小型軽量化を極限まで追求した超安全・超小型原子炉の研究,原子力基礎研究 H11-002(委託研究)

Super safe small reactor RAPID-L conceptual design and R&D, JAERI's nuclear research promotion program, H11-002 (Contract research)

神戸 満*; 角田 弘和*; 三島 嘉一郎*; 川崎 亮*; 岩村 公道

Kobe, Mitsuru*; Tsunoda, Hirokazu*; Mishima, Kaichiro*; Kawasaki, Akira*; Iwamura, Takamichi

本研究は、月面用の超安全・超小型原子炉RAPID-L(ウラン窒化物燃料リチウム冷却高速炉:電気出力200kW)に関するものである。原子炉はリチウム冷却の高速炉で、熱電変換システムにより発電し、廃熱はラジエーターパネルからの放射によって逃がす。RAPID-Lでは10年間連続運転が可能なウラン窒化物燃料の炉心を採用している。さらにRAPID燃料交換方式を採用する。これはカートリッジ式の一体型炉心を使う方式で、月面上でも迅速容易な燃料交換を可能にしている。したがって燃料交換後さらに10年間の運転が可能になる。本原子炉では従来型の制御棒を削除し、液体ポイズンのリチウム-6を使用する反応度制御装置(Lithium Expansion Module: LEM),原子炉停止装置(Lithium Injection Module: LIM)及び原子炉起動装置(Lithium Release Module: LRM)を採用し、無人での完全自動運転を可能とした。原子炉は総重量7.6tonで、通常のロケットにより1回で打ち上げが可能な寸法及び重量である。原子炉構造は直径2m,高さ6.5mである。信頼性向上のため可動機器を削除する方針で、エネルギー変換方式としては筆者らが開発中の高性能熱電変換システムを採用する。

The 200 kWe uranium nitride fueled lithium cooled fast reactor "RAPID-L" combined with thermoelectric power conversion system that can be operated unmanned without refueling for up to ten years has been demonstrated. The RAPID refueling concept enables quick and simplified refueling, and achieves plant design lifetime over 20 years. A significant advantage of the RAPID-L design, which does not require the use of control rods - is the introduction of the innovative reactivity control systems: lithium expansion module (LEM), lithium injection module (LIM) and lithium release module (LRM). LEM is the most promisiong candidate for improving inherent reactivity feedback. LEMs could realize burnup compensation. LIMs assure sufficient negative reactivity feedback in unprotected transients. LRMs enable an automated reactor startup by detecting the hot standby temperature of the primary coolant. All these systems use Li as liquid poison and are actuated by highly reliable physical properties (volume expansion of Li for LEM, and freeze seal melting for LIM and LRM).