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公開番号2025077751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2023190186
出願日2023-11-07
発明の名称原子力発電装置
出願人国立大学法人大阪大学
代理人個人,個人,個人
主分類G21C 15/12 20060101AFI20250512BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】長期間に亘ってメンテナンスフリーで、安定的に電力の供給が可能な原子力発電装置を提供する。
【解決手段】未臨界原子炉を用いて発電を行う原子力発電装置であって、中性子線源、核燃料物質、減速材を備える炉心部、および、炉心部を覆う隔壁とが設けられた未臨界原子炉と、未臨界原子炉の外周に設けられた熱電変換部とを備えており、炉心部は、中心部に配置された中性子線源と、中性子線源の周囲に配置された核燃料物質と減速材との混合物とから構成されており、炉心部で発生した熱出力を、直接、熱電変換部に設けられた熱電変換素子によって電気に変換して出力する原子力発電装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
未臨界原子炉を用いて発電を行う原子力発電装置であって、
中性子線源、核燃料物質、減速材を備える炉心部、および、前記炉心部を覆う隔壁が設けられた未臨界原子炉と、
前記未臨界原子炉の外周に設けられた熱電変換部とを備えており、
前記炉心部は、中心部に配置された中性子線源と、前記中性子線源の周囲に配置された核燃料物質と減速材との混合物とから構成されており、
前記炉心部で発生した熱出力を、直接、前記熱電変換部に設けられた熱電変換素子によって電気に変換して出力することを特徴とする原子力発電装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記中性子線源が、自発核分裂線源であることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電装置。
【請求項３】
前記自発核分裂線源が、
２５２
Ｃｆ（カリホルニウム）、
２４０
Ｐｕ（プルトニウム）、
２５０
Ｃｍ（キュリウム）のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の原子力発電装置。
【請求項４】
前記中性子線源が、（α、ｎ）反応から生成されるα線により中性子を発生させるα線源であることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電装置。
【請求項５】
前記α線源が、α崩壊核種であることを特徴とする請求項４に記載の原子力発電装置。
【請求項６】
前記α崩壊核種が、
２３８
Ｐｕ（プルトニウム）、
２３９
Ｐｕ（プルトニウム）、
２４１
Ａｍ（アメリシウム）、
２４４
Ｃｍ（キュリウム）、
２２６
Ｒａ（ラジウム）、
２２７
Ａｃ（アクチニウム）のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の原子力発電装置。
【請求項７】
前記核燃料物質が、熱核分裂性物質、または、熱核分裂性物質と超ウラン元素の混合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の原子力発電装置。
【請求項８】
前記熱核分裂性物質が、必要に応じて
２３５
Ｕ（ウラン）が濃縮されたＵ（ウラン）、または、
２３９
Ｐｕ（プルトニウム）、
２３３
Ｕ（ウラン）であることを特徴とする請求項７に記載の原子力発電装置。
【請求項９】
前記減速材が、Ｃ（炭素）またはＢｅ（ベリリウム）であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の原子力発電装置。
【請求項１０】
前記隔壁を構成する材料が、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｂ（ホウ素）のいずれか、もしくは、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の原子力発電装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電装置に関し、より詳しくは、長期間に亘ってメンテナンスフリーで、安定的に電力の供給が可能な原子力発電装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
宇宙探査は、近年、新たなステージとして、深宇宙探査段階へと突入しており、ＪＡＸＡなどにより深宇宙探査計画が進められようとしている。
【０００３】
このような宇宙探査において、電源として、従来は、太陽電池や原子力電池が用いられていたが、深宇宙探査が１００年を超える規模で行われることを考えると、これらは、深宇宙探査用の電源、具体的には、小型で、長時間、高出力が得られる発電装置として満足できるものではなかった。
【０００４】
即ち、太陽電池の場合には、太陽光の強度は太陽からの距離の２乗に反比例して、木星よりも外側の空間では太陽光が殆ど届かないため、十分な太陽エネルギーを期待することができず、十分な出力の電力を得ることが難しい。また、原子力電池の場合には、放射性元素の崩壊熱を用いて発電を行うという原理上、出力が低く、高出力化を図ろうとすると、装置の大型化が避けられない。
【０００５】
これに対して、小型で、長時間、安定して高出力が得られる発電装置として、原子炉を用いた発電装置（原子力発電装置）が考えられるが、一般的なタービンを用いた原子力発電装置の場合、冷却機構や制御機構などの機械部分が打ち上げ時の衝撃によって破損したり、航行中にこれら機械部分が故障したりすることが懸念される。宇宙においてこのような不具合の発生に人が介在せずに対応することは難しく、長期間に亘ってメンテナンスフリーな原子力発電装置が求められている。
【０００６】
そこで、打ち上げ時など、制御棒が機能しない恐れがある期間、外部装置を使用せずに炉心を未臨界状態に維持する宇宙用原子炉が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２１－１２７９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示される技術は、打ち上げ後は制御棒による制御を行うものであり、１００年を超える期間も考えられる航行中における冷却系や潤滑系などの機械的動作を伴う部分の故障の発生への対処については考慮されておらず、長期間に亘るメンテナンスフリーについては十分とは言えない。
【０００９】
このような、長期間に亘ってメンテナンスフリーで、安定的に電力の供給が可能な原子力発電装置に関する要請は、宇宙空間での使用に限られず、月や火星などの惑星、また、極地や高い山の上、深海、無人島などでの各種計測など、容易にメンテナンスを行うことができない環境に設けられる発電装置においても、同様である。
【００１０】
そこで、本発明は、長期間に亘ってメンテナンスフリーで、安定的に電力の供給が可能な原子力発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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