京都大学における研究炉の再稼働と複合原子力科学研究所としての再出発

川端祐司
京都大学原子炉実験所

京都大学原子炉実験所とは大学における原子力の基礎研究と教育のために• 日本学術会議：「関東及び関西の大学に研究炉を１基づつ設置」(1955年）• 原子力委員会：原子力開発利用長期基本計画：「大学における基礎研究及び教育のための原子炉はさしあたり関西方面に１基設置し、」(1956年）• 1963年（昭和38年）京都大学附置全国共同利用研究所として設置• 設置目的：「原子炉による実験及びこれに関連する研究」

京都大学原子炉実験所の所在地
Kansai International Airport

KUR
KUCA

KURRI

研究用原子炉（KUR）

臨界集合体実験装置（KUCA）

イノベーションリサーチラボ（FFAG陽子加速器・加速器BNCT）

原子炉実験所の主要3施設
KUR ：1964年6月初臨界： H29 8月29日 再稼働
KUCA：1974年8月初臨界： H29 6月12日 再稼働
イノベーションリサーチラボ：2004年3月竣工

京都大学原子炉実験所 全体配置
Entrance
KUCA

FFAG
Acc.

KUR

Hot Lab.
Co-60 Irr. Facility

e-LINAC京都大学炉(KUR)・ホットラボと共同利用
KUR
定格出力5MW (1MW)
スイミングプールタンク型
低濃縮新燃料
2016年までの運転決定（以降未定）
HL
圧気輸送管（放射化分析）
ホットセル（最高185TBq)
照射後機械強度試験
α,β,γ線用セル
超ウラン関連実験

共同利用件数
年間約150件、3634人日（KUR稼働時）

新規制基準
対応のため
２基研究炉
運 転 休 止

世界初の本格的スーパーミラー導管設備 (1985)

日本初の中性子導管 (1973)

世界で最高の治療実績をもつ
BNCT設備

世界唯一の極低温照射装置

精密制御照射装置(SSS)
照射温度・照射量を精密に制御

日本初の冷中性子源(1987)

世界初の本格的スーパーミラー導管設備 (1985)

日本初の中性子導管 (1973)

世界で最高の治療実績をもつ
BNCT設備

世界唯一の極低温照射装置（停止）

汎用小型中性子回折計へ改造

日本初の冷中性子源(1987：現在停止）

特殊照射装置へ改造
陽電子照射装置へ改造中KUCA（京大臨界実験装置）の共同利用

建屋外観

•

1974年初臨界の最大出力100Wの原子炉（熱中性子炉）•

主として原子炉物理実験（トリウム炉、新型炉開発、臨界安全、炉物理測定手法開発等）の共同利用、および全国大学院生実験・韓国学生実験等に用いられてきた
2009年から、新規に設置したFFAG加速器からの陽子ビーム（最大150MeV）を入射してADS実験を開始した
近年、中性子照射場としての共同利用が増えてきている。
– 新しい中性子検出器の開発– γ線混在場での生体内の線量測定– 14MeV中性子照射実験••

固体減速炉心軽水減速炉心•特長– 炉心構造（中性子スペクトルを含む）を変更可– 最大熱中性子束 ～108 (n/sec/cm2)– 各種の検出器等を挿入可– ビーム状中性子の取り出し– 付設のDT加速器（発生量～109 (n/sec)） 利用可

国内外の原子力教育への貢献

大韓民国
 慶煕大學校
 ソウル大學校
 漢陽大學校
 朝鮮大學校 濟州大學校
 韓國科學技術院

スウェーデン
北海道大学

武蔵工業大学名古屋大学

 チャルマース工科大学

東北大学

東海大学

福井大学
東京工業大学
京都大学

京都大学原子炉実験所

九州大学
近畿大学

KUCA

KUCA実験教育の現状：
国内；～120名/年
大学院学生実験
全国11大学 （国立9、私立3）が参加（京都大学は学部学生実験あり）

国外；～30名/年
2003年度：韓国学
生実験開始
2006年度：スウェー
デン学生実験開始

大阪大学
神戸大学

受講者数
4,000名以上

1964年 研究炉（KUR）初臨界
1974年 臨界集合体（KUCA）初臨界
1975年 KUCAを用いた大学院生実験を開始
1970年代 原子核工学専攻原子炉利用実験開始
2006年 KUR・高濃縮ウラン燃料炉心終了
2007年 日本原子力学会賞（貢献賞）注)
2010年 KUR・低濃縮ウラン燃料炉心臨界到達
2010年 KUCAを用いた大学院生実験3000名到達
注） 「京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)を用いた炉物理実験教育」
4000

200
180

3500

大学院生
京大学生
海外
合計

160
140

2500

人数

120

参加者数

累計

3000

100
80

2000
1500

60

1000

40500

2000
1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

年度

臨界集合体を用いた実験の受講学生数(2014年度まで）

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

年度

臨界集合体を用いた学生実験の累積受講学生数

炉物理実験教育
実験の目的
原子炉を用いた基礎的な炉物理実験・放射線計測実験、および原子炉運転実習を行うことにより、原子炉の原理・核特性・安全性・法的規制等を理解する。
実施対象学生と実施計画
対象学生：京大学部学生、全国大学院生
受入人数：京大20名、全国大学院生150名 実施頻度：年に7回程度（全国大学院生実験とは別に韓国と中国の学生が参加する英語による同じ実験を行っており、そこに参加する大学院生も募る）

日本学術会議の提言• 提言 学術の大型施設計画・大規模研究計画 －企画・推進策の在り方とマスタープランの作成について－ （平成２２年３月１７日）• この提言は、日本学術会議 科学者委員会 学術の大型研究計画検討分科会の審議結果を取りまとめ公表• 日本学術会議は学術の推進上の重大な問題点を認識し、科学者コミュニティの専門的意見を集約して、大型施設計画および大規模研究計画の検討を行い、わが国として初めての全分野にわたる大型計画のマスタープラン（全４３課題）を策定した。
• 京大炉提案「複合原子力科学の有効利用に向けた先導的研究の推進」 ： 原子力を表看板に掲げた唯一の課題
13複合原子力科学の有効利用に向けた先導的研究の推進（京都大学原子炉実験所）

人類社会の持続的発展には原子力・放射線の利用が必要である。本計画では、研究炉・加速器を用いる共同利用・共同研究を軸に、複合的な原子力科学の発展と有効利用に向けた先導的研究を推進し、その拠点を形成する。

核セキュリティサミット

原子力科学の関連分野との複合的・協奏的推進：複合原子力科学
原子力応用研究
放射線・RI利用（BNCT・物性研究・分析研究等）
広領域の人材育成

原子力エネルギー研究
ADS・炉物理・原子炉安全（環境・廃炉・材料等）
原子力人材育成

JAEA・海外との連携による原子力科学技術への貢献

J-PARC, SPring-8等との連携による学術・産業利用・教育への貢献＋FFAG陽子加速器 ＋サイクロトロン（ADSの実現）（大学規模の加速器複合粒子線源の先導的活用）

臨界集合体実験装置（KUCA）

京都大学研究炉（KUR）

原子炉施設及びRI・核燃料使用施設

KUCA高濃縮燃料の米国返送及び燃料低濃縮化をDOEとの協力の下に実施

使用済み燃料の米国引き取り期限１０年延長によるKUR運転継続の実現

核セキュリティサミット（ハーグ・ワシントン）日米合意

関⻄イノベーション国際戦略総合特区 概要■国際競争⼒低下の要因○開発・市場展開におけるスピード不⾜○⾼い性能・品質。でも、コスト競争に負ける○多様・複雑な課題に対応できるソリューション型ビジネスが開拓できていない⇒中国・韓国企業等の台頭により、現⾏の仕組みを前提とした従来型の⽇本企業のがんばりのみに依存することは限界。
⇒産学官によるブレークスルーが不可⽋

共同提案︓京都府・⼤阪府・兵庫県・京都市・⼤阪市・神⼾市■関⻄が取り組む政策課題

国際競争⼒向上のための“イノベーションプラットフォーム”の構築（実⽤化・市場づくりを⽬指したイノベーションを次々に創出する仕組み）

取組みの視点○総合特区により、規制改⾰などを進め、企業や地域単独では解決できない課題に府県域を超えたオール関⻄で取り組む○域内資源を有機的に結び付けるとともに、資源の集中的投⼊を実現○内外に開かれたネットワークにより、知恵と資源を呼び込む■⽇本⼀の■研究機関・企業の集積
世界トップクラスのリーディング企業の集積

世界屈指の⼤学・研究機関、科学技術基盤の集積

医薬品関連産業の集積

17■課題解決に向けた関⻄での取組み
Ⅰ 研究、開発から実⽤化へのさらなるスピードアップと、性能評価等による国際競争⼒の強化◆ シーズから事業化までのスピードアップ促進◆ ⾼い性能を差別化に結び付けるための評価基準の確⽴と規格化、標準化の促進

Ⅱ 多様な産業・技術の最適組み合わせによる国際競争⼒の強化◆ 先端技術分野における産学官連携の取組み◆ ソリューション型ビジネスの促進とマーケットニーズに応じた戦略的な海外展開

Ⅲ イノベーションを下⽀えする基盤の強化◆ イノベーションを担う⼈材の育成・創出等◆ 産業・物流インフラの充実強化によるイノベーション促進■重点的に取り組む６つのターゲットでイノベーションを創出〜未来社会の市場を⾒据え、強みを有するターゲットに当⾯資源を集中︕〜

経済産業省工業統計（H21）
医薬品関連「生産高」から作成【参考】 医療機器は、関東に続き、関西が国内２位■圧倒的なリチウムイオン電池産業の集積① 医薬品② 医療機器③ 先端医療技術（再⽣医療等）④ 先制医療⑤ バッテリー⑥ スマートコミュニティ⇒ 内外の⽣活⾰新をもたらすことを期待■2025年に向けた⽬標○関⻄からの医薬品・医療機器の輸出を増加させ、世界市場でのシェアを倍増︕(世界の輸⼊医薬品・医療機器市場︓約46.4兆円
2025年現在予測）○多様な⽤途、市場拡⼤により関⻄の電池⽣産額を⼤幅増︕
近畿経済産業局「平成２２年主要製品生産実績」
経済産業省「平成22年生産動態統計調査」【参考】・世界市場での関西のシェア：23%
・太陽電池モジュールの国内シェアは、 関西が78%(リチウムイオン・太陽・燃料電池の世界市場 約33兆円
2025年現在予測）

2010年
⇒2025
年

・医薬品
約1,890億円 ⇒ 7,800億円
・医療機器 約 660億円 ⇒ 2,800億円
・ﾘﾁｳﾑｲｵﾝ電池 2,275億円 ⇒ 3兆8,450億円
・太陽電池 2,504億円⇒ 1兆1,346億円

地元・熊取町との極めて良好な関係の構築

京大炉は改名し、新たな一歩を踏み出します京都大学 原子炉実験所
Research Reactor Institute, Kyoto Univ.
(KURRI)↓京都大学 複合原子力科学研究所
Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science(KURNS)
改名予定 平成３０年4月1日

研究推進形態の進化
原子炉実験所における典型的利用形態
これまでの原子力研究の場合－実験フィールドの提供－

原子力科学から複合原子力科学へ

設立当初は先端的利用設備（実験フィールド）を共同利用研究者に提供することが先端研究として成立最終的にはすべての研究分野に対して複合・融合化を実現することで研究の革新性をもたらし成果の高度化を行う

複合原子力科学における典型的利用形態
先行事例であるＢＮＣＴの場合－研究の主導と研究フィールドの提供－研究内容・研究装置の融合的発展による新分野開拓

改名の目的

共同利用採択件数
250
200「原子炉」という研究ツールに依存した名称

150
100
500

1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017

現状
「原子炉実験所」

長期の研究炉停止にかかわらず、増加傾向にある共同利用研究

複合原子力科学研究所増加し続ける共同利用研究に答え、複合原子力科学分野の拠点として活動を行うことを示すため。
研究分野の重要性はツール（原子炉・加速器）には依存しない。
４

研究所ライフラインの本格整備：非常用電源システム
・特高受変電設備等、幅広く所内のライフライン再生工事を本格実施。新たな計画に耐えうる所内基盤を整備済。（Ｈ２４～２５：20億円以上）.
研究用原子炉運転継続環境の整備KUR/KUCA運転継続：ハーグ・ワシントン核セキュリ
ティサミットにて、KUR使用済み燃料の米国返送期限の１０年間延長及びKUCA高濃縮燃料の低濃縮化及び運転継続を日米合意。
KUR/KUCAの新規制対応：運転再開。
所要経費（総額97億円）。
１）サイクロトロン複合粒子線源（64 億円）：小型陽子サイクロトロン（26 億円）を利用して中性子、陽電子、陽子棟を利用した多様な粒子線利用装置群を設置。
KURを補完・代替する機能を担わせる。
２）KUCA低濃縮燃料入手経費
３）運用経費（12 億円）：年額2 億円。計画期間6 年（平成29年度－平成34 年度）

ライフライン強化として立て替えられた変電所○「提言 発電以外の原子力利用の将来のあり方について」平成２６年 日本学術会議
原子力利用の将来像についての検討委員会 原子力学の将
来検討分科会「我が国における中性子利用は、長期的方向性としては、その主体を研究炉から加速器ベース量子ビーム施設に移して行くことが望ましい。・・・・適正規模の研究炉施設を維持・運営することが望まれる。」

日本学術会議 → マスタープラン：高評価
共同利用・共同研究拠点評価 → B評価：最低評価（拠点認定取り消し検討対象候補）

複合原子力科学の有効利用に向けた先導的研究の推進 （マスタープラン２０１７）
人類社会の持続的発展には原子力・放射線の利用が必要である。本計画では、研究炉・加速器を用いる共同利用・共同研究を軸に、複合的な原子力科学の発展と有効利用に向けた先導的研究を推進し、その拠点を形成する。

ハーグ核セキュリティサミットにおいて、京都大学研究用原子炉(KUR)の使用済み燃料米国返送期限の10年延長、さらに京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)の高濃縮燃料の米国返送及び燃料低濃縮化に関して、日米で合意された。これらを受けて、日米の国家間合意実現のための「KUCA燃料低濃縮化」と使用済み燃料引き取り期限後に向けたKURの補完・代替としての「サイクロトロンによる加速器複合粒子線源」の実現を将来に向けた計画の骨格とした。

１）研究炉・加速器を用いた物性・分析研究の深化：研究炉(KUR/KUCA)・陽子線加速器(FFAG)、電子線形加速器、Co-60ガンマ線照射施設、X線回折・小角散乱装置、各種微量元素分析装置等の多様な施設・装置を有機的に利用し、研究者の自由な発想に基づく多様な研究環境を実現する。
２）粒子線やRIを幅広い基礎研究に利用する原子力技術応用研究（BNCT等）：原子炉・加速器施設及びホットラボ
ラトリー・トレーサー施設を利用し、中性子線をはじめとする粒子線や原子炉で生成させたRIの複合的な活用を行う。特に新規サイクロトロンは、中性子・陽子・陽電子の利用を可能とする複合粒子線源であり、KURの補完・代替の役割を担い、新規研究分野の開拓を可能ならしめる。
３）原子力エネルギー利用に関する諸問題を解決する原子力研究（ADS等）：研究用原子炉(KUR/KUCA)ばかりでなく、高エネルギー陽子加速器(FFAG)と原子炉(KUCA)との結合を実現させた世界で唯一のADSを中心として、使用済み燃料や福島事故問題をはじめとする原子力エネルギーの諸問題に関する基礎研究を行う。核セキュリティサミットにおいて、京都大学研究用原子炉(KUR)の使用済み燃料米国返送期限の10年延長が実現し、さらにKUCAの高濃縮燃料の米国返送及び燃料低濃縮化が合意された。

イノベーションリサーチラボ照射ホール
サイクロトロン設置例

陽子線照射場

サイクロトロン

陽電子照射場

減速体系

中性子照射場
追加コンクリート遮蔽硼素中性子捕捉療法（BNCT）の原理
熱中性子nα

癌細胞

8 um
5 um
7Li

10B

正常細胞

10B(n, α) 7Li10 um

癌細胞破壊の選択性に優れている26

「がん細胞選択的治療」と言われる理由27

小児悪性腫瘍2828

世界のBNCT研究拠点と実施数

FiR-1(1991-2011) n=314

R2-0(2001-2005) n=52
HFR(1997-) n=22
LVR-15(2000-) n=2

JRR-4 n=107

MITR (1959-1961,1994-1999) n=42

KUR n=563

BMRR(1951-1961,1994-1999) n=99

THOR (2010-2011) n=34

RA-6 (2003-) n=729

累積症例数

300

総計

250

脳 (開頭)200

脳 (非開頭)
皮膚150

頭頸部

100

肺50

肝臓01985

胸部1990

1995

2000

2005

年

重水中性子照射設備における
BNCT臨床の累計

脳腫瘍に対するBNCT後の経過

加速器ＢＮＣＴ施設

KUR

Medical Area

KUCA

Innovation Research Laboratoryサイクロトロンベース熱外中性子源
住友重機械工業社
サイクロトロン型式:HM30

加速エネルギー:30MeV

加速粒子:水素負イオン(-H)

出力: 30kW

1620 mm3030 mm1724 mm

陽子電流: 1mA

サイクロトロンベース熱外中性子源

減速体系

Pb : used as a breeder and a reflector for high energy neutrons
Fe : used as a moderator
Al and CaF2 : used as a shaper for epi-thermal region
Polyethylene : used as a shielding for high energy neutrons

•京都大学原子炉実験所•日本原子力研究開発機構
•筑波大学

•京都大学
•筑波大学
•大阪医科大学•大阪大学•神戸大学•川崎医科大学•徳島大学•東京大学•りんくう総合医療センタ－•奈良県立医大•兵庫がんセンタ－•大阪府立大学•信州大学•東京工業大学•神戸学院大学•岡山大学•岐阜薬科大学
•帝京大学

中性子工学

DDS/化学

臨床企業•ステラファ－マ（株）•住友重機械（株）•CICS(株）35

BNCTの伸びしろ
1.ホウ素が選択的に均一に高集積する

より選択性の高いホウ素キャリア－
より集積性の高いホウ素キャリア－より腫瘍内の均一性が高いホウ素キャリア－

2.中性子が届く

よりフラックス増による短時間照射
より深達性の高い線質よりコンタミの少ない照射場

3.併用療法の可能性






Ｘ線、陽子線の追加
免疫療法
よりコンタミの少ない照射場
Pre-loading36

総合南東北病院： 南東北BNCT研究センター

58

加速器BNCT施設の建設計画
BNCT導入の構想がある
医療施設の医師、医学物理士をOn the Job Training (OJT)の形態で従事できる受け入れ体制（予算等）の整備が急務

大阪医科大学
関西BNCT医療研究センター（大阪府高槻市）
平成30年頃開院予定

筑波大学
国立がん研究センター
では、ビーム調整中

KUCA-FFAG結合実験のイメージ図
核分裂連鎖反応で中性子を増倍核破砕反応で中性子を発生
陽子の生成

イオン源

ターゲット

陽子ビーム

未臨界体系
ビームシャッター

KUCA A架台
FFAG陽子加速器

電磁石

陽子を 100 MeVまで加速
2009年2月から実験開始

Present Status of FFAG Accelerator Complex

Ion-Beta

Ion Source

Booster

Main Ring

Beam Transport

KUCAでのADS実験設備の構成

D + T target =14 MeV neutrons
Ttarget100 MeV protons + W target= Spallation neutrons
Beam line of protons

Beam line of DWtarget

KUCA corePulsed neutron generator

FFAG accelerator

世界のADSによる核変換技術のロードマップ
出力実証

ADS技術：MA燃料装荷炉心（Pb-Bi関連技術、加速器技術、運転経験）

MYRRHA（ベルギー）
 ~2.4 MW-beam, 50~100 MWth
 ADSの実証試験
 燃料照射TEF of J‐PARC（日本） Pb‐Biターゲット実験
 炉物理Mockup実験（数kgのMA装荷）
 工学的な技術開発

実機ADSプラント
 30 MW-beam, 800 MWth
 MA nucl. trans. of 10 LWR plants

技術開発項目 MA燃料を使った炉物理試験
 Pb-Biターゲット材の材料試験

原理②ADSプラントの工学的成立性
 加速器の高い信頼性
 未臨界度の制御
 崩壊熱の除去

概念

2016①KUCA-FFAGの結合による炉物理実験
炉物理実験施設（KUCA）

2020

2025Future世界におけるADS実験施設
Table Specification of ADS facilities in the world
プロジェクト
または施設

国名

燃料

反射材または冷却材

スペクトル

加速器（ターゲット）

出力

備考MUSE

フランス

MOX

Na

高速14 MeV – nZero

終了

YALINA(Booster)

ベラルーシ

LEU

Metal(Solid)

高速 & 熱14 MeV – nZero

終了

VENUS-F

ベルギー

LEU (MOX)

Pb(Solid)

高速

14 MeV – nZero

進行中

Zero

進行中

KUCA

日本

HEU

Polyethylene

熱14 MeV – n
100 MeV – p(W, Pb-Bi…)

CLEAR-0

中国

UO2

Pb(Solid)

高速14 MeV – nZero

建設中

TEF

日本

LEU (Pu) + MA

Pb-Bi(Liquid)

高速400 MeV – p(Pb-Bi)

500 Wth計画中

MYRRHAベルギー

MOX + MA

Pb-Bi(Liquid)

高速

600 MeV – p(Pb-Bi)

100 MWth

計画中