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論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

大井川 宏之; 脇本 秀一

電気評論, 103(2), p.50 - 65, 2018/02

日本原子力研究開発機構は、わが国唯一の総合的な原子力の研究開発機関として、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究、応用研究からプロジェクト研究開発に至るまで幅広い研究開発を行ってきた。平成29年3月には、施設の集約化・重点化、安全確保、バックエンド対策を三位一体とした「施設中長期計画」、研究開発成果の社会還元とイノベーション創出につなげるための基本的な取り組み方針である「イノベーション創出戦略」、国際協力を実施するにあたっての指針となる「国際戦略」を策定・公表し、より一層の成果創出に向けた取り組みを開始したところである。本稿では、機構における平成29年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と今後の展望を紹介する。

論文

日本原子力研究開発機構における研究開発の現状

大井川 宏之; 脇本 秀一

電気評論, 102(2), p.46 - 61, 2017/02

日本原子力研究開発機構は、平成27年度から国立研究開発法人の指定を受け、第3期中長期計画を開始し、わが国唯一の総合的原子力研究開発機関として、原子力による新しい科学技術や産業の創出を目指して基礎研究、応用研究からプロジェクト開発的研究に至るまで幅広い研究開発を行ってきた。特に、科学的技術的専門性を最大限に活用して、東京電力福島第一原子力発電所事故からの復旧・復興に向けた取り組み、原子力安全研究、核燃料サイクル技術の確立を目指した研究開発、放射性廃棄物処理に関わる研究等を重点的に実施すべき業務として進めてきた。平成28年4月に量子ビーム応用研究の一部および核融合研究開発を量子科学技術研究開発機構へ移管し、核分裂エネルギー関連分野を中心に原子力機構の業務の重点化を図り、効率的・効果的な組織運営を開始したところである。本稿では原子力機構における平成28年度の研究開発の主な成果を中心に、現状と今後の展望を紹介する。

論文

日本を背負う科学技術への期待; 原子力利用の課題解決と高度利用へ

大井川 宏之

エネルギーレビュー, 36(10), p.10 - 11, 2016/10

原子力機構は、原子力に係る諸問題の解決や、より高度な原子力利用の可能性開拓を目指し、福島第一原子力発電所事故への対処、原子力の安全性の向上、高速炉技術と核燃料サイクルの確立、原子力のバックエンド対策、基礎基盤研究と人材育成など、幅広い原子力の研究開発に取り組んでいる。今後、他の国立研究開発法人, 大学, 企業等との連携を強化しつつ、我が国全体としての成果の最大化を図り、日本発のイノベーション創出に貢献していきたい。

論文

ADSによる核種分離・転換

大井川 宏之

NSAコメンタリーシリーズ, No.22, p.38 - 50, 2016/03

加速器駆動システム(ADS)は、マイナーアクチノイド(MA)燃料で構成した未臨界炉心と大強度陽子加速器で駆動する核破砕中性子源を組み合わせたハイブリッドシステムであり、高レベル放射性廃棄物中のMAを効率よく変換することを目的とする。熱出力800MWのADSで電気出力1GWの軽水炉10基で生成するMAを核変換することができる。ADSの実現には、大強度加速器、核破砕ターゲット、未臨界炉心、MA燃料サイクルなどの分野で技術課題が存在し、原子力機構では、国際協力も活用しつつ、これらの解決に向けた研究開発に取り組むとともに、J-PARCを用いた新たな実験計画を検討している。

論文

加速器駆動システム(ADS)による核変換の研究開発

大井川 宏之

原子力年鑑2016, p.133 - 135, 2015/10

加速器駆動システム(ADS)は、未臨界炉と、大強度陽子加速器で駆動する核破砕中性子源を組み合わせたハイブリッドシステムであり、高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイドを効果的に変換することを目的とする。原子力機構はADSの研究開発を進めており、その一環として、J-PARCに核変換実験施設を建設する計画を持っている。

論文

Current status and future plan of research and development on partitioning and transmutation based on double-strata concept in JAEA

辻本 和文; 佐々 敏信; 前川 藤夫; 松村 達郎; 林 博和; 倉田 正輝; 森田 泰治; 大井川 宏之

Proceedings of 21st International Conference & Exhibition; Nuclear Fuel Cycle for a Low-Carbon Future (GLOBAL 2015) (USB Flash Drive), p.657 - 663, 2015/09

原子力エネルギーを持続的に利用していくための最も重要な課題の一つは高レベル放射性廃棄物(HLW)の取扱である。分離変換技術は、HLWの潜在的有害度やHLWの地層処分に関する管理負担を低減有効であると考えられ、原子力機構ではHLW中の長寿命核種の核変換システムの一つとして加速器駆動核変換システム(ADS)を用いた階層型分離変換システムの各構成要素に対する研究開発を行ってきている。原子力機構が提案しているADSは、熱出力800MWの液体鉛ビスマス冷却システムであり、燃料にはマイナーアクチノイドを主成分とした窒化物燃料を想定している。ADS及び関連する燃料サイクル技術(MA分離、ADS用窒化物燃料の製造及び再処理)の実現には多くの解決すべき技術課題があり、これらの技術開発課題に関して、原子力機構では様々な研究開発を実施している。本発表では、原子力機構における研究開発の現状及び将来計画について報告する。

論文

J-PARC transmutation experimental facility programme

佐々 敏信; 武井 早憲; 斎藤 滋; 大林 寛生; 西原 健司; 菅原 隆徳; 岩元 大樹; 山口 和司; 辻本 和文; 大井川 宏之

NEA/CSNI/R(2015)2 (Internet), p.85 - 91, 2015/06

福島第一原子力発電所の事故以降、核変換技術が放射性廃棄物処理に有効な技術として注目されている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、マイナーアクチノイド(MA)の核変換を行うための、鉛ビスマス(Pb-Bi)を核破砕ターゲット及び冷却材に使用する加速器駆動システム(ADS)を提案している。ADSの設計に不可欠なデータを取得するため、原子力機構ではJ-PARC計画の中で核変換実験施設(TEF)の建設を検討している。TEFは400MeV-250kWのPb-Bi核破砕ターゲットを持つADSターゲット試験施設(TEF-T)及び低出力の陽子ビームでMA燃料を装荷した炉心を駆動する核変換物理実験施設(TEF-P)から構成する。TEF-Tでの主な研究項目として、ADS構造材候補の照射試験、Pb-Biターゲットの運転試験及び陽子ビーム窓の寿命を決めるための実験を実施する。ターゲットが定格出力で運転される際には、ターゲット周辺に高速中性子場が形成されるため、これを多目的に利用することも検討している。基礎物理研究や核データ測定などの実験が提案されており、実験ホールの配置概念の検討を進めている。報告では、ADS核変換を実現するためのロードマップとともに、TEF建設のための設計研究活動を報告する。

論文

Review of ADS and P&T Programme in Japan

大井川 宏之

NEA/NSC/R(2015)2 (Internet), p.37 - 43, 2015/06

文部科学省は加速器駆動核変換システム(ADS)を用いた分離変換技術の研究開発状況を評価するための作業部会を立ち上げ、2013年11月に中間とりまとめを公開した。これまで、ADSを用いた階層型分離変換技術の概念は、高速増殖炉利用型のバックアップ的な位置づけであったが、作業部会ではこの技術についても基礎研究段階から原理実証段階に移行すべきとした。J-PARCの核変換実験施設については、次のステージに向けて進むことが適当としたが、建設までにはさらに技術評価が必要である。群分離や核変換用燃料技術についても整合性のとれた研究開発を進めることが必要であり、全体的なロードマップについて議論がなされた。

報告書

核変換実験施設の概念検討,5; MA燃料取扱いに関する検討

菅原 隆徳; 西原 健司; 佐々 敏信; 辻本 和文; 田澤 勇次郎; 大井川 宏之

JAEA-Technology 2014-044, 59 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2014-044.pdf:14.46MB

J-PARCにおいて建設が計画されている核変換物理実験施設(TEF-P)は、低出力の臨界集合体であるが、高い発熱・放射能を有するマイナーアクチノイド(MA)を含んだ燃料を多量に取り扱うことを想定している。本報ではTEF-Pで使用を想定しているMA燃料の貯蔵、移送、装荷の各段階に対して、取扱い概念を検討し、臨界性、線量率、冷却性を評価した。臨界安全性については、貯蔵、移送、装荷の各段階で十分に低い実効増倍率となることがわかった。線量率に関しては、線量の高い作業を抽出し、これらの作業に遠隔操作を取り入れることで、十分に作業者の被ばく量を低減できる見通しを得た。除熱性については、通常運転時には十分に低い温度に保てることが示されたが、貯蔵室及び炉心装荷時に、貯蔵室空調あるいは炉心冷却ブロアが長期間停止した場合には燃料破損の恐れがあり、それに対する対策が必要なことを明らかにした。

論文

原子力バックエンドを研究のフロンティアに!

大井川 宏之

日本原子力学会誌, 57(1), p.4 - 5, 2015/01

原子力バックエンドを原子力の研究開発の最も重要な課題と位置づけ、「バックエンド・フロンティア」と称して原子力の研究開発資源を集中的に投入することを提案する。高レベル放射性廃棄物(HLW)に関する分野では、再処理に付加する群分離処理技術、長寿命核種の核変換処理技術、発生する新たな廃棄体の処分技術に取り組む。原子力施設の運転や解体で発生する低レベル放射性廃棄物(LLW)に関する分野では、放射性廃棄物の発生を抑制する解体技術、多種多様な廃棄物の廃棄体化処理技術、LLWの処分技術に取り組む。両分野を総合して最も合理的に安全確保が可能な方法を考案することが重要である。

論文

Transmutation scenarios after closing nuclear power plants

西原 健司; 辻本 和文; 大井川 宏之

Nuclear Back-end and Transmutation Technology for Waste Disposal, p.207 - 231, 2015/00

日本における原子力発電撤退シナリオにおいて使用済燃料中のTRU核種核変換を想定し、Pu核変換用ADSの設計と核変換システム導入シナリオの解析を行った。ADS設計は既存のMA核変換用ADSの設計に基づいて行い、6バッチ炉心をシナリオ解析用参照設計として選定した。シナリオ解析においては、軽水炉MOX利用シナリオと共に、LWR使用済燃料ワンススルーシナリオを参照シナリオとした。核変換シナリオとして、FRのみ、ADSのみ、及び、FRとADSを核変換炉とした場合を解析した。解析の結果、必要な核変換炉は15から32基で、核変換に必要な期間は180から240年という結果が得られた。また、PuとMAの総量を核変換によって減らすことで、処分場に対する便益として、面積を五分の一にでき、放射性毒性の崩壊期間を一桁小さくできることがわかった。これらの結果から、FRとADSを用いた核変換シナリオが中庸な解決方法であり、一方、短期の核変換が必要な場合はADSを用いた核変換が望ましいことを示した。

論文

Studies on accelerator-driven system in JAEA

佐々 敏信; 大井川 宏之

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.3), p.4401113_1 - 4401113_5, 2014/10

原子力機構における加速器駆動システム概念とその検討状況を、核変換技術の導入効果とともに紹介する。また、加速器駆動システムの実現に不可欠な核変換実験施設について、その役割や機能を紹介し、核破砕中性子の多目的利用の可能性についても説明する。

論文

Research and development activities for transmutation physics experimental facility in J-PARC

菅原 隆徳; 岩元 大樹; 西原 健司; 辻本 和文; 佐々 敏信; 大井川 宏之

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/09

加速器駆動核変換システム(ADS)に代表されるマイナーアクチノイド(MA)核変換システムの核設計精度向上や、ADSの運転制御性などを検証することを目的に、核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、MA装荷が可能な臨界集合体であり、またJ-PARCの陽子ビームを用いた実験も可能である。本研究では、TEF-Pに関する最新の研究開発活動として、MA燃料取扱に関する検討およびMA装荷実験を行った時の核設計精度向上効果を紹介する。核設計精度向上については、約30kgのMAを用いることで核データ起因不確かさを大きく低減できることを示した。

論文

放射性廃棄物の核変換技術への挑戦; 加速器駆動システムを中心とした技術の現状

大井川 宏之

CROSS T&T, (47), p.48 - 53, 2014/06

原子力機構では、高レベル放射性廃棄物中にあって高い毒性を長期にわたって保持するマイナーアクチノイドの効率的な核変換を狙って、加速器駆動システム(ADS)の研究開発を進めている。ADSは超伝導陽子加速器、核破砕ターゲット及び未臨界炉心を組み合わせた革新的な原子力システムである。原子力機構では、ADSの実現に向け、材料や炉物理の課題に取り組むため、J-PARCの第2期として核変換実験施設の建設を計画している。さらに、ベルギー原子力研究センターが提案するMYRRHA計画との協力を検討している。

論文

Scenario study for closing nuclear power generation

西原 健司; 辻本 和文; 大井川 宏之

NEA/NSC/DOC(2013)3, p.77 - 85, 2013/04

原子力発電の終焉時に、商業炉使用済燃料中のTRU核種のマネジメントが大きな課題になる。これらを直接処分するときのリスク要因となる長期間の潜在的毒性や核拡散に対する懸念を低減するためにTRU核種の核変換を行う場合のシナリオ検討を行った。この場合、核変換対象として、量と核不拡散の理由からPuの方がMAよりも優先度は高くなる。本研究では既存軽水炉技術のみを用いた場合と、高速炉やADS等の革新的システムを用いた場合を検討した。高速炉やADSを導入できる場合は、PuとMAのHLW中の含有量は極めて小さくなる。本研究ではこれらの核変換方策に対して、必要な核変換システムの基数と期間を核物質フロー解析コードを用いて評価した。また、処分場規模についての比較も行った。

論文

Progress review of research and development on accelerator driven system in JAEA

大井川 宏之; 辻本 和文; 佐々 敏信; 倉田 有司; 武井 早憲; 斎藤 滋; 西原 健司; 大林 寛生; 菅原 隆徳; 岩元 大樹

KURRI-KR(CD)-40 (CD-ROM), p.16 - 30, 2013/00

原子力機構では、高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイド(MA)の核変換を目的とした加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を進めている。熱出力800MWのADSが1基で、電気出力1GWの軽水炉10基で生じるMAを核変換できる。原子力機構では、超伝導陽子加速器、核破砕ターゲットとビーム窓、未臨界炉心の核設計と安全性評価等に関するさまざまな研究開発を進めている。さらに、核変換技術に関する基礎的な実験を行うため、J-PARCの第2期計画として核変換実験施設の建設を検討している。

論文

高レベル放射性廃棄物の核変換技術の現状と展望

大井川 宏之

Radioisotopes, 61(11), p.571 - 586, 2012/11

核変換技術は、高レベル放射性廃棄物(HLW)中のマイナーアクチノイド(MA)を核反応によって短寿命又は安定な核種に変換する技術である。これにより、HLWの潜在的有害度や処分に要する面積を低減できる。加速器駆動核変換システム(ADS)はMA核変換のための専用ツールとして世界各国でさまざまな研究開発が行われており、国際協力を活用してその推進を図るべきである。その中心的な役割を果たす施設の一つとして、J-PARCの核変換実験施設が提案されている。

論文

十万年かかる核廃棄物の無毒化を数百年に短縮する技術

大井川 宏之

ボクらのエネルギーって、どうなるの!?, p.148 - 175, 2012/10

高レベル放射性廃棄物に含まれるマイナーアクチノイド(MA)等の長寿命核種を核変換することで、廃棄物処分の負担を軽減できる可能性がある。MAを効率よく核変換することを目指し、陽子加速器による核破砕中性子源でMAを燃料とした未臨界の原子炉を駆動する加速器駆動核変換システム(ADS)が提案されている。

論文

加速器駆動核変換技術による廃棄物処分の負担軽減; 核変換専用の核燃料サイクルの技術開発で不透明な将来に備える

大井川 宏之

日本原子力学会誌, 54(5), p.315 - 317, 2012/05

加速器駆動核変換システム(Accelerator-Driven System: ADS)はマイナーアクチノイドの核変換を目的とした革新的な原子力システムである。ADSによる核変換技術と群分離技術を組合せれば、廃棄物処分の負担の大幅な軽減が期待される。核燃料サイクルの将来が見通せない現在の状況では、将来のさまざまな選択肢に柔軟に対応できるADSの開発を進めることが必要である。ADSの開発は、国際協力と異分野との融合で進めるべきであり、J-PARCの第2期の核変換実験施設を中心に世界を牽引することが望まれる。

論文

Estimation of acceptable beam-trip frequencies of accelerators for accelerator-driven systems and comparison with existing performance data

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 大井川 宏之

Journal of Nuclear Science and Technology, 49(4), p.384 - 397, 2012/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:36.83(Nuclear Science & Technology)

現存する大出力陽子加速器では頻繁にビームトリップ事象が発生するため、加速器駆動核変換システム(ADS)の未臨界炉を構成する機器に対して熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップ事象が未臨界炉を構成する4か所の部位(ビーム窓,燃料被覆管,内筒,原子炉容器)に与える影響を調べるため、熱過渡解析を実施した。解析結果とプラントの稼働率を考察したところ、許容ビームトリップ頻度は年間$$42sim2times10^4$$回となった。この許容ビームトリップ頻度を現状の加速器の運転データから推測されるADS用陽子加速器のビームトリップ頻度と比較したところ、既にビームトリップ時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。一方、ビームトリップ時間が10秒$$sim$$5分及び5分以上のビームトリップ頻度は、許容値を満足するために各々6分の1、35分の1に減少させる必要があることがわかった。

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