炉物理の研究

第 56 号 (2004 年 1 月)

パ ネ ル デ ィ ス カ ッ シ ョ ン「 核 デ ー タ・炉 物 理 研 究 は 、社 会 に い か に 係 る べ き か 」－核データ・炉物理研 究は何を目 指すべきか：バーチャ ルリアクタ のすすめ－(株 )ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙ ･ ﾆｭｰｸﾘｱ ･ ﾌｭｴﾙ ･ ｼﾞｬﾊﾟﾝ

丸山博見

1. は じ め に
地 球 環 境 を 守 る 上 か ら も 、 CO 2 排 出 量 が 少 な く 、 環 境 負 荷 の 小 さ な 原 子 力 発電が将来に亘って大規模電力源としての役割を担って欲しいと考えている。しかし、原子力発電を維持していくためには、安全確保と社会の理解が不可欠であり、これらは原子力産業界にとっても重要なビジネス基盤である。
最近は、不況の影響で基礎研究への投資の削減、原子力を志す学生の減少、
種 々 の ト ラ ブ ル に 起 因 す る 原 子 力 へ の 不 信 感 、な ど 技 術 の 停 滞 、後 継 者 の 不 足 、社会への説明不足を実感することが多い。このままでは、将来に亘って原子力発電を維持するための基盤が崩れ落ちてしまいそうな危機感さえ感じてしまう。
今 こ そ 20 年 ～ 30 年 先 の あ る べ き 姿 （ ビ ジ ョ ン ） を 明 確 に し て 、 原 子 力 の 基 盤
強化に役立つ核データ・炉物理研究とはどのようなものかを真剣に議論し、取り組んでいく時期ではないだろうか。

2. 原 子 力 基 盤 の 弱 体 化 と 対 策
今までは研究開発テーマというものが外から与えられてきたが、これからは技術者がテーマを発掘していく時代になってくる。それを認識しないと、目的を失って何を研究開発すべきかが分からなくなってしまう。目的を見失った状態が技術の停滞を助長している。これを打破するには、核データ・炉物理に携わる技術者が、炉物理の需要を発掘し、何故それが必要かを主張して予算を獲得していかねばならない。
核データ・炉物理分野を目指す学生が少ないというのは、この分野が技術的な魅力に乏しいという点があるのではないかと考える。それは許認可などを通して確立した技術という印象を与えていることにも原因があるのかもしれない。
しかし、確立しているのは安全にマージンを持って設計できる設計技術であって、核データや炉物理の研究ではない。原子炉の中では種々の現象が生じており 、そ れ を 完 全 に 予 測 で き る ま で に は 至 っ て い な い の が 現 状 で あ る 。核 デ ー タ・
炉物理の研究開発テーマ選定では、未知のことにチャレンジできる技術的に魅力があるもの、そして、その中でレベルの高い後継者を育成できるものであって欲しい。
これまで国民に対する原子力技術の説明は、原子力の必要性、安全性を専門-11-炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)的に説いたものが多い。しかし、国民が不安に思うことに分かり易く答えることは原子力に対する理解を得るために重要であり、社会に説明する技術の高度化にも取り組む必要がある。

3. 将 来 の ビ ジ ョ ン に 基 づ く バ ー チ ャ ル リ ア ク タ 開 発
原子力発電をよい形で継続するには、原子力発電の品質保証の充実、許認可システムの高信頼化、原子力基盤技術の高度化、社会への説明の充実、が必要であると思う。最初のものを除けば、原子炉内で起こる複雑な物理現象をより良く理解することが共通ベースである。その知見を基に計算機上にバーチャルリアクタとして構築していくこと、それが核データ・炉物理が貢献する一つの形だと考える。それがどのように役立つかを説明する。
(1)

許認可システムの高信頼化

許認可では、我国の技術の粋を集めて審査すべきである。どんなに新しい原子炉が設計されても、国としてのチェック機構がしっかりしていれば安心できる。バーチャルリアクタとして我国最高のベストエスティメイトコードを開発し、クロスチェックに用いれば設計の安全性を高精度で評価できる。
さらに、設計コードの参照解を与えるため、設計技術の高度化にも繋がる。
(2)

原子力基盤技術の高度化

バーチャルリアクタは、大型原子炉実験の代替になり、開発コストの低減に役立つ。しかし、これは実験が不要となることではなく、寧ろ、計画的に多くの要素試験を実施し、物理現象を把握してバーチャルリアクタの物理モデル構築に役立てる。このような研究活動は、大学における学生の育成にも役立てることができ、バーチャルリアクタ開発を核として人材の育成、実験を含む基礎技術の育成が可能となる。
(3)

社会への説明最近は、可視化技術も進歩しており、それらを駆使すれば原子炉の挙動を国 民 に 分 か り 易 く 示 す こ と が で き る 。い ろ い ろ な 事 象 に つ い て 説 明 す る よ り 、
見せることによって容易に理解を得ることができるし、それによって原子力技術のレベルを社会に分かってもらえると考えている。

4. お わ り に原子力発電の品質保証は重要な課題ではあるが、それだけでは基礎研究の強化や人材育成を含む基盤強化には繋がっていかない。将来に亘って原子力を支えるための仕組みを考え、そのために何が必要かをよく考えて欲しい。
原子炉の中で起こっている物理現象を理解するということは、究極的には-12-

炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

事象を正しく予測できることである。原子炉内では、核、熱流動、構造、材料の複合現象が起こっている。これからは、炉内のあらゆる事象を予測できる 技 術 を 確 立 す る た め に 、産 学 官 が 協 力 す る 時 代 に な っ て 欲 し い と 期 待 す る 。

核データ・炉物理研究は社会にいかに係わるべきか

産業界の視点から（2）：バーチャルリアクター開発のすすめ（株）ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙ・ﾆｭｰｸﾘｱ・ﾌｭｴﾙ・ｼﾞｬﾊﾟﾝ
丸山博見

はじめに

原子力発電の必要性• 原子力は二酸化炭素の放出量の少ない電力源
原子力は、将来にわたる主要な電力源



原子力の安全確保の重要性• 原子力事故は国内外に多大な影響を与える

チェルノブイリ、JCOなど
チェルノブイリ、JCOなど

安全確保は、社会が原子力を受入れる大前提
2-13-

炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

電力中央研究所報告書より
燃料

中小水力
地熱設備、運用

発電種類

原子力

火力の1/20～1/40

風力太陽光
LNG火力
コンパウンド
LNG火力
石油火力
石炭火力

0200

400

600

800

1000

1ｋWh当たりのCO2排出量(g-CO2/ｋWh)

図１ 単位発電量当りの二酸化炭素排出量3

原子力ビジネスの基盤

弱体化要因

技術の停滞
後継技術者の不足

原子力ビジネス基盤
・原子力の安全・国民の理解

社会への説明不足

基盤強化に役立つ
核データ･炉物理研究
4-14-炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

基盤の弱体化要因と対策
技術の停滞• 対策：明確な目的をもった研究開発の必要性



後継技術者の不足• 対策：魅力ある原子力の技術分野の創生

社会への説明不足• 対策：国民への分かり易い説明技術の開発
将来にわたる原子力基盤強化技術の核として将来にわたる原子力基盤強化技術の核としてバーチャルリアクター＊）､＊＊）
開発を提案
バーチャルリアクター＊）､＊＊）開発を提案＊）日本原子力学会誌 Vol.45、No.2、ｐ.８５(2003）、＊＊）CESDニュースレター創刊号（2003）

5

バーチャルリアクターと必要技術
バーチャルリアクター(VR)• 計算機内に作る仮想原子炉
過渡や事故をリアリスティックに模擬 可視化技術により炉内事象を実体験




必要な技術
• 核データ

広範囲にわたり精度の良い核断面積• 炉物理
核、熱流動、構造、材料、制御を含む複合解析技術
 損傷などの確率的現象の取り扱い


• その他


事象を実体験できる可視化技術-15-6

炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

設計コードとの相違
設計コード

バーチャルリアクター(VR)リアクター(VR)
汎用的対象炉

限定的評価

熱的制限値など
に対する余裕健全性の限界とそれに対する余裕

精度

設計マージン以内

現象模擬の忠実度

その他

品質保証

精度保証

（現行炉～次世代炉）

7

VRの活用(1)：安全審査への適用

適用範囲の広い解析手法によるクロスチェック解析

A社
A社
設計コードX
設計コードX
B社
B社
設計コードY
設計コードY
C社
C社
設計コードZ
設計コードZ･異なる設計コードによる設計申請･新たな設計の審査

バーチャルリアクター
クロスチェック解析（原子力安全基盤機構）
設計ｺｰﾄﾞからの独立性
近似が少なく、高精度適用範囲の広い手法（現設計から新設計まで）異なる設計に対する異なる設計に対する整合性のある審査
整合性のある審査
設計マージンの設計マージンの適切性の確認可能
適切性の確認可能複合現象を含む複合現象を含む
より現実に即した審査
より現実に即した審査
安全審査の簡素化
安全審査の簡素化(設計コードの(設計コードの精度審査不要）
精度審査不要）原発を社会に提供するための信頼性の高い仕組みの追加

-16-

8

炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

VRの活用(2)：実験の代替

計算機による大型原子炉実験の代替モデル構築のための要素試験
材料基礎試験
材料基礎試験
熱水力要素試験
熱水力要素試験

バーチャルリアクター

例えば、原子炉事故
シミュレーション

臨界試験など臨界試験など･開発の低コスト化･過渡、事故に対する擬似経験→的確な対策

9

VRの活用(3)：技術の信頼性PR健全性の損なわれる過程まで予測できる技術
 国民のどんな疑問にも回答できる技術

可視化技術
専門的な説明より実体験→百聞は一見にしかず大地震が来ても安全なの？

技術の信頼性を実感→社会の｢安心｣-17-10炉物理の研究第 56 号 (2004 年 1 月)

産業界への影響

設計コードの高度化• VRによる設計コードの参照解の提供
VRによる設計コードの参照解の提供• VR開発技術の設計コードへの導入
VR開発技術の設計コードへの導入



設計の高度化• 過渡、事故時の複合現象の深い理解→より安全性の高い炉心設計や制御系設計

より信頼性の高い、低コストの原子力発電の提供
11まとめ

核データ・炉物理研究と社会との係わり• 原子力の安全維持、原子力の安全維持、技術に対する信頼獲得が技術に対する信頼獲得が技術者の責務 →原子力ビジネスの基盤

基盤強化の核データ・炉物理研究としてバーチャルリアクター研究開発を提案
バーチャルリアクター研究開発を提案• 迷走しがちな核データ・炉物理研究の合目的化• 定常から事故までの現象の正確な予測

現行炉から将来炉までカバーする高精度な核データ
中性子、熱流動、構造、材料の複合現象の炉物理• 社会に対する説明技術の高度化


開発体制の確立と長期的開発計画の立案• 中心となる機関、長期的スケジュール
12-18-