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Na小型炉のシステム設計研究; 平成14年度研究成果のまとめ

System Design Study on a Sodium-Cooled Small-Scale Reactor; Study Result in JFY2002

堀 徹; 近澤 佳隆  ; 木田 正則; 此村 守

Hori, Toru; Chikazawa, Yoshitaka; Kida, Masanori; Konomura, Mamoru

高速炉実用化戦略調査研究(フェーズII)では、分散電源や電源以外の多目的利用を幅広く想定して、経済性、安全性、長寿命炉心などの要求条件を満足する小型炉概念を提示する計画である。このうち、平成14年度には、反応度制御方式(反射体制御、または、制御棒制御)、冷却材循環方式(強制循環、または、自然循環)など概念の絞込みのポイントとなる技術課題の検討を行うとともに、固有の安全特性および受動的安全性を重視して、出力150MWeで、反射体制御・強制循環方式、制御棒制御・強制循環方式、制御棒制御・自然循環方式の合計3種類のナトリウム冷却小型炉概念を構築して、今後の方向性を検討した。上記いずれの小型炉概念も、安全性(ATWS時にもSASSなしで高温静定)および長寿命炉心(10年)に係る要求条件を達成可能な見通しである。経済性について、固有の安全特性および受動的安全性を重視した扁平炉心の採用や、電磁ポンプのオフセット配置に伴う上方の原子炉容器径の増加により、原子炉容器内物量が大きく、建設単価の目標値(35万円/kWe)を満足できない。ただし、強制循環方式では、冷却材温度係数の緩和などによる炉心のコンパクト化や、電磁ポンプの設置位置を工夫すれば、建設単価の低減が可能で、上記の目標値を達成できると考えられる。反応度制御方式について、原子炉容器径の縮小、ATWS時の制御棒・炉心相対変位反応度の有効利用、反射体制御方式の有する研究開発ハードルの高さを考慮することにより、長寿命対応の課題を有するが、出力150MWeの条件では、制御棒制御方式の採用が望ましい。 また、電磁ポンプは、万一の故障時にのみ炉外取出しが可能であれば良く、経済性を大きく犠牲にして電磁ポンプ単独取出しを追求する必要性は小さいことを示した。 以上より、今後、制御棒制御・強制循環方式による原子炉容器のコンパクト化や、炉心出口温度の高温化に係る検討を行い、高速炉の特徴と考えられる「長期燃料無交換」、「運転・保守補修の簡素化」、「多目的利用」を積極的にアピールした魅力的な小型炉概念を提案することとした。

In the "Feasibility Studies on Commercialized Fast Reactor System", sodium-cooled small-scale reactor concepts have been studied fromstandpoints of economy, safety, and long lived core. And in JFY2002,based on study of technical issues, three concepts (electricity output of 150MWe) were designed with parameter of reactivity control and coolant circulation type. The above concepts had prospect to attain safety enhancement (avoiding core melt without SASS at ATWS) and long lived core (10 years). They could not satisfy cost target (350,000 yen/kWe), because the inherent and passive safe core was flat (phi3.3m x h0.6m),and upper reactor diameter increased by considering some space to take out EMP periodically. But forced circulation-type concepts had potential to decrease construction cost by adopting compact core with mitigation of coolant temperature reactivity coefficient and devising in-vessel EMP arrangement.Control rod system had merits about decreasing reactor diameter, utilizing relative displacement reactivity coefficient between reactor and control rod, and small technical issues, by comparing with reflector system. And EMP had no necessity to be taken out from reactor, except failure accidents, by considering EMP characteristic of Passive equipment and maintenance process. Based on these results, it was important that some attractive small-scale reactor concepts, which attained compact and high temperature reactor with control rod and forced circulation-type, would be proposed by aiming at "longer lived core (more than 10 years)", "simpler operation and maintenance" , and "diversified social needs (hydrogen production)".

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