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「原子力研究開発の動向」
日本原子力研究所理事 早田邦久
１．講演の概要
「エネルギー問題に発言する会」の運営委員会（2,003年8月20日）において、「原子力研究開発の動向」と題して、日本原子力研究所（原研）と米国が進めている最近の研究開発動向を中心に、次の構成で講演したものである。
①原子力エネルギーの必要性
②原子力研究開発の動向
③高温ガス炉の研究開発
④原子力二法人の統合
急激な人口とエネルギー消費量の増加に伴い（Fig-1）、二酸化炭素排出量の抑制とエネルギー源の多様化が重要になってきた。
原子力エネルギーは、二酸化炭素排出量を低減し、エネルギーの長期安定供給が可能で、わが国の基幹電源と位置づけられる。原子力エネルギーの利用は、現在から将来に向け、革新的原子炉の研究開発に支えられ、濃縮Ｕ利用からＰｕ有効利用、そしてＰｕ増殖へ発展すると展望される(Fig-2)。
３．原子力研究開発の動向
優れた安全性・高い経済性・環境負荷の低減・発電以外の分野への有効利用などの性能を有する革新的原子力システムの研究開発が世界的に進められており、わが国においても、この開発を着実に推進するため、原子力委員会は「革新炉検討会」を組織し調査審議を進めた。革新的原子力システムの概念の一覧を含めた概要はFig-3に示される。これらのうち、原研は“低減速軽水炉”、“加速器駆動核変換システム”および“高温ガス炉”の研究開発を進めている。
低減速軽水炉は、水冷却炉心で高速増殖炉の中性子スペクトルに近づけ、増殖も可能な(Fig-4)、軽水炉をベースにしたプルトニウムリサイクル技術を確立し、エネルギーの安定供給を目指す革新的原子炉の一つとして研究開発を進めている。
加速器駆動核変換システムの概念は、Fig-5に示すようにマイナーアクチニド（ＭＡ）燃料の未臨界体系に陽子ビームを打ち込み、高速中性子による核分裂反応で核変換を行うもので、廃棄物処分の合理化・環境負荷の低減を目指している。熱出力800MWで,
軽水炉約10 基分の使用済燃料から抽出されるＭＡを処理できると評価されている。
（３）米国の原子力政策の動向と第4世代原子炉計画
①米国の原子力政策の動向
1990 年代、DOEの原子力開発計画は相次いで中止され、1998年の原子力エネルギー研究開発費は予算０になった。1997
年１１月、大統領科学技術諮問委員会（PCAST）報告書が出され、21 世紀における原子力エネルギー利用の重要性および米国の原子力科学技術再活性化の必要性が答申された。
DOEは、これを受けて、原子力に関する米国の国際競争力、技術基盤の維持、指導力の強化を目的に、NERIを設立した。研究開発の計画・方法などは、公募制度を導入している。
第4世代原子炉（GEN-IV）は、持続発展性、安全性、経済性、核拡散抵抗性の一層の向上、および廃棄物の低減を目標に、
2030 年までに導入を目指した革新炉である。
現在、第4世代国際フォーラム（GIF）が組織されており、ロードマップ作成組織はFig-6に示すようで、国際協力で進められている。GIFにおいて、GEN-IVとして６コンセプトが選定され、これと併せて、2015
年までに導入可能なコンセプトも選定されている(Fig-7)。
４．高温ガス炉の研究開発
高温ガス炉は、優れた固有の安全性を有し、1000℃近い高温の熱を炉外に取り出せるため、原子炉で発生した熱の約70%を利用でき、石油代替燃料で環境に優しい水素の製造に活用できる。
原研は、Fig-8に示すように、高温ガス炉の研究開発を進めており、高温工学試験研究炉（HTTR）を2001年に30MW,
８５０℃を達成、2003年に安全性実証試験を開始し、950℃の達成を目指している。そして、2008年頃に水素製造開始を目標にするとともに、実用化への道をFig-9に示すように考えている。
（２）水素社会の到来
現代社会は化石燃料に依存しており、二酸化炭素・酸性雨など地球環境への影響が問題になっている。水素はクリーンエネルギーとして、最近、燃料電池の自動車や分散型エネルギーシステムへの利用などが注目され、水素の利用がクローズアップされてきた。
（３）高温ガス炉水素製造の技術開発(Fig-10)
①水素製造技術の開発
原研は、高温ガス炉を用いる二酸化炭素を排出しない水素製造法として、Fig-11に示すヨウ素（I）と硫黄（S）を用いた化学反応で水を分解する熱化学法（ISプロセス）の研究開発を進めている。この方法では、硫酸の分解に必要な900℃の熱を、ヨウ化水素の分解に必要な400℃の熱を、高温ガス炉から供給する。
水素製造技術の開発は、連続水素製造試験装置を建設し、工学基礎試験を実施している。そして、2,005年頃にパイロット試験、2015年頃にHTTRへの接続を目指している(Fig-12)。
②接続技術の開発
水素製造施設を高温ガス炉に接続する技術開発は、安全設計と安全評価を基本に、原子炉の運転に影響を与えない制御技術の開発を進めている。そのため、実規模単一反応試験装置を用い、水素製造施設が原子炉の運転に影響を与えないようにする制御技術の開発、および水素製造時の化学反応変動によるヘリウムガスの温度変動を蒸気発生器を用いて制御する技術の開発を進めている。
５．原子力二法人の統合
「特殊法人等整理合理化計画」（平成13年12月19日閣議決定）を受け、日本原子力研究所と核燃料サイクル開発機構の平成17年度の統合に向け、諸般の準備が進められている。
平成14年1月29日、「原子力二法人統合準備会議」が設置され、平成14年8月５日に「原子力二法人の統合に関する基本報告」がまとめられた。その後、事業の方向等についての検討が進められ、「新法人の基本業務」と「新法人の目指すもの」がFig-13とFig-14のようにまとめられており、「原子力二法人の統合に関する報告書」は、平成15年９月にまとめられる予定である。
[主な関連文献]
(1) 岩村公道、他：“革新的水冷却炉「低減速軽水炉」の研究開発”、日本原子力学会誌、Vol.45,
No.3 (2003)
(2) 高野秀樹：“加速器による書く変換”、エネルギーレビュー誌、第23巻、第7号 (2003)
(3) 松井一秋、他：“第4世代原子力システム技術開発”、日本原子力学会誌、Vol.45,
No.3 (2003)
(4) 関本博、他：“高温ガス炉の新展開”、日本原子力学会誌、Vol.44, No.12
(2002)
(5) 藤川正剛、他：“HTTR（高温工学試験研究炉）の出力上昇試験”、日本原子力学会和文論文誌、Vol.1,
No.4 (2002)
[関連略語一覧]
AAA : Advanced Accelerator Applications
ABWRII : Advanced Boiling Water Reactor
ACR-700 : Advanced CANDU Reactor 700
AP-600 : Advanced Pressurized Water Reactor
600
APWR+ : Advanced Pressurized Water Reactor
Plus
ATW : Accelerator Transmutation of Waste
CAREM : Central Argentina de Elementos Modulares
DOE : Department of Energy
DOE-NE : DOE, Office of Nuclear Energy, Science
and Technology
EPR : European Pressurized Water Reactor
EABWR : European Simplified Boiling Water Reactor
GEN-IV : Generation IV Nuclear Energy System
GIF : Generation IV International Forum
GFR : Gas-Cooled Fast Reactor
GRNS : NERAC Subcommittee on Generation IV
Technology
HCBWR : High Conversion Boiling Water Reactor
IMR : Integrated Modular Reactor
I-NERI : International Nuclear Energy Research
Initiative
INTD : International Near Term Deployment
IRIS : International Reactor Innovative and
Secure
LFR : Lead-Cooled Fast Reactor
MSR : Molten Salt Reactor
NEER : Nuclear Engineering Education Research
Initiative
NEPO : Nuclear Energy Plant Optimization
NERAC : Nuclear Energy Research Advisory Committee
NERI : Nuclear Energy Research Initiative
NTDG : Near Term Deployment Group
PBR : Pebble Bed Reactor
PCAST : President’s Committee of Advisors on
Science and Technology
PMR : Prismatic Modular Reactor
RIT : Roadmap Integration Team
SCWR : Supercritical-Water-Cooled Reactor
SFR : Sodium-Cooled Reactor
SMART : System-Integrated Modular Advanced
Reactor
SWR-1000 : Siedewasser Reactor 1000
VHTR : Very High Temperature Reactor