2019 Fiscal Year Research-status Report
メルトダウンが起こりえない受動的放射冷却を用いた原子炉圧力容器の革新的冷却設備
| Project/Area Number |
18K05000
|
|---|
| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
|---|
Principal Investigator |
高松 邦吉 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 研究副主幹 (70414547)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
守田 幸路 九州大学, 工学研究院, 教授 (40311849)
劉 維 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70446417)
松元 達也 九州大学, 工学研究院, 助教 (90325514)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 格納容器 / 冷却設備 / 受動的安全性 / 輻射 / 自然対流 / 高温ガス炉 / HTGR / 新型炉 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
福島第一原子力発電所事故（以下、福島事故）後、炉心溶融が生じない高温ガス炉や新型炉への期待が高まっており、事故時に炉心から崩壊熱を間接的に除去できる受動的冷却設備の役割が重要となった。本研究では、動的機器および非常用電源等を必要とせず、福島事故のようにヒートシンクを喪失することもなく、通常運転時の放熱を最小限にして、事故時の崩壊熱を受動的に除去できる新しい冷却設備（以下、冷却設備）を提案する。また、自然対流よりも、できるだけ放射冷却を用いた信頼性の高い冷却設備を開発する。本冷却設備の成立性を解析的および実験的に示し、原子炉圧力容器（以下、RPV）表面から放出される熱を除去可能であることを明らかにする。
（解析）
平成30年度、高温工学試験研究炉（HTTR）で要求されるRPV表面からの除熱量1.2～2.5kW/m2、実用高温ガス炉で要求される除熱量3kW/m2を大きく上回り、約2.3倍の除熱量7kW/m2を解析的に達成できた。令和元年度、大規模な実機のRCCSを等倍縮小したスケールモデル（伝熱試験装置）と実機のRCCSを比較する方法を提案できた。例えば、スケールモデル内の空気を加圧できない場合でも、実機で除熱できる熱流束をスケールモデルで再現できる方法を明らかにした。
（実験）
平成30年度、実用高温ガス炉で求められるRPV表面からの除熱量3kW/m2を大幅に上回り、約2.7倍の除熱量8.2kW/m2を実験的に達成できた。令和元年度、実機において冷却室の伝熱面積を増加させることは、原子炉出力の増加に繋がることを明らかにした。また、冷却室の伝熱面積を変化させることで、除熱量をコントロールできることを明らかにした。
本冷却設備は全く新しい形状を採用しているため、受動的安全性の研究分野に対し、新たな事故時崩壊熱除去方法を提案するものとなる。学会発表については今後も積極的に報告する予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和元年度の研究実施計画に沿って研究を実施した結果、本冷却設備の成立性および有用性を解析的にも実験的にも実証することができた。令和元年度、解析については、大規模な実機のRCCSを等倍縮小したスケールモデル（伝熱試験装置）と実機のRCCSを比較する方法を提案できた。例えば、スケールモデル内の空気を加圧できない場合でも、実機で除熱できる熱流束をスケールモデルで再現できる方法を明らかにした。実験については、実機において冷却室の伝熱面積を増加させることは、原子炉出力の増加に繋がることを明らかにした。例えば、冷却室の伝熱面積を変化させることで、除熱量をコントロールできることを明らかにした。さらに、それらの成果の一部を、Annals of Nuclear Energyおよび日本原子力学会で発表した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度に実施した詳細解析および実験を参考に、今後もスケールモデルを用いた実験をさらに進める。具体的には、ヒーターの加熱量を変化させ、崩壊熱や過酷事故事象を模擬した過渡実験を行う。また、過酷事故事象の解析も実施し、実験結果と比較することで、過渡変化が除熱量に与える影響を明らかにする。さらに、他の炉型での本冷却設備の適用方法についても検討する。本冷却設備のみを設置するだけで、通常運転時、および原子力規制庁が求める想定できる事故以上の異常事象が生じても、実質的に対処できる十分な除熱能力を有することを証明する。加えて、惑星や衛星等、輻射による除熱や放射冷却しか使用できない環境での適用可能性についても検討する。学会発表については、令和2年度も積極的に報告する予定である。
|
| Causes of Carryover |
（理由）
令和元年度において購入したい物品の見積り合わせを行った結果、想定金額より高価になり購入を見送ったため、次年度の使用額が生じることとなった。
（使用計画）
令和2年度の物品費および旅費の一部として使用する。
|
