Transcript 熔融塩炉 - トリウムテックソリューション

ー新しいクリーンエネルギーー
１万ｋＷ
超小型トリウム熔融塩炉
「ｍｉｎｉＦＵＪＩ」
株式会社 トリウムテックソリューション
ＴＴＳ
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｢トリウム熔融塩発電｣は、従来の原子力発電とは全く異なる
新しいエネルギー源です
■従来の原子力発電
①ウラン―プルトニウム路線→核武装につながる「核拡散」の危険
②百万ｋＷ以上の大型炉（４千億円／基以上）が標準→投資リスク大
→国家の関与が必須
■トリウム熔融塩発電
①トリウム燃料→プルトニウム生成無し→非軍事・平和利用のみ
→｢核拡散」の危険なし
②１万ｋＷ超小型炉（６０億円／基） →投資リスク小
→民間ベースでの推進が可能
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「トリウム熔融塩炉」は、「トリウム」を使った「液体燃料炉」です。
■「トリウム」は、原子炉燃料となるが、原爆用には使えない。
核資源
用途
自然界
存在量
種別
ウラン２３５
０．７％
核物質
ウラン２３８
９９．３％
トリウム２３２
１００％
元素名
非軍事・平和利用のみ。
核物質
原子炉燃料
原爆燃料
＝ウラン２３５
○
○
親物質
プルトニウム２３９
○
◎
親物質
ウラン２３３
○
×
天然ウラン
天然トリウム
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従来の原子炉は,提案中のものも含めて全て「固体燃料炉」
「トリウム熔融塩炉」は唯一の「液体燃料炉」
■「固体燃料炉」は「燃料棒」を持つが、「液体燃料炉」は「燃料棒」を持たない。
形
態
固体燃料炉
液体燃料炉
燃料棒
原 子 炉
燃
料
物
質
ウラン軽水炉
ウラン２３５酸化物主体、
ウラン２３８酸化物も共存
高速増殖炉
プルトニウム２３９酸化物
トリウム熔融塩炉
トリウム２３２フッ化物を,700℃のリチウム・ベリリ
ウムフッ化物熔融塩（フリーベ）に熔解したものを
液体燃料として使う。
あり
なし
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原子力開発の二つの流れ（１）
１．「軽水炉」を中心とする｢固体燃料炉｣
→「軍事用」を目的として開発され、現在の主流
２．「トリウム熔融塩炉」による「液体燃料炉」
→「発電のみ」を目的。理想の原子炉.として米国で開発された。
→１９６５年オークリッジ国立研究所「熔融塩実験炉」完成
１９７６年 国家による強制的開発中止
[理由] プルトニウムを作らず、軍事的に無価値
→以降４０年にわたり日本の古川和男グループがフォロー
→２０１1年 新会社(TTS）設立
目的：１万ｋＷ超小型炉「ｍｉｎｉＦＵＪＩ」の開発と事業化
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原子力開発の二つの流れ（２）
年
１９４５ １９５０ １９６０ １９７０ １９８０ １９９０ ２０００ ２０１０ ２０２０ ２０３０ ２０４０ ２０５０
目的：原爆製造
■スリーマイル島事故（1979）
→プルトニウム生産
固
体
燃
料
炉
ウ
ラ
ン
酸
化
物
■チェルノブイリ事故（1986）
原子力潜水艦動力
■もんじゅ
ナトリウム漏れ事故（1995）
［軽水炉］完成
［原子力冬の時代］
■日本で高速増殖炉
開発スタート
［原子力復活］（CO2を出さない）
■東芝「４S」 ■東芝「４S」
予定発表
完成予定
■「高速増殖炉」
商業化目標
■ビル･ゲイツ 「TWR」
（2050）
発表（2010）
■FUJI開発
溶 ■ウイグナー等の検討結果■「溶融塩実験炉■開発中止（1976）
ト解
原子炉は核化学反応装置 MSRE」完成 ＜理由>
（株）TTS設立（2011）
リ
燃料は液体であるべき
2万6千時間
プルトニウムを
■1万kW超小型熔融塩炉
ウ
液
→「液体燃料炉構想」
無事故運転
作らないため
「miniFUJI」完成予定（2018）
ム
体
■オークリッジ国立研
軍事的に無価値
■20万kW
燃フ
所長 ワインバーグ
燃料自給自足型小型炉
ッ
料化
「トリウム溶融塩増殖炉」
「FUJI」完成予定（2025）
炉物 熔
発表（1960-72）
■古川和男等
■「トリウム熔融塩核エネ
融
「加速器溶融塩増殖炉」発表（1980）
ルギー協働システム」
塩
■「トリウム熔融塩炉」FUJI発表（1985）
完成予定（2035）
に
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トリウム熔融塩炉の技術的な基礎を完成させた
オークリッジ国立研究所の「熔融塩実験炉ＭＳＲＥ」
（Molten-Salt Reactor Experiment）
実体写真：運転直前の熔融塩実験炉 MSREの炉格納室内部。
（米国オークリッジ国立研究所で1965～1969年末の４年間、無事故で運転された。）
ポンプ
炉容器
熱交換器
Loop operation : 26,076 hrs
Reactor operation : 17,655 hrs
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「軽水炉」と「トリウム熔融塩炉」の基本構成の比較
固体燃料：燃料棒あり
高圧容器
沸騰水型軽水炉の基本構成
液体燃料：燃料棒なし
常圧容器
トリウム熔融塩炉の基本構成
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「軽水炉」と「トリウム熔融塩炉」の炉心構造
沸騰水型軽水炉本体と燃料集合体の模型図
小型熔融塩発電炉fujiと超小型炉miniFUJIの模型
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｢トリウム熔融塩発電｣の特長
従来の原子力発電が抱えていた問題を解決します
① 核武装につながる「核拡散」の危険が無い。
② 危険な「高レベル核廃棄物」を殆ど排出しない。
③ 「暴走」によるスリーマイル島・チェルノブイリ事故の再現は原理的に
起こり得ず、安全性が高い。
④大地震発生時には、炉内の液体燃料は自動的に炉底のバルブより
地下の冷却プール内の容器に移行し、炉内には燃料が無くなり、炉
は自動的に停止し、事故は起こり得ない。
これに加えて次の特長を持ちます。
④使用済核燃料の「再処理が容易」
⑤トリウムはウランより地球上に広く分布・「埋蔵量が多い」
⑥「小型化が容易」
⑦出力のコントロールが可能
⑧「発電コストが安い」
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「トリウム熔融塩炉」と「ウラン軽水炉」の比較
「トリウム熔融塩炉」（液体燃料炉）
トリウムフッ化物（熔融塩に溶解）
「軽水炉」（固体燃料炉）
評価
ウラン酸化物〔固体燃料〕
評価
核拡散の可能性
（プルトニウム生成）
核拡散の可能性無し
プルトニウムを生成しない
◎
核拡散の可能性あり
プルトニウムを大量に生成する
×
高レベル核廃棄物
殆ど生成しない
ごくわずか生成したものも炉内で消滅
◎
大量に生成する
×
安全性Ⅰ
暴走の可能性
暴走は原理的に起こりえない。
暴走は核燃料棒内の核反応の誤制御により起こるが、
核燃料棒が無い。
◎
暴走の可能性あり。
核燃料棒があるため制御を誤るとチェルノブイリ
事故再現の可能性あり。
×
安全性Ⅱ
耐震性
安全
大地震発生時、液体燃料は自動的に地下の冷却
プール内の容器に移行。炉は空になり自動停止。
◎
危険性あり。
高圧容器使用、地震による放射性ガス漏れ発生
の危険性あり。冷却不全による事故の可能性。
×
使用済み核燃料の
再処理
容易。
熔融塩にフッ素ガスを吹き込むと再使用必要成分の
み揮発性になり、純粋な形で分離再使用できる。
◎
困難。
固体燃料再処理は高度技術必要（六ヶ所村の難
航）
△
核資源埋蔵量
広く分布、ウラン埋蔵量の4～5倍
○
資源偏在
△
小型化の容易さ
小型化容易（核燃料棒無し、構造簡単）1万kW～
◎
小型化困難（構造複雑）100万kWが標準
×
出力コントロール
可能
○
困難
×
発電コスト
（トータルコスト）
低い。①償却費低（構造単純・建設費が安い）
②高温（700℃）稼働,効率～43％
③燃料棒製造交換不要
④再処理コスト低
⑤高レベル核廃棄物保管コスト不要
⑥安全性が高く人口密集地近傍設置可能によ
り送電コスト低
◎
高い。①償却費髙（構造複雑･建設費が高い）
②低温（～300℃）稼働,効率～33％
③燃料棒製造交換必要･費用要
④再処理コスト高
⑤高レベル核廃棄物保管コスト要
⑥遠隔地設置･送電コスト高
燃料塩循環ポンプの流量調節により可能
原理的に困難
△
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このように優れた「トリウム熔融塩発電」が、
何故長い間日の目を見なかったのでしょうか？
■原子炉燃料は固体燃料で無ければならないという固定観念の定着
当初の原子炉の開発目的＝軍事用：原爆製造のためのプルトニウムを作る装置
オークリッジ国立研究所のトリウム熔融塩炉開発の国家による強制的中止（１９７６年）
＜理由＞プルトニウムを作らないため軍事的に無価値
液体燃料炉という概念が世の中から消えた。
■燃料棒を持たない液体燃料炉は、儲からないというメーカーの拒否反応
既存の原子炉（軽水炉）メーカーの収益源＝燃料棒の定期交換
液体燃料炉は燃料棒定期交換という収益源が無いので手掛けたくない。
■特に、日本においては電力会社主導の下に「ウラン―プルトニウム路線」が国の路線とされ、「トリウムー
ウラン２３３路線」であるトリウム熔融塩炉は徹底的に拒否されてきた。
「ウランープルトニウム路線」とは、ウラン軽水炉から出来るプルトニウム利用を柱とする長期原子力路線
であり、軽水炉使用済み燃料からプルトニウムを取り出す再処理工場（六ヶ所村）、プルトニウム使用原
子炉である高速増殖炉（もんじゅ）の開発に膨大な予算がつぎ込まれてきた。
トリウム熔融塩炉は、この路線とは異なる「トリウムーウラン２３３路線」の炉であり、使用済燃料の再処
理は簡単で大げさな再処理工場は不要で、再処理して取り出したウラン２３３は再びトリウム熔融塩炉の
燃料として使う。
日本の原子力専門家の中にもトリウム熔融塩炉の優秀性の理解者は多くいたが、原子力村という特殊
社会の中でトリウム熔融塩炉の支持はタブーとされてきた。
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１万ｋＷ超小型トリウム熔融塩炉
「ｍｉｎｉ ＦＵＪＩ」の開発
■超小型：炉心寸法 直径１．８ｍ×高さ２．１ｍ
■開発期間：約７年
開発費：約３００億円
■価格：６０億円
■発電コスト：６円／ｋｗｈ
■用途：サーバー用電源、電気自動車用地域設置小型発電所
送電インフラの無い地域設置・安価な電力供給
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１万ｋＷ超小型トリウム熔融塩炉
「ｍｉｎｉＦＵＪＩ」の設計
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miniFUJI Design Specification
(one example)
Thermal capacity
Net electric generation
Thermal efficiency
20 MWth
8.6 MWe
43 %
Reactor vessel
Diameter/Height
1800mm / 2100mm
Core
Radius/Height
300mm / 900mm
Blanket Thickness
200mm
Fuel Salt: Composition: 7LiF – BeF2 – ThF4 – 233UF4
71.5 – 16 – 12 — 0.47 mol%
Volume
45 liter
Temperature
inlet 560̊ C --- 700̊ C
Fuel conversion ratio
0.58
Inventory: Fissile 233U
Fertile
Th
Graphite
27 kg
650 kg
8,800 kg
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1万ｋＷ超小型トリウム熔融塩炉
「ｍｉｎｉＦＵＪＩ」の模型
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１万ｋＷ ｍｉｎｉＦＵＪＩ の発電コスト＝６．１円／ｋｗｈ
1.償却費：４．２円／ｋｗｈ
設備費 ６０億円 耐用年数 ３０年 定額償却
１年あたりの償却費＝６，０００，０００，０００円÷３０年＝２００，０００，０００円／年
年間発電量＝１万ｋｗ×３６５日×２４ｈｒ×稼働率８０％＝約７０，０００，０００ｋｗｈ／年
１ｋｗｈ当たりの償却費＝２００，０００，０００÷７０，０００，０００＝２．９円／ｋｗｈ
金利加算：金利３％／年とすると ×１．４５
金利加算後の償却費＝２．９円／ｋｗｈ×１．４５＝４．２円／ｋｗｈ
2.運転保守費＝人件費：１．４円／ｋｗｈ
人員：１０名 ×１千万円／年・人＝１億円／年 １億円／年÷７０，０００，０００ｋｗｈ／年＝１．４円／ｋｗｈ
3.燃料費：０．２円／ｋｗｈ
R.W.Moir,”Cost of Electricity from Molten Salt Reactors” Nuclear Technology,
vol.138,No1,P93－ ９５、Ａｐｒ ｉｌ／２００２
４．廃棄物処理費：０．２円／ｋｗｈ
同上
５．解体費：０．１円／ｋｗｈ
同上
合計：６．１円／ｋｗｈ
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CO2排出削減への寄与
ｍｉｎｉＦＵＪＩ
メガソーラー
備考
（太陽光発電）
発電出力
１万ｋW
１万ｋW
年間発電量
約７，０００万
約１，１００万
ｋｗh／年
ｋｗh／年
メガソーラー
の約７倍
（稼働率８０％）
CO2排出
削減量
２５，２００
３，９６０
Ｔｏｎ／年
(0.36kg-CO2
/kwh)
Ｔｏｎ／年
(0.36kg-CO2
/kwh)
同上
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