原子力安全部会・標準委員会 合同セッション「原子力分野の技術戦略マップ間の連携について」

燃料高度化技術戦略マップの概要について
核燃料部会「燃料高度化ロードマップ」実行委員会
関村 直人(東大) ○土内 義浩(原燃工)

１．燃料高度化技術戦略マップの策定とローリング・ 実施体制
日本原子力学会 核燃料部会に「燃料高度化ロードマップ」実行委員会を設置し、 「軽水炉燃料の高度化に必要な技術検討」特別専門委員会(活動時期：2006.11～2008.3)におけるロードマップに関する検討作業を引き継ぎ 専門家が個人的な立場として参加し（計57名） 議論を行っている関する検討作業を引き継ぎ、専門家が個人的な立場として参加し（計57名）、議論を行っている。

日本原子力学会 核燃料部会 「燃料高度化ロードマップ」実行委員会
委員会主査 関村直人
学術界
東京大学、大阪大学、京都大学、名古屋大学、九州大学、電力中央研究所
官界
原子力安全・保安院、資源エネルギー庁、原子力安全基盤機構、原子力安全委員会事務局、日本原子力研究開発機構

産業界
東京電力 関西電力 四国電力 日本原子力発電 日本原子力技術協会
東京電力、関西電力、四国電力、日本原子力発電、日本原子力技術協会、エネルギー総合工学研究所、日本原燃、三菱重工業、ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙ･ﾆｭｰｸﾘｱ･ﾌｭｴﾙ･ｼﾞｬﾊﾟﾝ、原子燃料工業、
日本核燃料開発 ニュークリア・デベロップメント 三菱原子燃料
日本核燃料開発、ニュークリア・デベロップメント、三菱原子燃料、住友金属、三菱マテリアル、コベルコ科研、ジルコプロダクツ
学協会
日本原子力学会(標準委員会、再処理・リサイクル部会、水化学部会、バックエンド部会、炉物理部会)
1２．燃料高度化技術戦略マップ2008-2009について
・ 燃料高度化の導入シナリオ（１階層目）
１ 燃料高度化の目標
１．燃料高度化の目標（原子燃料の位置づけ）
原子力発電は 原子燃料から取り出した熱エネルギーを電気に変換するものであ
原子力発電は、原子燃料から取り出した熱エネルギーを電気に変換するものである。その中で、原子燃料は核分裂エネルギーを熱エネルギーとして供給するという機能と、原子力安全を確保する上で放射性物質を閉じ込めるという機能という原子力発電の根幹を担う機能を有している。
(燃料高度化の目標)

原子力発電に対する社会的ニーズは燃料にとっての負荷を増大させる方向である
ため、安全性能を高めることで増大する負荷に対応できる燃料を開発するとともに、負燃規制に関わる安全基準の合理性の向上を図ることで国民の信頼を高めていく。
(燃料高度化技術戦略マップの目標)

原子力発電への社会的ニーズに応えていくために原子力発電への社会的ニズに応えていくために、産官学が有機的に連携しなが産官学が有機的に連携しながら、合理的かつ効率的な方法で課題解決を図る。
原子力発電への社会的ニーズ

使用済燃料発生量の低減

ニーズへの対応策

高燃焼度化

環境負荷（ＣＯ２）の低減

柔軟な運転サイクル対応

経済性 向
経済性の向上ウラン資源の有効利用

安全確保 安 感
安全確保と安心感

炉出力向上対応

プルサーマル推進

安全基準の合理性向上

2２．燃料高度化技術戦略マップ2008-2009について
・ 燃料高度化の技術マップ（２階層目）
１ 技術課題の俯瞰
１．技術課題の俯瞰

燃料高度化の目標を達成する上での課題を俯瞰し、産官学が連携して解決していくべき５つの重要な技術課題を見定めたして解決していくべき５つの重要な技術課題を見定めた。

産

現行軽水炉燃料
炉燃の高度化

使用済燃料発生量の低減(高燃焼度化)やプラントの高度利用（柔軟な運転サイクル 炉出力向上）にの高度利用（柔軟な運転サイクル、炉出力向上）に対応できる信頼性の高い燃料を開発する

次世代軽水炉システムにおける燃料技術の開発

革新的な技術開発により、濃縮度５％超ウラン燃料を実現し、７０ＧＷｄ／ｔ超の高燃焼度を達成する

原子力安全確保のための技術情報基盤の整備

原子力安全を確保するため、燃料高度化の新しい技術に対応した規制 開発を行うために必要な知見
技術に対応した規制、開発を行うために必要な知見を整備する

制度的基盤の整備

科学的合理性、制度的合理性・効率性を兼ね備えた規制の制度的基盤を整備する

人材基盤・施設基盤整備
国際協力

上記の取り組みを効果的・効率的に進め、目標を実現するために必要な人材基盤や施設基盤の整備実現するために必要な人材基盤や施設基盤の整備、国際協力を戦略的に実施する

官学

3

２．燃料高度化技術戦略マップ2008-2009について
・ 燃料高度化のロードマップ（３階層目）
１ａ PWR高度化燃料：高燃焼度化 炉出力向上 柔軟な運転サイクル対応 規格・基準高度化
１ａ．PWR高度化燃料：高燃焼度化、炉出力向上、柔軟な運転サイクル対応、規格・基準高度化
産開官

学学協会

２００５2005

０６

設計、許認可、導入

発

０７０８０９１０

１１１２１３１４許認可

設計

１５１６

１７１８１９２０導入(高度化燃料 70GWd/t(A))(高度化燃料～70GWd/t(A))

照射挙動評価／設計改良
照射データ採取

現行被覆材照射試験 50～75GWd/t(R)

耐食性改良被覆材
海外商業炉に照射試験 おけるLTA照射 ～73GWd/t(R)（現行材の改良材）
更なる耐食性
改良被覆材（Ｚｒ－Ｎｂ合金）

ＬＯＣＡ試験、腐食試験
機械特性試験
クリープ試験、疲労試験

炉外試験

照射データ採取

LTA照射

基準高度化

照射材提供

照射材提供

照射材提供

トピカルレポート レポート
作成
制度の運用

規格基準に関する制度的基盤整備

民間規格化

照射データ採取

海外商業炉照射試験 における ～28GWd/t(R)～52GWd/t(R)～61GWd/t(R)～72GWd/t(R)
許認可適用

指針体系化調査検討、指針策定、指針適用
過歪／内圧／ＰＣＩ
特別専門委員会

学協会規格案検討
学協会規格策定

・安全規制当局に必要な技術基盤の構築(規制当局としては、学協会規格の技術評価にあたり、判断に必要なデータを独自断に必要なデタを独自に取得する)
・個別の安全規制措置の実施に必要な技術的知
見取得(規制当局は事業者から申請のあった燃料の健全性及びプラントの安全性について 安全規安全性について、安全規制の立場から独自に確認や検証を行うために必要な安全研究を行う)

健全性の確認策定すべき規格の整理と性能規定化
技術評価のプロセス検討

学協会規格策定

標準委員会

技術情報整理と安全基盤研究計画検討

知見の反映
見

基準高度化 許認可適用
基準検証、適用

安全基盤データ整備（高燃焼度などの高度化運用）
メカニズム理解進展（高燃焼度諸効果、水素化物効果等）

破損限界確認試験(ランプ試験、機械特性試験、過大内圧条件下挙動評価)

検証試験

ＲＩＡ／ＬＯＣＡ総合試験
学協会規格検討
方向性決定

ホールドポイント

産官学学協会の取り組み状況の確認

4２．燃料高度化技術戦略マップ2008-2009について
・ 燃料高度化のロードマップ（３階層目）
１ａ BWR高度化燃料：高燃焼度化 炉出力向上 柔軟な運転サイクル対応 規格・基準高度化
１ａ．BWR高度化燃料：高燃焼度化、炉出力向上、柔軟な運転サイクル対応、規格・基準高度化
産官

学

学協会

２００５2005

０６０７

設計、許認可、導入
高燃焼度１０×１０開発

開発・
炉外試験
照射試験
高鉄ジルカロイ改良材等

１１１２

１３

１４１５

許認可

１６１７１８１９２０

導入

更なる改良材料開発、設計改良（改良スペーサ・改良異物フィルタ等）
材料強度、耐食性、LOCA時挙動、熱水力特性等
照射挙動評価（FGR、被覆管腐食、水素吸収、脆化）
照射データ採取(6cy)～75GWd/t(A)

照射データ採取(7cy)～20GWd/t(A)～40GWd/t(A)～55GWd/t(A)
(1cy)
(3cy)
(2cy)

照射材提供

トピカルレポート制度の運用

制度的基盤整備作成

照射伸長(4cy)

許認可適用

指針体系化調査検討、指針策定、運用

基準高度化
・安全規制当局に必要な技術基盤の構築(規制当局としては、学協会規格の技術評価にあたり、判断に必要なデータを独自に取得する)
・個別の安全規制措置の実施に必要な技術的知見取得(規制当局は事業者から申請のあった燃料の健全性及びプラントの安全性について、安全規制の立場から独自に確認や検証を行うために必要な安全研究を行う)

１０

許認
設計（大幅出力向上等） 許認可

先行少数体照射学協会規格案検討
学協会標準規格策定

０９設計（55GWd/t超）改良材料海外炉照射 ～70GWd/t(A)民間規格化

０８

特別専門委

過歪,内圧,PCI/DHC
ドライアウト

健全性の確認と性能規定化 策定すべき規格の整理
技術評価のプロセス検討

標準委員会

学協会規格策定

技術情報整理と安全基盤研究計画検討

基準検証（現行材）
基準検証、適用

基準高度化

許認可適用

安全基盤データ整備
メカ ズム理解進展（高燃焼度諸効果 水素化物効果等）
メカニズム理解進展（高燃焼度諸効果、水素化物効果等）

9x9実証（現行材）

検証試験

ホールドポイント

破損限界（現行材）
安全裕度（現行材） （水素脆化・出力急昇）

破損限界確認試験（出力急昇試験、材料特性機械試験、限界内圧検証試験）
ドライアウト試験
RIA総合試験（現行材・改良材）
LOCA総合試験（現行材・改良材）

学協会規格検討
方向性決定

産官学学協会の取り組み状況の確認

5３．技術戦略マップ間の連携について①技術動向[技術戦略]の共有
 燃料分野と水化学分野の関係例
 水化学は、被覆管の外面腐食や水素吸収に関する重要な環境条件である。故に、長期を要する燃料高度化は将来の水化学を見据えたものであるべき。水化学も燃料への影響を勘案したものとすべきすべき。
燃料
 今後被覆管やその他燃料集合 ペレット
体部材にどのような材料が採用されていくかは、水化学高度化を図る上でのインプットとなりうる。

(イメージ)
燃料の健全性に影響
響

酸化膜生成による減肉

腐食速度の増加

Zr+2H2O→ZrO2+2H2

水素化物析出による延性低下
水素吸収の増加
冷却材

横断面

被覆管
クラッド付着による化学的な影響

クラッドによる熱伝達の阻害
被覆管温度の上昇 このように異なった分野が互いのう野

技術動向を発信・入手し、それぞれの技術戦略マップにおける環境的課題として取り込むことは、燃料と水化学の関係に限らず重要である。

冷却材中成分による化学的な影響
冷却材中成分 よる化学的な影響(Liによる加速、(Liによる加速、BBによる抑制などによる抑制など))

冷却材中成分の輸送・濃縮・析出
AOA発生
AOA
発生
クラッド

酸化物からの溶出部材(SUS Ni基合金等)(SUS,Ni基合金等)(Zr合金)

縦断面

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３．技術戦略マップ間の連携について②基盤整備の共有
 燃料高度化技術戦略マップでは、人材、施設等の基盤整備の重要性を謳っている。これらは、多くの分野において共通する課題である。
 例えば、被覆管の炉内における腐食や水素挙動を詳細に把握するためには、照射試験ループやモニタリング技術とい た施設 設備が重要であるが これらの整備は術といった施設・設備が重要であるが、これらの整備は水化学高度化や高経年化対応と共通する領域である。
 また、試験や評価に携わる人材の育成、研究成果等のまた 試験や評価に携わる人材の育成 研究成果等の知見を整備する技術情報基盤のリンク等についても、特定の技術戦略マップとしてではなく、より総合的な場において、高い次元での議論が望まれる課題である。

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４．まとめまとめ 燃料高度化について掲げた目標を達成するため、今後も学会の場を通じて技術戦略マップのローリンプグを行い、課題に取り組んでいく。
また、原子力発電が社会的ニーズに応える上で、効ズ
果的な課題解決を図るためには技術分野間の連携が重要であり、積極的な情報交換や基盤整備等に関する議論を深めていきたい。

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