公募公告

令和６年８月２２日
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
研究開発推進部長

大内伸夫（住所）茨城県那珂郡東海村大字舟石川７６５番地１

下記のとおり公募します。

１．公募に付する事項（１）件

名

溶融塩炉の共通基盤技術開発のための燃料・冷却系技術開発等に関する研究（２）内容

別添実施計画書のとおり（３）履行期限
令和７年１月３１日

２．公募に参加する者に必要な資格に関する事項（１）公募参加資格
国もしくは機構の競争参加資格を有すると認められた者とする。なお、機構の競争参加資格の認定を受けていない者であっても、参加意思確認書を提出することができるが、その者が応募要件を満たすと認められ、競争的契約手続きに移行した場合に技術提案書等を提出するためには、技術提案書等の提出時までに、当該資格の認定を受ける必要がある。

（２）公募に参加できない者
競争に係る契約を締結する能力を有しない者及び破産者で復権を得ない者。資格審査申請書及びその添付書類に故意に虚偽の事実を記載した者等。
過去３年間で情報管理の不備を理由に当機構から取引停止を受けている者。

３．応募要件（１）溶融塩炉に係る専門的な知識と研究開発経験を有すること。
（２）溶融塩燃料及び構造材の照射試験・化学処理技術並びに溶融塩循環技術を開発できる知見・技術力を有すること。
（３）溶融塩炉の共通技術開発のために必要な国内外での交渉経験を有すること。

４．応募要件等を満たす意思表示
本公募に参加を希望する者は、３項に示す応募要件を満たすことを証明する資料を参加意思確認書に添付の上、以下の期限までに「６．連絡先」まで、持参又は郵送（書類書留郵便等の配達の記録が残るものに限る）により、提出すること。
上述の資料の様式は自由とするが、応募者の組織として意思決定が確認できる書類とする。
応募要件を満たす者があった場合には、機構は、応募要件の遂行能力を確認し、確認結果を書面にて通知する。
期限：令和６年９月５日（木）必着（郵送による場合も同様とする）

５．備考（１）応募がなかった場合には、特定の者と随意契約を行う。
（２）応募があった場合で、かつ確認の結果合格者があった場合には、一般競争入札（総合評価落札方式）により決定することとなる。その場合には別途公告する。
（３）手続きにおいて使用する言語及び通貨は、日本語及び日本国通貨に限る。

６．連絡先〒３１９－１１１２ 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地４９
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
研究開発推進部

研究協力課

TEL：080-4945-8365

関田江里

実施計画書1.

委託研究題目「溶融塩炉の共通基盤技術開発のための燃料・冷却系技術開発等に関する研究」

2.

委託研究の目的日本原子力研究開発機構（以下「原子力機構」という。）では、安全性・経済性・機動性に優れた原子力技術の高度化に資する技術開発に必要となる共通基盤技術に関する研究及び開発を推進するため、溶融塩炉等の基盤技術開発を進めている。
本研究は、溶融塩炉の共通基盤技術開発のため、ナレッジデータベースとして溶融塩炉に係る知見を整理することを目的とする。その目的のため、安全基準構築、燃料・冷却系に関する技術開発及び試験技術ガイドライン構築を実施する。また、優先度をつけた課題整理及び開発計画作成を行い、将来的な事業成立性の検討に資する。
なお、本委託研究は、経済産業省からの補助事業である「令和 6 年度革新的原子力技術のための共通基盤技術開発事業」の一部として実施するものである。

3.

4.

委託研究の範囲(1) 燃料技術開発①溶融塩の化学処理技術の検討②低濃縮ウランを使用したトリウム溶融塩炉成立性の検討(2) 冷却系技術開発(3) 課題整理及び開発計画作成①技術開発課題の調査・整理②今後の開発計画の検討(4) 報告書の作成
委託研究の内容
第４世代原子炉として対象とされる６炉型の一つである溶融塩炉は、ウランやトリウムなどの核燃料物質を溶融塩に溶解させた液体燃料炉である。燃料が液体のため、燃料の成形加工が不要であり、再処理との適合性に優れる。第 4 世代国際フォーラム（GIF）の開発計画では、2025 年までは成立性確認段階とみなされており、長期の研究開発期間を要する見通しである。そのため、溶融塩炉の共通基盤技術項目について効率的に開発を進める必要がある。
本研究では、溶融塩炉の共通基盤技術開発のため、ナレッジデータベースとして安全基準や試験技術ガイドラインを構築して、溶融塩炉に係る知見を整理する。そのため、安全基準構築、燃料・材料・冷却系に関する技術開発及び試験技術ガイドライン構築に加えて、優先度をつけた課題整理及び開発計画作成を複数年にかけて実施するものである。
令和 5 年度は、安全基準構築については検討課題を整理し、日本の軽水炉安全設計指針と溶融塩炉安全設計指針との比較対照表を作成し、溶融塩炉の核不拡散・核防護に関する調査・検討を行なった。燃料技術開発に関しては、溶融塩の化学処理として 3 工程から成るフローシートを提案し、その原理的な実現性を確認した。また、溶融塩中での黒鉛の浸漬試験を実施し、溶融塩との共存性を確認した。冷却系技術開発に関しては、①溶融塩循環技術の開発対象の一つである溶融塩ポンプの概念設計を完成させた。また、試験技術ガイドライン構築に関しては、黒鉛と溶融塩の共存性試験について、JAEA から提案された試験技術ガイドライン構成案に基づいて整理を行った。
本年度は、優先度の高い燃料技術開発及び冷却系技術開発に集約して研究を実施することとした。
本年度実施する事業内容の詳細は、以下のとおりである。
(1) 燃料技術開発①溶融塩の化学処理技術の検討
令和 3 年度は、使用済みフッ化物燃料塩のオフライン再処理（化学処理）技術について、3 段階の処理工程を検討し、❶フッ化処理、❷還元抽出に関しては実現可能との見通しが得られた。残る❸電気化学分離（Pu、Th、MA、FP を電気化学的に分離・抽出する工程）については、チェコ原子力研究所（CVR）より液体 Bi を陽極として、LiFCaF2 中で陽極溶解と陰極析出により対象元素を分離する工程が提案された。
令和４年度は、上記❸の電気化学分離工程の実現可能性を検討し、その見通しを確認した。
令和 5 年度は、使用済みフッ化物燃料塩のオフライン再処理技術についての 3 段
階の全体工程の原理的な実現可能性を確認した。また、欧州と中国で検討されている燃料処理との比較も行い、代替案や取り組むべき課題の優先順位を検討した。その結果、フッ化器の凍結壁の実証は優先順位が高いと結論し、実証に必要なループ装置の概念設計を提案した。
次の段階としては、昨年度までの成果を踏まえ、電気化学分離技術を中心とした成熟度の低い技術についての実証実験が必要である一方、トリウム溶融塩炉の早期稼働を考えるとき、3 段階の燃料処理工程のうちの❶フッ化処理による UF6、PuF6 及び一部の核分裂生成物(FP)の揮発性フッ化物回収は優先度の高い技術であり、そのためにはフッ化器の凍結壁等の腐食対応技術が鍵となる。また、❷還元抽出処理の主要な目的は FLiBe の抽出回収であることから、技術的困難の比較的小さい減圧蒸留をバックアッププランとして検討する価値が高いと思われる。
そこで、本年度は、❶フッ化器の凍結壁技術を含むフッ化処理の腐食対応技術及び❷減圧蒸留を含む FLiBe の抽出回収技術に絞って、それらの具体的な実現方法について検討する。
②低濃縮ウランを使用したトリウム溶融塩炉成立性の検討
2.5 万 kWe 型熔融塩炉「miniFUJIⅡ」の概念設計を行った炉心設計において、ORNL の実用炉 MSBRで想定している燃料塩組成(LiF-BeF2-ThF4-UF4/71.7-16.0-12.0-1.3mol%)を参考に初期装荷燃料塩の組成を LiF-BeF2-ThF4-UF4/71.68-16-12-0.33mol%として核計算及び燃焼計算を行なわれてきているが、トリウム溶融塩炉を運転しようとする場合、LiF、BeF2、ThF4 及び UF4 を個別に調達して上記組成の燃料塩をプラントで生成することは難しい。
現実的には、軽水炉用の低濃縮ウラン(U235 が 5%未満)又は核不拡散上容認される 5%以上 20%未満の低濃縮度燃料 HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium)を調達し、それを使用して初期装荷燃料や取替燃料を組成することとなると考えられる。
本年度は、これらの低濃縮ウランを使用することを前提として、令和 2 年度に実施した核計算及び燃焼計算の見直しを行い、トリウム溶融塩炉の成立性を確認する。
(2) 冷却系技術開発①溶融塩循環技術の開発
溶融塩炉では、高温下で機能する軸受けシステムを含め、溶融塩炉に必要な性能を有する溶融塩ポンプが必要である。そのために溶融塩ループ試験装置で溶融塩の流動特性及び温度特性等の基本的なデータを取得・検証することが必要であり、また、ポンプ、バルブ及び各種計測装置等の試作品について性能確認を行う必要がある。
令和 3 年度は、溶融塩ループ試験装置及び溶融塩炉での使用条件を踏まえて、溶融塩ポンプの概念設計として、基本構成の検討を行い、強制冷却型溶融塩輸送ポンプ方式及び磁気軸受を採用することで溶融塩ポンプとしての使用要件に対応できる見通しを確認し、❶冷却機構、❷シール機能、❸シャフトの回転保持及び❹各種計測装置等に関する技術的課題を抽出した。
令和 4 年度は、予算上の制約を踏まえ、優先度の高い❶及び❷について、以下の解析及び検討を行い、（イ）のアルゴンガス循環コンプレッサーを除いて、溶融塩ポンプとしての技術的課題についてほぼ対応できる見通しを確認した。
（ア）溶融塩ポンプの構造最適化(a) シャフト長コンパクト化の可能性確認(b) 冷却アルゴンガス循環流量の適量化(c) ポンプ異常運転時の解析（イ）アルゴンガス循環コンプレッサーの検討（ウ）中空シャフト駆動用モーターの基本仕様及び冷却性能（エ）ポンプ下部の摺動部位の設計(a) 摺動部におけるシール機能性(b) 摺動部における過冷却固化防止
令和 5 年度は、令和 4 年度に残された技術的課題であるアルゴンガス循環コンプレッサーの在り方について検討を進め、❶冷却用アルゴンガスの加圧循環装置、 ❷アルゴンガスの冷却機構、❸ポンプシャフト摺動部位での気圧差維持のための仕組みについて検討を行い、それらの検討結果に基づいて、❹溶融塩ポンプの概念設計結果のイメージ図の作成及び❺溶融塩ポンプのメンテナンス方法の検討を行い、溶融塩ポンプの概念設計については一応の完了に到達することができた。
概念設計の次の段階としては、溶融塩ループ試験装置での性能実証のための性能実証試験計画の立案と試験用ポンプの設計に着手する必要があるが、予算上の制約で溶融塩ループ試験装置での性能実証を直ちに開始することは難しいことから、本年度は、上記概念設計の溶融塩ポンプに関する研究を一旦中断することとし、諸外国の溶融塩炉ベンチャーにおける溶融塩ポンプの開発状況の調査及び遠心ポンプ以外の方式による溶融塩ポンプの可能性の調査、並びに溶融塩循環技術としては溶融塩ポンプに準じて重要性の高い溶融塩流速計についての先行事例及び利用可能な計測技術についての調査に着手する。
(3) 課題整理及び開発計画作成①技術開発課題の調査・整理
技術開発の進捗を踏まえて、技術開発課題を更新する。
②今後の開発計画の検討
技術開発の進捗を踏まえて、今後の開発計画を見直す。
(4) 報告書の作成
本委託研究で得られた成果をまとめた報告書を作成する。
上記を行うに当たり、作業の詳細仕様や条件は、打合せにより決定する。また、作業の開始、中間並びにまとめの時点(報告書提出前)に打合せを行って、計画及び実施内容の妥当性、目的への整合性を確認する。
5.

実施場所
受託者側実施施設

6.

研究期間
契約締結日～令和 7 年 1 月 31 日

7.

受託者側実施責任者
契約締結時に決定する。

8.

委託者側実施責任者大洗研究所 戦略推進部
部長 大野 修司

9.

グリーン購入法の推進(1) 本契約においてグリーン購入法に適用する環境物品が発生する場合はそれを採用することとする。
(2) 本仕様に定める提出図書（納入印刷物）においては，グリーン購入法に該当するためその基準を満たしたものであること。

10. 提出書類
提出書類

提出期限

提出先

部数

研究計画書

契約締結後速やかに

大洗研究所
戦略推進部

１部

成果報告書

研究期間終了時

研究開発推進部
研究協力課

１部

その他必要書類

必要に応じて

大洗研究所
戦略推進部

１部

備考

電子ファイルも必要。