日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

日本原子力学会
新型炉部会セッション
社会動向を踏まえた新型炉開発の価値(1) エネルギー安全保障･廃棄物問題解決等へ貢献できる新型炉開発の価値と課題
2022年9月8日
東京都市大学高木 直行1

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

目次
はじめに
原子力発電の短中期的計画
エネルギー安全保障確保と革新炉
廃棄物負荷軽減への革新炉ポテンシャル
おわりに日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)エネルギーを取り巻く世界の状況
 IEA-COP26ネットゼロサミット(2022年3月)で支持された7原則
ネットゼロ（温室効果ガス純排出ゼロ）の実現に向けた7原則
1. ネットゼロに向けた持続可能な復興の推進
2. 2030年以降に向けた実行可能なロードマップの策定
3. 各国間の情報共有によるトランジションの促進
4. セクターごとの脱炭素化とイノベーションの加速
5. 官民による投資促進
6. 人々を中心としたトランジションの支援7. 持続可能・経済的なネットゼロエネルギーシステム

 2022年2月、ロシアによるウクライナ侵攻勃発
 世界規模でエネルギー安定供給への不安や物価高をもたらし、資源調達やエネルギーシステムの在り方について、全体的見直しを迫る状況
3

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)エネルギーを取り巻く日本の状況
2050年に「カーボンニュートラル」を目指す日本政府は気候サミット(米主催、2021年4月)にて、
 CN政策と整合的でありかつ野心的な目標として、2030年度に温室効果ガスを2013年度から46％削減
 さらに50%の高みに向け挑戦を続けることを表明。
焦点：気候変動サミット 温室ガス削減、せめぎ合い 先進国前進でも「不足」 | 毎日新聞 (mainichi.jp)

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岸田総理のエネルギー政策方針
首相官邸での記者会見(2022年7月14日)
 萩生田経済産業大臣に対し、最大9基の原発の稼働を進め日本全体の電力消費量のおよそ1割に相当する電力を確保することを指示GX実行会議(2022年8月24日)
 「第1回会議で次世代革新炉の開発・建設など政治判断を必要とする項目が示された。あらゆる方策について年末に具体的な結論を出せるよう検討を加速を」 「原発の再稼働とその先の展開策などの具体的な方策について、政治の決断が求められる項目を明確に示してもらいたい」

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革新炉ワーキンググループ
 経済産業省資源エネルギー庁は2022年4月、原子力発電の新たな社会的価値を再定義し、我が国の炉型開発に係る道筋を示すため、総合エネルギー調査会電力・ガス事業分科会 原子力小委員会の下に「革新炉ワーキンググループ」（以下、革新炉WG）を設置

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革新炉WGで整理された5炉型とその特徴

第4回革新炉WG(20220729)【資料３】カーボンニュートラルやエネルギー安全保障の実現に向けた革新炉開発の技術ロードマップ（骨子案）

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革新炉の種類と特徴
8/31 「革新軽水炉、コストに強み」 経産省審議会の高木教授 - 日経GX (nikkei.com)

第２回GX実行会議 資料5 経団連会長・十倉雅和氏 2022年8月24日

9/6 日本経済新聞・・・原子力政策 転換の行方（１）＝次世代原発、従来型を改良 開発５類型 日本は規制対応重視

8日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

目次
はじめに
原子力発電の短中期的計画のエネルギー安全保障確保と革新炉
廃棄物負荷軽減への革新炉ポテンシャル
おわりに日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

原子力設備容量とCN達成見通し• 稼働率を80%とすると、2030年時点で必要な原子力発電容量は約27～30GWe• 2030年時点での原子力容量は27GWe →45％削減目標達成は辛うじて可能そう• しかし、直ぐさま寿命を迎えた炉の退役により達成不可能に• 2050年の正味ゼロ目
標については、例え全基を60年運転としても削減目標の達成が見通せない状況(GWe)
50403020100

第２回GX実行会議 資料5 経団連会長・十倉雅和氏 2022年8月24日

10日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

CN達成に必要な設備増強速度• 設備容量減少速度：(GWe)
50-1～-2基/年 ≒ -1～-2GWe /年

403020維持だけでも+1～+2GWe /年

10011

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革新炉導入でCN達成は可能？
そもそも「革新炉」とは何？

2030年時点の設備量をNuScale炉(77MWe)で2050年まで維持するとしたら260モジュールもの導入が必要

近年話題のSMRが中心と思われがち安全性と経済性を高めた大型軽水炉「革新軽水炉」
仏の方針：
既存炉の運転延長、EPR2を14基建設（23GW）、SMR導入（4GW）を組み合わせるシナリオが、経済面で最も優位と結論。

12日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

CNを達成するには(万kW)

日本の原子力発電設備容量の推移

5000
4500
4000
3500
3000
2500

1GWe/年

2000
1500
1000
500
0
1952
1960
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010

 2030年に46%減、2050年に正味ゼロとするCN目標に対しては、出力の小さいSMRよりも、技術が確立し実績豊富、かつ新規制基準に対応し震災以前に比べ飛躍的に安全性を改善した大型軽水炉の導入が現実的とみるのが自然 新規建設が途絶えて久しい日本においてこのスピードで建設導入す
るには、綻び始めた原子力サプラ
イチェーンの維持・補強が課題
 日本では1970年に始まった軽水炉導入以降、約40年で50GWeの設備を建設した実績あり
 需要が生まれさえすれば、チェーンの復帰は思いのほか容易？

(年度)

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目次
はじめに
原子力発電の短中期的計画
エネルギー安全保障確保と革新炉
廃棄物負荷軽減への革新炉ポテンシャル
おわりに日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

高木、「革新炉開発と発電外用途開拓による原子力イノベーション」
日本原子力学会 北関東支部 令和4年度支部大会 (2022/4/15)

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第１回GX実行会議 資料3「GX実行会議における議論の論点」（萩生田GX実行推進担当大臣提出資料）
2022年7月27日

16日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

世界人口とエネルギー消費予測
世界人口推移（国連）
 2022年11月に80億人、2058年には100億人に到達、2080年代には約104億人でピークとなり、2100年までその水準維持
 人口増加と生活の質向上は相乗効果でエネルギー消費量を増大
世界のエネルギー消費(IEA)
 1次エネルギー供給量は、2020年以降2050年までほぼ同水準の550～600EJ/年
 IEAのネットゼロシナリオでは、2050年時点で化石シェアを20%まで下げ、残りを再エネと原子力で賄う＋省エネ、CCUSでネットゼロを達成
 この時点での原子力の設備容量は、現在の2倍に近い800GWe これはIAEA「2021年版予測」の高位ケースと同等。低位ケースでも現在レベルのまま2050年まで維持
原子炉を動かすためのウラン消費は継続・加速 → 調達性・価格は？
17日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

ウラン資源量と原子力持続可能期間120

大型軽水炉の前提条件
・熱出力：2.86GWt、電気出力：1GWe
・1年間の運転に必要な低濃縮ウラン燃料量：25ton/y
・これを製造するのに必要な天然ウラン量：230ton
・燃料インベントリ：100ton

400GWe容量を持続できる期間 （年）100

濃縮度・取出燃焼度：・大型軽水炉：4.5%・42GWd/t
・LEU-SMR：5.0%・36GWd/t
・HALEU-SMR：10%・60GWd/t
・HTGR：14%・90GWd/t

共通前提条件：・ウランコスト：<100 US$/lbU3O8
・減損ウラン中のU-235濃度：0.25%
・稼働率：80%806040

HALEU-SMR、HTGRは• 燃焼度は高いものの、U濃縮度高→減損Uまで考慮したU利用率低20

自然循環型SMRは• H/Dの比が大きめ(≒1.3)であり、中性子漏洩大→燃焼度低熱効率：・大型軽水炉：35%
・SMR：31%
・HTGR：45%

0大型軽水炉

LEU-SMRHALEU-SMR

HTGR

既知ウラン量で400GWe分の発電設備容量を持続可能な年数比較

18日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

種々炉型のウラン資源利用率
1.4

100U-235濃縮度 [%]ウラン資源利用率 (%)

1CANDU炉

0.8
初期型
軽水炉

0.60.49080
ウラン資源利用率 (%)

1.20.711
123457101520

現行型
軽水炉

MAリサイクル
炉心・ブランケット平均燃焼度向上
回収ロス低減70
MOX
高速炉
回収ロス [%]

60

0.1
0.5
12550

HALEU燃料
SMR
HTGR

400.2
HTTR

30

00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
燃焼度 (GWd/t)(a) ワンススルー型熱中性子炉

050

100150燃焼度 (GWd/t)

200(b) マルチリサイクル型高速増殖炉19日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

日本の天然ウラン累積使用量予測• 現在の我が国のウラン購入
契約量は、長期契約、短期契約及び製品購入、開発輸入分全てを含め約35万ton?

• 大型軽水炉ワンススルーを継続する場合、2070年頃にはこの量を上回る可能性• ウラン資源の流通制限や価格高騰への懸念• これを回避するには2045年頃からの高速増殖炉導入が必要との評価例あり

森 行秀、小野 清、大滝 明、高速炉戦略ロードマップ検討会報告(2)長期的視点からの検討：高速炉開発の意義
2018 年日本原子力学会秋の大会新型炉部会セッション -2H_PL02-

大型軽水炉以外のSMR導入は、天然ウランの消費速度を早め、高速炉導入時期に影響20

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

目次
はじめに
原子力発電の短中期的計画
エネルギー安全保障確保と革新炉
廃棄物負荷軽減への革新炉ポテンシャル
おわりに日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

Pu, MAリサイクルによる潜在的放射性毒性持続期間の短縮

22日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

対象分野分類
環境負荷
核不拡散

重元素の完全燃焼で資源の究極的利用
長期放射性毒性を短寿命化
廃棄体発熱低減による処分面積節約

処分安全確保(I-129)利用
簡素化再処理で新燃料中にもFPを含有。
線量を高め難接近性に。

リサイクル対象核種
U, Np, Pu, Am, Cm＋

長寿命FP＋

僅かなFP
ガラス固化体のコ
ンパクト化

天然U
分別プロセス
Mo

Puを単離せず、線量の高いMAとの混合物として難接近性に。
（転用を困難に）

燃料製造

TRU廃棄物高速炉

Ru,RhCs, Sｒ
希少元素の生産Cs

低富化度ブランケットにより、生成されるPu組成を原子炉級に放射線利用施設

発熱核種分離によりガラス固化体の発熱を低減し、処分場面積を節約

高レベル廃棄物（ガラス固化体）
減量

崩壊熱・放射線の利用
減衰待ち保管

地層処分場

環境負荷や核不拡散に配慮した革新的原子力システム概念の例

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

放射性廃棄物の何をどうすることが最終処分の負担軽減になるか？
その考察には、 放射能、放射性毒性、存続時間、発熱量、廃棄物体積、処分施設の安全性能等の技術的指標に加えて、
 超長期にわたる問題故の、社会的受容性や世代間倫理といった社会的視点も必要であり、
 現在でも核変換やバックエンドの専門家の間で多様な考え方がある

1. MAリサイクルにより放射性毒性がウランレベル以下となる期間を短縮しても、地層処分場の安全評価結果には何ら変わりが無い
2. MAの主成分であるNp-237の毒性はそもそも低く、さらなる低減は不要である
3. Cs, Sr, Am等の発熱性核種を回収しガラス固化体の発熱量を低減することで廃棄体の処分ピッチを短縮でき処分場面積を縮小できる
4. ガラス固化体に封じ込む事が出来ずかつ岩盤へ吸着されず地中移行し易い長寿命核種I-129、C-14、Cl-36等が重要な核変換対象核種である
5. 移行性のI-129ですら、安全評価によるリスク（線量当量）は10μSv/年以下であり、さらに低減しても処分安全の向上にはつながらない
6. 自然を相手とする超長期の問題故、予測シナリオや安全評価には限界があり、廃棄物のポテンシャルリスクの極力低減やその存続期間短縮の絶え無き追求は原子力業界の責務である
24

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持続性と環境負荷軽減の両立には？

 仮に消費する燃料（核分裂性核種）量に制限が無いとすれば、熱炉でもMAやLLFPの核変換は可能だが、これは天然ウラン消費を早め、前章の資源論につながることとなる

3.02.5
核分裂あたりの中性子数

 いずれにせよ明確なのは、長寿命核種を核変換で短寿命化・安定化するには中性子を消費するため、臨界炉でこれを実施するには十分な中性子が必要なこと

2.00.2

核変換

1.1

増殖1.52.61.00.50.1
0.21.0

漏れ
寄生吸収

2.0
臨界維持

0.6

転換0.10.3

漏れ
寄生吸収

1.0

臨界維持

0.0
生成

消費

Pu燃料高速炉

生成

消費

U燃料熱中性子炉

燃料と廃棄物への手当には高速炉が必須

25

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異種炉型の協働的運用 将来の原子力が軽水炉やガス炉等の熱中性子炉と高速炉の複数炉型で構成されることを仮定すると、燃料や消滅対象廃棄物を相互にやり取りする協働系として、燃料維持と廃棄物燃焼を両立できる可能性あり
 高速炉の持つ高い増殖性能は、十分な発電設備容量に到達した時点でやがて不要となり、熱炉向けの燃料生産や、熱炉で発生した廃棄物の核変換に振り向け可能 軽水炉、SMR、ガス炉、高速炉を資源や廃棄物の視点で相互に関連づけた導入シナリオ・サイクル諸量の検討が必要

革新的軽水炉（大型炉）ガス炉

熱中性子炉

革新的軽水炉（SMR）

高速炉

第1回革新炉WG(20220420)【資料8, 9】より

26

日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

目次
はじめに
原子力発電の短中期的計画
エネルギー安全保障確保と革新炉
廃棄物負荷軽減への革新炉ポテンシャル
おわりに日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

おわりに(1/3)
 政府のCN目標の達成には、再エネの最大限の導入を図っても、原子力発電の活用が不可欠
 しかもそれには規模とスピードが必要なため、出力が小さく、開発途上にあり、許認可体制も整っていない革新炉(SMR)の寄与は限定的とならざるを得ない
 電力会社の供給規模によっては300MWeのSMRも選択肢に 主役と期待される軽水炉には、既設炉の再稼働と寿命延長、そして革新軽水炉の導入が期待され、それには大きな初期投資に対する政府支援、ファイナンスリスクの回避策が必要
 ガス炉やSMRの導入は、ウラン資源消費を加速することに配慮必要 （→高速炉導入時期に影響） 複数炉型の同時並行開発は費用、マンパワー的に可能か？
28日本原子力学会 2022年秋の大会 茨城大学日立キャンパス（2022/9/7-9)

おわりに(2/3)
 エネルギー安全保障と廃棄物問題の対応には、高速炉が必須
 熱炉と高速炉で資源と廃棄物を相互にやりとりする協働系とすることにより、長期に持続性、環境性、水素製造等、各炉型の特徴を活かし相互に補い合う原子力システムを構築可能
 ガス炉導入に伴う懸念
 被覆粒子燃料(CPF)の再処理性
 CPFは廃棄体としての機能もあり、Deep burnし直接処分？
 その場合、軽水炉・高速炉は再処理＋MAリサイクル＋ガラス固化処分を目指す一方で、ガス炉SFは直接処分？ →バックエンド政策に不整合
 炉・サイクルの事業主体
 実用化には出力増強要だが、出力密度がLの1/10、Fの1/100→実用段階で炉心サイズが発電量・水素製造量、経済性、安全性への制約に？
 水素社会の需要量に対する供給ポテンシャルは？
 その場合の必要基数は？ウラン調達性は？
 「炉心溶融無し」を前面アピール→革新軽水炉導入理解へのインパクト29

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おわりに(3/3)
 原子力の新たな価値

持続可能社会やCN達成に

 1F事故を踏まえ強化された安全性
必ずしも「原子力が必然」とはみられていない
 合理化設計、製造法・工法工夫による経済性
 負荷追従性
理由：
やがては 資源有効利用 蓄電技術の進展により、炭素フリー
 廃棄物の減容・短寿命化
発電は太陽、風力だけで可能に 水素製造 核融合の実現
原子力でしか成し得ない＋発電以外の「離れ業」は？
 医用RI製造
 宇宙応用30