#千万IP创科普# 科学技術史の今日 | 1992年9月11日我が国の低温核加熱炉冷凍実験が成功

1992年9月11日、「第8次5カ年計画」における国家重点科学技術プロジェクトである低温核加熱炉の冷凍実験が成功裏に完了した。このプロジェクトは、わが国の新型原子力冷凍空調技術の空白を埋め、夏の冷房、冬の暖房、熱電併給など、1基の原子炉で多目的に原子力エネルギーを利用することを実現し、原子力エネルギーの総合利用の新たな道を開いた。

●原子力エネルギーの新たな利用方法

ご存知のとおり、原子力エネルギーは電気を生み出すだけでなく、熱も供給することができます。原子力発電所は原子炉で発生した熱を利用して水を蒸気に変え、その蒸気でタービンを駆動して発電します。蒸気タービンユニットの凝縮器は、電気によって生成された蒸気の廃熱を取り除きます。そのため、大型の原子力発電所でも熱効率は30％強と低く、原子炉で発電されたエネルギーの60％以上が活用されていない状態となっている。

こうした状況の中、原子力発電所から排出される温水を暖房や海水淡水化などに利用し、原子炉の熱効率を50％以上に高める熱電併給発電方式の研究が始まりました。しかし、コジェネレーションでは、暖房は廃熱利用の一形態に過ぎず、大規模な暖房の需要を満たすことができないため、科学者は暖房用に特別に原子炉を設計しました。

核エネルギー加熱は、加熱温度に応じて、高温核加熱、中温核加熱、低温核加熱に分けられます。

高温核加熱炉によって供給される熱源は高温であり、通常は 300°C を超え、1000°C に達することもあります。主に製錬や化学工業などの工業用加熱に使用されます。

中温原子炉の加熱温度は150℃～300℃で、主に繊維、製紙、医薬品などの産業分野で使用されています。しかし、この温度範囲での加熱に原子力エネルギーを使用するのは技術的な問題が多く、経済的に実行可能ではありません。そのため、中温原子炉は短期間で広く利用することはできません。

低温核加熱炉の加熱温度は150℃以下です。現在の実際の状況から判断すると、工業生産でも日常生活でも、この温度範囲の利用者と消費量が最も多く、総熱消費量の約半分を占めています。そのため、その開発の見通しは非常に魅力的であり、原子炉加熱炉のリーダーとなっています。

● 原子力加熱の世界的リーダーとなった

1964年という早い時期に、平均年齢がわずか23歳半の清華大学の若い教師と学生のグループが、自立、勤勉、大胆な思考と行動、犠牲を恐れない精神で、我が国の大学で最初の遮蔽試験炉を開発しました。 1981年、清華大学原子核研究所は、原子力科学者の王大忠院士の指揮の下、低温核加熱の研究を開始し、1983年冬に中国初の原子炉廃熱加熱運転試験に成功した。

1983年末、研究所は遮蔽試験炉の技術改造を実施し、わが国初の低温核加熱試験を開始し、総面積1万5000平方メートルの建物3棟に暖房を提供することに成功し、安全性と運転特性に関する重要なデータを取得しました。 1984年、当時の国家科学技術委員会は清華大学核能源研究所に5メガワットの核加熱試験炉の建設を承認した。

1986年以来、低温核加熱は清華大学核エネルギー研究所の管轄の下、国家科学技術プロジェクトとして正式に位置付けられ、低温核加熱炉の総合的な研究開発が行われてきました。 1986年3月、基地200の遮蔽試験炉の隣に5メガワットの低温核加熱炉の建設が正式に開始されました。

1989年11月11日、5メガワットの低温原子炉が正式に臨界運転を開始した。 12月19日には72時間の全出力連続運転試験が無事完了した。その後、1991年9月に5メガワット低温核加熱炉が熱電併給運転に成功しました。

1992年9月11日、我が国の重要な科学技術プロジェクトである低温核加熱炉冷凍システムの実験が成功裏に完了しました。このシステムは、現在世界的に先進的な臭化リチウム吸収冷凍技術を採用し、低温加熱炉を熱源として使用し、電気と石油燃焼石炭に代わる大面積の空調と冷凍を実現します。気温が30℃を超える夏の天候でも、室内の温度を20℃程度に維持できます。同時に、既存の暖房パイプを活用できるため、追加のパイプライン建設コストがかからず、冬の暖房と夏の冷房に原子力エネルギーを利用することが可能となり、暖房における原子力エネルギーの総合利用に向けた新たな道が開かれました。この原子炉は、世界で初めて稼働した自然循環殻加熱型原子炉であり、新型油圧駆動制御棒を採用した世界初の原子炉でもある。その成功した運用により、我が国は低温核加熱の分野で世界をリードする国になることができました。

●将来的にも幅広い発展の見通し

我が国では、都市の半数以上が「三北」（東北、華北、西北）地域にあります。これらの地域では都市建築面積が増加するため、暖房用の熱源も増加する必要があります。近年、北部の都市建設は驚異的な速度で成長しています。 1990 年代初頭だけでも、都市の建築面積は 13 億平方メートル増加し、それに応じて暖房能力を少なくとも 5,000 万キロワット増やす必要があり、それには毎年 5,000 万トン以上の石炭消費量の増加が必要になります。長期的に見ると、加熱エネルギーは非常に大きな数値になります。私の国の都市暖房エネルギーは主に石炭に依存していますが、貴重な化学原料を無駄にするだけでなく、都市部での石炭燃焼によって排出される汚染物質が濃縮され、非常に悪い都市環境を引き起こしています。

北京、西安、瀋陽はいずれも世界で最も汚染された都市の一つに挙げられている。都市建設が急速に進む状況下で、将来も石炭が依然として暖房の主な供給源となる場合、環境汚染は耐え難いレベルに達するだろう。我が国の現在の核燃料生産能力と比較的成熟した原子炉技術に基づき、低温低圧原子炉の開発と建設は我が国の国情に適合し、経済的にも技術的にも実現可能なアプローチである。

専門家によれば、低温原子炉からの放射能放出は非常に少ないという。清華大学の5メガワット低温核加熱炉を例にとると、大気中に放出される放射能が人体に与える害は、1年間にタバコを1本吸った場合に人体に与える害と同程度に過ぎない。一体化、自己圧力安定化、全出力自然循環、新型制御棒油圧伝動、受動廃熱除去、二重圧力シェルなどの先進技術を採用しているため、固有の安全性を備え、都市の近くに建設できます。

低温核加熱炉は、経済的、社会的、環境的に優れた利点があり、安全でクリーンかつ経済的な大規模熱源です。将来、低温核加熱炉は石炭を原子力に置き換え、輸送圧力を軽減し、都市環境を改善するだけでなく、工業・鉱山企業に低圧工業用ガスを供給し、低温核発電と低温核冷凍を実施し、海水淡水化、放射線処理など多くの面で幅広い発展の見通しを持っています。

人民日報オンライン「科学探究」より抜粋