ナトリウム冷却炉の二次系簡素化概念に関する研究(平成1213年度の研究成果のまとめ)

堀 徹; 川崎 信史; 笠井 重夫; 此村 守

JNC TY9400 2002-018, 527 Pages, 2002/09

JNC-TY9400-2002-018.pdf:30.48MB

高速炉実用化戦略調査研究では、経済性および安全性の向上をねらって、伝熱管破損時のナトリウム-水反応事故の排除、または、ナトリウム-水反応影響緩和のポテンシャルを有する二次系簡素化概念の構築や、安全性を中心とする技術課題の成立性見通し評価を行った。平成12年度には、鉛ビスマス熱媒体プール型およびチューブ型SG、固体熱媒体型SGなど合計 8種類の二次系簡素化概念を対象として。経済性、安全性、構造健全性などの比較評価を行った。その結果、二次系を有する概念よりもコストが低く、隔壁を利用した伝熱管の空間分離によりナトリウム-水反応事故排除のポテンシャルを有する鉛ビスマス熱媒体プール・伝熱管分離設置型SGと鉛ビスマス熱媒体チューブ・三重管SGの 2概念に絞込みを行った。平成13年度には、上記のうち、鉛ビスマス熱媒体チューブ・三重管SGについて、主要な技術課題である「安全要求対応などを満足する鉛ビスマス入り三重管仕様」、「伝熱管破損時の安全シナリオ」、「鉛ビスマスリーク対応」に係る検討を行い、SG概念の構築などを行った。特に、チューブ型伝熱管の貫通破断に対して、内外管破損の非同時性の主張に有効な設計対応を取り込むことを目指したが、鉛ビスマスの流体練成によって内外管は一体となって振動するため、伝熱管仕様を工夫しても内外管の発生応力比を拡大できず、従来型二重管SGと比較して、内外管の破損時間差を大幅に増大することが困難な見通しを明らかにした。以上より、伝熱管仕様の見直しを行っても、二次系を有する概念に対するコストは冷却系廻りで約81%、 プラント全体で約97%と、 コスト低減の可能性は有するが、最大の課題である貫通破断を排除できないため、平成14年度以降の検討は実施しないと判断した。

Feasibility Studies on Commercialized Fast Breeder Reactor System(1)-Sodium Cooled Fast Breeder Reactor

新部 信昭; 島川 佳郎; 笠井 重夫; 一宮 正和

16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-16), 0 Pages, 2001/00

JNCと電力会社は実用化戦略調査研究において、将来の軽水路と比肩する経済性ポテンシャルを有するFBRプラント概念を検討しており、この中でナトリウム冷却大型炉については、経済性向上を主眼に複数の有望なプラント概念を抽出した。経済性向上方策の検討に当たっては、ナトリウムの持つ特性に着目し、その長所を伸ばす方策及び短所をカバ-する方策を検討し、プラント概念を構築した。ここでは、将来有望なナトリウム冷却大型ル-プ型炉について、コストダウン方策として採用したコンパクトな原子炉構造、ル-プ数の局限化(2ル-プ化)、IHXと一次主循環ポンプの機器合体、コンパクトな燃料取扱設備等の概念を明らかにするとともに、これら設備の成立性等の検討状況について紹介する。

FBRプラントの経済性目標達成度の検討 - 平成11年度成果 -

川崎 信史; 宇野 修; 三枝 利家; 此村 守; 笠井 重夫; 一宮 正和

JNC TN9400 2000-085, 99 Pages, 2000/06

JNC-TN9400-2000-085.pdf:5.85MB

実用化戦略調査研究においては、FBRサイクルシステムの経済性目標5円/kWh(プラント耐用年数で原価償却)を達成することを目標に、各種の高速増殖炉プラントの革新的概念の検討が進められている。この目標を達成するために、FBRプラントの建設コストは、150万kWe級プラントで約20万円/kWe以下とすることが期待されている。平成11年度のFBRプラントの経済性目標達成度の検討として、建設コスト削減シナリオの検討、ナトリウム冷却大型炉の建設コスト予測、建設コスト評価コードSCES-FBRによるナトリウム冷却炉の建設コスト評価、及びこれらに伴うプラント物量データのデータベース化を行った。得られた主な成果は以下のとおりである。1.各種の冷却材のプラントに対し、建設コスト低減のシナリオを検討し、適用可能なコスト低減技術を抽出した。2.実証炉フェーズI設計とナトリウム大型炉事前検討の物量の比較、及び実証炉建設コストに基づくナトリウム大型炉の建設コスト予測の結果から、NSSS主要機器の鋼材物量約2,500トン以下が、建設コスト目標、(約20万円/kWe以下)を達成する目安となることを示した。3.SCES-FBRによる平成11年度設計のナトリウム大型炉の建設コスト評価結果から、これらのプラントは建設コストの目標を達成するポテンシャルを有していることが示された。また、ツインプラント化やループ数削減の建設コスト低減効果は、ナトリウム大型炉の場合、それぞれ約2.3万円/kWe及び0.6万円/ループであると推定した。

中小型モジュール炉の検討

久保田 健一; 川崎 信史; 梅津 陽一郎; 赤津 実*; 笠井 重夫; 此村 守; 一宮 正和

JNC TN9400 2000-063, 221 Pages, 2000/06

JNC-TN9400-2000-063.pdf:8.68MB

電力・エネルギの利用形態の多様化、供給地の分散化等の要求に適用しやすい「多目的小型炉」について、過去の小型炉の文献調査を行って高速炉での可能性を検討した。また、モジュール化することで習熟効果の早期達成による経済性向上が期待されることから、基幹電源として廉価な初期投資額に魅力がある「中小型モジュール炉」の可能性を検討した。その結果をまとめると次のようになる。(1)多目的小型炉(a)多目的小型炉の出力規模を10MWe150MWeとすると、大規模なコジェネ、比較的大きな島嶼用電源、中規模都市の電源、淡水化電源(ダム建設の代替え含む)及び中小規模の船舶用動力炉と幅広いニーズ(市場)の可能性がある。(b)多目的小型炉の要件としては受動的機能を備えるとともに燃料交換頻度を極力少なく(長寿命炉心)、保守・交換機会を局限して運転員の負担軽減することが求められる。燃料交換頻度を極力少なくするための長寿命炉心は、FBRの特長が活かせる。この事は、海外市場を視野にすると核不拡散の観点からも重要な要件となる。(c)我が国で検討されているNa冷却の4S炉(50MWe)、鉛-Bi冷却4S型炉(52MWe)及びHeガス冷却PBMR型炉(100MWe)並びに米国で検討されているNERIプロジェクトの鉛-Bi冷却ENHS炉(50MWe)及びANLからの公募概念の鉛-Bi冷却炉(約100MWe)等の高速炉設計について分析し、実用化戦略調査研究での多目的小型炉の設計要求条件を検討した。(2)中小型モジュール炉(a)複数基の原子炉モジュールの総発電量が3200MWeの中小型モジュール炉のプラント建設費が、大型炉ツインプラントの設計目標である建設費20万円/kWe(30003200MWe)と匹敵競合するためには、単基モジュール炉の出力が800MWeでは初号モジュール26万円/kWe、400MWeでは28万円/kWe、200MWeでは29万円/kWe以下を夫々目標とする必要がある。(b)SPRISM(400MWe)と4S型(200MWe)の設計を分析した結果、複数のNSSS構成のモジュール化は、遮蔽、炉容器、熱交換器等の必須機器の増加による物量増加が大きく、物量的に大型炉と競合するには中小型炉の特徴を活かしたさらなる合理化が必要と考えられる。

平成7年度 実用リサイクル炉概念検討報告書; 炉心設計検討

永沼 正行; 笠井 重夫; 林 秀行; 向坊 隆一

PNC TN9430 96-006, 157 Pages, 1996/07

PNC-TN9430-96-006.pdf:9.02MB

最終目標としてのFBRには,経済性,安全性向上はもとより超長半減期核種の低減による環境負荷低減,Pu需給に柔軟に対応し余剰Puの発生を抑制することによる核拡散抵抗性の強化などが求められる。このため,1)自ら発生する固体廃棄物を削減するダクトレス炉心,2)炉心の組替えで各種富化度のPuを燃焼する炉心,3)受動的安全性炉心,窒化物燃料炉心について検討した。主な結果は以下の通りである。1)MOXダクトレス燃料炉心は,増殖比,燃焼反応度の向上が図れるが,安全性に係わる反応度係数は厳しくなる。ATWSに関してはロッドストップの設置が必要,2)Pu燃焼炉心では,増殖比1.2,燃焼度15万MWd/tが達成可能,3)窒化物炉心は,MOX燃料炉心に比べ炉心特性に優れ,ATWSにおいても有利,であることを確認した。

「常陽」燃料材料照射用反射体(CMIR)の設計(1) : 熱流動解析法の開発

天野 研*; 笠井 重夫*; 米沢 信一*

PNC TN9430 87-001, 104 Pages, 1987/01

PNC-TN9430-87-001.pdf:3.99MB

「常陽」MK-2の燃料材料照射用反射体(以下CMIRと称す)の設計に必要となる。照射試料部のナトリウム流動解析コードと照射試料部の温度解析コードを開発し、その精度を検証した。 CMIRは照射試料を装荷した2重円筒状のコンパートメント6体をラッパ管内に装荷してなる。照射試料部の温度は、試料部の発熱量とコンパートメント内を流れるナトリウムによる熱輸送、及びコンパートメントの2重円筒壁面からの伝熱によって決定される。温度計測はTEDやSiC試料片を用いたオフライン計測による。このため、CMIRの設計では、予かじめ、炉内に装荷されたCMIRのコンパートメント内流量や発熱量を精度よく評価し、試料部温度を計算しておく必要がある。 開発した2つのコードを用いて、既に照射を終了した先行予備試験CMIR-0の試料部温度を解析し、コードを検証した。 CMIR-0は、HEATING-Vコードにより試料部温度の設計が行われたが、照射後試験の結果から、当初の設計温度より150200低い温度しか得られなかったことが分かっている。 本解析の結果、CMIR-0のコンパートメントには、当初予定していたよりも大きな流量(12g/s程度)のナトリウムが流れ、このため試料部温度が低下したこと、また、発熱量の不確定さに関し、約10%の補正を加えるとCMIR-0の実測温度を再現できることが分かった。本解析を通じて、今回開発したコードが、CMIRの設計に関し、必要十分な精度を有することを確認した。