Research and developments on application of carbon-carbon composite to HTGR/VHTR in Japan

C/C複合材料のHTGR/VHTRへの適用を目指した研究開発

衛藤 基邦*; 小西 隆志*; 柴田 大受 ; 角田 淳弥 

Eto, Motokuni*; Konishi, Takashi*; Shibata, Taiju; Sumita, Junya

高温ガス炉(HTGR)及び超高温ガス炉(VHTR)は、高温のヘリウムを取出すことができる魅力的な原子炉であるが、高い熱効率を得るため炉心は過酷な高温状況下に晒されている。炭素繊維強化炭素複合材料(C/Cコンポジット)は、高温状況下においてその強度及び耐熱性が優れていることからVHTR制御棒要素の候補材の一つである。C/Cコンポジットの研究開発は、1990年台から開始され、原子力機構と東洋炭素では共同で研究開発を行ってきた。C/Cコンポジット製制御棒の開発は、国際的なVHTRの開発の中で、最も重要な課題の一つであると最近注目されている。C/Cコンポジット製制御棒の原子力機構における開発計画は、(1)データベース構築,(2)要素設計,製作,(3)HTTRを用いた実証試験、の3つのフェーズに分類できる。日本原子力研究所における1990年代の開発初期段階では、概念設計によるC/Cコンポジット製制御棒のフィージビリティ研究が行われ、現在進められているフェース(2)は5年以内に終了する計画である。本報告では、C/Cコンポジット製制御棒について、これまでの開発を概説するとともに最近のR&D結果について述べる。

High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) and Very High Temperature Reactor (VHTR) are attractive nuclear reactors to obtain high temperature helium gas to the reactor outlet. To enhance the thermal efficiency, the core internals of HTGR/VHTR are subjected to the very severe high temperature condition. The carbon fiber reinforced carbon-carbon composite (C/C composite) is one of the advanced material candidates for the control rod sheath of the reactors because of its excellent thermal resistance and stability in the severe condition. The R&Ds on the C/C composite application to HTGR have been carried out since 1990'. JAEA and Toyo Tanso have been in collaboration with each other in the R&Ds. The development of control rod made of C/C composite is recently focused as one of the important subjects to develop the VHTR in the international R&Ds. The scheme of the development of JAEA is categorized as the following phases; (1) Database establishment, (2) Design and manufacturing of component and (3) Demonstration test by HTTR. At the initial stage of the development in 1990' in JAERI, the feasibility of the control rod using C/C composite was demonstrated by a conceptual design. The phase (2) is planned to be completed within 5 years. This paper presents the review of the development of the control rod made of C/C composite and the recent R&D results.