小型炉、革新的原子炉の 安全性 - 東京都市大学 工学部 原子力安全
東京都市大学/早稲田大学 大学院共同原子力専攻主催 第10回未来エネルギーシンポジウム ― 次世代原子炉の安全性はどこまで高められるのか？ 2014年10月31日（金）：渋谷エクセルホテル東急（プラネッツルーム） 小型炉、革新的原子炉の 安全性 関本 博 都市大客員教授 東工大名誉教授 福島第一原子炉事故 廃炉 対応 軽水炉運転再開 安全性を高める ストレステスト 安全設備、設計変更 システム改善 2 革新的原子炉に関連した簡単な歴史 1940 1950 CP-1 Atomic Bomb EBR-1 Critical（1.4MWt,100kWe） Atoms for Peace USS Nautilus launched Shippingport generates electricity 1960 World War II Sputnik crisis Fermi 1 Accident 1970 1980 Asimov, Worlds within Worlds Rasmussen Reports MSR terminated, HTGR cancelled INFCE TMI Accident Lilienthal: Atomic Energy, A New Start CRBR terminated Weinberg et al.: ISRs & 2nd Nuclear Era Chernobyl Accident Apollo moon landing Limits to Growth 1990 2000 2010 Monju Accident Superphenix closed NERI GIF INPRO Kyoto Protocol 9・11Attacks Fukushima Daiichi Accident Yucca Mountain terminated 3 10 火災 死亡者数がxを超える頻度（回 /年） 1 航空機事故全体 人災事故全体 10-1 ダム決壊 爆発 人災事故の リスクの比較 10-2 10-3 航空機事故 地上の人 塩素の漏洩 10-4 100基の原子力プラント 10-5 1974年WASH1400 ラスムッセン報告 10-6 10-7 10 102 103 死亡者数、x 104 105 4 10 火災 1 航空機事故全体 人災事故全体 死亡者数がxを超える頻度（回 /年） 10-1 ダム決壊 爆発 10-2 航空機事故 地上の人 10-3 塩素の漏洩 10-4 100基の原子力プラント 10-5 1979年3月 10-6 10-7 10 102 103 104 105 死亡者数、x 5 完成原子炉数と全出力 6 完成原子炉数と全出力 100 % 90 稼働率 韓国 米国 日本 80 70 60 7 福島第一原子炉事故 廃炉 対応 軽水炉の安全性を高める 固有安全炉を使う ストレステスト 安全設備、設計変更 システム改善 革新炉 小型炉 8 David E. Lilienthal 1st Chair of the AEC (1946 – 1950) 1980 9 固有安全炉 固有安全炉とは全ての安全機能が 人間の操作や動的な機器に頼らず、 物理的法則によっている原子炉である。 受動的安全炉とも呼ばれる。 安全機能： 止める （未臨界にする） 冷やす（崩壊熱） 閉じ込める（放射性物質） 能動的→受動的 能動的→受動的 より確実に 特長：EPZが原子炉敷地内に？ 10 SCIENCE, Vol. 224: 29 June 1984 PIUS reactor Modular HTR reactor 11 PIUS Reactor Pool （Borated water） SG Vapor Interface zone between coolant and pool water Water Reactor vessel Core normal operation accident 12 SCIENCE, Vol. 224: 29 June 1984 PIUS reactor Modular HTR reactor 13 Modular HTR Reactor Cooling panel Pressure vessel Core Reflector Block type Pebble bed type Heat flow at accident 14 4S (Super Safe, Small and Simple) 15 Main Design Parameters Reactor Thermal Output 150 MWt Reactor Electric Output 53 MWe Reactor Outlet Temperature 510 ℃ Reacot Inlet Temperature 360 ℃ Reactor Vessel Diameter 5.2 m Reacor Vessel Height 15.2 m Core Barrel Diameter 3.4 m Type of Steam Generator Serpentine Tube No. of Steam Generators 2 unit Type of Pump Centrifuge Pump No. of Circulating Pump 2 unit Total Pressure Drop 0.7 kg/cm2 Pb-Bi Coolant Flow Rate 12300 ton/hr Pb-Bi Coolant Core Velocity 0.9 m/s Feed Water Temperature 210 ℃ Feed Water Flow Rate 294 ton/hr SG Outlet Steam Temperature 280 ℃ SG Outlet Steam Pressure 6.47 MPa Turbine Efficiency 35 % 16 中性子の漏えい Na LBE or Pb 散乱断面積の大きいLBEやPbは中性子の閉じ込め性能が高い １） 閉じ込め性能が高い冷却材は小型炉の設計が容易になる。 17 ２） 閉じ込め性能が高い冷却材が無くなると、反応度が大きく下がり安全性が高まる。 小型炉の安全性 安全機能 止める （未臨界にする） 反応度係数がより負←中性子の漏れの効果が大 受動的原子炉停止が容易に 冷やす（崩壊熱） 炉心表面からの熱放出大←炉心半径小 受動的崩壊熱除去が容易に 閉じ込める（放射性物質） 放射能の閉じ込め量が小 漏れの確率が小←表面積小 地下立地が容易 18 小型炉国際会議 SR/TIT International Specialists’ Meeting on Potential of Small Nuclear Reactors for Future Clean and Safe Energy Sources Tokyo, Japan, 23-25 October, 1991 Water Cooled Reactors SPWR, TRIGA-PS, DHR, MRX, DRX Gas Cooled Reactors MHTGR, Peu-a-Peu, CNPS Fast Reactors IFR, 4S, LSPR Other Reactors (mini)FUJI, Fluidized-Bed 19 小型炉リスト * PWR: pressurized water reactor BWR: boiling water reactor HTR: high-temperature reactor FNR: fast neutron reactor FHR: Flibe cooled HTR MSR: molten salt reactor Name CAREM MRX KLT-40S NuScale Flexblue SMART ACP100 NP-300 IRIS mPower SMR-160 Westinghouse SMR VK-300 PBMR HTR-PM SC-HTGR (Antares) GT-MHR 4S SVBR Hyperion Power Module LSPR, PBWFR ALFRED EM2 BREST S-PRISM PB-AHTR FUJI, miniFUJI IMSR Capacity 27-100 MWe 30-100 MWe 35 MWe 45 MWe 50-250 MWe 100 MWe 100 MWe 100-300 MWe 100-335 MWe 150-180 MWe 160 MWe 225 MWe 300 MWe 165 MWe 2x100 MWe 250 MWe 285 MWe 10-50 MWe 10-100 MWe 25 MWe 50-150 MWe 120-600 MWe 240 MWe 300 MWe 311 MWe 410 MWe 10, 100-200 MWe 45 MWe Type* PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR PWR BWR HTR HTR HTR HTR FNR FNR FNR FNR FNR FNR FNR FNR FHR MSR MSR Developer CNEA + INVAP, Argentina JAERI, Japan OKBM, Russia NuScale Power + Fluor, USA Areva TA, France KAERI, South Korea CNNC + Guodian, China Areva TA, France Westinghouse-led, international B&W + Bechtel, USA Holtec, USA Westinghouse, USA Atomenergoproekt, Russia Escom, South Africa, et al. INET + HSNPC, China Areva, France GA + Minatom, USA-Russia Toshiba, Japan AKME (Rosatom), Russia Hyperion Pwr Gen, USA TokyoTech, Japan Ansaldo, Italy GA, USA RDIPE, Russia GE-Hitachi, USA MIT + UCB + UWM, USA IThEMS, Japan-Russia-USA Terrestrial Energy, USA 20 Some of the Present Small LWRs Pressurizer Reactor vessel CRDM Steam generator MCP Pressurizer Hot leg riser Coolant pump Core SG Reactor Pressurizer KLT-40S ECCS accumulator Westinghouse SMR NuScale 21 Some of the Present Small FR Control rods system drivers Main circulation pump Steam generator Reactor vessel Core EM2 SVBR 22 福島第一原子炉事故 廃炉 対応 軽水炉の安全性を高める 固有安全炉を使う ストレステスト 安全設備、設計変更 システム改善 革新炉 小型炉 23 ご清聴 ありがとうございました 24
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