2014 Fiscal Year Research-status Report
高度な環境安全性を備えるDTトカマク炉の新概念構築に関する研究
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25420898
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
飛田 健次 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ヶ所核融合研究所, 部長 (50354569)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 核融合炉 / 安全性 / 閉じ込め障壁 / 冷却材喪失事故 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水冷却方式の核融合炉の仮想事故解析（大規模な冷却材喪失事故）を行い、閉じ込め障壁の健全性を確保し放射性物質の環境放出を防止・抑制するための事故影響緩和系の研究を行った。本件については、平成25年度に単純化した閉じ込め障壁（閉じ込め障壁＋過圧時の環境ブローアウト方式）で一次冷却水配管の大破断事故に対する予備解析を実施したが、平成26年度はその結果を踏まえてより実用的な閉じ込め障壁と事故影響緩和系（圧力抑制プール）を組み合わせたモデルで解析を行い、昨年度よりも環境放出を大幅に抑制できる見通しを得た。
一次冷却水配管（管内径0.727 m）のギロチン破断を仮定し、初期冷却水条件15.5 MPa、300℃、240 m3の冷却水が破断口から放出されるものとして熱水力解析を行った。破断箇所は熱移送系を取り囲むボールト（耐圧区画）内で生じるものとし、冷却材放出によってボールト内が過圧される場合には区画内の空気と蒸気を圧力抑制プールに送出して蒸気を凝縮し、非凝縮性の空気や凝縮しきれなかった蒸気はプールの先の建屋上部へ排出し、建屋内の大気中トリチウム除去設備で処理するものとした。解析の結果、このような閉じ込め障壁と影響緩和系の組合せによって閉じ込め障壁の健全性の担保と影響緩和効果が明らかになり、平成25年度の検討例と比べて２桁以上トリチウムの環境放出を低減できる見通しを得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目標は、高度な安全性を備えた核融合炉概念を構築することである。本研究では、水冷却方式の核融合炉に対して、大規模な仮想事故に対する影響緩和系の基礎概念とその効果を熱水力解析を通して評価し、さらにその概念の改良を試みるという、反復的なアプローチで安全システムの概念構築を進めている。核融合炉の安全確保においては、トリチウムなどの可動性の放射性物質に対する閉じ込め障壁の健全性を担保することが肝要である。
平成25, 26年度の研究を通して、真空容器外の大規模な冷却水喪失事故に対する影響緩和方策の見通しが立ちつつあり、次年度はこれまでの知見を踏まえて解析を詳細化することにより、事故影響の大幅な低減を示しうると考えられる。
真空容器内への冷却水侵入事象については初期解析を行い、ITERのような圧力抑制プールの採用では解決できないことが判明しつつある。この初期解析は、平成27年度は炉内構造・機器に踏み込んで安全系の概念
を検討するための基礎データとして有効である。
このように、本研究では核融合炉の安全性向上に資する重要な知見が得られており、最終年度となる次年度には安全改善方策の具体例を提示する事が可能で、本研究の当初目標を達成できる見通しである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に考案した真空容器外冷却材喪失事故に対する影響緩和系の効果をより詳しいモデルで解析し信頼性を高めると共に、真空容器内冷却水侵入事故に対する影響緩和システムを考案する。
（１）真空容器外冷却材喪失事故解析の改良
平成26年度に行った真空容器外の冷却材喪失事故の解析では、トリチウム水を含む蒸気の圧力抑制プールでの凝縮効果を評価して、トリチウム環境放出量の大幅な低減を示した。しかしながら、この解析では、圧力抑制プール水によるトリチウム水の捕捉効果を考慮していないため、最終的なトリチウム環境放出量が過大評価されている可能性が高い。平成27年度の研究では、プール水によるトリチウム水の捕捉効果を評価し、環境影響評価の信頼性を向上する。
（２）真空容器内冷却水侵入事故
核融合炉の真空容器は放射性物質閉じ込めの第１障壁である。真空容器の容積は4,000m3弱と限定的な上に、真空容器に侵入した冷却水を圧力抑制系に導く接続管径に制約があるため、例えば逃走電子による大規模な第一壁損傷とそれに伴う冷却材侵入を想定すると、圧力抑制系が機能が十分発揮されないうちに真空容器の過圧・損傷が生じうる。この問題に対する解決として、逃走電子を受け止めるバンパーリミタを設置し、大規模な冷却材侵入を回避する安全系の概念検討を行う。
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| Causes of Carryover |
年度当初に計画していた国際会議での研究成果発表（３件）が連携研究者の業務の都合で１件にとどまった。安全解析に必要となるモデル作成のためのCAD作業の人件費を計上していたが、連携研究者が行ったため次年度への繰り越し金が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金は、核融合炉内機器の安全性に関連する解析（次年度の研究分担者として畑山教授（慶應義塾大学）を追加．学振助一第７０３号で承認済）、国際・国内会議での研究発表、安全解析のためのソフトウェア、関連図書購入に充てる計画である。
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