実用高温ガス炉の安全要件を達成するための燃料・炉心の設計事項 ·...

JAEA-Technology

2017-022

DOI1011484jaea-technology-2017-022

中川繁昭　佐藤博之　深谷裕司　徳原一実大橋弘史

原子力科学研究部門高温ガス炉水素熱利用研究センター小型高温ガス炉研究開発ディビジョン

Small-sized HTGR Research and Development DivisionHTGR Hydrogen and Heat Application Research Center

Sector of Nuclear Science Research

日本原子力研究開発機構

September 2017

Japan Atomic Energy Agency

Shigeaki NAKAGAWA Hiroyuki SATO Yuji FUKAYA Kazumi TOKUHARAand Hirofumi OHASHI

実用高温ガス炉の安全要件を達成するための燃料炉心の設計事項

Evaluation Items to Attain Safety Requirements

in Fuel and Core Designs for Commercial HTGRs

本レポートは国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が不定期に発行する成果報告書です

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copy Japan Atomic Energy Agency 2017

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319-1195 茨城県那珂郡東海村大字白方 2 番地4電話 029-282-6387 Fax 029-282-5920 E-mailird-supportjaeagojp

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JAEA-Technology 2017-022


日本原子力研究開発機構原子力科学研究部門高温ガス炉水素熱利用研究センター小型高温ガス炉研究開発ディビジョン

中川繁昭佐藤博之深谷裕司徳原一実1大橋弘史

(2017 年 8 月 17 日受理)

実用高温ガス炉の設計において燃料設計炉心設計原子炉冷却材系設計2 次冷却材系

設計崩壊熱除去系設計格納施設設計については重要性が高くかつその安全要件が軽

水炉のそれと大きく異なる実用高温ガス炉の安全基準の策定に資するためこれらの設計項

目の中から燃料及び炉心の安全要件を達成するための設計事項を検討した検討に当たって

は受動的な安全性や固有の安全性に基づく高温ガス炉の特長を十分に反映させたまた炉

心設計に関しキセノン 135 の生成と消滅による空間出力振動に対する安定性を検討した検

討の結果得られた燃料及び炉心の具体的な設計事項は今後の実用高温ガス炉の設計に適用可

能でありまたIAEA や国内規制当局における高温ガス炉の安全指針の策定に資することが

期待される

大洗研究開発センター311-1393 茨城県東茨城郡大洗町成田町 4002 1 技術開発協力員

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Evaluation Items to Attain Safety Requirements in Fuel and Core Designs for Commercial HTGRs

Shigeaki NAKAGAWA Hiroyuki SATO Yuji FUKAYA

Kazumi TOKUHARA1 and Hirofumi OHASHI

Small-sized HTGR Research and Development Division HTGR Hydrogen and Heat Application Research Center

Sector of Nuclear Science Research Japan Atomic Energy Agency

Oarai-machi Higashiibaraki-gun Ibaraki-ken

(Received August 17 2017)

As for the design of commercial HTGRs the fuel design core design reactor coolant system design secondary helium system design decay heat removal system design and confinement system design are very important and quite different from those of LWRs To contribute the establishment of the safety standards for commercial HTGRs the evaluation items to attain safety requirements in fuel and core designs were studied In this study the excellence features of HTGRs based on passive safety or inherent safety were fully reflected Additionally concerning the core design the stability to spatial power oscillation in reactor core of HTGR was studied The evaluation items as the result of the study are applicable to the safety design of commercial HTGRs in the future Keywords Commercial HTGRs Safety Requirements Safety Design Inherent Safety

1 Collaborating Engineer

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目次 1 はじめに ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 安全要件を達成するための設計事項の検討範囲 ---------------------------------------------------- 3 3 燃料の設計事項 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 9 4 炉心の設計事項 -------------------------------------------------------------------------------------------- 18

41 安全要件を達成するための設計事項 ------------------------------------------------------------- 18 42 炉心の中性子束分布の安定性 ----------------------------------------------------------------------- 19

5 おわりに ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 謝辞 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

Contents 1 Introduction -------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 Study Boundary of Evaluation Items to Attain Safety Requirements ----------------------- 3 3 Evaluation Items for Fuel Design ---------------------------------------------------------------------- 9 4 Evaluation Items for Core Design -------------------------------------------------------------------- 18

41 Evaluation Items to Attain Safety Requirements ------------------------------------------- 18 42 Stability of Neutron Flux Distributions in Reactor Core ------------------------------------ 19

5 Concluding Remarks ------------------------------------------------------------------------------------- 31 Acknowledgements --------------------------------------------------------------------------------------------- 31 References -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

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1 はじめに

東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故を踏まえ世界的に原子力の安全

性に対する希求が高まっている我が国においては東京電力福島第一原子力発電所の事故を

経験した国として世界的な原子力安全に貢献する取り組みを進めていくことが重要である高温ガス炉は燃料として耐熱性に優れ放射性物質の閉じ込め能力が高い被覆燃料粒子減

速材及び炉心構造材として耐熱性が高い黒鉛冷却材として化学的に安定なヘリウムガスを用

いておりその基本構成要素と炉心発熱密度が低いこと等から優れた固有の安全性を有し

また1000近い高温の熱を取り出せることから発電や水素製造等の多様な熱利用が可能で

あるなど環境負荷低減に貢献しうる第 4 世代原子力システムの一つとして位置づけられてい

る原子力システムである 1) 我が国においては1960 年代末から高温ガス炉技術の研究開発が開始され現在は我が国

初の高温ガス炉の試験研究炉である高温工学試験研究炉（HTTR）2)（以下「HTTR」という）

を用いた高温ガス炉の基盤技術の確立が日本原子力研究開発機構（以下「原子力機構」とい

う）により進められている2010 年からは全交流電源喪失事故時の高温ガス炉の安全性を

HTTR により実証する試験がOECDNEA の下の国際プロジェクトとして行われている 2014 年 4 月に閣議決定された「エネルギー基本計画」においては「水素製造を含めた多様

な産業利用が見込まれ固有の安全性を有する高温ガス炉など安全性の高度化に貢献する原

子力技術の研究開発を国際協力の下で推進する」と明示されているさらに「未来投資戦略

2017－Society 50 の実現に向けた改革」（2017 年 6 月閣議決定）においても安全性向上の観

点から国際協力を適切に進めながら原子力機構が所有する高温ガス炉等の試験研究炉を活用

するなど将来に向けた研究開発を推進することが明記されており東京電力福島第一原子力

発電所の事故を踏まえて安全性の高度化に対する高温ガス炉への期待が高まっている状況で

ある諸外国では欧米において 1960 年代から高温ガス炉技術の研究開発が進められてきた近

年では米国韓国において実証炉の概念設計中国において実証炉の建設が進められている

中国ポーランド及びインドネシアは商用炉の導入計画を有しており特にポーランド及び

やインドネシアでは諸外国から積極的な技術導入を図るなど高温ガス炉に関する国際競争が

高まりつつある実用高温ガス炉の導入に際しては安全基準の策定が不可欠である我が国は試験研究炉で

ある HTTR の安全基準を有するがこれは発電用軽水炉の安全基準を基に作成されているため

能動的な安全性に基づくものである本来能動的な安全性に基づくことを必要とせず受動的

な安全性や固有の安全性に基づく高温ガス炉の特長を活かすためには高温ガス炉の固有の特

性が十分に考慮された新たな安全基準が必要であるまた水素製造等の熱利用に関する安全

基準の整備も必要であるしかし我が国をはじめ世界的にこのような高温ガス炉特有の安

全基準はいまだ策定されていないこのような情勢の中我が国の高温ガス炉技術の優位性を保ちつつ当該技術を海外へ積極的

に展開し原子力安全についての国際貢献に資するため国際原子力機関（IAEA）での国際


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標準化を目標として2013 年 4 月に日本原子力学会「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門

委員会が設立され2015 年 3 月までの 2 年間で高温ガス炉の安全上の特長や HTTR の設計

建設運転試験などを通じて蓄積した知見を反映した実用高温ガス炉の安全基準（安全要件）

の原案 3)の作成を行った当該安全要件の原案はIAEA が 2014 年 12 月に開始した「モジュ

ラー型高温ガス炉の安全設計」協力研究計画（以下CRPCoordinated Research Programという）において原子力機構によって提案され国際標準の原案化を目指して参加各国（中国

独国インドネシアカザフスタン共和国韓国ウクライナ米国）との間で議論が進めら

れている高温ガス炉の安全基準整備の一環として「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門委員会の検

討を経て作成された高温ガス炉における新たな安全確保方策に係る安全要件（機能要求）を具

体化し安全指針（性能水準要求）へと繋ぐ考え方の構築を図ることを目的として燃料や原

子炉を構成する構築物系統及び機器（SSCStructure System and Component）の安全設

計において評価すべき事項（以下「安全要件を達成するための設計事項」という）の検討を

進めている本報告書は燃料及び炉心の安全要件を達成するための設計事項についてまとめたものであ

る第 2 章には安全要件を達成するための設計事項の検討範囲第 3 章には燃料の安全要件を

達成するための設計事項第 4 章には炉心の安全要件を達成するための設計事項とこれを定め

るに当たって検討した炉心安定性等の内容について示す


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2 安全要件を達成するための設計事項の検討範囲

「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門委員会において作成した設計上の安全要件ついて

実際の実用高温ガス炉の設計への適用を図るため機能要求である安全要件を具体的に展開す

ることを目的として安全要件を達成するための設計事項を検討した安全要件を達成するための設計事項を検討するに当たっては基本方針を以下のとおりとし

た実用高温ガス炉を構成する燃料や SSC の設計のうち重要性が高くかつ安全要件が

軽水炉のそれと大きく異なるものを対象とする軽水炉などと共通で一般的な設計に関する安全要件は検討の対象外とする HTTR や実用高温ガス炉の設計方針の考え方（設置許可申請書添付書類八など）を適宜

参考とする実用高温ガス炉の設計の流れを Fig21 に示す上記の基本方針に従い以下に示す燃料及

び SSC の設計を検討範囲とした

① 燃料設計 bull 要件 43被覆燃料粒子の性能 bull 要件 44燃料要素の性能

② 炉心設計（炉心原子炉停止系） bull 要件 45原子炉の炉心の構造上の能力 bull 要件 46原子炉の炉心の制御 bull 要件 47原子炉の停止

③ 原子炉冷却材系設計 bull 要件 48原子炉冷却材系の設計 bull 要件 49原子炉冷却材圧力バウンダリの過圧防護 bull 要件 50原子炉冷却材の浄化

④ 2 次冷却材系設計 bull 要件 51水又は水蒸気を用いた 2 次冷却材系の設計

⑤ 崩壊熱除去系設計 bull 要件 52原子炉の炉心から最終的な熱の逃し場への残留熱の輸送

⑥ 格納施設設計 bull 要件 53原子炉の格納構築物 bull 要件 54原子炉のコンファインメント bull 要件 55コンファインメントからの放射性物質の放出の管理 bull 要件 56コンファインメントの隔離


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bull 要件 57コンファインメントの立入り bull 要件 58コンファインメントの状態の管理

本報告書では燃料及び炉心の設計事項について示す燃料及び炉心の設計に関連する安全要

件（要件 43～47）を Table 21 及び Table 22 に示すそれぞれの安全要件中に括弧書きで示

した記載は本検討において各要件の機能要求を記したものである


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Table 21 Safety requirements for fuel design (12）

要件 43 被覆燃料粒子の性能

原子炉システムの被覆燃料粒子はすべての原子炉システム状態で生じ得るすべての劣化プ

ロセスとの組み合わせにおいてその構造上の健全性を維持しまた原子炉の炉心内で予

想される放射線レベルとその他の条件に十分に耐えるように設計されなければならない【被

覆燃料粒子の運転状態事故状態及び燃料取扱時の構造健全性維持】

61 考慮されるべき劣化プロセスは次のものから生じるものを含まれなければならな

いすなわち被覆燃料粒子内の核分裂生成物と遊離酸素の生成による内圧上昇被覆

燃料粒子内の遊離酸素の生成及び温度勾配による燃料核の移動被覆燃料粒子内の金属

核分裂生成物の化学的影響照射温度の変化化学的影響静的及び動的な荷重で

あるデータ計算及び製造の不確かさに対する許容幅が考慮されなければならない

62 燃料の設計限度は放射性物質の放出が容認限度以下に保たれるように燃料製造

時における被覆燃料粒子被覆層の破損率製造工程で生じる被覆燃料粒子外面のウラン

による汚染の割合並びにすべての原子炉システム状態における燃料からの核分裂生

成物の許容漏えい被覆燃料粒子被覆層の破損率などに関する限度を含めなければなら

ない

63 被覆燃料粒子は燃料取り扱いに伴う荷重及び応力に耐えるものでなければならな

い


要件 44 燃料要素の性能

原子炉システムの燃料要素は運転状態においてその構造上の健全性を維持し【燃料要素

の運転状態燃料取扱時の構造健全性維持】また事故状態において被覆燃料粒子に対

して許容できない荷重を発生させないように設計されなければならない【燃料要素の事故状態

の構造上の機能維持】


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Table 22 Safety requirements for core design (13）

要件 45 原子炉の炉心の構造上の能力

原子炉の炉心は当該原子炉の固有の特性を担保するように設計されなければならない【熱

的な固有の特性の担保】原子炉の炉心及びその支持構造物は運転状態においてその構

造上の健全性を維持できるように設計されなければならない【炉心及びその支持構造物の運

転状態燃料取扱時の構造健全性維持】また原子炉の炉心及びその支持構造物は事故

状態において原子炉圧力容器表面からの自然対流と熱放射による残留熱除去並びに原

子炉の停止状態への移行及び維持が妨げられないようまた被覆燃料粒子などに対して許

容できない荷重を発生させないように設計されなければならない【炉心及びその支持構造物の

事故状態の構造上の機能維持】

64 原子炉の炉心は出力の過渡変化及び冷却能力の異常な低下に対して炉心の温度

変化が少なくかつ緩慢である特性を有するために発熱密度に比して大きな熱容量

を有するようにしなければならない

65 原子炉の炉心は出力の過渡変化及び冷却能力の異常な低下に対する炉心の温度変

化が少なくかつ緩慢である特性とあいまって原子炉圧力容器表面からの自然対流

と熱放射による残留熱除去が可能な発熱密度と伝熱特性を有するようにしなければなら

ないまた設計において照射又は温度変化による変形及び物性値の変化による伝熱

に関する性能の変化を考慮しなければならない


要件 46 原子炉の炉心の制御

原子炉システムの原子炉の炉心のあらゆる状態で生じる中性子束分布は原子炉の停止後

に生じる状態燃料の交換中又は交換後の状態並びに予想される運転時の事象及び事故状

態を含めて固有の安定性を持たなければならない【核的な固有の特性（自己制御性安定

性）の担保】中性子束分布レベル及び安定性をすべての運転状態において定められた設

計限度内に維持するための制御系への要求は最小にされなければならない【出力分布の適

正化】

66 原子炉の炉心内の中性子束分布とその変化を検出制御する適切な手段が設計限

度を超えるような炉心領域がないことを確実なものとするために必要に応じて設けら

れなければならない

67 反応度制御装置の設計では摩耗並びに燃焼物理的特性の変化及び気体の発生の

ような照射の影響について十分な考慮が払われなければならない

68 運転状態及び事故状態において正の最大投入反応度とその投入率は冷却能力を維

持するため及び原子炉の炉心へのいかなる重大な損傷も防止するため制限又は補償

されなければならない【反応度添加の抑制】


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要件 47 原子炉の停止

原子炉システムの原子炉を運転状態及び事故状態において停止する能力があること【固有の

炉停止特性による未臨界への移行】及び原子炉の炉心の最も反応度が高い状態に対してで

も停止状態が維持されること【低温状態における未臨界への移行と未臨界の維持】を確実なも

のとするために手段が設けられなければならない

69 原子炉の停止手段の有効性作動速度及び停止余裕は燃料の設計限度を超えるこ

とのないものでなければならない

610 原子炉の停止手段の妥当性の判断では停止手段の一部を操作不能とさせる（制御

棒1本の挿入失敗のような）可能性又は共通原因故障に至る可能性のある原子炉システ

ム内のあらゆる場所で発生する故障に対して考慮が払われなければならない

611 原子炉を停止するために少なくとも２つの原理の異なるかつ独立した手段を設け

なければならない

612 原子炉停止手段のうち少なくとも１つはその１つだけで最も反応度が高い原子

炉の炉心の状態であっても十分な余裕と高い信頼度で原子炉を未臨界に維持することが

できるものであらねばならない

613 原子炉停止手段は停止中又は燃料交換操作中若しくは停止状態における他の定常

操作中又は定常外の操作中に意図しない臨界に達するいかなる反応度の予見される

印加も防止するのに十分なものであらねばならない

614 原子炉停止手段が対象とする原子炉システム状態に対して規定された状態に常に

あることを確実なものとするために計装設備が設けられなければならずまた試験が

規定されなければならない


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えい

原子炉及び炉心

燃料炉心

発電設備安全設備

原子炉建家

冷却設備

基本仕様

【基本概念基本仕様検討】

（熱出力冷却材温度圧力熱利用系燃料材燃焼度運転サイクル長など）

システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備

炉容器タービン機器

原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設

異常発生防止系異常影響緩和系

タービン建家

【設計】

要求機能性能要求

Fig21 Design flow of HTGR system


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3 燃料の設計事項

プリズマティック型高温ガス炉の燃料の構造例としてHTTR燃料の構造をFig31に示す

ここでは高温ガス炉燃料の構成要素である被覆燃料粒子及び燃料要素の安全要件を達成する

ための設計事項について示すなお燃料体（黒鉛ブロック）については炉心設計で示すこ

ととする燃料設計の概要を Fig32 に示す燃料設計では炉心設計側から与えられる通常運転時の

炉内環境条件下において燃料に関連する通常運転時の設計限度（燃料からの核分裂生成物の

許容漏えい被覆燃料粒子被覆層の破損率など）を満足できるように被覆燃料粒子及び燃料

要素の仕様を決定するさらに運転時の異常な過渡変化時及び事故時において燃料に関連

する設計限度（燃料からの核分裂生成物の許容漏えい被覆燃料粒子被覆層の破損率など）を

満足できることを確認する Table 21 に示す高温ガス炉の燃料設計に対する安全要件では被覆燃料粒子に対して放射性

物質の障壁として閉じ込め機能が要求されているすなわち機能要求として「運転状態事

故状態及び燃料取扱時の構造健全性維持」が要求されているまた被覆燃料粒子を内包する

燃料要素については被覆燃料粒子の閉じ込め機能の観点から「運転状態及び燃料取扱時にお

ける構造健全性の維持」並びに「事故状態における構造上の機能（被覆燃料粒子に対して許

容できない荷重を作用させないこと）維持」が要求されている被覆燃料粒子の構造健全性維持の機能要求について被覆燃料粒子の損傷挙動を考慮し具

体的な安全要件を達成するための設計事項へ展開したその結果を Table 31 に示すまた

安全要件を達成するための設計事項に関連する設計パラメータやプラント挙動に関するパラメ

ータなどを着目パラメータとして表中に示す被覆燃料粒子の損傷挙動はFig33 に示すように原子炉の状態によって異なるため「通常

運転時」「運転時の異常な過渡変化及び事故時」並びに「燃料取扱時」に分類して整理した

通常運転時は被覆燃料粒子内の遊離酸素の生成及び温度勾配による燃料核の移動被覆燃料

粒子内の金属核分裂生成物（パラジウム（Pd））による炭化ケイ素（SiC）層の腐食被覆燃料

粒子内の核分裂生成物と遊離酸素の生成による内圧上昇が主要な破損挙動であるこれらの主

要な破損挙動に影響を与える因子（燃料温度燃料内温度勾配燃焼度照射量照射時間）

について破損挙動との関係を Fig34 に示すまた異常時（運転時の異常な過渡変化時及

び事故時）は異常昇温による SiC 層の熱的劣化破損反応度投入事象における内圧上昇に

起因する被覆層の破損水空気侵入事象における SiC 層の酸化反応による SiC 層の破損が

主要な破損挙動であるこれらの主要な破損挙動について破損挙動に影響を与える条件や事

象を考慮して被覆燃料粒子の健全性を評価する燃料要素についても同様に運転状態における構造健全性維持の観点から運転状態における

燃料要素の破損要因事故状態において求められる構造上の機能を整理し安全要件を達成す

るための設計事項へ展開した運転状態の構造健全性維持では熱的効果（主として熱応力）

及び照射効果（照射変形差による残留応力被覆燃料粒子と素地との照射変形の差による相互

作用など）を考慮し運転状態に影響を与えるような有意な破損を生じないこと並びに熱


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膨張及び照射変形等による燃料コンパクトと黒鉛スリーブ燃料要素と燃料体冷却孔内面との

機械的相互作用の影響がないことを評価する事故時には燃料要素の燃料部が黒鉛ブロック

内にとどまっていることを評価するなおTable 31 中に記載した原子炉状態の定義は以下のとおりである

運転状態通常運転運転時の異常な過渡変化事故状態設計基準事故

軽水炉の安全要件（IAEA SSR-21 Rev1 4)）では「事故状態（Accident conditions）」を「設

計基準事故（Design basis accidents）」と「設計拡張状態（Design extension conditions）」に

分類している一方「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門委員会での検討により実用高温

ガス炉ではFig35 に示すように軽水炉で定義する「設計拡張状態」の範囲も「設計基準事故」

に含め「設計拡張状態」という表現は用いないこととしたこのため「事故状態」は「設計

基準事故」を意味するまた同様に実用高温ガス炉の安全要件及び本報告書中における「事

故時」は「設計基準事故時」を意味するなおこの事故状態の定義に関する提案については

IAEA CRP において議論中である燃料要素の運転状態における構造健全性維持の必要性について高温ガス炉の崩壊熱及び残

留熱は熱伝導と熱放射で除熱可能であり炉内の対流による除熱は不要であるため除熱の観

点からは炉心の冷却形状の担保は不要であるこのため燃料取扱や燃料輸送時に落下などの

機械的損傷によって対流冷却が困難となることを危惧していないのであれば燃料要素の構造

健全性維持に関する要求は不要ではないかとの指摘があるしかしこれについては以下

のように考え本要求は必要と判断した

深層防護の防護階層レベル 1 としての異常の発生防止の観点からの要求である但し

燃料要素の運転状態における構造健全性の維持が達成できなくても異常な状態になら

なければ本要求は不要となるここで「異常な状態」を以下で定義する

異常な状態何らかの外乱によって通常運転状態を逸脱することすなわち運転状

態が所定の制限（安全評価や耐震設計などの前提条件）を超えること

しかし通常運転時に燃料要素及びこれを構成する燃料コンパクトの構造上の健全性が

維持できない場合所定の制限を満足できないおそれがあるこのため安全上燃料

要素の運転状態における構造健全性維持の要求は必要と判断した

さらに安全設計を達成するための設計事項の要求内容については例えば HTTR における

考え方のように「破損（割れ欠け等）の発生防止」を要求した場合検査コストの増加や安

全上は問題ない状態の運転を制限してしまうことなどが危惧されたそこで「所定の制限（安

全評価や耐震設計などの前提条件）を超える状態へ移行させるような有意な破損を生じないこ

と」すなわち「運転状態に影響を与えるような有意な破損を生じさせない」としたなお

平成 21 年度に日本原子力学会「高温ガス炉黒鉛構造物規格化のための調査検討」特別専門委

員会で策定した「高温ガス炉黒鉛構造物規格原案 5)」の「高温ガス炉黒鉛構造物の材料規格


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製品規格」では「黒鉛の受入検査では設計上有害な欠陥は許容しないこととする」と規定して

いるここで「有害な」と「有意な」の記載は同じ意味合いで用いられている


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粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -

Fig31 Example of fuel structure for prismatic typed HTGR (Example of HTTR

Fig32 Outline of fuel design


- 15 -


- 16 -

原子炉の状態燃料破損の誘因破損挙動

通常運転時

異常時

燃料核移動

PdによるSiC層腐食

内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂

酸化（空気水）

bull 運転時の異常な過渡変化時

bull 事故時

Fig33 Failure behavior of coated fuel particle

燃料核移動 PdによるSiC層腐食

2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核

核分裂生成物PdによるSiC層の腐食温度勾配によって燃料核が移動し被覆層が破損

C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散

酸素の固相拡散

バッファー層（C）

COrarrC+ O

炭素析出

燃料核（UO2）の照射に伴う遊離酸素とバッファー層（C）の反応

COの解離

内圧破損

燃料核で生成した気体状核分裂生成物及び余剰酸素により被覆層に高い応力が作用しこれにより被覆層が破損

影響を与える因子（環境条件）

内圧破損燃料核移動Pdによる

SiC層腐食

燃料温度

燃料内温度勾配ーー

燃焼度ー

照射量

照射時間 Fig34 Factors to affect failure behavior of coated fuel particle during normal operation


- 16 -

Fig35

PhilosophyforthesafetyofHTGR


- 17 -


- 18 -

4 炉心の設計事項 41 安全要件を達成するための設計事項高温ガス炉の炉心設計の概要を Fig41 に示す炉心設計では性能要求と安全性の制約条件の

もとで炉心仕様を決定しこれらを設計条件の一部として燃料設計原子炉冷却系などのプラン

ト設計に受け渡す炉心設計では主に以下を実施する

核設計核的な設計と核特性の評価炉内構造物設計炉心構成要素（黒鉛ブロック）と炉内構造物の構造設計

構造物健全性の評価熱流力設計炉内冷却材流量配分の設計炉内冷却材流量配分と燃料温度の評価動特性解析原子炉の動特性の評価

Table 22 に示す炉心の設計に関連する安全要件では機能要求として要件 45「原子炉の炉

心の構造上の能力」では「熱的な固有の特性の担保」「運転状態燃料取扱時の構造健全性維持」

及び「事故状態の構造上の機能維持」要件 46「原子炉の炉心の制御」では「核的な固有の特性

（自己制御性安定性）の担保」「出力分布の最適化」及び「反応度添加の抑制」要件 47「原

子炉の停止」では「固有の炉停止特性による未臨界への移行」及び「低温状態における未臨界へ

の移行と未臨界の維持」が規定されているこれらについて検討を行い導出した炉心設計の安

全要件を達成するための設計事項を Table 41 に示す要件 45「炉心の構造上の能力」の機能要求である燃料体（黒鉛ブロック）及びその支持構造

物に対する運転状態の構造健全性維持については第 3 章で示した燃料要素と同様に「運転状態

に影響を与えるような有意な破損を生じさせない」こととした参考としてFig42 のような具

体的な適用例における考え方を以下に示す

bull 設計において割れ欠け等が生じないように設計する bull 製造検査において設計上有害な割れ欠け等が生じていないことの品質を保証する bull 運転中の監視において割れ欠け等による影響と思われるような冷却材温度FP 放

出量などの有意な変化が確認された場合構造物の破損状態を観察の上影響評価を

行い継続使用の可否を判断する

要件 46「原子炉の炉心の制御」のうち「核的な固有の特性（自己制御性）の担保」について

は反応度出力係数がすべての運転範囲において負となるようにすべきことを定めた「核的な固

有の特性（安定性）の担保」については通常運転時に起こり得る出力変化及び外乱並びに

キセノンの生成による出力分布の空間振動に対して出力振動が十分な減衰特性をもつようにす

べきことを定めたなおキセノンの生成消滅による出力分布の空間振動についてはHTTRなどの中実炉心の高温ガス炉では空間振動が生じても減衰特性を有していると評価されているが

中央に黒鉛ブロックで構成された内側可動反射体領域を有するような環状炉心とした場合想定

される設計範囲で必ず減衰特性を有していることが現時点では証明できないため減衰特性を有

する設計を要求するとともに解析評価等により必要と判断される場合は原子炉出力制御装置に


- 18 -


- 19 -

より出力振動を抑制できるようにすることとしたこれらの検討の経緯については次節「42 炉心の中性子束分布の安定性」において示す要件 46「原子炉の炉心の制御」の機能要求「出力分布の適正化」については炉心が比較的小

型（30MW）の HTTR では通常運転時の燃料温度制限の観点から燃料温度分布が平坦になる

出力分布を得るようにしているが炉心が大型（600MW）の GTHTR300 の設計では事故時の

燃料温度制限の観点から最大出力密度を抑えるため出力分布を平坦化するようにしていたこ

のように最適化は設計に依存することからここでは「通常運転時に適切な出力分布とすべきで

ある」という表現とした要件 46「原子炉の炉心の制御」の機能要求「反応度添加の抑制」については運転時の異常な

過渡変化で想定される反応度投入事象想定される反応度が投入される事故及び高温全出力運転

中において想定される制御棒の落下事象に対して原子炉の緊急停止を行わなくても燃料などの

設計限度を超えることがないように制御棒の反応度添加量などを制限することを定めた要件 47「原子炉の停止」の機能要求「固有の炉停止特性による未臨界への移行」については

出力運転状態から未臨界へ移行することを要求するものであり未臨界の維持は要求していない

また未臨界への移行について温度条件は関係ないため「高温停止」という用語は使用しない

こととした 42 炉心の中性子束分布の安定性炉心設計に関する安全要件（Table 22 参照）に示すように原子炉の炉心の制御の要件（要件

46）として「原子炉システムの原子炉の炉心のあらゆる状態で生じる中性子束分布は原子炉の

停止後に生じる状態燃料の交換中又は交換後の状態並びに予想される運転時の事象及び事故状

態を含めて固有の安定性を持たなければならない中性子束分布レベル及び安定性をすべて

の運転状態において定められた設計限度内に維持するための制御系への要求は最小にされなけれ

ばならない」ことが求められているこのため高温ガス炉の運転中における炉心中性子束分布

の安定性について検討した炉心中性子束分布の安定性について考慮すべきこととして核分裂生成物であるキセノン 135

（135Xe）に起因する炉心中性子束分布の空間的な振動（出力振動）が挙げられる原子炉出力一

定運転時にはキセノン 135 の濃度は平衡状態にあるが制御棒の動作等による炉心の局所的な反

応度外乱が発生すると中性子吸収断面積の大きいキセノン 135 の生成と消滅の時間差から空間

的な出力振動を発生させる可能性がある軽水炉の安全設計指針においては「炉心及びそれに関連する系統は固有の出力抑制特性を有

しまた出力振動が生じてもそれを容易に制御できる設計であること」6)と定められている

これに基づく BWR 及び PWR の設計方針設計内容及び出力振動への対応はTable 42 に示す

とおり 7) 8)であるBWR については固有の特性として出力振動に対して十分な減衰特性を有す

るとしており万一発生しても出力分布の監視と反応度制御系により調整するとしているPWRについては炉心軸方向における出力振動の発生の可能性に言及した上で軸方向中性子束偏差

の監視アキシャルオフセットに基づく制御棒クラスタ操作により出力振動を回避し発生時に

はそれを検知して調整するとしている


- 19 -


- 20 -

炉心における出力振動に対する安定性を減じる要因としては炉心寸法中性子移動距離負

の出力係数熱中性子束レベル等が挙げられる高温ガス炉についてはTable 43 2) 7)~12)に示す

ように炉心寸法は軽水炉と同程度であり中性子移動距離は 3 倍程度あることから出力振動が

生じないと評価されている BWR より更に振動が発生し難い特性を有していると考えられるこ

の特性についてはBWR と同様に Randall のモード展開法を用いて数値計算による定量的な検

討を実施し中実炉心に対しては想定される炉心設計仕様の範囲の高温ガス炉において出力

振動が発生し得ないとの評価を得ている 13)中性子移動距離に対する炉心半径又は炉心高さの比

を横軸とし熱中性子束を縦軸としてキセノン 135 の生成と消滅の時間差による空間出力振動

に対する安定性を Fig43 に示す図中の安定領域と不安定領域の境界線についてはRandallのモード展開法を用いた数値計算により求めたものである図中には代表的な高温ガス炉につい

て半径方向及び高さ（軸）方向の安定性を示した一般的に高温ガス炉では炉心の半径に

比較して高さが大きくなる（Table 43 参照）ので安定性の観点からは炉心高さ方向の出力振

動に注意しておく必要があるまた中実炉心において発生の想定は必要ないが炉心半径方向

より炉心角度方向の出力振動の方が相対的に発生しやすい傾向となるなおGTHTR300 に代表

される環状炉心体系の高温ガス炉に対しては定量的な評価結果が得られていない状況であり

この炉心体系での出力振動発生の有無を定量的に確認することは今後の課題である前述の検討状況を踏まえて要件 46 の追加要件として以下を記載した

66 原子炉の炉心内の中性子束分布とその変化を検出制御する適切な手段が設計限度

を超えるような炉心領域がないことを確実なものとするために必要に応じて設けられな

ければならない


- 20 -

JAEA-Technology 2017-022JAEA-Technology 2017-022JAEA-Technology 2017-022JAEA-Technology 2017-022

- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

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luat

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item

s to

att

ain

safe

ty re

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ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

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item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能

炉心設計諸元の決定

安全要件

全般的な各種要件

【要件45 】原子炉の炉心の構造上の能力

【要件46 】原子炉の炉心の制御

【要件47 】原子炉の停止

安全設計【基本仕様検討】

炉心に関連する基本仕様の設定

安全指針

安全設計の方針

炉心設計

【核設計】炉心体系の設定反応度制御仕様の設定出力分布制御仕様の設定核特性評価

【熱流力設計】流量配分設計評価燃料温度評価

設計の評価

許容基準

【炉内構造物設計】炉内構造設計構造物健全性評価

【予備的な安全評価】異常時の炉心特性評価

充足充足せず

充足

充足せず

規制

【動特性解析】動特性評価

【検討項目】安全要件を達成する

ための設計事項の検討

Fig41 Outline of core design

設計製造検査供用期間中検査運転中監視

黒鉛構造設計方針

使用中割れ欠け等発生せず

品質保証

初期運転状態確認bull 出口温度分布bull FP放出量

運転状態確認

炉心構成要素bull 取出して観察

炉心支持構造物bull テレビカメラ等で観察

影響評価

監視強化等により継続使用

黒鉛検査基準

炉心構成要素bull 交換修復

炉心支持構造物bull 継続運転可否評価

異常あり

異常あり小

大

Fig42 Method for integrity assurance to HTGR graphite components



- 29 -


- 30 -

Fig43 Stability to spatial power oscillation in cylindrical core configuration of HTGR


- 30 -


- 31 -

5 おわりに日本原子力学会「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門委員会において策定した安全要件を

実用高温ガス炉を構成する構築物系統及び機器の具体的な設計に展開することを目的とし安

全要件を達成するために安全設計において評価すべき事項（安全要件を達成するための設計事項）

として実用高温ガス炉を構成する燃料や SSC の設計のうち重要性が高くかつ安全要件が

軽水炉のそれと大きく異なる燃料設計炉心設計原子炉冷却材系設計2 次冷却材系設計

崩壊熱除去系設計格納施設設計を対象としその中から燃料設計及び炉心設計について安

全要件の機能要求ごとに安全要件を達成するための設計事項を導出した導出した設計事項は

実用高温ガス炉の燃料及び炉心の設計に関する安全指針の基礎となるものであり今後の IAEAや国内規制当局における安全指針の策定に資することが期待される

謝辞

実用高温ガス炉の燃料及び炉心の安全要件を達成するための設計事項の導出検討に当たって

貴重なご意見を頂いた高温ガス炉水素熱利用研究センター國富一彦センター長橘幸男ディ

ビジョン長に感謝いたします

参考文献 1) Yan X L Hino R Nuclear Hydrogen Production Handbook CRC Press New York

2011 p 211 2) Saito S et al Design of High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR) JAERI

1332 1994 247p 3) 高温ガス炉の安全性について(「高温ガス炉の安全設計方針」研究専門委員会最終報告) 日本

原子力学会 2015 年春の年会 4) IAEA Safety of Nuclear Power Plants Design

Specific Safety Requirements IAEA Safety Standards Series No SSR-21 (Rev1) 2016 5) Shibata T et al Draft of Standard for Graphite Core Components in High Temperature

Gas-cooled Reactor JAEA-Research 2009-042 2010 119p 6) 発電用軽水型原子炉施設に関する安全設計審査指針について原子力安全委員会平成 2年 8

月 7) 中部電力株式会社浜岡原子力発電所原子炉設置変更許可申請書平成 9 年 4 月 8) 関西電力株式会社大飯発電所原子炉設置変更許可申請書平成 14 年 8 月 9) 成田正邦藤田文行共訳原子炉の理論と解析現代工学社 1981 10) 中田哲夫他高温ガス炉ガスタービン発電システム（GTHTR300）の核熱流動設計日本原


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- 32 -

子力学会和文論文誌 Vol2 No4 2003 pp478-489 11) Habush A L and Harris A M 330-MW(e) Fort St Vrain high-temperature gas-cooled

reactor Nuclear Engineering and Design Vol71968 pp312-321 12) Strydom G Xenon-induced axial power oscillations in the 400MW PBMR Nuclear

Engineering and Design Vol238 2008 pp2960-2975 13) 深谷裕司他高温ガス炉設計のための解析解によるキセノン安定性判別に関する研究

JAEA-Research 2016-008 2016 52p


- 32 -

国際単位系（SI）

1024 ヨタＹ 10-1 デシ d1021 ゼタＺ 10-2 センチ c1018 エクサＥ 10-3 ミリ m1015 ペタＰ 10-6 マイクロ micro1012 テラＴ 10-9 ナノ n109 ギガＧ 10-12 ピコ p106 メガＭ 10-15 フェムト f103 キロｋ 10-18 アト a102 ヘクトｈ 10-21 ゼプト z101 デカ da 10-24 ヨクト y

表５SI 接頭語

名称記号 SI 単位による値

分 min 1 min=60 s時 h 1 h =60 min=3600 s日 d 1 d=24 h=86 400 s度 deg 1deg=(π180) rad分 rsquo 1rsquo=(160)deg=(π10 800) rad秒 rdquo 1rdquo=(160)rsquo=(π648 000) rad

ヘクタール ha 1 ha=1 hm2=104m2

リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg

表６SIに属さないがSIと併用される単位

名称記号 SI 単位で表される数値

電子ボルト eV 1 eV=1602 176 53(14)times10-19Jダルトン Da 1 Da=1660 538 86(28)times10-27kg統一原子質量単位 u 1 u=1 Da天文単位 ua 1 ua=1495 978 706 91(6)times1011m

表７SIに属さないがSIと併用される単位でSI単位で表される数値が実験的に得られるもの


キュリー Ci 1 Ci=37times1010Bqレントゲン R 1 R = 258times10-4Ckgラド rad 1 rad=1cGy=10-2Gyレム rem 1 rem=1 cSv=10-2Svガンマ γ 1γ=1 nT=10-9Tフェルミ 1フェルミ=1 fm=10-15mメートル系カラット 1 メートル系カラット = 02 g = 2times10-4kgトル Torr 1 Torr = (101 325760) Pa標準大気圧 atm 1 atm = 101 325 Pa

1 cal=41858J（｢15｣カロリー）41868J（｢IT｣カロリー）4184J （｢熱化学｣カロリー）

ミクロン micro 1 micro =1microm=10-6m

表10SIに属さないその他の単位の例

カロリー cal

(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できるしかし接頭語を付した単位はもはや　コヒーレントではない(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で量についての情報をつたえるために使われる

　実際には使用する時には記号rad及びsrが用いられるが習慣として組立単位としての記号である数字の１は明　示されない(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中にそのまま維持している

(d)ヘルツは周期現象についてのみベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される

(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称でセルシウス温度を表すために使用されるセルシウス度とケルビンの

　単位の大きさは同一であるしたがって温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである

(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）はしばしば誤った用語でrdquoradioactivityrdquoと記される

(g)単位シーベルト（PV200270205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照

（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度

　　（substance concentration）ともよばれる（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるがそのこと　　を表す単位記号である数字の１は通常は表記しない

名称記号SI 基本単位による

表し方

秒ルカスパ度粘 Pa s m-1 kg s-1

力のモーメントニュートンメートル N m m2 kg s-2

表面張力ニュートン毎メートル Nm kg s-2

角速度ラジアン毎秒 rads m m-1 s-1=s-1

角加速度ラジアン毎秒毎秒 rads2 m m-1 s-2=s-2

熱流密度放射照度ワット毎平方メートル Wm2 kg s-3

熱容量エントロピージュール毎ケルビン JK m2 kg s-2 K-1

比熱容量比エントロピージュール毎キログラム毎ケルビン J(kg K) m2 s-2 K-1

比エネルギージュール毎キログラム Jkg m2 s-2

熱伝導率ワット毎メートル毎ケルビン W(m K) m kg s-3 K-1

体積エネルギージュール毎立方メートル Jm3 m-1 kg s-2

電界の強さボルト毎メートル Vm m kg s-3 A-1

電荷密度クーロン毎立方メートル Cm3 m-3 s A表面電荷クーロン毎平方メートル Cm2 m-2 s A電束密度電気変位クーロン毎平方メートル Cm2 m-2 s A誘電率ファラド毎メートル Fm m-3 kg-1 s4 A2

透磁率ヘンリー毎メートル Hm m kg s-2 A-2

モルエネルギージュール毎モル Jmol m2 kg s-2 mol-1

モルエントロピーモル熱容量ジュール毎モル毎ケルビン J(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1

照射線量（Ｘ線及びγ線）クーロン毎キログラム Ckg kg-1 s A吸収線量率グレイ毎秒 Gys m2 s-3

放射強度ワット毎ステラジアン Wsr m4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3

放射輝度ワット毎平方メートル毎ステラジアン W(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3

酵素活性濃度カタール毎立方メートル katm3 m-3 s-1 mol

表４単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例

組立量SI 組立単位

名称記号

面積平方メートル m2

体積立方メートル m3

速さ速度メートル毎秒 ms加速度メートル毎秒毎秒 ms2

波数毎メートル m-1

密度質量密度キログラム毎立方メートル kgm3

面積密度キログラム毎平方メートル kgm2

比体積立方メートル毎キログラム m3kg電流密度アンペア毎平方メートル Am2

磁界の強さアンペア毎メートル Am量濃度 (a) 濃度モル毎立方メートル molm3

質量濃度キログラム毎立方メートル kgm3

輝度カンデラ毎平方メートル cdm2

屈折率 (b) （数字の）　１ 1比透磁率 (b) （数字の）　１ 1


表２基本単位を用いて表されるSI組立単位の例

名称記号他のSI単位による

表し方SI基本単位による

表し方平面角ラジアン(ｂ) rad 1（ｂ） mm立体角ステラジアン(ｂ) sr(c) 1（ｂ） m2m2

周波数ヘルツ（ｄ） Hz s-1

ントーュニ力 N m kg s-2

圧力応力パスカル Pa Nm2 m-1 kg s-2

エネルギー仕事熱量ジュール J N m m2 kg s-2

仕事率工率放射束ワット W Js m2 kg s-3

電荷電気量クーロン A sC電位差（電圧）起電力ボルト V WA m2 kg s-3 A-1

静電容量ファラド F CV m-2 kg-1 s4 A2

電気抵抗オーム Ω VA m2 kg s-3 A-2

コンダクタンスジーメンス S AV m-2 kg-1 s3 A2

バーエウ束磁 Wb Vs m2 kg s-2 A-1

磁束密度テスラ T Wbm2 kg s-2 A-1

インダクタンスヘンリー H WbA m2 kg s-2 A-2

セルシウス温度セルシウス度(ｅ) Kンメール束光 lm cd sr(c) cd

スクル度照 lx lmm2 m-2 cd放射性核種の放射能（ｆ）ベクレル（ｄ） Bq s-1

吸収線量比エネルギー分与カーマ

グレイ Gy Jkg m2 s-2

線量当量周辺線量当量方向性線量当量個人線量当量

シーベルト（ｇ） Sv Jkg m2 s-2

酸素活性カタール kat s-1 mol

表３固有の名称と記号で表されるSI組立単位SI 組立単位

組立量


バール bar １bar=01MPa=100 kPa=105Pa水銀柱ミリメートル mmHg １mmHgasymp133322Paオングストローム Å １Å=01nm=100pm=10-10m海里Ｍ１M=1852mバーン b １b=100fm2=(10-12cm) =10-28m22

ノット kn １kn=(18523600)msネーパ NpベルＢ

デシベル dB

表８SIに属さないがSIと併用されるその他の単位

SI単位との数値的な関係は　　　　対数量の定義に依存

名称記号

長さメートル m質量キログラム kg時間秒 s電流アンペア A熱力学温度ケルビン K物質量モル mol光度カンデラ cd

基本量SI 基本単位

表１SI 基本単位


エルグ erg 1 erg=10-7 Jダイン dyn 1 dyn=10-5Nポアズ P 1 P=1 dyn s cm-2=01Pa sストークス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1

スチルブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2

フォト ph 1 ph=1cd sr cm-2 =104lxガル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2

マクスウエル Mx 1 Mx = 1G cm2=10-8Wbガウス G 1 G =1Mx cm-2 =10-4Tエルステッド（ａ） Oe 1 Oe　 (1034π)A m-1

表９固有の名称をもつCGS組立単位

（a）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため等号「　　」

　　は対応関係を示すものである

（第8版2006年）

乗数名称名称記号記号乗数



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）


本レポートは国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が不定期に発行する成果報告書です

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319-1195 茨城県那珂郡東海村大字白方 2 番地4電話 029-282-6387 Fax 029-282-5920 E-mailird-supportjaeagojp

i





(2017 年 8 月 17 日受理)









期待される


i

ii











ii


iii



5 おわりに ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 謝辞 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31




iii




- 1 -

1 はじめに
































- 1 -


- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）


i





(2017 年 8 月 17 日受理)









期待される


i

ii











ii


iii



5 おわりに ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 謝辞 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31




iii




- 1 -

1 はじめに
































- 1 -


- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）


ii











ii


iii



5 おわりに ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 謝辞 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31




iii




- 1 -

1 はじめに
































- 1 -


- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



iii



5 おわりに ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 謝辞 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31




iii




- 1 -

1 はじめに
































- 1 -


- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




- 1 -

1 はじめに
































- 1 -


- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 2 -

















- 2 -


- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 3 -
















- 3 -


- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 4 -






- 4 -


- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 5 -
















ない


い








- 5 -


- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 6 -


























正化】










- 6 -


- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 7 -
























- 7 -


- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 8 -

えい


燃料炉心


原子炉建家

冷却設備

基本仕様



システム設計

1次冷却設備

2次冷却設備


原子炉停止系

崩壊熱除去系

格納施設


タービン建家

【設計】




- 8 -


- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 9 -


































- 9 -


- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 10 -


































- 10 -


- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 11 -




- 11 -


- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 12

-

Ta

ble

31

Eva

luat

ion

item

s to

atta

in sa

fety

requ

irem

ents

to fu

el d

esig

n (1

3)

安全

要件

機

能要

求

安全

要件

を達

成す

るた

めの

設計

事項

着

目パ

ラメ

ータ

原

子炉

状態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

通常

運転

時の

構

造健

全性

維持

通常

運転

時に

おけ

る燃

料の

設計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂

生成

物の

許容

漏え

い

被覆

燃料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

るこ

とが

ない

よう

被

覆燃

料粒

子被

覆層

の仕

様

（被

覆層

厚さ

など

）を

適切

に定

め

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

きで

ある

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成

によ

る内

圧上

昇

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

に

よる

燃料

核の

移動

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃料

内温

度勾

配

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響

bull 考

慮す

べき

条件

燃

料温

度

燃焼

度

照射

（中

性子

束

照射

時間

）の

影響

燃料

破損

率等

①被

覆燃

料粒

子内

の核

分裂

生成

物と

遊離

酸素

の生

成に

よる

内

圧上

昇応

力

②被

覆燃

料粒

子内

の遊

離酸

素の

生成

及び

温度

勾配

によ

る燃

料

核の

移動

燃

料核

移動

距離

③被

覆燃

料粒

子内

の金

属核

分裂

生成

物の

化学

的影

響腐

食距

離

通常

運転

時


- 12 -


- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 13

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(23

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

43

被覆

燃料

粒子

の

性能

被覆

燃料

粒子

の

運転

時の

異常

な

過渡

変化

時及

び

事故

時の

構造

健

全性

維持

運転

時の

異常

な過

渡変

化及

び事

故時

にお

ける

燃料

の設

計

限度

（燃

料か

らの

核分

裂生

成物

の許

容漏

えい

被

覆燃

料

粒子

被覆

層の

破損

率な

ど）を

超え

ない

こと

の確

認の

ため

被覆

燃料

粒子

の健

全性

に関

する

以下

の事

象を

評価

すべ

き

であ

る

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

bull 評

価事

象の

例除

熱異

常

反応

度投

入

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響

bull 評

価事

象の

例空

気侵

入

水侵

入

燃料

破損

率等

①異

常昇

温に

よる

SiC

層の

熱的

劣化

破

損燃

料温

度

②異

常昇

温に

よる

内圧

上昇

応

力

エン

タル

ピー

③酸

化性

ガス

（空

気

水蒸

気）に

よる

酸化

の影

響腐

食雰

囲気

指標

（酸

素分

圧及

び温

度な

ど）

運転

時時

の

異常

な過

渡

変化

時

事故

時

被覆

燃料

粒子

の

燃料

取扱

時の

構

造健

全性

維持

燃料

要素

及び

燃料

体の

輸送

時及

び取

扱中

に破

損等

を生

じ

ない

よう

被

覆燃

料粒

子の

健全

性に

関す

る以

下の

事象

を評

価す

べき

であ

る

①燃

料取

扱に

伴う

荷重

及び

応力

bull 評

価事

象の

例燃

料取

扱

燃料

取扱

中に

想定

さ

れる

落下

に際

して

加わ

る荷

重

応力

燃

料取

扱時


- 13 -


- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 14

-

Tabl

e 3

1 E

valu

atio

n ite

ms t

o at

tain

safe

ty re

quir

emen

ts to

fuel

des

ign

(33

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

44

燃料

要素

の性

能

燃料

要素

の運

転

状態

の構

造健

全

性維

持

燃料

要素

及び

これ

を構

成す

る燃

料コ

ンパ

クト

は

運転

状態

にお

いて

熱

的効

果（主

とし

て熱

応力

）及

び照

射効

果（照

射

変形

差に

よる

残留

応力

被

覆燃

料粒

子と

素地

との

照射

変形

の差

によ

る相

互作

用な

ど）を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

は

熱膨

張及

び照

射変

形等

によ

る燃

料コ

ンパ

クト

と黒

鉛ス

リー

ブ

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の機

械的

相互

作用

の影

響が

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

コン

パク

トと

黒鉛

スリ

ーブ

との

ギャ

ップ

幅

燃料

要素

と燃

料体

冷却

孔内

面と

の

ギャ

ップ

幅

通常

運転

時

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

燃料

要素

の事

故

状態

の構

造上

の

機能

維持

燃料

要素

の燃

料部

は黒

鉛ブ

ロッ

ク内

にと

どま

るよ

うに

すべ

き

であ

る

燃料

要素

の下

栓(又

は底

板）の

残

存等

価厚

さ

事故

時

燃料

要素

の燃

料

取扱

時の

構造

健

全性

維持

燃料

要素

は

輸送

及び

取扱

いに

際し

て加

わる

荷重

によ

り

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

に

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 14 -




- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）





- 15 -


- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 16 -


通常運転時

異常時

燃料核移動


内圧

異常高温

反応度投入

SiC熱的劣化

内圧

SiC酸化

温度勾配

核分裂



bull 事故時



2Pd + SiC Pd2Si + C

SiC層

IPyC層

UO2UO2

低温側高温側

燃料核


C+ 05O2rarrCO

COの気相拡散



COrarrC+ O

炭素析出


COの解離

内圧破損




SiC層腐食

燃料温度


燃焼度ー

照射量



- 16 -

Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）


Fig35



- 17 -


- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 18 -




























- 18 -


- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 19 -






























- 19 -


- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 20 -




















- 20 -


- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 21

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(15

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

熱的

な固

有の

特

性の

担保

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時に

燃

料

原子

炉冷

却材

圧力

バウ

ンダ

リ

燃料

から

のF

P放

出な

どに

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

炉

心の

熱容

量と

伝熱

特性

に関

わる

炉心

の形

状と

寸法

に応

じて

通

常運

転状

態

にお

ける

炉心

の発

熱（出

力）密

度を

適切

に制

限す

べき

であ

る

炉心

の形

状と

寸法

発

熱（出

力）

密度

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

炉心

及び

その

支

持構

造物

の運

転状

態の

構造

健全

性

炉心

及び

その

支持

構造

物は

運

転状

態に

おい

て加

わる

荷

重を

考慮

して

も

運転

状態

に影

響を

与え

るよ

うな

有意

な破

損を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

応力

通常

運転

時

運転

時

の異

常な

過

渡変

化時


- 21 -


- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 22

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(25

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

45

炉心

の構

造上

の

能力

炉心

及び

その

支

持構

造物

の事

故状

態の

構造

上の

機能

維持

炉心

支持

黒鉛

構造

物

炉心

支持

鋼構

造物

及び

可動

反射

体ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重

や黒

鉛の

酸化

など

を考

慮し

て

原子

炉圧

力容

器表

面か

ら

の残

留熱

除去

及び

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い荷

重を

作用

させ

るよ

うな

炉内

黒鉛

構造

物の

変位

や破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉

心支

持黒

鉛構

造物

（サ

ポー

トポ

スト

）が

炉心

を支

持す

るの

に必

要

な強

度を

有し

てい

るこ

と

事故

時

制御

棒案

内ブ

ロッ

クは

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加

わる

荷重

を考

慮し

て

中性

子吸

収材

の炉

心へ

の挿

入を

妨

げる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

地

震時

及び

事故

状態

にお

いて

加わ

る荷

重や

黒鉛

の酸

化な

どを

考慮

して

原

子炉

圧力

容

器表

面か

らの

残留

熱除

去を

妨げ

るよ

うな

並

びに

被

覆燃

料粒

子や

これ

を内

包す

る燃

料要

素に

対し

て許

容で

きな

い

荷重

を作

用さ

せる

よう

な破

壊を

生じ

ない

よう

にす

べき

であ

る

炉心

の燃

料取

扱時

の構

造健

全性

維持

燃料

体（黒

鉛ブ

ロッ

ク）は

輸

送及

び取

扱い

に際

して

加わ

る荷

重に

より

運

転状

態に

影響

を与

える

よう

な有

意な

破損

を生

じな

いよ

うに

すべ

きで

ある

応力

燃

料取

扱時


- 22 -


- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 23

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(35

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

核的

な固

有の

特

性（

自己

制御

性）の

担保

すべ

ての

運転

範囲

で炉

心が

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特

性を

もつ

よう

に

ドッ

プラ

ー効

果に

基づ

く負

の反

応度

温度

係数

を有

し

この

ドッ

プラ

ー効

果と

減速

材温

度効

果等

を総

合し

た反

応度

出力

係数

はす

べて

の運

転範

囲で

負と

なる

よ

うに

すべ

きで

ある

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

通常

運転

時

核的

な固

有の

特

性（

安定

性）

の

担保

通常

運転

時に

起こ

り得

る出

力変

化及

び外

乱に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分な

減衰

特性

をも

つよ

うに

すべ

きで

ある

減衰

性

通常

運転

時

キセ

ノン

の生

成に

よる

出力

分布

の空

間振

動に

対し

て

燃

料に

関す

る設

計限

度を

超え

るこ

とが

ない

よう

固

有の

負の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と

解析

評価

等に

より

必要

と判

断さ

れる

場合

は原

子炉

出力

制御

装置

によ

り

炉心

が十

分

な減

衰特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

炉規

模（

大き

さ

中性

子束

レベ

ル）

減衰

性

通常

運転

時

出力

分布

の適

正化

通常

運転

時

運転

時の

異常

な過

渡変

化時

及び

事故

時

に

燃料

原

子炉

冷却

材圧

力バ

ウン

ダリ

燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

燃料

の濃

縮度

配

置

反応

度調

整材

の配

置等

を適

切に

定め

通常

運転

時に

適切

な出

力分

布と

すべ

きで

ある

燃料

温度

出力

分布

通

常運

転時


- 23 -


- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 24

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(45

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

46

炉心

の制

御

反応

度添

加の

抑制

運転

時の

異常

な過

渡変

化で

想定

され

る反

応度

投入

事象

に対

して

原

子炉

の緊

急停

止を

行わ

なく

ても

燃

料の

健全

性を

確保

でき

るよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

と反

応度

添

加率

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

反応

度添

加率

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

想定

され

る反

応度

が投

入さ

れる

事故

に対

して

原

子炉

の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒の

反応

度添

加量

を制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時

高温

全出

力運

転中

にお

いて

想定

され

る制

御棒

の落

下事

象に

対し

て

原子

炉の

緊急

停止

を行

わな

くて

も

燃料

や燃

料か

らの

FP

放出

など

に関

する

設計

限度

を超

える

こと

がな

いよ

う

制御

棒が

落下

した

場合

の負

の反

応度

添加

量を

制

限す

べき

であ

る

反応

度添

加量

事

故時


- 24 -


- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 25

-

Ta

ble

41

Eva

luat

ion

item

s to

att

ain

safe

ty re

quir

emen

ts to

core

des

ign

(55

) 安

全要

件

機能

要求

安

全要

件を

達成

する

ため

の設

計事

項

着目

パラ

メー

タ

原子

炉状

態

要件

47

原子

炉の

停止

固有

の炉

停止

特性

によ

る未

臨界

への

移行

原子

炉を

緊急

に停

止で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設

計限

度を

超え

るこ

とな

く未

臨界

へ移

行で

きる

よう

固

有の

炉停

止特

性を

もつ

よう

にす

べき

であ

る

実効

増倍

率

反応

度温

度係

数

反応

度出

力係

数

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時

低温

状態

にお

ける

未臨

界へ

の移

行と

未臨

界の

維持

最大

反応

度効

果を

もつ

１組

の制

御棒

が全

引抜

き位

置の

ま

ま挿

入で

きな

い場

合に

おい

ても

燃

料の

設計

限度

を超

え

るこ

とな

く

原子

炉を

停止

でき

か

つ

最も

反応

度が

高い

炉

心の

状態

（低

温状

態）で

あっ

ても

未臨

界に

維持

でき

るよ

う

制御

棒系

は適

切な

反応

度停

止余

裕を

もつ

よう

にす

べき

で

ある

原子

炉停

止余

裕

運転

時の

異

常な

過渡

変

化時

事故

時


- 25 -


- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 26

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

sign

cont

ents

and

coun

term

easu

res

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n in

LW

R (1

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

安

全

設計

指

針

炉心

及び

それ

に関

連す

る系

統は

固

有の

出力

抑制

特性

を有

し

また

出

力振

動が

生じ

ても

それ

を容

易に

制御

でき

る設

計で

ある

こと

適合

の

ため

の

設計

方

針

の諸

特性

によ

り

原子

炉は

出力

振動

に対

し

十分

な減

衰特

性を

有し

てい

るま

たた

とえ

出力

振動

が生

じて

も局

部出

力領

域モ

ニタ

等の

原子

炉核

計装

系で

出力

分布

を監

視し

燃

料の

許

容設

計限

界を

超え

ない

よう

に反

応度

制御

系に

より

調整

する

こと

がで

きる

設計

とす

る

原子

炉に

固有

の負

の反

応度

フィ

ード

バッ

ク特

性を

持た

せる

こ

とに

より

キ

セノ

ンに

よる

原子

炉出

力分

布の

空間

出力

振動

のう

ち

水平

方向

振動

は減

衰特

性を

有す

る設

計と

する

軸

方向

振動

は炉

外核

計装

で軸

方向

中性

子束

偏差

を計

測す

るこ

とに

より

確実

かつ

容易

に検

出で

き制

御棒

クラ

スタ

を操

作し

てア

キシ

ャル

オフ

セ

ット

を適

正な

範囲

に維

持す

るこ

とに

よっ

て出

力振

動を

抑制

でき

る設

計と

する

また

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トが

運転

目標

値か

ら大

きく

逸脱

した

場合

には

原

子炉

制御

設備

又は

原子

炉保

護設

備が

作動

し出

力低

下あ

るい

は原

子炉

トリ

ップ

を行

うこ

とに

より

燃

料の

許容

設計

限

界を

超え

ない

設計

とす

る

核

設計

方

針

(b) キ

セノ

ン空

間出

力振

動

出力

反応

度係

数は

空

間出

力振

動を

十分

減衰

でき

る大

きさ

であ

るこ

と

e 安

定性

出

力分

布の

振動

が生

じな

いよ

うに

炉

心に

十分

な減

衰特

性を

持

たせ

た設

計と

する

か

又は

たと

え振

動が

生じ

ても

それ

を検

出し

容易

に抑

制で

きる

設計

とす

る


- 26 -


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-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

ides

det

aile

d de

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cont

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term

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patia

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LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

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ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

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patia

l pow

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atio

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原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

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中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



- 27

-

Tabl

e 4

2 D

esig

n gu

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det

aile

d de

sign

cont

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coun

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LW

R (2

2)

BW

R（浜

岡5号

炉）

PW

R（大

飯3号

炉）

核

設計

内

容

e キ

セノ

ン空

間出

力振

動の

安定

性

解析

方法

キセ

ノン

空間

出力

振動

の安

定性

の解

析は

Ra

ndal

lとSt

Joh

nに

より

開発

され

たモ

ード

展開

法を

用い

る

解

析結

果

キ

セノ

ン空

間出

力振

動に

関す

るパ

ラメ

ータ

は炉

心の

高さ

と直

径の

比（

LD）中

性子

束出

力反

応度

係数

炉

心内

出力

の平

坦化

割合

等で

ある

大

型の

沸騰

水型

原子

炉で

は出

力反

応度

係数

が約

-0

01(Δ

kk)

(Δρ

ρ) よ

り負

であ

れば

出

力の

振動

は起

こら

ない

とい

う

計算

結果

が得

られ

てい

る沸

騰水

型原

子炉

では

定

格出

力時

の出

力反

応度

係数

は空

間出

力振

動を

十分

抑制

する

こと

がで

きる

範囲

内に

ある

33

54

安定

性

水平

方向

振動

は炉

心寿

命中

十分

な減

衰性

を有

する

軸

方向

振動

に対

して

は

サイ

クル

末期

では

軸方

向振

動が

起こ

る可

能性

があ

るが

こ

の軸

方向

振動

は制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タを

操作

して

ア

キシ

ャル

オフ

セッ

トを

適正

な範

囲に

維持

す

るこ

とに

より

容

易に

避け

るこ

とが

でき

ると

とも

にた

とえ

振動

が生

じて

もそ

れを

検出

し制

御グ

ルー

プの

制御

棒ク

ラス

タの

操作

によ

って

容易

に抑

制可

能で

ある

出力

振

動へ

の

対応

諸

特性

によ

り出

力振

動に

対し

て十

分な

減衰

特性

を有

する

出

力振

動を

生じ

ても

出力

分布

の監

視に

より

反応

度制

御系

で

調整

【

補足

】炉

特性

の観

点か

らは

通

常運

転の

範囲

内で

空間

出力

振

動が

生じ

るこ

とは

ない

が

指針

に合

致す

るよ

うに

振動

発生

時に

対処

する

制御

系を

装備

して

いる

もの

と考

えら

れる

原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

と制

御系

を期

待

水

平方

向振

動原

子炉

の固

有の

反応

度フ

ィー

ドバ

ック

特性

軸方

向振

動

軸

方向

中性

子束

偏差

の監

視

rarr

制御

棒ク

ラス

タ操

作制

御設

備

保護

設備

によ

る出

力低

下

原子

炉ト

リッ

プ


- 27 -


- 28

-

Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


- 28 -


- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




- 29 -


- 30 -



- 30 -


- 31 -









謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



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Tabl

e 4

3 Co

mpa

riso

n of

core

phy

sics

par

amet

ers

conc

erni

ng s

tabi

lity

to s

patia

l pow

er o

scill

atio

n

原子

炉

炉心

寸法

(cm

) 中

性子

移動

距離

(cm

)熱

中性

子束

レベ

ル

(ncm

2 s)

等価

半径

有

効高

さ

HTG

R

HTT

R (3

0 M

Wt)

12

02)

2902

)

219)

2times10

13（

最大

）2)

GTH

TR30

0 (6

00 M

Wt)

2801

0)

（半

径19

0cm

の内

側反

射体

等領

域を

含

む）

84

010)

7times

1012（

平均

）10

) 2times

1013（

最大

）10

)

Fort

St

Vrai

n炉

(

842

MW

t) 30

011)

47

011)

5times

1013（

平均

）11

)

PBM

R (4

00 M

Wt)

1901

2)

（半

径10

0cm

の内

側反

射体

領域

を含

む）

1100

12)

―

PWR(

大飯

3号

) 17

08)

3708

) 6

69)

―

BWR(

浜岡

5号

) 26

07)

3707

) 7

39)

4times10

13（

平均

）7)

GTH

TR30

0

原子

力機

構が

設計

検討

を進

めて

いる

実用

高温

ガス

炉

Fort

St

Vrai

n炉

米

国の

高温

ガス

炉原

型炉

（運

転実

績あ

り

廃炉

）

PBM

R

南ア

フリ

カ共

和国

で検

討さ

れた

実用

高温

ガス

炉


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- 29 -

性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




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- 30 -


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謝辞












- 31 -


- 32 -






- 32 -



表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



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性能


安全要件







安全指針


炉心設計



設計の評価

許容基準



充足充足せず

充足

充足せず

規制








品質保証


運転状態確認



影響評価


黒鉛検査基準



異常あり

異常あり小

大




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謝辞












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- 32 -






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表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



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謝辞












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表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



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謝辞












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表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）



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表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）




表５SI 接頭語




リットル Ll 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1 t=103 kg










カロリー cal











表し方























名称記号





































組立量




デシベル dB



名称記号












（第8版2006年）


実用高温ガス炉の安全要件を達成するための 燃料・炉心の設計事項 ·...

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実用高温ガス炉の安全要件を達成するための燃料・炉心の設計事項 ·...