高い安全性を有する放射性廃棄物ゼロエミッション溶融塩炉原子力システム実現への挑戦

Research Project

Project/Area Number	22K04980
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	相澤直人東北大学, 工学研究科, 助教 (70707033)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宍戸博紀東北大学, 工学研究科, 助教 (90827792)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	溶融塩炉 / 核変換 / 炉心設計 / 長寿命核分裂生成物 / 放射性廃棄物 / 原子炉設計
Outline of Research at the Start	本研究では、液体燃料を使用し従来型原子炉と比べて高い安全性を有する第４世代原子炉である溶融塩炉を対象に、化学分離技術と炉心設計の最適化を通して、運転時に発生する放射性核種を自己完結的に原子炉内で燃焼させることによって放射性廃棄物ゼロエミッションの可能性を追求する、溶融塩炉原子力システムの概念設計を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、原子力プラントで発生する放射性核種を同一プラント内ですべて核変換し、放射性廃棄物の排出を極小とする自己完結的な高い安全性を有する原子力システムの実現を目標として、運転中に燃料塩の調整・生成元素の連続除去が可能な溶融塩炉原子炉システムを対象に2022年度は以下の検討を行った。１．溶融塩炉原子炉システムの設計を行うにあたり、炉心核設計のための解析環境の整備ならびに溶融塩物性解析のための解析ツールの整備を行った。また、溶融塩組成の検討にあたり、溶融塩に溶かすための元素特性の基礎検討を開始した。２．溶融塩炉炉心の核設計として、過去に米国オークリッジ国立研究所にて建設および運転経験のあるフッ化物溶融塩実験炉MSREの炉心を元に、ウラン燃料溶融塩および黒鉛減速材ブロックを用いた無限燃料セル体系を用いて、これまでに溶融塩炉における核変換研究が行われてこなかった長寿命核分裂生成物(LLFP)を対象として、溶融塩炉の運転中において生成したLLFPが自己完結的に核変換可能かどうか検討を行った。その結果、黒鉛減速材ブロック中にLLFPの核変換のための専用流路を設けた燃料セル設計において、専用流路の大きさを変更することによって運転中のLLFP生成量と同量もしくは生成量を上回るLLFP核変換が実現可能であることが示された。また、LLFP核変換用専用流路の導入によって低下する反応度についても、ウラン濃縮度を増加させることによって補償可能であることが示された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 溶融塩物性解析のための解析ツールの整備が遅れたために、溶融塩炉の物性解析に遅延が生じている。また、溶融塩炉に溶かすための放射性廃棄物元素の物性検討に時間を要している。一方で、フッ化物溶融塩炉における核変換検討については、当初予定を上回る進捗を示している。
Strategy for Future Research Activity	溶融塩炉に溶かすための放射性廃棄物元素の物性検討を進めるとともに、2022年度に整備した溶融塩物性解析ツールを使用して、溶融塩炉に採用可能な溶融塩炉組成の検討を行う計画である。溶融塩炉炉心設計については、2022年度に実施したフッ化物燃料に基づく燃料セル体系による解析を発展させ、全炉心設計を行うとともに、塩化物溶融塩燃料についても検討を行う計画である。