原子力総合パンフレット Web版

原子力開発と発電への利用

高速増殖炉、使用済燃料の中間貯蔵

高速増殖炉は、発電しながら消費した以上の燃料を生成できる原子炉です。使用済燃料を再処理するまでの間、安全に貯蔵 する中間貯蔵施設が必要です。

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高速増殖炉のしくみ

通常の原子力発電所(軽水炉)では、核分裂で発生する速度の速い中性子を水などの減速材で速度を遅くして核分裂連鎖反応を起こしています。
一方、高速増殖炉(FBR、Fast Breeder Reactor)は、冷却材にナトリウムを使用しているため、中性子の速度を落とさず、速度の速い中性子で核分裂連鎖反応を起こすことができます。速度を落とした中性子で核分裂を発生させるより、速度の速い中性子で核分裂を発生させる方が、核分裂で発生する中性子の数が多いという性質があります。
そのため、高速増殖炉では、速度の速い中性子で核分裂させることで中性子の数に余裕ができ、それを核分裂しにくいウラン238に吸収させて、燃料として使えるプルトニウム239を生み出すことができます。
また、高速増殖炉は、炉心のまわりを天然ウラン、または、劣化ウランで囲む構造(ブランケット構造)になっています。そのため、炉心から出る中性子が、ブランケットに含まれるウラン238に吸収され、ウラン238からプルトニウム239への転換が行われます。

このように高速増殖炉は、主にプルトニウムを燃料に発電を行いながら、ウラン238がプルトニウム239に変わる割合を大きくでき、発電で消費した以上のプルトニウム239をつくり出す(増殖する)ことができます。
また、アメリシウムやキュリウム、ネプツニウムなどの半減期の長い放射性物質を核分裂などにより、半減期の短い放射性物質に変換し、環境への負荷も減らす可能性もあわせもっています。
高速炉(FR、Fast Reactor)と高速増殖炉(FBR)の構造には違いはありません。高速炉の炉心には、高レベル放射性廃棄物の放射能の有害度を低減するための集合体、あるいは、燃料(プルトニウム239)を増殖するためブランケット集合体を設置することができます。有害度を低減する高速炉を「燃焼炉」、燃料を増殖する目的の高速炉を「増殖炉」といいます。
高速炉の研究開発を進めることは、高レベル放射性廃棄物の燃焼と燃料の増殖の両方の技術の実用化に向けた技術的知見の蓄積につながります。

高速増殖炉(FBR)のしくみ

高速増殖炉(FBR)のしくみ

出典:文部科学省「高速増殖炉もんじゅ研究開発の意義と必要性」より作成

関連情報(詳細):日本原子力文化財団「原子力・エネルギー図面集」

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使用済燃料の中間貯蔵

原子力発電所で使い終えた使用済燃料は、再処理するために再処理工場へ運び出されますが、それまでの間は、原子力発電所の敷地内で安全に管理・貯蔵されています。
使用済燃料を貯蔵する方式には、プール水の中に貯蔵する方式(湿式)と金属キャスクに入れて貯蔵する方式(乾式)の二種類があります。
2005年11月に、東京電力ホールディングス(株)と日本原子力発電(株)が青森県むつ市に設立した「リサイクル燃料貯蔵(株)(RFS、Recyclable-Fuel Storage Company)」によって、2010年8月から乾式貯蔵方式の中間貯蔵施設(リサイクル燃料備蓄センター)の工事を開始し、2013年8月に燃料貯蔵建屋3,000トン分が完成しました。

なお、中間貯蔵施設の開始にあたっては、2013年12月に施行された原子力規制委員会の「核燃料施設等の規制基準」に適合する必要があり、2014年1月、RFSは、新規制基準への適合性の確認申請を行いました。事業開始の時期を2018年後半としています。
貯蔵には、専用の鋼鉄製容器(キャスク)が使用されます。キャスクは、使用済燃料の放射性物質を閉じ込めたり、放射線を遮へいしたり、核分裂の連鎖反応による臨界を防止する機能があります。また、発生する熱を取り除くこともできます。
再処理工場へ運び出されるまでの間、使用済燃料が入ったキャスクは、コンクリート製の建屋で貯蔵されます。
3,000トン分の貯蔵建屋には、最大288基のキャスクを貯蔵できます。建屋の使用開始から、50年間貯蔵することとなっています。最終的な貯蔵量は、5,000トンで、そのうち東京電力ホールディングス分として4,000トン程度、日本原子力発電分として、1,000トン程度の貯蔵が計画されています。
また、四国電力(株)では伊方発電所の敷地内に使用済燃料の乾式貯蔵施設の設置が検討されています。

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使用済燃料などの輸送

ウランやプルトニウムなどを含む核燃料物質や放射性物質の輸送は、国際原子力機関(IAEA)の安全輸送規則を取り入れた基準に沿って進められます。
対象となるものは、原子力発電所で使用する新燃料や、使用済燃料のほか、イギリスやフランスに委託した使用済燃料の再処理にともない発生し、日本へ返還されるガラス固化体などです。これらは、核燃料物質の種類や量に応じた専用の輸送容器に入れられ、トラックやトレーラー、専用の運搬船で輸送されます。
発電に使い終わった使用済燃料を海外の再処理工場や原子力発電所の敷地外にある使用済燃料中間貯蔵施設へ輸送する際には、主に海上輸送されます。
海上輸送には、二重船殻構造、耐衝突構造、耐座礁構造などを備えた専用船を用いることが法令で定められています。
また、輸送容器については、臨界を起こさないこと、放射性物質を密封すること、放射線を遮へいすること、発生する熱を除去することの四つの機能が必要です。そのため、落下試験、耐火試験、浸漬試験などでも健全性を保てることが必要になります。

輸送兼貯蔵用キャスク

輸送兼貯蔵用キャスク

出典:リサイクル燃料貯蔵(株)資料などより作成

関連情報(詳細):日本原子力文化財団「原子力・エネルギー図面集」

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