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もんじゅ研究計画(23) （PDF:853KB）
米国における高速炉研究開発: もんじゅを利用した共同研究の展望 トマス J. オコナー 米国エネルギー省 先進的原子炉技術室長 2013年4月25日 2012年12月2日付 NE-20 NE-1/2 最高運営責任者 デニス・ミオトラ 原子力担当次官補 ピーター・ライオンズ 次官補 デニス・ミオトラ 副次官補代理 原子力諮問委員会 上級顧問 NE-21 NE-22 人材・事業運営室 デボラ・シャープ NE-3 原子力施設運営 副次官補代理 トレーシー・ビショップ アイダホ運営室 室長 リチャード・プロヴァンシェ オークリッジサイト運営室 室長 J.T. ホウェル NE-31 施設管理室 トレーシー・ビショップ 予算・企画室 パトリック・エドガートン NE-4 NE-5 NE-6 燃料サイクル技術 副次官補 モニカ・レガルブート 科学・革新的技術 副次官補代理 シェーン・ジョンソン NE-41 先進的モデリン グ・シミュレーション室 トレバー・クック（代理） NE-42 革新的原子力研究室 マイク・ワーレイ（代理） NE-51システムエンジニアリ ング・インテグレーション室 ロバート・プライス NE-7 NE-61 原子力国際政策室 ミシェル・スコット NE-62 NE-52 燃料サイクル研究開発室 アンディ・グリフス 原子炉技術 副次官補 ジョン・ケリー 原子力国際協力・政策 副次官補 エド・マクグニス 原子力燃料国際管理室 アラン・ブラウンスタイン NE-72 軽水炉技術室 レベッカ・スミス・ケバーン NE-74 先進的原子炉技術室 トマス J. オコナー NE-53 NE-75 使用済燃料廃棄研究開発室 ウィリアム・ボイル 宇宙・防衛電力システム室 オーウェン・ロウ NE-54 ウラン管理・政策室 ウィリアム・シマンスキー - 165 - 2 高速炉によるアクチニドの管理 鉱石 軽水炉燃料製造 濃縮 ウラン資源の 利用拡大 多様なアクチニド管理戦略が可能 – – 廃棄物管理 資源の利用拡大 小型炉応用のための重要な特徴 – – – 小型（高出力密度） 燃焼とサイクルの長さの拡大 固有の安全性 エネルギー生産炉 使用済燃料 再処理 使用済ウランの リサイクル 残留 廃棄物 分離 地層処分 主要技術を開発しつつ電力と熱の需要に 応える リサイクル炉 再処理燃料製造 3 高速炉の研究開発における優先度 どのような燃料サイクルであっても、原子炉の設備投資が大部分を 占める、したがって・・・ 革新的な技術の適用を通じて 資本コストを削減することに研究の一義的な重点を置く – – – – 概念開発研究（改良設計アプローチ） 先端構成材料 超臨界CO2 ブライトンサイクルエネルギー転換 改良型モデリング/シミュレーション 上記以外の技術では、(高速炉の)実用化の成功に向けて 以下の重要な技術に取り組むことが必要 – 安全性（及びその認可） – ナトリウム中可視化技術（信頼性とメンテナンス） – 燃料開発（性能と製造） 4 - 166 - 高速炉の先進概念の 研究（例） 駆動モーター 遮へいプラグ 2011年度、2012年度は小型モジュラー炉(SMR /~100 MWe)概念設計を中心に研究 ：長寿命炉心、燃料シャフリ ング(装荷位置の変更)方式等の特有の機能 パンタグラフアーム （拡張） パンタグラフアーム （格納） 支持構造物 ユニバーサルジョイント 先進の小型燃料取扱い機構 – 単一の回転プラグ構成 – パンタグラフ構造 – 偏心設計 炉心保持のための詳細解析と設計オプ ション – 固有の安全性反応度フィードバッ クを担保する基本的要件 – 燃料棒の曲り解析コードNUBOW の再構築・改良 – 燃料棒の限定的自由曲り設計 AFR-100安全性解析を実施 – 二重故障を想定した過渡解析で固 有の安全性を確認 拡張アクチュエータ 水平駆動結合部 グリッパ駆動軸 直動ジョイント 回転ジョイント TLP Q R TLPrestraint ring ACLP Core region C ACLP P N B a. b. c. 5 高速炉の先進材料開発と適用性の確認 新型の鋼は、より大きい安全裕度と柔軟な設計を可能にする 同じ温度条件では、より大きな応 力に耐える – 物量の削減 – 大きい安全裕度 – より長い耐用年数 同じ応力条件では、より高温での 使用が可能 – 高いプラント性能（例：熱効率） – 物量の削減 – 事故シナリオにおいて高い安全裕 度 105h クリープ破壊応力 200 mm Dia. 593.3°C 32 MPa 上記の組み合わせにより – より柔軟な設計が実現 温度 6 - 167 - 超臨界CO2ブライトンサイクル エネルギー転換 研究所レベルのシステム能力を実証 （1MW) DOEサンショット(Sun Shot)・プログラムの 予算により出力は10MWレベルまで上昇 米国産業界はこの技術に興味を示してい る ヘリウムタービン 超臨界CO2 タービン 蒸気タービン 超臨界CO2タービン 1 M ヘリウムタービン 3M 蒸気タービン 22 M サンディア国立研究所 ブライトンサイクル試験ループ 7 中性子工学 先進的シミュレーションの 目標と戦略 熱流体力学 フレームワーク 検証 構造力学 有効性確認 目標：最新の高性能コンピューター技術を原子炉モデリングに適用 – 保守的裕度を削減しつつ安全性を向上させることを可能にする、より精度の高い 先進的なシミュレーションツールの利用 – 燃料性能予測シミュレーションを可能にするために必要な局所データを提供し、 原子炉の特性を幅広く検証 – 計算モデルの理解と、不確かさを削減 – 設計統合を容易にするためユーザーとコードのインタフェースを開発し、先進的 原子炉の最適化を促進 戦略：バーチャル原子炉モデルの構築を目指した、柔軟かつ、目的に応じた適用性 の高いツールボックスの開発 – 多種の計算プラットフォームを使用して、実用化に関連した問題への応用を可能 にする適用規模の多様化戦略を採用 – 最上級ユーザーが機器単位で利用することを可能にするモジュール構造の採用や 初級ユーザーのための統合ユーザーインターフェースの採用 – 当面の利用方法や成果を明確化するため、利用者との共同作業を展開 8 - 168 -