文部科学省委託事業「もんじゅサイトに設置する新たな試験研究炉の概念設計及び運営の在り方検討」における概念設計の状況について

令和4年 10月 11日

日本原子力研究開発機構
新試験研究炉準備室0もんじゅサイトに設置する新たな試験研究炉に関する経緯●試験研究炉の役割
カーボンニュートラル実現へ向けた取組が世界規模で加速• 安全確保を大前提とした原子力の安定的な平和利用の推進• 今後増加する原子力施設の廃止措置への着実な対応➢ 試験研究炉を利用した高度な原子力人材の継続的な確保・育成強化が重要

中性子利用技術は学術のみならず、産業利用でも発展➢ 中性子利用需要に対応した研究基盤(試験研究炉)の維持・整備が重要●経緯・背景“｢もんじゅ｣の取扱いに関する政府方針”➢ 平成28年12月の原子力関係閣僚会議において、｢もんじゅ｣を廃止措置し、｢もんじゅ｣サイトに将来、新たな試験研究炉（以下、新試験研究炉と記す）を設置することを決定。
我が国の試験研究炉に係る状況➢ 施設の高経年化や新規制基準への対応等により多くが廃止の方針となっており、東日本大震災後に再開した試験研究炉は６施設のみ。
➢ 我が国の研究開発・人材育成を支える基盤がぜい弱化している状況。

人材育成・中性子利用の基盤として試験研究炉の重要度が増大➢ 新試験研究炉の在り方について、文科省審議会等を通じて検討を行った結果、①我が国の研究開発・人材育成を支える西日本における中核的拠点としての機能の実現、②地元振興への貢献の観点から、中性子ビーム利用を主目的とした中出力炉に絞り込み。
➢ 文部科学省より「もんじゅサイトに設置する新たな試験研究炉の概念設計及び運営の在り方検討」の公募がなされ、原子力機構、京都大学及び福井大学が委託事業の中核的機関として採択。

➢ 令和2年度より新試験研究炉の概念設計及び運営の在り方検討を開始（令和4年度中に詳細設計を開始予定）※2基について、運転再開準備中

1

候補炉型の絞り込み・中出力炉の概要

2

新試験研究炉のスケジュール
R2年度～R4年度

R4年度中～

概念設計

詳細設計

地盤調査を含む※1

許認可含む※2※1 予備的調査(1年目)
本格調査(2年目、3年目)

建設工事、検査など

運転開始

許認可、基礎工事、施設建設工事、地盤改良・基礎工事などを含む※3※2 設置許可取得及び建設のための設工認取得に向けた詳細設計※3 設工認を段階的に取得しつつ建設着手
建設後、運転開始に向けた使用前検査を実施

当該事業の期間

利用ニーズ整理、人材育成・利用運営・地元との連携構築のための仕組みの検討

炉心の検討

詳細設計

設備・施設レイアウトの検討

予備的調査（R4年度中に開始）

本格調査

3

試験研究炉概念設計スケジュール
令和2年度

サーベ
イ
調査

••
•
•
•

令和3年度

令和4年度

【設計目標】【炉心構成】【成立性の検証】

中性子束
運転日数
最高燃焼度
冷却材温度
炉心圧力

（炉心選定）• 炉心体積• 燃料装荷量• 燃料要素• 減速材• 反射材（核的評価）• 臨界性• 出力ピーキング係数• 出力分布• 出力密度（制御棒）• 種類• 本数、位置• 駆動機構• 制御棒価値（熱的評価）• 限界流速• 沸騰開始温度• 限界熱流束• 燃料芯材温度（反応度変化）• 反応度停止余裕• 反応度添加率• 過剰反応度• 燃焼度（冷却機能）• 炉プール水深• 冷却材流速【制御手法】【付属施設】【利用設備】

ニーズ調査

••
•
•
•

水平実験孔
ビームライン
垂直照射孔
ホットセル
実験設備

••
•
•
•

実験施設
ホットラボ施設
換気空調施設ユーティリティ施設
サポート施設

設
計
仕様
・
全体
レイ
アウ
ト4

現状の設計目標と達成見通し・ニーズの反映（基本方針）
高い安全性（具体案）
オープンプール型（圧力容器不要）

冠水維持が容易
崩壊熱除去が容易

JRR-3と同程度の中性子束
高度なビーム利用

高い熱中性子束
効果的な減速材の選定

中性子スペクトルの調整
高稼働率の確保

冷中性子源の設置

長期連続運転
高い燃焼度

運転持続日数の長期化

経済性に優れた設計

低コスト燃料

燃焼度を稼げる炉心構成

将来を見据えた設計

使用済燃料の低減技術が確立した燃料

現状の目標

現状の達成見通し

備考（JRR-3参考値）• 熱中性子束1014 (n/cm2/s) 以上

達成見込み

1.0～2.0×1014 n/cm2/s• 運転持続日数400日以上

達成見込み

約370日

80 GWd/t以上

達成見込み

約100 GWd/t

項目• 燃焼度（燃料要素1体）

5

炉心概念検討：炉心構成
c12

中性子束分布・燃焼特性解析結果

c13

・今後、ce20炉心（燃料集合体20体)をベースに、制御棒や反射体等の配置を検討。

4x4x16x17

ce20

燃料要素体

5x5

アルミニウム(照射孔を想定)

ce20炉心燃料領域の周囲に重水を配置※熱出力10MW (JRR-3は20MW)

主な検討項目ce20

・制御要素（タイプ、配置）
・炉心冷却（冷却性能、プール水深）
・照射利用・炉心配置（反射体、実験孔）
6

新試験研究炉の基本諸元（案）と既存研究炉との比較
項

新試験研究炉（案）JRR-3KUR

熱出力（MW）

10MW未満205型式

軽水冷却開放型

軽水冷却開放型

軽水冷却開放型中性子束（n/cm2/s）

1.0E+14～2.0E+14 （熱）最大 2E+14 （高速）最大 3E+14 （熱）平均 3E+13 （熱）

冷却材

軽水

軽水

軽水

反射体・減速材

アルミニウム
重水

ベリリウム
重水

黒鉛

炉心寸法

高さ 80cm
横 40cm
縦 40cm

高さ 75cm
炉心等価直径 60cm

高さ 61cm
横 51cm
縦 51cm

燃料体最大挿入量20体

32体（フォロワ型6体含む）

26体（特殊燃料5体含む）

種類

LEU板状燃料要素

LEU板状燃料要素

LEU板状燃料要素

燃料芯材

ウランシリコンアルミニウム
分散型合金

ウランシリコンアルミニウム
分散型合金

ウランシリコンアルミニウム
分散型合金

U-235濃縮度20％

20％

20％

ウラン密度4.8 g/cm3

4.8 g/cm3

3.2 g/cm3

被覆材

アルミニウム合金

アルミニウム合金

アルミニウム合金

燃料体

目

7

炉心概念検討：実験孔配置（イメージ)

CNS

8

地質調査状況（1/2）
R2年度に予備的調査として100mのパイロットボーリングを実施

ボーリング作業（2021年1月18日撮影）

結果

ボーリング作業実施場所○ 実施地点の地表から約24ｍ以深は岩盤(花崗岩)でわりと硬い○ 大規模な破砕帯やすべり面になるような脆弱部は、調査した100ｍ範囲にはなかった○ R3年度は200mの調査を実施
9地質調査状況（2/2）

ISI建屋

山側資材置場焼却所
令和3年度
ボーリンク箇所
令和2年度
ボーリンク箇所

もんじゅ

新試験研究炉建設候補地（山側資材置場及び焼却所）

ボーリング作業風景と採取したボーリングコア

令和３年度地質調査結果✓ 地表から約24.6ｍ以深に花崗岩（岩盤）が分布している。
✓ 構造物の支持地盤となり得る性能（硬さ）を有している。
✓ 調査した深度200mの範囲には、大規模な破砕帯やすべり面となるような脆弱部は確認されなかった。
10もんじゅ敷地内地質調査（令和３年度）
令和2年度及び令和3年度を通じた地質調査結果✓ コア観察、BTV（ボーリング孔の内壁のカメラ観察）の結果から、深度200mの範囲には小規模な破砕帯が分布するものの、大規模な破砕帯やすべり面となるような脆弱部は確認されていない（但し、確認された破砕帯の特性については確認中）✓ コア観察の結果から、花崗岩風化部の厚さは数m程度の可能性✓ サンプリングによる岩級区分やＰＳ検層の結果から、候補地の岩盤は、構造物の支持地盤となり得る性能（硬さ）を有している可能性が高い

令和4年度（以降）の課題✓ 高角度の破砕帯、割れ目が卓越（鉛直孔では十分補足出来ていない可能性あり）✓ 花崗岩風化部厚さの空間分布は把握できていない✓ 土石流に関するリスク評価が必要
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