日本原子力学会「2018年春の年会」
新型炉部会セッション 「第４世代原子炉の国内外の開発動向」

高温ガス炉の開発状況と計画
ヤン ジングロン (Xing L. YAN)
平成30年3月26日
日本原子力研究開発機構
高温ガス炉水素・熱利用研究センター

高温ガス炉の概要
セラミックス被覆燃料

ヘリウム冷却材

1600℃でも放射性物質を閉じ込める

高温でも安定（温度制限なし）

燃料核（直径約0.6mm）
被覆燃料粒子

高温ガス炉

黒鉛構造材

高密度熱分解炭素
炭化ケイ素

耐熱温度2500℃

低密度熱分解炭素

約1mm
燃料体

厚さ8mm

580mm
39mm

燃料コンパクト

直径26mm軽水炉との違い
項目

軽水炉

高温ガス炉

電気出力（熱出力）～100万kW (～300万kW)～30万kW (～60万kW)

原子炉出口温度

約 300℃

850℃～950℃

燃料型式

金属製被覆管（ジルカロイ）

セラミック製被覆燃料粒子

原子炉冷却材軽水

ヘリウムガス

減速材

軽水

黒鉛

用途

発電

熱供給、発電高温ガス炉システムの開発の意義
高温ガス炉コジェネレーションシステム

固有の安全性（S）
 電源や冷却材が喪失しても自然に止まり、冷え、放射性物質が閉じ込められるから、福島第一原子力発電所と同様の事故(炉心溶融、水素爆発、大量の放射性物質放出)を起こす可能性がない。
燃料温度＜1600℃

エネルギー基本計画のエネルギー政策の基本的視点（3E+S）に応える
エネルギーの安定供給（E）
経済効率性の向上（E）

 950oCの高温熱を供給で、水素製造、発電、高温蒸気供給、海水淡水化等の多様な熱利用が可能

損失20%
水素

 熱利用率 約80％
海水製造淡水化
 発電効率 約50％
発電
 燃料の高燃焼度化（160GWd/t）
 供熱と発電のコジェネレーションによる効率的なエネルギー利用環境への適合性（E）
 軽水炉の1/4程度の使用済燃料発生量
 多様なエネルギー供給により、発電以外の分野における炭酸ガス排出量を大幅に削減可能環境負荷の低減（炭酸ガス排出量の大幅削減）
 エネルギー基本計画（3E+S)を満たす高温ガス炉は、日本の温室効果ガス排出削減に関する長期的目標（2050年に2013年比で80%削減）に貢献する最適なシステム
高温ガス炉の各需要への導入を仮定
1次エネルギー需要

高温ガス炉
導入割合

水素

40%

原子力発電

30%

工業プロセス熱供給

20%

1次エネルギー供給構成割合

CO2排出削減への高温ガス炉の貢献予測

100%
80%

化石燃料
化石燃料

60%

再エネ
再エネ
原子力
原子力

40%

水素
水素

20%
0%

高温ガス炉
高温ガス炉

2030
(METI*1)

2050
2050
2
(RITE* ) 高温ガス炉
導入*1) 資源エネルギー庁，長期エネルギー需給見通し，2015年7月16日*2) (公財)地球環境産業技術研究機構（RITE），2℃目標と我が国の2050年排出削減目標との関係，2016年3月2日より抜粋

発電以外のエネルギー利用分野で炭酸ガスの排出削減に貢献

高温ガス炉開発の状況(1) 高温ガス炉技術（ＨＴＴＲ）
HTTR

 定格出力30MW、原子炉出口温度950℃達成（2004年４月）
 950℃、50日間高温連続運転（2010年3月）

 高性能燃料要素開発
 高温ガス炉安全性向上のためのHTTR試験(3) 実用高温ガス炉設計(2) 熱利用技術（発電、水素製造）
 水素製造、ガスタービン発電に関する基盤技術を完成
ヘリウム圧縮機

 ISプロセスの運転制御技術
及び機器信頼性の確証
 ガスタービン翼材の開発
0.02m3/h、31時間の水素製造に成功（平成28年10月）

連続水素製造試験装置(4) HTTR-GT/H2 システム試験

 実用高温ガス炉システム

GTHTR300の設計研究 プルトニウム燃焼高温ガス炉の炉心設計
 実用高温ガス炉の安全基準の策定と国際標準化

 海外輸出用高温ガス炉の設計

 高温ガス炉

熱利用技術の総合実証高温工学試験研究炉（ＨＴＴＲ）の概要
実用システムの原型提示

高温工学試験研究炉（＠JAEA)
基盤技術の確立

HTTRの設置目的

世界
初

原子炉建家

2010

OECD/NEAプロジェクト

安全性実証試験（炉心流量喪失試験等）

日本

連続50日運転950℃
2007

連続30日運転850℃

2004

高温二重配管

1985

HTTRの仕様チェコ ハンガリー

ガス循環機の停止 → 流量ゼロ

3015(%) 01600

原子炉出力
試験結果
解析結果

(oC)

炉心冷却流量 試験結果

燃料最高温度解析結果

80000123時間（h）

456

制御棒挿入なし、冷却流量ゼロ において、物理現象のみで、原子炉が自然に静定・冷却されることを確証

詳細設計～

1980
～

● 原子炉出力 ･･･････・ 30MW
● 冷却材 ･････････････ ヘリウムガス● 原子炉出口冷却材温度･････････････・・ 850, 950℃
● 炉心構造材 ･･････・・ 黒鉛● 燃料 ･････････････・ UO2● ウラン濃縮度 ･･･････ 平均6％韓

10050(%) 0設置許可申請～取得

高温工学試験研究炉
1984
基本設計
1981

独温度～

1989
1988
～

原子炉格納容器～原子炉圧力容器原子炉の建設 1990

仏出力

原子炉出口950℃達成
安全性実証試験
2002（制御棒引抜試験）
2001 定格出力（30MW）、原子炉出口850℃達成
1998
初臨界
1997
建 設
1991

中間熱交換器米流量

 高温ガス炉の炉技術の確立
 関する熱利用技術の確立

安全性実証試験設置変更許可申請書を原子力規制庁に提出

2014

研究開発
燃料・材料

炉物理

熱流動システム総合設計

1974
～

1973

研究開発と概念設計 1969

概念設計

多目的高温ガス実験炉

炉内ガスループ（OGL-1）

高温ガス炉臨界実験装置 大型構造機器実証試験ループ（HENDEL）（VHTRC）

ＨＴＴＲの再稼働対応と安全性試験
ＨＴＴＲ再稼働対応• 平成２６年１１月２６日新規制基準に対応する設置変更許可申請書を規制庁に提出し、計画通りに実質的な審査が終了。今後、設置変更許可取得及び設工認申請を行い、平成31年度中の再稼働を目指す。
スクラムなしＨＴＴＲを用いた安全性試験（高温ガス炉の固有安全性を確証）

 炉心冷却喪失試験（全交流電源喪失を模擬）• 原子炉出力30％• 1次ヘリウム冷却材流量ゼロ• 炉容器冷却設備停止• 制御棒挿入なし

炉容器冷却設備

 炉心流量喪失試験• 原子炉出力100％• 1次ヘリウム冷却材流量ゼロ• 制御棒挿入なし

ポンプ停止

ガス循環器停止

水の熱分解による水素製造の技術開発


水の熱分解 : 4000℃以上の高温熱が必要
IS プロセス : ヨウ素（I）と硫黄（S）を利用して 約900℃の熱で水を熱分解
ヨウ素と硫黄はプロセス内で循環 ⇒ 有害物質の排出なし
高温ガス炉との組み合わせ⇒ 炭酸ガスの排出なし
熱化学法ＩＳプロセス
高温熱（高温ガス炉） 900℃

水素 400℃
H2

ブンゼン反応H2+
I22HI

ヨウ化水素と硫酸の生成

2HI + H2SO4
ヨウ素（Ｉ）の循環
I2 + SO2 + 2H2O
I2

水ヨウ化水素（HI）
H2O
分解反応

H2SO4

硫酸分解工程ブンゼン反応工程

ヨウ化水素分解工程

酸素
O2
1/2O2+SO2 + H2O

硫黄（Ｓ）の循環 SO2+H2 O

連続水素製造試験装置
硫酸分解反応今後の技術課題
 陽イオン交換膜開発等の熱効率向上技術
 セラミックスを用いた反応器高圧化技術
 経済性向上に資する要素技術開発

・平成26年3月完成、水素製造量 ～0.1 m3/h
・W 18.5 ×D 5 × H 8.1（m）・加熱方式：電気ヒーター
 実用工業材料製（金属、セラミックス）の連続水素製造試験装置
 平成28年度に連続水素製造試験に最初成功
 平成30年度に装置の信頼性試験を実施する計画

HTTR接続により核熱利用システム技術の確証
原子炉に工業プロセスプラントを接続するための安全基準を確立
 一般の工業プラントとしても、原子炉への接続を可能とすることにより、核熱利用の用途拡大を図る。

原子力を利用した炭酸ガスの排出がない水素製造、ガスタービン発電技術を世界で初めて確証
水素製造
原子炉格納容器（内） （外）２次ヘリウム冷却設備
３次ヘリウム冷却設備

施設
第２中間熱交換器

３次冷却水設備

原子炉
ＨＴＴＲ熱利用系

化学反応器
圧縮機

ﾀｰﾋﾞﾝ
発電機

原子炉
前置冷却器

ガスタービン

再生熱交換器

ヘリウム配管
冷却器

中間熱交換器

中間熱交換器
冷却水設備
冷却水設備

HTTR接続試験の構成

HTTRに接続する熱利用系の構成

高温ガス炉システム熱利用技術が完成（実用化可能）高温ガス炉の開発の全体計画
GTHTR300
民間実証プラント

商用化へ
ガスタービン発電システム開発
出力向上（2001～）• 原子炉出口温度 850oC
原子力メーカーとの共同• 電気出力 125 MWe• ユーザー要求に応じた基本設計、• 設計変更なしに安全設計、コスト評価
300 MWeへの出力向上• 高効率ヘリウム圧縮機、コンパクを可能とする
ト熱交換器、タービンブレード材等技術開発
連続水素製造試験（20１４～）
世界で初めて実規模/高温機能試験• 供用条件下での軸流式ヘリウム圧縮機の運転ﾀｰﾋﾞﾝﾃﾞｨｽｸ／ｹｰｼﾝｸﾞ
現在実証に成功,ｸﾘｱﾗﾝｽの確認
圧縮機設計
HTTR-GT/H2試験
手法を確立

850℃
ﾀｰﾋﾞﾝﾃﾞｨｽｸ
高温ガス炉ガスタービン
発電システムの概念設計（1998-2001）

世界の高温ガス炉開発動向及び主な国際協力
中国： HTR-PM計画（250MWt×2基、750℃、発電実証炉、建設中）
商用炉計画（国内６ヶ所で商用炉の設置を計画）

英国：U-Battery計画（10MWt、商用炉（熱発電）、設計段階）

米国：NGNP計画、国際実証炉計画（PRIME）（600MWt、750℃、熱利用実証炉、設計段階）

米国：Xe-100計画（200MWt、750℃、商用発電炉、設計段階）

カザフスタン：KHTR計画（5MWt、実験炉、設計段階）

炉型ブロック
日本： 高温工学試験研究炉 （30MWt、950℃）
GTHTR300C（600MWt、950℃、熱利用実証炉、設計段階）
韓国：NHDD計画（600MWt、実証炉、設計段階）
EU：GEMINI＋計画

ぺブルベッド
カナダ：StarCore炉計画（36MWt、商用発電炉、設計段階）• 高温ガス炉コジェネレーション
システムの設計、R&D

ポーランド：HTGR計画：
研究炉 （10～30MWt、設計段階）
商用炉 （～165MWt、FS開始予定）• 石炭火力プラントに代わる工業プラントへの熱供給を目指す

インドネシア：
高温ガス炉試験・実証炉計画（10～30MWt、500～1,000℃、設計段階）

 JAEAとポーランド国立原子力研究センター（NCBJ）研究協力覚書を締結（平成29年5月18日）
 高温ガス炉産学官協議会において、海外戦略検討ワーキンググループを設置し、ポーランドとの協力の進め方を協議することを決定（平成29年6月12日）

ポーランド高温ガス炉計画への協力体制
ポーランド
エネルギー省協定又は合意（今後）

文科省

戦略的パートナーシップの実施のための行動計画 （2017年5月署名、外相会談）
研究協力覚書 （2017年5月締結、JAEA-NCBJ）、実施取決め（締結準備中）

JAEA

NCBJ
研究炉FS、商用炉Pre-FS

日本企業チーム

現地企業
海外機関によるCNP(*)

人材育成

契約/協力協定

幹事企業グループ
東大

東芝

丸紅
ﾕﾃｨﾘﾃｨ
・ｻｰﾋﾞｽ

日揮（代表幹事）

伊藤忠
東工大(*) CNP:
Centre forIndustrial
ScientificCooperation

分担して実施

三菱
重工

日立富士電機IHI

東洋
炭素

原燃工

鹿島
建設

・・・・・・

ポーランド高温ガス炉計画に関する共同活動 (Pre Conceptual Study)
研究炉（10～30 ＭＷ）
HTTRの設計に基づく研究炉の成立性評価（FS）

商用炉（165 ＭＷ）
商用炉の成立性予備評価（Pre-FS）• 基本設計• EPC枠組みの検討• 現地工事、施工管理等の検討 • 資金枠組みの検討• 建設費評価• 市場調査• 環境影響評価• 概念検討・建設計画• 現地工事、施工管理等の予備検討• 実現に向けた計画及び推奨案• 建設費、経済性予備評価

Welcome to HTTR (高温工学試験研究炉)！

HTTR

茨城県大洗町
1212