國立研究開發法人日本核能研究開發機構（以下簡稱「核能機構」）與原子燃料工業公司共同開發了一種設計技術，利用該技術，能使未來的高溫氣冷堆使用的顆粒狀鈾燃料的具護層燃料粒，具備明顯高於以往的高溫工程試驗研究堆（HTTR）燃料的鈾燃燒性能（圖1）。另外，已透過哈薩克斯坦共和國的中介子輻照試驗，應答這種新燃料具備高度的中介子輻照穩定性，確立了高品質的量產技術。
圖1：高溫氣冷堆的概要
高溫氣冷堆是安全本來就非常優異的反應爐。不過，高溫氣冷堆要想實施實用化，與目前的HTTR使用的燃料（燃燒度爲33GWd/t）相比，需要具備能安全提取其3倍（約100GWd/t）的鈾燃燒能量的性能。
從密封鈾的具護層燃料粒中提取的燃燒能量增加時，隨着鈾核分裂而產生的分裂氣體等會使顆粒内的壓力升高。開發抑制壓升引起的陶瓷多層膜包覆層（圖2）破損的設計技術一直是具護層燃料粒實施實用化面臨的課題。另外，要想確立實用水平的具護層燃料粒量產技術，需要在高溫和中介子輻照環境下證明具護層燃料粒具備高度的穩定性。
圖2：具護層燃料粒的斷裂面照片和截面照片
此次，核能機構開發出了僅透過控制鈾球的直徑和包覆層厚度，即使在100GWd/t規模下也能將具護層燃料粒的破損幾乎降爲零（破損率爲100萬分之1）的設計技術。另外，原子燃料工業公司以該設計技術爲基礎，利用量產設備，製造了新型具護層燃料粒。除此之外，還在國際科學技術中心（ISTC）的常規專案框架下，利用哈薩克斯坦共和國核物理可用能研究所（INP）擁有的中介子輻照堆（WWR-K堆），對新開發的燃料實施了高溫中介子輻照試驗。應答新開發的燃料在高溫和中介子輻照環境下，具備極高的穩定性。由此，全球率先確立了未來的高溫氣冷堆用燃料的設計技術和高品質量產技術。
波蘭等海外國家將來計劃引進小型模組化反應爐的實用高溫氣冷堆。此次，日本確立的具護層燃料粒設計技術及量產化技術將成爲其關鍵技術之一，有望爲高溫氣冷堆用燃料的量產化技術在全球普及做出貢獻。
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
