中国山東省石島湾にある石島湾原子力発電所HTR-PMが今月運転を開始した事が報告されている。これは中国によれば世界初の第4世代商用原子炉とのことだ。

第1世代が最初の実験炉、第2世代が最初の商業炉、第3世代が第2世代の改良型、そして第4世代が新しい技術、燃料、基本設計を取り入れた未来の原子炉であることから、第4世代と呼ばれている。現在世界中で運用されている原子炉は一般的には第2世代から第3世代の原子炉であり、すべての第1世代原子炉は廃炉となっている。

第4世代原子炉は、8つの技術的目標を基に定義されている。主な目標はより高い安全性、核拡散抵抗性、廃棄物と天然資源利用の最小化、原子炉の建設運用費用の低減であり、長い間待ち望まれていた最新の原子力発電所だ。

High-Temperature gas-cooled Reactor Pebble-bed Module (HTR-PM)は志度湾にある3基の原子炉のうちの1基で、他の2基はWestinghouse の設計に基づく第3世代原子炉であるCAP1400炉で構成されている。HTR-PM自体は、210MWeの蒸気タービンと冷却用のヘリウムブロワーに接続された2基のペブルベッド炉で構成されている。冷却材にヘリウム、減速材に黒鉛を使用する。それぞれの原子炉には、直径60mmで8.5％まで濃縮された7gの燃料を含む40万個以上の球状の燃料要素（「ペブル」）が装荷されている。各ペブルは黒鉛の外層を持ち、黒鉛マトリックス中に分散した約12,000個の4層セラミック被覆燃料粒子を含む。中国原子力協会によれば、この燃料は高い固有の安全性を持っており、極端な事故状況でも遭遇する温度よりはるかに高い1620℃までの温度で、無傷のまま放射能を含み続けることが示されている。

運転中、HTR-PMは2×250MEthを発生し、蒸気出口は500℃に達する。第4世代原子炉の設計であるため、受動的冷却、推定温度に耐える燃料、核分裂反応の自己制御、外部の助けを必要としない緊急事態に耐える能力など、多くの安全革新が組み込まれている。ヘリウム冷却のため、海岸や河川、大きな水域の近くに設置する必要はない。

世界原子力協会が昨年発表した『世界原子力性能報告書2022』のインタビューで、華能公司原子力研究所のLu Hua Quan理事長は次のように説明した：「HTRは現存するすべての原子炉の中で最も高い運転温度を持ち、非常に高温のプロセス熱を供給できる唯一の原子炉でもある」。同氏は、特に淡水資源が乏しい国や地域への輸出の可能性があるとし、「HTRは将来、様々な産業、特に炭素排出量を制限する必要がある産業に対して、高品質の高温プロセス熱源を提供することができる」と付け加えた。

HTR-PMは、清華大学原子力・新エネルギー技術研究所の10 MWt高温ガス冷却実験炉であるHTR-10に続くもので、2000年に運転を開始し、2003年にフル出力に達した。中国は、HTR-PMの他に、6基の原子炉モジュールで定格650MWeのタービン1基を駆動するスケールアップ版HTR-PM600を提案している。

論文

• Engineering: The Shandong Shidao Bay 200 MW_e High-Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Module (HTR-PM) Demonstration Power Plant: An Engineering and Technological Innovation

参考文献

• Thingua University: ​Chinese HTR-PM Demo begins commercial operation
• via World Nuclear News: China’s demonstration HTR-PM enters commercial operation

研究の要旨