用語説明

注1)高温ガス炉
高温ガス炉は、@冷却材には化学的に不活性なヘリウムガスを用いているため、冷却材が燃料や構造材と化学反応を起こさないこと、A燃料被覆材にセラミックスを用いているため、燃料が1600℃までの高温に耐え、放射性核分裂生成物(FP)の保持能力に優れていること、B出力密度が低く(軽水炉に比べ1桁程度低い)、炉心に多量の黒鉛*等を用いているため、万一の事故に際しても炉心温度の変化が緩やかで、燃料の健全性が損なわれる温度に至らないこと等の安全性に優れた原子炉である。また、900℃を超える高温の熱を原子炉から取り出せることから、熱効率に優れるとともに、水素製造等の発電以外での利用など原子力の利用分野の拡大に役立つ原子炉である。
*:高純度で耐食性に優れた原子炉級黒鉛は、炭とは別の材料であって燃えにくい。
注2)ヒートマスバランス計算
システムの各機器のエネルギーおよび物質収支解析結果から、システム全体の温度、圧力、流量等の分布を計算するもの。
注3)高温工学試験研究炉(HTTR)
我が国初の黒鉛減速ヘリウムガス冷却型原子炉(高温ガス炉)で、熱出力30MW、原子炉出口冷却材最高温度は950℃である。平成10年11月10日に初臨界、平成13年12月7日に熱出力30MWおよび原子炉出口冷却材温度850℃、平成16年4月19日に原子炉出口冷却材温度950℃、平成22年3月13日に950℃、50日間高温連続運転を達成した。
高温ガス炉は、固有の安全性によって、原子炉の安全運転に求められる自然に止める、冷やすことができる。燃料として、1600℃の高温まで放射性核分裂生成物を閉じ込めることが可能な耐熱性に優れたセラミック被覆粒子燃料を用いているため、通常時燃料温度と異常時燃料制限温度との間に温度余裕がある。これにより、冷却材流量が喪失し、さらに、原子炉がスクラム失敗したような場合でも、ある程度の燃料温度の上昇が許容されるため、温度上昇に伴い負の温度係数により、炉心に負のフィードバック反応度が添加され、原子炉の出力は自然に低下し未臨界となる。その後、蓄積したキセノンが崩壊し原子炉は再び臨界になり、炉心の温度上昇による負の反応度とつり合った微小出力で安定する。さらに、熱容量の大きい黒鉛構造物の使用と、長尺形状および低出力密度を採用した炉心設計により、事故時の崩壊熱による炉心の温度変化は緩慢であり、崩壊熱を、黒鉛構造物の高い熱伝導、原子炉圧力容器外側からの熱放射、大気の自然対流によって原子炉圧力容器外へ除去することが可能である。
この優れた高温ガス炉の固有の安全性は、平成22年12月から国際共同試験としてHTTRを用いて実証試験中である(図5)。

図5 高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて、高温ガス炉の固有の安全性を実証中

注4)反応度調整材
炉心の過剰な反応度の一部(燃焼余裕分)を抑制するために燃料体に装荷する中性子吸収材。制御棒で受け持つ反応度価値を軽減するほか出力分布の調整にも利用される。HTTRおよび小型高温ガス炉では、反応度調整材としてホウ素の化合物である炭化ホウ素を使用している。
注5)負の温度係数
構成物質の温度増加とともに原子炉の反応度が減少するとき、炉は負の反応度温度係数をもつという。高温ガス炉で重要な温度係数には、共鳴吸収のドップラー効果注6)に支配される燃料温度係数と中性子スペクトルの変動に支配される減速材温度係数がある。高温ガス炉では、燃焼が進むとある温度域で減速材温度係数が正になることもあるが、両係数の合成量では温度係数は常に負である。
注6)共鳴吸収のドップラー効果
ドップラー効果は、原子炉において、燃料の温度上昇に伴い共鳴吸収量が多くなることをいう。共鳴吸収とは、原子核があるエネルギーの中性子を異常に吸収する現象をいう。高温ガス炉や軽水炉では、ウラン−238の共鳴吸収のドップラー効果により、燃料温度が上昇すると、原子炉の反応度が減少する。

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