6 高温ガス炉水素・熱利用研究

高温ガス炉と水素製造・熱利用技術の研究開発

図6-1 高温ガス炉の特長

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図6-1 高温ガス炉の特長

高温ガス炉は、ヘリウムガス冷却、黒鉛減速の熱中性子炉で、優れた固有の安全性を有しており、水素製造や発電などの多様な熱利用に応えることができる原子炉です。このような特長から、原子力に対する信頼を回復できる炉型として大いに期待されています。

 


エネルギー資源に乏しい我が国では、海外からの化石資源の依存度を下げ、さらに地球温暖化問題解決に向けて二酸化炭素の排出量を低減するために、安全性の確保を大前提として原子力エネルギーの利用を進めることを基本方針としています。そのためには、原子力エネルギーを発電だけでなく様々な分野で利用することが期待されます。高温ガス炉は優れた固有の安全性を有し、多様な産業利用が見込まれることから、エネルギー基本計画や未来投資戦略2017において、高温ガス炉の研究開発を推進することが国の方針として示されています。これに応えるため、文部科学省原子力科学技術委員会高温ガス炉技術研究開発作業部会の提言に基づいて、将来的な実用化像や国際協力のあり方等を検討するため設立された高温ガス炉産学官協議会では、高温ガス炉の実用化戦略や海外戦略について検討が進められています。

高温ガス炉はセラミックス被覆燃料、黒鉛構造材、ヘリウムガスを使用することにより、950 ℃の高温熱を取り出すことができるとともに、いかなる事故が発生しても原理的に炉心溶融を起こさない設計が可能な原子炉です。世界最先端の国産技術(放射性物質を閉じ込める被覆燃料粒子の製造技術、優れた材料特性及び耐照射性を有する大規模黒鉛ブロックの製造技術など)を用いて建設した高温工学試験研究炉(HTTR)は、2004年に950 ℃の熱を取り出すことに世界で初めて成功し、2010年には950 ℃で50日間の連続運転により、安定に高温核熱を供給できることを実証しました。さらに、原子炉の冷却が停止し、スクラムによる停止に失敗するような異常状態においても、原子炉が自然に停止し、安定な状態を維持できることも実証しました。このような特長を有する高温ガス炉は、ヘリウムガスタービンによる高効率発電、水素製造、さらにはガスタービン下流で約200 ℃の熱を取り出して海水淡水化も可能であり、多様な産業利用に応えることができます(図6-1)。

現在、私たちは、安全性や経済性に優れた高温ガス炉の特長を活かし、HTTRを用いた熱利用技術の実証に向けたシステムの設計を進め(トピックス6-1)、高温ガス炉の熱利用に不可欠な新たなヘリウム/ヘリウム熱交換器の提案を行うとともに(トピックス6-2)、冷却材圧力を調整して原子炉の出力制御を行うインベントリ制御時の熱負荷応答性を確証しました(トピックス6-3)。さらに、耐酸化性を向上させた燃料を用いた炉心設計にも取り組んでいます(トピックス6-4)。また、高温ガス炉の熱利用技術として取り組んでいる革新的な水素製造技術である熱化学水素製造IS法の開発においては、工業材料製の連続水素製造試験設備の試運転に成功しました(トピックス6-5)。さらに、HTTRの炉内温度を測定するために、溶融ワイヤを用いた温度測定技術開発も進めています(トピックス6-6)。現在、HTTRは震災後に制定された新規制基準の適合性確認を受けており、再稼働に向けて準備を進めています。



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