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大坪 章
PNC TN9410 98-059, 53 Pages, 1998/06
動燃では宇宙・地上・深海高速炉システムの定常解析コードとしてSTEDFAST(Space, TErrestrial and Deep sea FAST reactor system)を開発している。これは、深海, 宇宙及び地上でのコジェネレーション用の動力源として用いるガスタービン発電方式高速炉システムにつき、システムパラメータの最適値を得るためのものである。今回は本解析コードを使用してパラメータサーベイ計算を行って可搬型炉特性につき研究することとした。深海炉については、40kWeのNaK冷却型の炉をベースケースとして種々の変数を変化させて計算した。深海炉では設計上重要な要素である機器重量合計と廃熱のための耐圧殻上の必要表面積に着目した。前者については発電量及び耐圧殻材料が、後者については発電量、原子炉出入口温度、海水自然循環熱伝達係数等が特に影響の大きい変数であった。宇宙炉については、40kWeのNaK冷却型の炉をベースケースとして、コンプレッサ入口温度、原子炉出入口温度、タービン入口圧力を変化させて計算した。宇宙炉の重要特性である機器重量合計には、前2者の影響が大きかった。地上炉についてはPb冷却の熱出力100MWtの炉をベースケースとして、コジェネレーション用の100
の熱水を製造する熱交換器の伝熱管本数、コンプレッサ段数、1次系冷却材の種類を変化させて計算した。1次系冷却材をPbとNaの場合の比較では、密度がかなり異なるので当然のことであるが、1次系重量流量に関しては前者の場合後者の場合よりもずっと大きくなった。その他については、特筆するほどの大きな特性の変化は無かった。
大坪 章
PNC TN9410 96-070, 52 Pages, 1996/05
可搬型深海炉の仮想的な炉心浸水事故時に,熱中性子化した状態における未臨界性の確保を確認するため,炉心特性計算を実施した。解析対象の事故条件は,次のように設定いた。まず(1)深海で耐圧殻からの海水漏洩事故が発生し,次に(2)安全棒及び制御棒が挿入されて炉は停止する。その後(3)一次系の境界が何らかの原因で破損し,炉心内に海水が侵入する。炉心としては,プルトニウム富化度50%,ウラン濃縮度20%の酸化物燃料を用いた炉心及び,宇宙炉SP-100と同じウラン濃縮度97%の窒化物燃料を用いた炉心の2種類とした。この他に燃料ピン間のスペーサの有無の影響を検討対象とした。解析計算は主にMCNPコードを用いて行った。計算の結果,炉心内の海水量が多いスペーサの有の場合でも,燃料ピン内に熱中性子吸収特性に優れているレニウムのライナを挿入することで,炉心浸水事故時の未臨界性が確保されることが分かった。必要なレニウムライナ厚さは,酸化物燃料の場合0.15mm,窒化物燃料の場合0.27mmとなった。
大坪 章; 関口 信忠
PNC TN9520 95-002, 66 Pages, 1995/02
本解析コードSTEDFAST(Space,TErrestrial and Deep sea FAST reactor・gas tubine system)は、深海、宇宙及び地上でのコジェネレーション用の動力源として用いるガスタービン発電方式高速炉システムにつき、システムパラメータの最適値を得るためのものである。本解析コードの特徴は次の通りである。・対象とする高速炉システムは深海炉、宇宙炉、及び地上炉である。・作動流体としては1次系でNak,Na,Pb,Hg,Liを2次系でHeとXeの混合ガス(混合比は任意)を扱うことができ適用範囲が広い。・システムに含まれる機器のモデル化については、将来の詳細化が容易なるように、また過渡解析コード作成が容易なように配慮されている。・プログラム言語はMAC-FORTRANで、パソコンにより容易に計算可能である。本解析コードの作成により、システムに含まれる密閉ブレイトンサイクルの状態値が直ちに計算可能となると共に、サイクル熱効率に係わる数多くのパラメータの影響の把握及び最適化計算が可能となった。今後各種機器のモデルをより詳細化するとともに、更に将来においては、本解析コードをベースとして、過渡解析コードを作成する予定である。
大坪 章
PNC TN9000 94-006, 60 Pages, 1994/07
深海底無人基地での利用を主な目的とした深海炉を開発する際の、目標とすべき深海炉主要目につき検討し、次のように設定した。熱出力 190kWt、燃料 混合窒化物燃料、被覆管 ハステロイN、構造材 SUS316相当、冷却材 NaK、炉心高さ及び直径 各約25cm、炉容器出口/入口温度 605/505度C、運転期間 10年。 深海炉を研究する際に検討すべき項目に関して以下のような考察を行った。 深海底無人基地への陸上あるいは船上からの送電については次のようである。1・陸上からの送電方式については水深1,000m、距離100km が限度である。2・船上からの送電は、海が平穏な期間のみ可能である。したがって、水深数千mの深海底無人基地の電源としては、これらの方式は採用され得ない。深海炉システムの信頼性については、密閉プレイトンサイクルの部分のみに関して信頼性解析をしたが、20kWeの電気出力で4年間の連続運転の場合の成功確率は0.999942となった。安全性については深海炉システムに内蔵される放射能量で評価した。すなわち、その結果、10年間連続運転した時に深海炉に含まれる放射能量は、かつて1962年から1982年に北大西洋に投棄された放射能量の約1/50,000という少ない値であることが明らかになった。NaK冷却炉の開発実績では、約30年前に米国の米国宇宙炉研究でSNAP-10A用の地上試験炉FS-3は炉容器出口温度が約527度C以上で約400日運転されたが、原子炉にも燃料にも何も異常が無かったと報告されている。
飯田 浩正; 石坂 雄一*; Y-C.Kim*; 山口 兆一*
Nuclear Technology, 107, p.38 - 48, 1994/07
被引用回数：10 パーセンタイル：66.21(Nuclear Science & Technology)DRXは原子力エネルギーの特殊性を活かして海中動力源として使う小さな原子炉である。近未来の適用としては、深海科学調査船用動力源が考えられる。その為に150kW電気出力の設計を実施した。それは、原子炉容器に蒸気発生器を内蔵する一体型PWRであり、耐圧かく内に原子炉容器、タービン、発電機をも内蔵したコンパクトな発電プラントである。運転操作の容易性と高度の受動的安全性を兼ね備えている。負荷追従、起動、事故を含む過渡解析を実施し、要求仕様を満足する固有の特性を有することを確認した。
大坪 章; 寺田 正文
PNC TN9410 94-093, 52 Pages, 1994/05
数百気圧の高圧下で使用される深海炉について、耐圧殻海水漏洩事故を仮想し、この時更に深海炉システムの一部であるベローズ式アッキュムレータが破断すると想定して、高圧下に於けるナトリウム-水反応の解析を行った。解析にはナトリウム-水反応解析コードSWACS/REG4を用いた。解析計算の基準ケースとしては、約1秒間で上記アッキュムレータが破断するという想定と、SWACS/REG4コードで今まで行ってきた高速増殖炉の熱交換器の伝熱管破損解析との対応から、今回の解析では水リーク率を0.128kg/sとして計算した。計算結果ではナトリウム-水反応の発生しているアッキュムレータ中の破断点と、原子炉容器の間にある口径2cm長さ1.5mの細い長い配管内で圧力波は減衰して、原子炉容器上部プレナム内には大きな圧力波は伝播しないことが分かった。解析では基準ケース以外に、圧力、水リーク率、及び耐圧殻内に残るガス空間の体積をパラメータとしたサーベイ計算も実施した。
大坪 章; 羽賀 一男; 片岡 一
PNC TN9000 93-007, 68 Pages, 1993/10
昭和63年7月にフロンティア新原子動力研究グループが設立されてから、FBR開発の新たな展開を求めて活動を行っている。現在までの活動結果に基づいて検討を行った結果、技術的実現性及び社会的要求から可搬型高速炉の開発が、動燃の将来計画として好ましいという結論に達した。この可搬型炉は深海及び宇宙用に用いるものである。本報告書では、この可搬型高速炉の開発スケジュールを立てるとともに、開発項目及び内容について検討を行った。本開発スケジュールでは、現在より約15年後に10-40kWeのNaK冷却の地上試験炉を建設することを中心にしている。この試験炉はまず深海炉研究を行った後に、一部システムの改造を行い宇宙炉研究をおこなうためのものである。この開発スケジュールに基づき、現時点から地上試験炉を建設して深海炉研究を終了するまでの今後約20年間の、予算及び人員計画を立てた。この間必要な予算は総額約150億円、必要な技術者は約20名ということになった。このような可搬型高速炉の開発研究のためには、窒化物燃料、無人運転、高温材料等の技術開発を行うことになるが、これらの技術開発は動燃が行っているFBR実用化路線を大いに促進するものである。
