携 協力 ( 交換照射の実施 プラント運転 保守経験等の情報交換 駐在員の相互派遣 ) WANO( 世界原子力発電事業者協会 ) IAEA 等を通じた世界各国との情報共有 炉心燃料集合体 X 線 CT 画像 もんじゅ 実証炉 (FaCT) への貢献 もんじゅ 実証炉開発のための照射試験 高燃焼度を目指した被覆管材料 (ODS 鋼 ) 等の照射試験 自己作動型炉停止機構の照射試験 基礎 基盤研究 外部利用 核融合炉材料開発 照射損傷研究 基礎物理研究 核融合炉材料照射試料 ニュートリノ検出器の性能実験 4

6 常陽 の再稼働に向けた取組み 平成 28 年度に新規制基準に係る設置変更許可を申請予定 再稼働後は 照射試験機能を活用し 放射性廃棄物減容化 有害度低減 仏国の技術実証炉 (ASTRID) の開発協力に関する照射試験等を予定 新規制基準への適合 耐震対策 : 配管支持装置の補強 津波対策 : 海抜 38mに設置のため補強不要 竜巻対策 : 飛来物対策 その他対策 : 内部火災 溢水対策設備の補強 再稼働 高速炉システムによる放射性廃棄物減容化 有害度低減の有効性の確認 MA 含有 MOX 燃料の長期照射試験 Pu 含有量を高めた MA 含有 MOX 燃料の照射試験 燃料の中心部をわずかに溶融させる試験 実規模燃料の照射試験 反映 Am 等のふるまい MA 含有 MOX 燃料の設計の妥当性等の照射試験データ 2015 ( 第 3 期中長期計画 ) 2021 設置変更許可申請 照射試験準備 申請準備 適合性審査 対策工事等 照射試験計画検討 設工認 集合体製作等 再稼働照射試験実施 5

7 包括的アクチニドサイクルの国際実証 GACID (Global Actinide Cycle International Demonstration) 目的 : 高速増殖炉の実用炉用燃料として有力なマイナーアクチニド (MA) 含有燃料 (TRU 燃料とも言う ) を 常陽 及び もんじゅ を利用して実証 高速増殖炉で燃焼させることにより MA 全量リサイクルの可能性を実証 3 ステップで段階的に実施 第 4 世代原子力システム国際フォーラム (GIF)/ ナトリウム冷却型高速炉プロジェクトの一つ GACID 全体スケジュール 0 年 5 年 10 年ステップ-1 Np/Am 含有 燃料のピン照射 ステップ -2 Np/Am/Cm 含有燃料のピン照射 ステップ -3 Np/Am/Cm 含有燃料の集合体照射 常陽 計画検討 もんじゅ 常陽 もんじゅ 試験燃料製造 もんじゅ集合体照射 計画された短期照射試験 (2 回 ) を終了 ( 長期照射試験を今後実施予定 ) 6

8 仏 ASTRID 計画における 常陽 への期待 1) 仏国の ASTRID 予備的概念設計における研究開発ニーズ 太径燃料ピン 軸非均質燃料 改良オーステナイト被覆管 フェライト鋼ラッパ管による燃料の性能評価データが必要 B4C 中性子吸収材 シュラウド付 Na ボンド制御棒要素の性能評価データが必要 炉容器内の炉心近接位置の高温条件下で用いる中性子検出器 ( 核分裂計数管 ) の性能評価データが必要 常陽 での照射試験が期待されている項目 1. 燃料ピン 燃料集合体の照射試験 ASTRID 仕様燃料の照射試験 ASTRID 炉の概念図 2. 長寿命制御要素の照射試験 径方向反射体領域等での照射試験 炉心 3. 高温条件中性子検出器の照射試験 炉上部材料照射装置 (UPR*) を用いた ASTRID 用炉内中性子検出器の照射試験 * UPR: Upper Core Structure Irradiation Plug Rig 1) Ms. Chenaud et.al., Status of the ASTRID core at the end of the preconceptual design phase 1, Nucl. Eng. & Tech., p721, vol.45 No

9 * 米国 DOE AFC 計画における 常陽 への期待 2) 米国の核変換燃料研究開発ニーズに関する考え方 (U, Pu) 燃料について知見が多い酸化物燃料と金属燃料に重点を置き MA と残留 FP を含有する影響を評価する 多重リサイクル中の変動を考慮し 燃料組成等に幅を持たせた試験を進める 照射挙動に関する技術成熟度は 照射試験の数量と実条件模擬性を考慮した燃料挙動データベースが重要である 金属燃料 酸化物燃料 常陽 での照射試験が期待されている項目 ** MA 含有燃料の ATR 炉照射試験 先行している ATR 炉照射試験燃料と同等の組成で高速炉による照射試験を行う ( 酸化物 金属 ) 具体的には 以下の組成を典型例として 原子力機構と予備的議論に着手 * Advanced Fuel Campaign. 米国の核変換燃料研究開発計画 ** ATR[Advanced Test Reactor, INL の熱中性子試験炉 ] にて Cd シュラウドにより中性子スペクトルを硬化して行っている照射試験 2) J.Carmack et.al., Review of Transmutation Fuel Studies, INL/EXT ,

10 高燃焼度燃料開発 高度化燃料開発 MA 含有燃料開発 常陽 にて行う高速炉の研究開発 高速炉の実用化レベルの燃料 材料について 我が国は 以下の 常陽 照射試験項目により構成される研究開発構想案を有している 高速炉開発における燃料 材料開発課題 ODS 被覆管燃料ピン照射 (230~250GWd/t *1 ) ODS 被覆管 PNC-FMS ラッパ管材料照射 (250dpa *1 ) ODS 被覆管燃料ピンバンドル照射 PNC-FMS ラッパ管照射 太径中空ヘ レット燃料ピン照射 (FCMI *2 挙動確認 ) 太径中空ヘ レット燃料ピンの PTM *3 照射 燃焼燃料の PTM *3 照射 Am,Np 含有酸化物燃料照射 (40GWd/t 以上 ) Cm 含有酸化物燃料照射 内部ダクト付集合体構造の健全性確認試験 FBR 技術要素 高性能遮へい体用シ ルコニウム水素化物照射高度化 長寿命制御棒用 B 4 C 照射 *1: ピーク値 GWd/t は燃焼度の単位 dpa は中性子照射量の単位 *2: 燃料 - 被覆管機械的相互作用 (Fuel-Cladding Mechanical Interaction) *3: 溶融限界線出力 (Power-to-Melt) 9

1 報告内容 1. 高速炉サイクル研究開発の取組みの概要 2. もんじゅの研究開発 3. 高速炉サイクル技術開発 常陽 の再稼働に向けた取組み プルトニウム燃料第三開発室の再稼働に向けた取組み AtheNa 施設等を活用した安全性向上に向けた試験 4. 放射性廃棄物の減容化 有害度低減の研究開発 5

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