2020年⽇本原⼦⼒学会 秋の⼤会
新型炉部会 企画セッション

SFR安全標準炉に求められる技術開発の状況(1) 安全性向上技術の概要

令和２年9⽉18⽇
⽇本原⼦⼒学会 新型炉部会

⼩⽵ 庄司
1

目次
１．SFR安全標準炉(1)「⾼速炉開発の⽅針」、「第5次エネルギー基本計画」「戦略ロードマップ」（2) 新型炉部会「⾼速炉戦略ロードマップ検討会」で提⾔(3)今後の開発の⽅向性と進め⽅

２．開発⽬標(1)原⼦⼒エネルギーの持続的利⽤(2)安全性の向上(3)経済性の向上(4)機動性の確保

3．技術戦略の視点(1)エネルギー安全保障に対する地政学的認識(2)ステークホルダーとの合意形成(3)蓄積された技術レベルの維持・発展(4)建設間隔の経済性への影響(5)イノベーションおよび⼈材の確保(6)国際協⼒による効率的な開発と市場性の確保

４．SFR安全標準炉に求められる安全性向上技術
０．事象分類と安全設計⽅針
２．⾃然循環冷却
４．ナノ粒⼦分散ナトリウム１．⾃⼰作動型炉停⽌機構
３．再臨界回避技術
５．3次元免震装置

2

「⾼速炉開発の⽅針」(2016年12⽉21⽇

原⼦⼒関係閣僚会議決定）（我が国の⽅針）「エネルギー基本計画」に基づき、⾼速炉開発の推進を含めた核燃料サイクルの推進が基本的⽅針（新たに掲げる⽬標）①世界最⾼レベルの技術基盤の維持・発展を図る②⾼い安全性と経済性を同時に達成する⾼速炉を開発し、将来的な実⽤化を図る③もって国際標準化に向けたリーダシップを最⼤限に発揮する（開発の4原則）【原則１】国内に蓄積した技術・知⾒。⼈材の徹底活⽤（国内資産の活⽤）【原則２】国際ネットワークを利⽤した最先端知⾒の吸収（世界最先端の知⾒の吸収）【原則３】費⽤対効果の⾼い、コスト効率的な開発の推進（コスト効率性の追求）【原則４】国、メーカ、電⼒、研究機関が密に連携し責任関係を⼀元化した体制（責任体制の確⽴）（「ロードマップ」の策定による開発⼯程の具体化）
 国内技術によって⾼速炉発電プラントを設計、建設、運転できる能⼒を実在プラントシステムとして⽴証し、主要な設備・機器等に関するコア技術の基盤を既に獲得。この結果、実証炉の設計段階に向けた開発作業に改めて着⼿することは⼗分に可能 「開発の4原則」に則った開発⽅針を具体化するため、2018年を⽬途に今後10年程度の開発作業を特定する「戦略ロードマップ」を策定（今後の国際的な関連技術の展開の不確実性への柔軟な対処） これまでの⾼速炉開発の経緯も踏まえ、引き続き、MOX燃料によるナトリウム炉を念頭に⾼速炉開発を継続していく。その他の技術を巡る国際動向についても情報収集を継続的に進め、今後の情勢に応じて対応できるよう戦略的な柔軟性を持って対処していく3

「第５次エネルギー基本計画」（2018年7⽉3⽇ 閣議決定）（基本⽅針）
 我が国は、資源の有効利⽤、⾼レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減等の観点から、
使⽤済燃料を再処理し、回収されるプルトニウム等を有効利⽤する核燃料サイクルを推進（2030年に向けた政策対応）
核燃料サイクル政策の推進の記述概要
 使⽤済MOX燃料の処理・処分の⽅策について、発⽣状況と保管状況、再処理技術の動向、関係⾃治体の意向を踏まえながら、引き続き研究開発に取り組みつつ検討を進める、また、「⾼速炉開発の⽅針」に基づき策定されるロードマップの下、⽶国や仏国と国際協⼒を進めつつ、⾼速炉の研究開発に取り組む
 核燃料サイクルに関する諸課題は中⻑期的な対応が必要であり、技術動向、エネルギー需給、国際情勢等の様々な不確実性に対応する必要があり、対応の柔軟性を持たせることが重要
技術開発の推進の記述概要
 安全性・信頼性・効率性の⼀層の向上に加えて、再⽣可能エネルギーとの共存、⽔素製造や熱利⽤といった多様な社会的要請の⾼まりも⾒据えた原⼦⼒関連技術のイノベーションを促進するという観点が重要
 ⼩型モジュール炉(SMR)や溶融塩炉を含む⾰新的な原⼦炉開発を進める⽶国や欧州の取組も踏まえつつ、国は⻑期的な開発ビジョンを掲げ、⺠間は創意⼯夫や知恵を活かしながら、多様な技術間競争と国内外の市場による選択を⾏うなど、戦略的柔軟性を確保して進める（2050年に向けたエネルギー転換・脱炭素化への挑戦）
原⼦⼒の課題解決⽅針の記述概要
 ⼈材・技術・商業基盤の強化に直ちに着⼿し、安全性・経済性・機動性に優れた炉の追求、
バックエンド問題の解決に向けた技術開発を進めていく

4

「戦略ロードマップ」（2018年12⽉21⽇ 原⼦⼒関係閣僚会議決定）（⾼速炉開発の意義）
従来、①資源の有効利⽤、②⾼レベル放射性廃棄物の減容化、③潜在的有害度（放射能レベル）の低減の３点を意義としてきたが、プライオリティが変化。中⻑期的には資源の有効利⽤と我が国のエネルギーの⾃⽴に⼤きく寄与する可能性がある
 廃棄物に関する課題は継続的なものであり、⾼レベル放射性廃棄物の減容化・潜在的有害度低減に対する寄与の観点も重要
 ⽶国や英国等では、プルトニウムマネジメントを主⽬的とした炉の開発も実施されるなど⾼速炉の意
義が多様化されていることにも留意 ⾼速炉に付随するバックエンドへの対応、⽴地対策や規制対応が必要（⾼速炉の導⼊時期）
 ⾼速炉の本格的利⽤が期待されるタイミングは21世紀後半のいずれかのタイミングとなる可能性
 例えば21世紀半ば頃の適切なタイミングにおいて、技術成熟度、ファイナンス、運転経験等の観点から現実的なスケールの⾼速炉が運転開始されることが期待される（今後の開発の作業計画）
 当⾯5年間程度は、これまで培った技術・⼈材を最⼤限活⽤し、⺠間によるイノベーションの活⽤による多様な技術間競争を促進 2024年以降に採⽤する可能性のある技術の絞り込みを、各炉型等の技術的な成熟度、経済性
や社会環境への適応性、有効性を、国、原⼦⼒機構、電⼒、メーカの協⼒を得て実施
 関係者の理解が共通化されたタイミングで、現実的なスケールの⾼速炉の運転開始に向けた⼯程を検討
5

「⾼速炉戦略ロードマップ検討会」
新型炉部会（2017/8〜2019/12)

 背景– 世界は⼆酸化炭素排出量の⼤幅削減を⽬指したエネルギー改⾰を進めている。それを踏まえ、我が国は「2030年度に13年度⽐26%減」を国際約定とするとともに、⻑期的には「2050年に80％減」を⽬標としている[1]– エネルギー安定供給と⼆酸化炭素排出量⼤幅削減を実現していくには、太陽光や⾵⼒を中⼼とした変動性再⽣可能エネルギーと原⼦⼒エネルギーとの組み合わせが現実的かつ有望であるとの意⾒が国内外で⽰されている[2] 「⾼速炉戦略ロードマップ検討会」– 今後の原⼦⼒研究開発の在り⽅に⼤きな影響を及ぼす⾼速炉開発の⽅向性とその進め⽅について、原⼦⼒学会の⾏動指針である「研究開発成果の活⽤、地球環境の保全、⼈類社会の持続的発展への寄与」の観点から提⾔する

2018年3⽉に提⾔し、2018年戦略ロードマップへ反映
安全技術の世界展開と高速炉の実用化を見通すための経済性実証を行う

安全標準炉[1]⽇本の約束草案 2015.07.17 地球温暖化対策推進本部決定[2] 例えば、総合エネルギー調査会 基本政策分科会、The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Con
strained World, An Inter- disciplinary MIT Study, 2018、GIF Symposium 2018.Oct., OECD/NEA[3]原⼦⼒関係閣僚会議,「⾼速炉開発の⽅針」（2016年12⽉決定）

6高速炉サイクル開発の方向性と進め方
エネルギー安全保障を確保する政策
現在

2000

2050

再⽣可能エネルギーとの共存

バックキャスト

常陽

もんじゅ

2100〜

MOX-SF処理技術の確⽴

安全標準炉*（SSDR）

軽⽔炉リプレース

U/Puサイクル（資源有効利⽤）

U/Pu/MAサイクル（+環境負荷低減）

ナトリウム冷却⾼速炉

技術基盤の確⽴

技術の実証

技術の実⽤化

安全性・経済性向上
運転・保守技術の獲得

フォアキャスト

⽴地⾃治体/国⺠への丁寧な説明

ステークホルダー等

規制との対話・規制基準類の整備
⼤学/研究機関による多様な炉型・⾰新技術の研究を通じた⼈材育成事業者/メーカーの技術維持（設計・製造・建設）・⼈材確保

国際協⼒

開発効率化・安全基準類の世界標準化・世界への貢献＊Safety Standard Demonstration Reactor 規制庁により⾒直される最新の⾼速炉に関する法規類（SDC/SDGも考慮）に合致

7

２．開発⽬標(1)原⼦⼒エネルギーの持続的利⽤
資源の有効利⽤（資源量の⾶躍的拡⼤）

ウラン資源の１％程度を利⽤する軽⽔炉サイクル（プルサーマル）から、天然ウランの99.3%を占めるウラン238からプルトニウム239へ核変換し、ウラン資源の利⽤率を⾶躍的に向上させるとともに、軽⽔炉では燃焼（核分裂）させることができない
超⻑寿命核種（マイナーアクチニド︓MA）の燃焼を同時に達成
ウラン資源の利⽤率は約1%から約90%以上まで⾶躍的に向上

放射性廃棄物の削減と潜在的有害度の低減
再処理しガラス固化体にすることで、⾼レベル放射性廃棄物の発⽣量を低減
⾼速炉サイクルへ移⾏すると、⾼い熱効率とマイナーアクチニド除去によるガラス固化体⽣成時の発熱制限の緩和などにより、その低減効果をさらに拡⼤
MAを回収して⾼速炉サイクルに閉じ込めることで、⾼レベル放射性廃棄物の潜在的有害度が、天然ウランと同等レベルになるまで、直接処分の10万年オーダから300
年オーダまで短縮できる可能性
8

（２）安全性の向上
東電福島第１事故の教訓反映

第4世代炉共通の安全原則
例：緊急時退避の必要性を回避例：DiD第4レベル
対応・受動的特性
活用• 東京電⼒福島第⼀原⼦⼒発電所事
安全目標
基本的安全アプローチ
故の教訓として、より過酷な⾃然災害への対策及びシビアアクシデ
第4世代SFRの安全設計クライテリア（SDC)
ント(SA)対策を徹底
安全原則を
高温
受動
• 同事故を経験した我が国は、世界
要件化
構造 安全 他の⾼速炉安全に貢献する責務
第4世代SFRの安全設計ガイドライン（SDG)• 第4世代炉国際フォーラム（GIF）
安全設計ク
炉心反応度関連対策
では、⾼速炉開発国の政府間協⼒
ライテリアを解説
崩壊熱除去関連対策として、SFRに対する国際的な安全設計要件である
炉心 冷却 格納安全設計クライテリア（SDC）
系
材系
系
安全設計ガイドライン（SDG）
燃料 Na水反 Na火災
を我が国が主導して構築
など

応対策

対策

各国の規格・基準類

9

（３）経済性向上
 ⾼速炉の実⽤化段階では、他の基幹電源と競合できる発電コストを達成することが求められる
 ⾼燃焼度燃料及び被覆管材料の開発と⻑期運転サイクルを可能とする炉⼼設計、システム設計の簡素化、主要機器のコンパクト化、ナトリウムループ数等の削減等、⾰新的技術開発により経済性の向上が不可⽋ ⾼速炉サイクルによって達成できる①燃料増殖、②放射性廃棄物減容と潜在的有害度の低減、③エネルギー資源の備蓄効果、④将来のエネルギー源に対する安全保障、の4項⽬に対する経済価値（社会的便益コスト）を評価す
る研究を進めることも重要
10

(4)機動性の確保- 変動性再⽣可能エネルギーと共存できる能⼒  2050年の脱炭素社会の実現に向けて、原⼦⼒発電と変動性再⽣可能エネル
ギー（VRE）が共存できることが必要
 現時点では、天候依存で電⼒需要に応えられないVREには、バックアップ電源が必要であり、化⽯燃料による⽕⼒発電が⽤いられている
 将来の脱炭素時代に向けては、⼤容量バッテリーに期待がかかるものの、⼤規模に導⼊されるVREの調整電源とするには経済的に⼤きな課題
 このため、将来の脱炭素社会の実現に向けては、原⼦⼒発電が安全性と信頼性を損なうことなく、短時間の負荷追従運転によって調整⼒を確保できることはもとより、原⼦炉出⼒を定格にしたままで他のエネルギーへの変換（蓄熱あるいは⽔素等）して貯蔵できる技術開発を⾏い、機動性を確保していことが重要

11

４．技術戦略の視点(1) ⽇本の⾼速炉開発の状況

 エネルギー資源に乏しい我が国は、軽⽔炉の導⼊と並⾏して1960年代から⼀貫して⾼速炉サイクル開発を国策として進め、1977年に実験炉「常陽」、1994年に原型炉「もんじゅ」を建設
 ⾼速炉の実⽤化は、1999年からオールジャパン体制で、多様な冷却材、燃料形態、炉型を対象に「⾼速炉サイクルの実⽤化戦略調査研究」を実施。2005年に「ナトリウム冷却MOX燃
料⾼速炉と同燃料サイクル施設」を有望な主概念として選定し、2025年の実証炉建設、2050年頃の実⽤化に向け「⾼速増殖炉サイクル実⽤化研究開発（FaCT）プロジェクト」を展開
 「もんじゅ」は、設計・建設・試運転の段階までの技術や知⾒は蓄積されたが、定格出⼒運転を達成できず、運転・保守経験等が殆ど得られず廃⽌措置に⾄る。⼀⽅１F事故後FaCTは中断されたが、⾼速炉の安全性向上に関する設計検討、GIFでの安全設計クライテリア及び同ガイ
ドラインの策定、ASTRID協⼒が進められた
 これらの経験から、我が国の⾼速炉技術は、実証炉の設計段階に向けた開発作業に改めて着⼿することは⼗分に可能な技術レベルに到達（「⾼速炉開発の⽅針」）
 「第5次エネルギー基本計画」では、「⾼速炉開発の⽅針」に基づき策定されるロードマップの下、国際協⼒を進めつつ⾼速炉の開発を進める 「戦略ロードマップ」では、「例えば21世紀半ば頃の適切なタイミングにおいて、技術成熟度、ファイナンス、運転経験等の観点から現実的なスケールの⾼速炉が運転開始されることが期待されると記載しつつも、当⾯は多様な技術間競争を促進し、2024年以降に採⽤する可能性のある技術の絞り込みを実施し、関係者の理解が共通化されたタイミングで、現実的なスケールの⾼速炉の運転開始に向けた⼯程を検討する
12

(2) エネルギー安全保障に対する地政学的認識
 我が国はエネルギー資源に乏しく、化⽯燃料資源のみならず天然ウラン資源も海外に依存している
 VREである⾵⼒・太陽光発電ともに、諸外国に⽐べて稼働率を年間通じて⾼くできる気象条件の良い場所も少ない
 国内で電⼒系統は閉じていることから、EU諸国のように電⼒の輸出⼊で調整することもできない ⼀⽅、⾼速炉サイクルは技術によって⻑期に亘り安定したエネルギーを獲得できることから、我が国では原⼦⼒開発当初から⾼速炉サイクルの実⽤化を⽬標としてきた ⾼速炉サイクルは、技術が⽣み出す国産エネルギーであり、技術⾃給率の向上、ひいてはエネルギー⾃給率の向上に貢献でき、ウラン資源の価格⾼
騰等によって軽⽔炉利⽤が困難になる可能性に備えることができる

13

(3) ステークホルダーとの合意形成
 ⾼速炉開発の⽅針(※)
今後の我が国の⾼速炉開発は、世界最⾼レベルの技術基盤の維持・発展を図りつつ、⾼い安全性と経済性を同時に達成する⾼速炉を開発し、将来的な実⽤化を図り、もって国際標準化に向けたリーダーシップを最⼤限に発揮することを⽬標 (※原⼦⼒関係閣僚会議,「⾼速炉開発の⽅針」（2016年12⽉決定）） 開発のステークホルダーをはじめ、規制機関を含む政府の関係省庁、都道
府県、関係市町村、国⺠の各層において本決定が⼗分に浸透し、理解を得た状態で開発を推進することが重要
 特に、⾼速炉開発は、向こう50年から100年程度の⻑期的な取組みが必要となることから、エネルギー安全保
障上の重要性、確保するべき安全性 関係省庁の⽬標、得られる便益及びコスト等の視点を⻑期間にわたって共有できるよう、社会的な合意形成に取り組
むとともに、その維持に努めること
が重要

国民

都道府県、
関係市町村

開発のステークホルダー

14(4) 蓄積された技術レベルの維持・発展
 我が国に蓄積されてきた⾼速炉技術は、SFR(MOX)に関するものが殆どである。これまで、実験炉「常陽」及び原型炉「もんじゅ」の設計・建設・運転、それ以降に実施した設計研究と要素技術開発により、次の実証炉の設計、建設ができるレベルの技術が官⺠に蓄積されてきた
 特に事業者やメーカが保有する技術の維持は、設計研究や要素技術開発を進めていくだけでは困難であり、実際の⾼速炉プラントを設計・建設・運転して初めて実⽤化に向けた技術の発展が期待でき、⼈材の確保に繋がる 「もんじゅ」の建設完了から四半世紀経過した現在では、「もんじゅ」の機器製造や建設、試運転に携わった技術者の多くが退職年齢に到達しつつある。我が国の技術資産を無駄にせず、若⼿・中堅の技術者へ伝承し、今後の実⽤化に繋げていく⽅策を明確にすることが急務
原型炉「もんじゅ」

実用炉

実験炉「常陽」
日本原子力研究開発機構殿提供

日本原子力研究開発機構殿提供

基礎・基盤研究先端
技術の研究開発等

1977年臨界発電プラントとしての信頼性の実証
革新技術の実証1994年臨界1995年事故
2016年廃止措置決定

日本原子力研究開発機構殿提供

実用炉の経済性、信頼性の実証実証炉

15

(5) 建設間隔の経済性への影響
 ⽶国は、1979年のTMI事故以降、新規軽⽔炉の設計・建設プロジェクトが途絶。
2012年に認可・建設が開始された新規軽⽔炉は、主に建設プロジェクト上の問題（
サプライチェーンや現地での設計変更の対応不備の問題も含む）で建設⼯期が⼤幅に遅延しコストが⾼騰した。また、フランスの新規軽⽔炉でも、安全規制による設計変更、原⼦炉材料の品質保証の問題等により、建設⼯期の遅延と建設コストの⾼
騰が発⽣
 これらの経験から、原⼦⼒発電の経済性は、設計物量に基づいたコストのみならず安全規制の予⾒性、主要機器の品質保証、建設プロジェクトの熟練度等が⼤きく影
響することが指摘された
 ⼀⽅、上述したようにロシア・中国は、多くの新規軽⽔炉の建設を進めており、欧⽶で発⽣した⼯期の⼤幅遅延や建設コストの⾼騰は⾒当たらない。これらの事実は設計・建設の経験知があるうちに、次期炉の開発に着⼿することが、技術継承のみ
ならずプラントの経済性を確保する上で有効であることを⽰唆

http://www.jhoson.jp/service/technology.html

http://tohoku-tec.co.jp/yume_kobo/

http://www.hitachi.co.jp/recruit/newgraduate/fieldnavi/power/nuclear/

http://www.hitachi-hgne.co.jp/index.html

16

(6)イノベーションおよび⼈材の確保
 国際的には萌芽的なものを含めて、様々な冷却材、燃料形態の⾰新的な⾼速炉概念の研究開発が⾏われている。これらの動向について、常にアンテナを⾼くし、SFRの技術
⾰新へ適⽤できる可能性に常に注意を払っていく 我が国はSFRの基幹技術の実⽤化に向けた技術開発とともに、⾰新炉技術の多様性
確保の両者を達成できる研究開発環境を整備し、⾃由な発想ができる⼤学等が中⼼となって幅広く多様な概念検討や基礎研究に取り組み、⾰新技術の創出と⼈材の育成を進めていくことが期待される(7) 国際協⼒による効率的な開発と市場性の確保 ⻑期間を要し、多額の研究開発資⾦が必要となるSFR開発では、国際協⼒を活⽤して効率的な研究開発を実施するとともに、海外の運転経験や技術知⾒の取り込
みを積極的に進め、開発リスクの低減を⾏うことが合理的
 SFRの安全基準類の世界標準化を⽬指し、これに基づく安全設計概念を世界に先駆けて実機で具現化する。そして、その内容や効果を国際的なネットワークを通じて情報発信していくことは、将来の市場性を確保していく上でも重要
 ⽇仏及び⽇⽶協⼒に留まらず、SFR開発を加速しているロシア、中国、インドとの情報交換等により、安全技術の標準化を先導し、⾼速炉の安全性向上に貢献していくことが望ましい17

４．SFR安全標準炉に求められる安全性向上技術
 １F事故の教訓、SDC/SDGに基づいた安全設計概念の国際標準化
⾼速炉の安全設計基準類の整備は、１F事故の教訓反映も含め我が国が世界で主導的な役割を担ってきた。早期にこの安全技術を実証し、国際標準として世界に貢献し、市場の優位性を確保すべき18

０．事象分類と安全設計⽅針(2)異常の拡⼤防⽌及び (4)シビアアクシデントの管理（事故進展の防⽌、シビアアクシデントの故障検知
影響緩和を含む）(3)事故の制御(1)異常・故障の発⽣防⽌適切な安全
裕度

DBE
防止
緩和
BDBE
BDBE
（設計基準事象）（設計基準外事象）（設計基準外事象）
設計信頼度の
10‐2/d 10‐4/d 10‐6/d
目標

10‐1 ～10‐2/d

SASS

再臨界回避炉心FAIDUSの採用

主炉停止系

品質保証
予防保全
（検査、オン
ラインモニタリングなど）

10‐1 ～10‐2/d

原子炉停止
後備炉停止系

崩壊熱除去（自己作動型炉停止機構）

・ガードベッセルと外管による液位確保
・多重性・多様性があり、自然循環除熱能力を有する崩壊熱除去系
アクシデントマネージメント

格納(B)DBE: (Beyond) Design Basis Event
SASS: Self‐Actuated Shutdown System
IVR: In‐Vessel Retention＋
炉容器内デブリ
長期安定冷却

IVR（炉容器内終息）

耐圧・気密性格納容器

ナトリウムの化学的活性に対する⽅策ナノ粒⼦分散Naの採⽤ ナトリウム漏えい ガードベッセルと外管による漏えい防⽌
蒸気発⽣器伝熱管からの⽔漏えいNa-⽔反応の検出、早期事象終息

19１．⾃⼰作動型炉停⽌機構︓SASS
原⼦炉停⽌系の設計
炉上部と炉心の相対変位による挿入性の確保

炉心槽による拘束
変形状態

通常状態

燃料集合体

地震による相対変位

通常状態

原子炉容器

炉心槽

ジョイント
構造

後備系
制御棒

炉心

リング鍛鋼品
炉心拘束構造は、幾何学的に熱、放射、地震による炉心の変形を制限

過大な相対変位時にも制御棒延長軸によって挿入性が阻害されない工夫

燃料集合体長さは約4m、炉心高さは1m、制御棒は炉心上部で待機20

１．⾃⼰作動型炉停⽌機構︓SASS
SASSの特徴
事象推移・ 過度変化時のスクラム不作動事象（ATWS)条件化でも炉⼼損傷に⾄らせない受動的な炉停⽌機構
・ 制御棒挿⼊までの反応が早い（１秒以内）
・ ナトリウムループを⽤いた過渡試験で有効性を確認・ 保持⼒を測定することで供⽤期間中に定期試験が実施可能
・ 「常陽」の通常運転時に誤落下しない
ことを確認

ATWS

炉心出口温度上昇
延長軸

SASS温度感知合金の温度がキュリー点
ＳＡＳＳに到達

保持力低下：受動的
切離し重⼒を利⽤したシンプルな機構によって、ATWS時における不確定さを⼤幅に削減

制御棒駆動装置

吸収体
燃料集合体

後備制御棒の重力による挿入

21

１．⾃⼰作動型炉停⽌機構︓SASS
SASSの仕組みと有効性評価
炉停⽌失敗（ATWS）事象
時に炉⼼損傷を防⽌

炉⼼冷却材温度の上昇を利⽤して、制御棒が切り離され、⾃重挿⼊によって炉⼼損傷を防⽌する

制御棒駆動
装置

SASS切離し要求温度で制御棒の自重挿入開始→急速な炉停止を達成
判断基準を満足し、成立性の見通し有り

駆動軸
30%出力LOF型ATWS
フローコレクター改善

コイル
鉄心材
電磁石部
結合面

インコネル

制御棒
燃料集
合体

Power and Flow rate (%)

SASS

磁力線

1300

100

Power
Flow rate
Coolant
SASS

80

安全性判断基準

1150

60

1000
850

SASS切離れ
要求温度(660oC)

40
20

700

Temperature (℃)

120

550

制御棒部
0

400
0

温度感知合金50

100
Time (s)

150

200

22

１．⾃⼰作動型炉停⽌機構︓SASS
SASSの研究開発経緯
20年を越える研究開発によって、感知合⾦や鉄芯、コイル等の構成材料の熱時効試験、照射試験等、フルスケールでの過渡応答試験を実施した上で、ATWS解析によって有効性を確認。実験炉「常陽」環境での保持⼒特性試験（誤落下防⽌試験）も完了。
••「常陽」にSASS試験体を設置し、同環境では誤落下しないことを確認するとともに、制御棒の切り離しを保持電流で確認できること、切り離し後の接合等の操作可能であること等の試験検
査性を確認
今後の実機の設計が決まった段階で、⼨法調整、感知合⾦温度の確認及び、SASSの過渡応答特性に関する信頼性を向上させるために、制御棒に隣接する燃料集合体からのナトリウム流れを感知合⾦部に誘導するフローコレクタの設計を⾏い、その実証試験の必要性について判断することが必要

86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08
基本的成立性の検討

常陽

システム設計

単体照射 要素照射
試験体
試験体

感知合金の開発
Na中腐食試験
材料特性試験（材料の耐久性試験）
炉外試験

保持力特性試験ナトリウム中耐熱・耐熱過渡試験（システムの耐久性試験）

常陽炉内試験
（原電-ＪＡＥA
共同研究）

応答特性試験
試験計画、試験装置設計
要素照射試験
設工認、試験体製作
照射・評価（材料照射試験）
試験計画、試験装置設計
単体照射試験
設工認、試験体製作
照射・評価（システムの照射試験）

SASS
電磁石
制御棒
模擬体

試
験
片

23

２．⾃然循環冷却■ 沸点が⾼く、低圧系であるため、バウンダリ破損時にも減圧沸騰が⽣じない

配管破断を想定しても炉⼼冷却材の喪失がなく、冷却材注⼊が不要
バウンダリ破損に対してガードベッセル等の静的機器による冷却材確保が可能（⾼圧系の軽⽔炉に必要となる⾼圧・低圧注⼊設備が不要）■ ⾼温で熱伝導性に優れた冷却材ナトリウムは、⼤気を最終ヒートシンクとできる
⾃然循環によって、炉⼼崩壊熱を⻑期間安定に除去することが容易（循環に必要なポンプ、電源、貯⽔タンク等が不要）
大気

エアクーラと熱交換器の⾼低差による
⾃然循環駆動⼒

大気

IHX内の熱交換器(PHX)
により、1次系の⾃然循環を介して炉⼼を冷却

⾃然通⾵での冷却が可能

原⼦炉容器内の熱交換器により、炉容器内のナトリウムを冷却
炉⼼とPHXの⾼低差による⾃然循環駆動⼒

24

２．⾃然循環冷却
浸漬型DRACSの過渡解析例︔
インターラッパ―フローによる⾃然循環熱除去能⼒

25

３．再臨界回避技術
事象進展の過程で即発臨界超過に⾄らない設計対策
膨張

再臨界

遷移過程

ATWS/CDA

起因過程

大規模な
溶融燃料プール

早期の燃料排出大規模な燃料集中による即発臨界超過の可能性

構造応答

既存の方法：耐衝撃試験と解析による原子炉容器の耐性を確保

望ましい事象推移
⼤規模な燃料集中を回避
し、即発臨界超過を防⽌物質の再配置原子炉容器内冷却

炉容器内終息の達成

26

４．ナノ粒⼦分散ナトリウム１．基本概念(1)ナトリウム中に金属ナノ粒子を分散させることによって生じる原子間相互作用により反応抑制を実現※１（特許5364948,特願2010－41414, 2010-44382）(2)ナノ粒子を微細化することにより、低分散量でも膨大な比表面積となるので、ナトリウムが有する優れた伝熱流動性を損なわない※２【成果】※１：The preparation and physical properties of liquid sodium containing titanium nanoparticles, JNR,vol.14, (2012).
※2：Study on Chemical Reativity Control of Sodium by Suspended Nanoparticles II, JNST,vol.47,(2010).

３．基本的適用性検証

２．原理検証
ナノ粒子
20nm

伝熱性能
熱輸送性、比熱、熱伝導性
運転管理 純度管理、分散性維持、
充填温度、凝集性評価、機能維持
流動性
粘性、密度

※１：電子を離し易い性質※２：高い電気陰性度(電子を引付けようとする性質)の金属構造材との共存性
腐食、エロージョン

保守･補修 洗浄処理

• 理論推定(計算)⇒ 実験検証(物性）⇒反応抑制(速度/熱量) ナノ粒冷却材としての伝熱流動性の維持を確認【成果】 Study on Chemical Reactivity Control of Sodium bySuspended Nanoparticles ＩI, JNST,vol.47,(2010).
• 構造解析(XAFS)､状態観察(Na中TEM)､相変化(融解/固化)・・・・・・他を実施し、原理を検証済み
10nm級のナノ粒子（Ti）、僅か１vol.%濃度で、【成果】Study on Chemical Reactivity Control of Sodium by Suspended
Nanoparticles I, JNST,vol.47,(2010).

反応抑制と伝熱流動性の両立を確認

27

５．3次元免震装置■大型高速炉への適用または原子炉容器等の肉厚低減を目的として、積層ゴムに、皿ばね・上下減衰装置を組み合わせた3次元免震装置を開発中
従来までに開発された要素技術の組合せにより構成
水平免震装置

3次元免震装置①厚肉積層ゴム①厚肉積層ゴム②皿ばね③上下減衰装置(オイルダンパ)①厚肉積層ゴム：水平復元力を作用④水平支持構造②皿ばね：上下復元力を作用③上下減衰装置：上下応答変位を制御④水平支持構造：皿ばね・上下減衰装置に水平荷重の作用の回避
2017年日本原子力学会秋の大会、日本原電・内田他。

28