「溶融塩炉」の開発を巡る中国と世界の情勢

2017年6月16日
山上会館
トリウム溶融塩国際フォーラム
木下幹康（東大・人工物）

研究開発段階の区分と開発見通し
2014年の段階でOECD/NEA（欧州・米国）
でまとめた

原子力業界の認識

高温ガス炉
Na冷却高速炉
超臨界軽水冷却炉
溶融塩炉
鉛冷却炉
ガス冷却高速炉2014

各炉型の開発見通し

第三〜第四〜第五世代炉の比較• 全体像を捉えるために、議論されている世代炉の比較を行う。
– 第一世代炉、初期の原型炉（1940年代〜）– 第二世代炉、現行の軽水炉（1970年代（40年超））– 第三世代炉、改良型軽水炉（ABWR柏崎、APWR）– 第四世代炉、過去の経験から、４つの要件を満たす炉• 持続可能性、経済的成立、• 安全性、核不拡散への対応

原子力発電システム全体を俯瞰する
高速中性子炉1.
2.
3.
4.

ナトリウム冷却高速炉(SFR)
重金属冷却高速炉(LFR)
ガス冷却高速炉(GFR)
溶融塩高速炉(MSFR)

高速中性子炉以外の原子炉システム
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

高経済性単純化沸騰水型炉(ESBWR)
統合型加圧水型炉(IPWR)
高温ガス炉(HTGR)
フッ化物塩冷却高温炉(FHR, MSF-SF)
超臨界圧水冷却炉(SCWR)
溶融塩液体燃料炉(MSR-LF)
加速器駆動システム(ADS) （）核融合炉（）

核融合でも、LiF（リシウムのフッ化物）とLiPb（リシウム鉛の合金とが、トリチウム燃料を生産するっための、ブランケット（プラズマの周りに巻く毛布）として、開発・検討がされてきた。

溶融塩炉はなぜ遅れをとったか？
• 1960年代（から70年代）、原子力に対して、夢があったが、安全性や経済性の認識に、甘さもあったのではないか？
（水炉の著しい成功がある）• 1960年代〜1970年代の、当事者の気持ちを想像してみると・・・例えば、– 液体燃料原子炉は、水溶液型で、故障したときに１年間修理にかかっている。（2010年代では１年間の戦列離脱は普通に起きていること）
èとても使えないという原子力業界の意識

第三〜第四〜第五世代炉の比較• 全体像を捉えるために、議論されている世代炉の比較を行う。
– 第一世代炉、初期の原型炉（1940年代〜）– 第二世代炉、現行の軽水炉（1970年代（40年超））– 第三世代炉、改良型軽水炉（ABWR柏崎、APWR）– 第四世代炉、過去の経験から、４つの要件を満たす炉• 持続可能性、経済的成立、• 安全性、核不拡散への対応– 第五世代炉、（公的議論はまだ始まっていない）• 無人運転、被爆ゼロへの挑戦

IAEAの国際会合
IAEAは今までトリウムに関する国際会合は何度も開いているが、熔融塩炉（熔融塩燃料炉MSRと熔融塩冷却炉FHR）に特化した国際会合を初めて開催した。
題目「Technical MeeLng on the Status of Molten Salt Reactor Technology」
場所：IAEA本部日時：2016年10月31日～11月3日
参加：欧米各国、中印露、東南アジア等の発展途上国（約20ヶ国）。
日本：吉岡律夫（トリウム熔融塩国際フォーラム）が参加。

熔融塩炉を研究している国々

欧米の熔融塩炉ベンチャー
Terrestrial Energy

カナダ

民間+政府

TerraPower/Southern Co.
グループ

米国

民間＋政府

Transatomic Power

米国

民間

FLiBe Energy

米国

民間

ThorCon Power

米国

民間

THOREACT米国

民間

Elysium

カナダ

民間

Copenhagen Atomics

デンマーク

民間

Moltex LLC

英国

民間（＋政府）

Thorium Tech. SoluLon

日本米国GAINについて
2015年末に、米国エネルギー省（DOE）は、新型炉の商業化を促進するために「Gateway for Accelerated InnovaLon in Nuclear (GAIN)」というプロジェクトを開始し、熔融塩炉、高温ガス炉、高速炉の3炉型を選定した。
h\ps://gain.inl.gov/SitePages/Home.aspx
DOEの説明によれば「DOEは傘下の国立研究所の施設と設備を提供し、DOEとベンチャーと電力会社が協同パートナーとなり、新型炉の商業化を促進することが目的」とのことである。
この内、熔融塩炉については、2016年に2回のワークショップが開催され、ベンチャーとしては、 TerraPower、Thorcon、Flibe Energy、Terrestrial
Energy USA、Transatomic、 Elysium Industriesの6社が参加した。
h\ps://public.ornl.gov/conferences/msr2016/presentaLons.cfm
トランプ政権、ベンチャーの活力を最大化し、国内産業を育成siteiru。

GAINのWGについて
GAINでは、熔融塩炉に関するWG（Technology Working Group）を結成して、今後の活動を進めることとしている。
WG委員は、前記のベンチャー6社の他に、Duke Energy、Exelon、Southern
Companyの大手電力３社、 EPRI（電力研究所） NEI（原子力協会）で、政府側とユーザー電力が一緒になって、米国ベンチャーの活動を支援している形になっている。
WGではベンチャー間の共通開発項目を抽出することとしている。
その一つが「燃料塩工学試験設備」で、過去半年間の検討結果をまとめ、2017年3月に提案をする予定。
GAINに基づき、DOEは2016年1月に予算支出を決定（次頁）。

米国政府の支援
20116年1月に、米国エネルギー省は、熔融塩炉と高温ガス炉に各々$40M（約40億円）の政府資金を出すことを決定した。（本年度は各々約6億円）
資金の受け皿が全米4位の電力会社で、米国電力研究所や ORNL（オークリッジ国立研究所）、TerraPower（ビルゲーツ子会社）も参加している。
但し、従来研究されてきた弗化物ではなく、塩化物を使用している。
なお現時点では設計情報がなく、ポンチ絵のみ。

テラパワー社の熔融塩炉用試験設備
同社の説明では「現有の組立工場の隣に3000m2の実験建屋を作り、ループ試験等を行なう」としている。
（同社は元々、小型Na高速炉を開発していた）

米国の最新状況
2016年、GAINプロジェクトで、「米国エネルギー省が、高温ガス炉と熔融塩炉に各々$40million（約40億円）の政府資金を出すことを決めた」（2016年度は各々約6億円）。
資金の受け皿が全米4位の電力会社で、米国電力中央研究所や ORNL（オークリッジ国立研究所）、ビルゲーツ子会社も参加している。
但し、従来研究されてきた弗化物ではなく、塩化物を使用している。
2017年、トランプ政権になり、SMR（水炉）の予算はゼロとなったが、GAINには、現時点（2017, May）では削減の影響はでていない模様。

Terrestrial Energy社（カナダ）
統合型炉 I-MSR

頭頂部に熱交換器を配置

カナダの溶融塩炉開発ベンチャー
Terrestrial Energy社は、出資を募り、民間からCAD$10M（8億円）を獲得。
カナダ原子力安全委員会に、概念設計のレビューを依頼。（安全審査の方式は米国と異なり、）2016年3月に、カナダ政府の資金CAD$5.7M（約5億円）を獲得し、この資金で、電気加熱の模擬原子炉の製作を発表(SMR-conf. 2014)14

ThorCon社
カプセル一体型設計

1.6m

7.3m

0.5mφ

１つの缶、557MWth（250MWe）

5m

11.6m

6m

流れの方向

5m
PHX: 一次系熱交換器
Pot: 炉心本体（グラファイト）フリーズ・バルブ

熔融塩炉

16中国の溶融塩原子炉開発の状況
2017年2月末

1. 建設・稼働スケジュールを２年ほど前倒しした。
2. 順調な進捗（但し当初計画より２年ほど遅れ）••

実機の原型システム（電気加熱）、発注済み。
2017年8月に組み立て開始、12月末に稼働予定。

3. 実機原子炉（核反応での発熱）の立地点を確定（山東半島）
4. 中央政府の許認可に向け、着実な前進中国SINAP 溶融塩実験炉の建設計画
中国・山東省・海陽市に、SPIC（国家電力投資集団、AP1000を建設中）が、未使用敷地（標準炉約 8基建設可能）に熔融塩実験炉２基（熔融塩冷却 固体燃料炉と、熔融塩液体燃料炉）を建設する計画を2016年3月に公表。

上海応物研SINAPとSPICの調印式
山東省・海陽市

青島市

18

中国の開発計画
2016/6GIF会議資料
2016/6情報
2017/2GIF会議改定

電気加熱の試験炉

固体燃料･熔融塩冷却炉

10MWt実験炉（固体）

2MWt実験炉（液体）熔融塩液体燃料炉

168MWe実証炉

168MWe実験炉（液体）GIV meeLng at PSI, 23 Jan 2017

中国溶融塩炉（電気加熱モデル）建設稼働スケジュール
2017年

核反応系
（電気加熱）

2017年8月末に全部品が揃う

溶融塩
ループ

容器材（Ni）
炭素材
オフガスシステム

稼働・完成

計測系、制御系、コントロールルーム

溶融塩（FLiNaK）、70トンの製造・用意

8月〜12月
余裕期間
補機系、敷地整備

電気加熱・溶融塩炉プロトタイプ（2MWt級）完成予想図

二次系

一次系
熱交換器

一次系

炉心の覆い

一次系配管（赤色）2017完成予定 溶融塩炉 電気加熱モデルのシステム図
空気冷却熱交換器

熔融塩のドレンライン
兼 チャージラインペネトレーション（容器貫通部）

炉心

２次系ポンプ

生体遮蔽
模擬・熱遮蔽
一次系
ポンプ

一次系ドレンタンク
一次系の高温配管（赤色）

一次系熱交換器
２次系ドレンタンク

原子炉の設計
MSR SF-1
熔融塩冷却固体燃料炉（2MWt級）

溶融塩ポンプ

炉心は円周・周囲から差し入れた鉄骨で吊り下げられている

塩のチャージライン
ポンプから炉心の左側外にある（描いていない）熱交換器への配管

ポンプから熱交換器（描いてない）への配管

ポンプからのドレン配管

熱交換器（描いてない）から炉心ダウンカマーへの配管

炉心からのドレン配管

ドレンタンク熔融塩炉

フリーズバルブ24

溶融塩炉安全性のキーとなる

溶融塩・凍結バルブ

上海 SINAPで開発した機器の種類

高温溶融塩の計測系（圧力、流速）中国のあるべき姿（北京核能研究所・所長との対話）
1994年10月• 明の時代、産業革命／蒸気機関の発明が西の辺境（大西洋に面した島）で起きたことをどう捉えるか。
（先を越されたことを恥とまでは思わないまでも・・・）• 近世（明代末期〜）に中国がたどってきた歴史を考えるとき、外に遅れをとってはいけない。
• 数学や論理を基軸に据えないと、失敗を繰り返す。
（倫理学の偏重／文系主導への反省）• ビジョンをもって、理系の人材を登用し、最大限のちからを発揮する。

新しいアプローチ
５０年のブランクを5年で取り戻すには考えられる戦略
4年後〜5年

0年〜5年

1年〜5年

実機スケールモックアップテーブルトップ
モックアップ

デジタル・ツインハードウェア

スケールファクタ
問題を解決する•••

熱伝達、熱膨張流体機械振動拡散、物質輸送ハードウェア

盆栽／箱庭コンセプト
お盆の上に庭を作り
塩saltの振舞いと対話

迅速な試行・部品取替作業コストの適正化
計算機モデルと連携

計算機上のモックアップ
計算機モデル（米国DARPAの概念）
CADデータから、計算機上に実機を組み立てて稼働。
物理化学モデル組込。

21世紀の最新技術による飛翔
アドホック・専門家／職人チームによる集中的活動
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提言• 過酷な事故を、実機（モックアップ）で起こしてみせる規模から、再出発する。
• 電気加熱、「モックアップ（模型）」で、一般の人々の目前で、実際に事故を起こしてみせる• 電気加熱だから放射能の心配がない（飛び散らず）ので最大限度、思い切ったことができる• 市場を狙う、小型炉（SMR）、であれば現実にこの再出発のやり方が、デモンストレーションとして可能。
安全性にかかるコストも明らかになる。
• 溶融塩炉なら、これができる。