事故耐性燃料開発に関するワークショップ
2023年12月14日
於：東大・武田先端知ビル・武田ホール

新設計燃料の導入に向けた
炉心燃料分科会の活動

日本原子力学会 標準委員会 システム安全専門部会
炉心燃料分科会
村上 望

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1. 炉心燃料分科会における活動について
 炉心燃料分科会の下に、「ATF-WG」と「LUA-WG」を設置し、新設計燃料の導入にあたっての安全性の確認の方法や、実機（商業炉）での先行照射の実施要件について検討・議論を行ってきた。

標準委員会

ｼｽﾃﾑ安全専門部会

 取りまとめた検討結果を日本原子力学会標準や技術レポートとして発刊すべく、現在準備を進めている。

炉心燃料分科会

 本日のワークショップにおいて本活動の概要を報告し、その検討結果も踏まえて、標準や技術レポートの内容のブラッシュアップを図る予定である。

ATF
WG

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LUA
WG

2. 安全性向上新設計燃料の早期実装の課題

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 新設計燃料の安全性確認方法に関する共通理解確立• 従来：試験炉や海外で確認された設計の導入により、設計段階で必要十分なデータを取得した状態で安全性を確認できた。確実性が見込める一方、データ取得まで長期間を必要とする点や、試験炉基盤が失われている現状にはそぐわない• 今後：設計評価での条件の工夫（不確定性を大きく見積もる等）や、運用中の試
験・監視を組み合わせ、総合的な安全性確認を可能とする方法論を標準化していく必要があるが、現時点では、断片化された経験やノウハウがあるだけで、これらを統合した総合的な安全性確認方法が確立されていない

 新技術レビューの仕組みの確立• 新技術の開発段階での不確実性は大きく、投資判断のハードルは高い。このため開発・導入工程や実施内容をステークホルダーで共有し、合理的な研究開発計画策定や投資判断時期を見極める等、予見性を高める仕組みが求められる。

○仕組みの構築における重要なポイント： 開発中技術の致命的課題の有無等
 優先度の高い項目を見定めるく方法
 優先度の高い項目の確認（レビュー）の方法
 確認のための基礎・基盤研究スキームの確立
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3. 発刊予定の標準等の概要
学会標準「原子力発電所における先行照射燃料の導入に係る実施基準（仮） 」
 設計段階での安全性の確認に加え、運転中の監視や照射後試験による確認を行うことで、総合的に原子炉の安全性を確保しながら、開発段階の新設計燃料の照射を行うための実施要件を規程としてまとめた。
 一連の実施ステップ（フロー）は事前に「実施計画」としてとりまとめることを規程している。策定した「実施計画」はステークホルダーと共有することにより、有機的な連携や計画のローリング（PDCA)の基盤となるようにしている

技術レポート「発電用軽水型原子炉の新設計燃料の安全性を確認する考え方（仮）」 階層的安全要求からの展開による新設計燃料に対する安全性確認項目を、抜け漏れなく抽出するプロセスをまとめた。新設計導入に伴う、原子炉システム（炉内環境）への影響有無まで立ち戻ることにより、炉心・燃料だけではなく、プラントへの影響も含めた抜け漏れのない抽出の方法を検討した。
 PIRTの考え方を活用した、影響度や知見充足度に基づく重要度の考え方を導入し、新設計燃料の開発度合に応じた試験や評価の優先順位付けを行うことで、よいものを合理的に早く導入する方法を示した。

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4. 先行照射実施基準の概要
学会標準「原子力発電所における先行照射燃料の導入に係る実施基準（仮） 」
 これまでの経験を踏まえ、新設計燃料の開発から実用化までのプロセスを整理し、開発初期段階の技術に対する少数本あるいは少数体に限定した先行照射（Lead Test Rod/Lead TestAssembly)の実施と、その後の確認のための少数体先行使用(Lead Use Assembly)の流れを整理した。→4.1 参照
 少数体先行照射の実施ステップ（フロー）を定義し、それぞれのステップに対して要件や考え方をまとめた。少数体での実施に限定することで、評価条件を特定・限定する考え方を規程として定義した。→4.2参照
 導入技術に応じて一般化が難しいものは、参考として附属書に過去事例や考え方をまとめた。

目 次
1章

適用範囲

2章

引用規格

3章

用語及び定義4章

燃料開発における先行照射の位置づけ

5章

先行照射に係る検討項目

5.1

実施計画

5.2

安全評価

5.3

装荷体数及び装荷位置

5.4

照射前データの採取

5.5

照射

5.6

先行照射実施中の検査及び測定

5.7

照射後試験

5.8

先行照射の継続判断
及び計画修正ALL RIGHTS RESERVED 禁無断複製・転載・転用

54.1 先行照射実施基準：新設計燃料の開発の流れ
設計変更(改良)のニーズ
技術的判断

詳細設計完了

基本仕様設定（材料組成/構造寸法）
目標設定（改良効果、安全性能）

A

継続的改善ループB

新設計の安全性の評価（安全設計）
改良効果の確認に必要な評価項目、評価方法、取得データの決定

実機先行照射の利得大?

利得小

利得大

LUA実施
必要なデータの取得
利得小実機照射によるデータ取得の利得大?

安全性評価、改良効果評価

利得大

安全性確保?
改良効果確保?
確保

LTA(LTR)実施
データ取得完了
安全性評価、改良効果評価

確保できず
（不十分）

安全性確保?
改良効果確保?
確保
基本設計完了データ取得完了

確保できず
（不十分）
技術的判断

実用化（バッチ規模装荷）開始
照射データ（実績）の蓄積
実用化後の不具合発生の確認
詳細設計の変更・改良

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またはAB

64.2 先行照射実施基準：先行照射の実施ステップ（フロー）
計画

測定・評価

実行

燃料体検査

開始

照射前データ採取(5.4節)

燃料製造

A

計画策定
(5.1節)
安全評価(5.2節)
体数/位置(5.3節)
設置変更許可設工認

対策・改善

取替炉心設計設工認

照射(5.5節)
照射期間内か？

No

照射継続

Yes

照射中検査/測定(5.6節)

継続判断・修正(5.8節)
Yes

照射後試験(5.7節)

保安規定

継続可？

照射中止

終了判断
(5.7節)
終了可？

Yes

完了
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No

No

A
計画見直し

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5. 新設計燃料の安全性確認の考え方
技術レポート 「発電用軽水型原子炉の新設計燃料の安全性を確認する考え方（仮）」 燃料安全設計に関する技術レポートとPIRTの考え方を統合した考え方を提示→5.1参照 新設計燃料の安全性確認項目の特定のためのステップ（フロー）を定
義

目 次
1章

はじめに

2章

用語及び定義3章

新設計燃料の安全性を確認する考え方

3.1

新設計燃料に対する漏れなき安全性評価項目の洗い出し
3.1.1 軽水炉燃料の階層的安全要求に対する新設計の影響
3.1.2 新設計燃料の分類に応じた安全性確認の流れ
3.1.3 新設計燃料に対する安全設計の評価項目の網羅的な洗い出し

3.2

3.2.1 階層的安全要求の確認と開発進捗との関係→5.2参照 特定された項目について影響度、知見充足度
から重要度を評価する
スキームを提示→5.3参照新設計燃料の開発進捗に応じた効果的な安全性確認の進め方

3.2.2 新設計燃料の開発進捗に応じた安全性確認の重要性
3.2.3 安全設計の評価項目の重要度分類表の作成

4章

CrコーティングZr基合金被覆管の安全性確認の検討例

4.1

安全設計の評価項目の洗い出しと重要度分類

4.2

開発進捗に応じた安全性確認

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5.1 新設計燃料の安全性を確認する考え方 ※ PIRT: Phenomena Identification and Ranking Table 新たな技術レポートでは、燃料安全設計技術レポートを基礎とし、PIRT※の考え方を取り込み、新燃料の安全性確認に必要な項目を特定し、優先度／重要度付けの方法を提示する。
 事故耐性燃料Crコーティング被覆管を例として、考え方を構築・提示する。

（なお、今後他の新規材料や新設計へも拡張の方針としている。）

新技術レポート

燃料安全設計技術レポート1
 燃料に対する安全要求の階層的な考え方

発電用軽水型原子炉の新設計燃料の安全性を確認する考え方（仮称） 現行燃料を対象とした、止める・冷やす・閉込めるの機能別の具体的安全評価項目を体系的に整理
1. 日本原子力学会標準委員会技術レポート「発電用軽水型原子炉の炉心及び燃料の安全設計に関する報告書」（2015,2021）

1. 新設計燃料に対する安全評価項目の体系的な構築

PIRT2の考え方
 新設計燃料導入時の原子炉環境の変化、燃料挙動や物性への影響、影響する安全評価の洗い出し

2. 対象項目に対する効果的な知見拡充のための優先順位付け

 評価への影響、知見の充足度（不確かさの程度）を指標とした優先順位付け
2. PIRT参考資料(1) https://www.nrc.gov/reactors/power/atf/pirt.html(2) https://www.jstage.jst.go.jp/article/taesj/12/3/12_J12.044/_pdf

ALL RIGHTS RESERVED 禁無断複製・転載・転用• Crコーティング被覆管への考え方の適用事例

95.2 新設計燃料に対する安全評価項目の体系的な構築方法
 現行燃料に対する階層的安全要求の考え方を参照し新設計燃料安全評価項目を洗い出し、 以下の視点も加えて検討することで抜け漏れのない洗い出しを実施した。（フロー図参照）①

炉内における使用環境の変化の有無（必要に応じて機能要求を整理）②

破損・変形モードの追加／修正の確認
展開表2(Lv23)

新設計燃料の安全性確認開始

展開表1(Lv12)

プラント・機器設計

新設計による評価項目の変更

炉内環境の変更安
全目
的→

評価項目の設定

燃料の安全設計の条件の変更

あり

なし

評価項目のレベル分け（影響レベル、知識レベル）

燃料の安全設計の条件の設定
PIRTの考え方適用

新設計による燃料の機能要求の変更なし

燃料の機能要求の設定

あり

なし

なし

新たな
破損・変形ﾓｰﾄﾞ性能規定

評価項目の重要度分類（重要度高＝影響大×知識少）PIRTの考え方適用

燃料の機能要求の変更
プラント・機器影響性
能
規
定

評価方法
見直し要

重要度高～低の順に評価方法（基準、条件、手法）設定・実施あり

各評価項目の安全設計完了
完了

未完了

設計見直し要新設計燃料の安全性確認完了
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技術判断

→

機能
要
求

PIRTの考え方適用なし
あり

評価項目の変更→

燃料の新設計あり

機能
要
求知見・データの拡充要展開表3(Lv34)

仕様規定

5.3 効果的な開発及び安全確保上の優先度／重要度付の考え方

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洗い出した評価項目の「安全評価への影響度」と「知見充足度」を評価した。
「影響度が高く」、「知見の少ない項目」を「重要度：高」として優先的に知見拡充を進める。
階層的安全要求

評価項目特定/影響度・知見充足度評価の例
Lv１→Lv２展開

安全目的（放射線防護）
機能要求（止める・冷やす・閉じ込める）
性能水準要求(性能規定)

Lv1

Lv2

Lv3

影響ﾚﾍﾞﾙ

知識ﾚﾍﾞﾙ

被覆管に貫通性損傷が生じないこと

HighMid

冷却を阻害する過大変形が生じないこと

Low

High

制御棒の挿入経路が失われないこと

Low

High

Lv2→Lv3展開

Lv4

影響度・知見充足度
影響ﾚﾍﾞﾙ

知識ﾚﾍﾞﾙ

被覆管応力

Mid

Mid

表面腐食

High

Low

…

－－

Lv3→Lv4展開

容認可能な実施方法(仕様規定)

影響度・知見充足度

影響度・知見充足度
影響ﾚﾍﾞﾙ

知識ﾚﾍﾞﾙ

発生応力＜耐力MidMid

酸化減肉＜10%

High

Low

…

－－

開発進捗度の評価の例
開発進捗度 (技術成熟度)
原理実証 工学実証

実用重要度高開発進捗度 (技術成熟度)
原理実証 工学実証

実用重要度高開発進捗度 (技術成熟度)
原理実証 工学実証

実用

知識拡充の進捗も踏まえて、適時見直しが必要としている
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重要度高

6.米国における動きを踏まえた国内への展開
 米国では開発計画段階から規制当局と産業界の対話の場を設け、開発計画や基礎・基盤となる技術情報を共有し、それぞれに必要なアクションを早期開始することで実装までの期間の合理的な削減を指向している 国内への展開として、規制当局と産業界だけではなく、関係するすべてのステークホルダーと情報共有を行える場を設定することで、適時の情報共有と、あらたな取り組み事項の特定など、インタラクションが期待される。

https://www.nrc.gov/reactors/power/atf/roadmap/project-plan.html

原子力学会：ステークホルダーが同じ立場で参加できる場
考え方、要件、プロセスを議論し標準や技術レポートを策定
新設計燃料導入に関する議論の基盤として策定された標準等を活用
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127.まとめ 2018年より炉心燃料分科会の下に、事故耐性燃料の導入に向けた検討を行うWGと実機（商業炉）での先行照射を行うための検討を行うWGが設置され、安全性向上に資する新設計燃料の早期の社会実装に向け、要件等の検討と議論を重ねてきた。本報告ではこれらの活動の概要を説明した。
 学会標準及び技術レポートの発刊に向け、現在学会関係部門での意見聴取等の手続きを進めており、多様な意見を集約反映しながら、早期発刊にむけ引き続き活動を進め、早期の先行照射／新型燃料の実用化に貢献していく。
 今回報告する標準等が、関係者の議論の基盤（プロトコル）として、国内で活用できることを期待している。

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参考：燃料に対する安全要求事項と展開（PIRTの作成)

日本原子力学会2022年秋の大会 核燃料部会企画セッション 「炉心燃料の安全高度化に向けた原子力学会
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禁無断複製・転載・転用での体系的活動につい(4)事故耐性燃料（）の実用化に向けたワーキンググループ活動」より引用

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