プルサーマルの危険性。 ( その他超常現象 ) - 原発がどんなものか知ってほしい、ね。V

プルサーマルとは
プルトニウムを軽水炉等の熱（サーマル）中性子炉で燃焼させる事を表した和製英語。
プルトニウムを混入した燃料（MOX）を用いる。

　・・なんちゅう基本的なことはあちこちのサイトで既に紹介されているので省略。（いまさらそんなこと書いてもねェ）
　今回は、よく反対派が主張する「MOX燃料を軽水炉で使うのは危険」という説に対する回答を紹介します。いつものごとく、「WEB上にあって誰でも調べられる情報」が殆どですが、一部原子力学会の作成したCD-ROM「プルサーマルの分かりやすい説明と問答集」を参考にしました。
　なお、私はこの件については素人同然なので、解説を求められても答えられない場合があります。直接、原子力学会や原子力研究開発機構、ＥＤＦやフラマトムＡＮＰ等に尋ねてくださいな。

「軽水炉はウランを使うように作られており、プルトニウムを使うのは危険」
　燃料はウラン238とウラン235の酸化物を用いて作られていますが、その殆どは（そのままでは核分裂しにくい）ウラン238です。
　しかし、ここに中性子が当たるとプルトニウム239になり、軽水炉ではこのプルトニウム239が核分裂してエネルギーを出しています。
　ウラン燃料を装荷した軽水炉で生ずるエネルギーの３～４割は、プルトニウムの核分裂から生じています。

「二酸化プルトニウム（以下、PuO2）は二酸化ウラン（以下、UO2）よりも融点や熱伝導度が低いため、危険」
　UO2の融点は約2,800℃、これに対しPuO2の融点は約2,400℃。
　よって、プルトニウム量が増える事で融点や熱伝導度は確かに下がります。
　しかし、軽水炉の通常の使用温度では、そこまで上昇する事はありません。
　MOX燃料の融点は、ウラン燃料よりせいぜい数十度低い程度ですし。

「臨界に対する余裕が低くなり、危険」
　燃料の反応度には、臨界・暴走に対して十分な余裕を持った設計上の安全基準が設定されていますが、従来のウラン燃料はこれよりもさらに安全側に設計されています。
　MOX燃料を、計画されている上限である炉心の１／３まで装荷した場合、（約１年間の）運転期間の初期と末期でウラン燃料を上回る時期があります。しかし、前記の安全基準を超えるものではなく、暴走に至るような事はありません。
　また、MOX燃料はウラン燃料よりボイド効果（加熱により冷却水中に生じた気泡で中性子の減速効果が低下し、出力が下がること）が大きくなるため、ウラン燃料以上に出力上昇を抑える方向に働きます。つまり、暴走し難い、ということです。

「MOX燃料によって制御棒の効きが悪くなり、危険」
　ウランとプルトニウムでは、中性子吸収や放出の性質が異なります。
　このため、制御棒を炉心に挿入してもMOX燃料付近では制御棒の効きが悪いという現象が発生します。
　しかし、制御棒の性能についてはもとから余裕を持った設計となっていますし、装荷するMOX燃料は１／３程度、さらに炉内の出力分布を考慮して装荷する位置を決めており、ウラン燃料と比較して安全上の問題はありません。
　なお、改良型であるABWR（柏崎６・７，浜岡５，志賀２等）では更に制御棒に余裕を持った設計となっており、建設計画のある大間発電所では、さらに制御棒駆動機構等の改良を行う事で「フルMOX燃料装荷」に対処することが可能となっています。

「MOX燃料はウラン燃料より超ウラン元素(TRU）の発生量が多く、運転中に燃料へ悪影響を与える」
　MOX燃料のプルトニウムの核変換によって発生するアメリシウム等は、燃料の融点や熱伝導率を低下させる等の影響が懸念されます。しかしながら、燃料設計にあたってはプルトニウムだけではなくこういった副次的な元素についても考慮されており、問題はありません。

「MOX燃料はウラン燃料よりもＦＰ（核分裂生成物）ガスの発生量が多く、破損しやすい」
　確かに、燃料に人工的にピンホールを開けて行った試験では、MOX燃料の方がウラン燃料よりもＦＰガスの放出量が僅かに多いという結果の出ているものもあります
　しかし、燃料棒の内圧に与える影響は、MOX燃料内で発生するヘリウムガスの方が大きく、ＦＰガスの発生によるものは微々たるものです。
　また、このヘリウムガスによる影響は、製造時に被覆管内に封入するヘリウムガスの圧力を調整したり、燃料棒自体の設計を変更（ガス溜めを作る）したりすることで対処しています。
　よって、MOX燃料の方がウラン燃料よりＦＰガスの発生量が多いために燃料破損が生じやすい、ということはありません。
　実際、ドイツやフランスでの試験によると、ウラン燃料とMOX燃料の間で、燃料破損頻度に差がないという結果が出ています。

「プルトニウムスポットが燃料棒を破壊する」
　MOX燃料製造過程でPuの濃度の高い粒子（PuO2富化粒子）が混入し、これがたまたま燃料の表面に存在した場合、局所的に他よりも高温となる可能性があります。これがプルトニウムスポット（プルスポット）です。
　このプルスポットにより燃料被覆管の一部が加熱され、劣化やさらには燃料破損に繋がるのではないか、という点が指摘されていました。
　これについては、既に過去に実験が行われています。例えば、国内では旧・日本原子力研究所（原研，現・日本原子力研究開発機構）において、故意に0.4mmもの巨大なプルスポットのある燃料を製作して実験炉(NSRR)で試験を行ったことがありました。
　その結果、燃料破損どころか、プルスポットと接触していた被覆管内面にも異常は見られなかったと報告されています。
　なお、製造プロセスの管理によってPuO2富化粒子を微細化することでプルスポットの影響を小さくする事も可能です。これはＦＰガス低減にも効果があります。（フランスでは照射試験も行われています。）

「国内で計画されているMOX燃料の燃焼度は、これまで海外でも例のない高いものである」
　国内で申請及び認可されているMOX燃料集合体の仕様の一部を紹介します。

　日本で計画されているMOX燃料集合体の最高燃焼度
　・九州電力玄海３号機(PWR)：45,000MWd/t
　・四国電力伊方３号機(PWR)：45,000MWd/t
　・中国電力島根２号機(BWR)：40,000MWd/t

　これに対し、海外の実績
　・スイス：45,000MWd/t
　・ドイツ：62,000MWd/t
　・フランス：43,000MWd/t
　　（認可値は47,000MWd/t，試験目的では55,000MWd/tまで実績あり。

　・・・ということで、既に使用実績のあるレベルです。
　なお、フランスでは今後１０年間の間に最大燃焼度を60,000MWd/t以上まで引き上げる計画があるそうです。
（これは昨年の情報なので、現在どうなっているかは私には判りません。規制側からコメントが付いた様な話もありますし。）

「MOX燃料の使用は、各国が撤退を始めている」
　確かに、複数の国でMOX燃料の使用をやめようという動きがあります。（これにより、受注減で閉鎖される工場も出ています。）
　が、逆にこれから進めていこう、という国もあります。
　例えば米国では、近年中の本格運用のための試験使用がカトーバ発電所で始まりましたし、再処理・MOX燃料工場の建設も計画しています。
　ロシアでも米・仏の技術供与を受けてMOX工場を建設する計画がありますし、中国では六ヶ所村の施設と同クラスの再処理施設を建設する計画があることを公にしています。

「六ヶ所村の再処理工場では処理できない」
　よく言われることですが、再処理は不可能ではありません。
　確かに六ヶ所の「ピューレックス法」による再処理はあまり効率的ではないようですが、ウラン燃料よりも効率は落ちるものの、再処理は可能です。（実際、東海の再処理工場でも使用済MOX燃料の再処理を行った実績があるそうです。）
　ただ、サイクル全体から見ると放射性廃棄物の「物量」は減りますが、ウラン燃料よりも超寿命核種を含んだ高レベル放射性廃棄物が非常に多く生ずる、という点では、MOX燃料の再処理に問題がないとは言えません。（まぁ、一番の問題点はこれかな。）

　正直、MOX燃料を軽水炉で使うこと自体に関しては全く問題ないような気がしますね。
　サイクル全体として見ると核不拡散とかTRUなんかの問題はありますが、「MOX燃料は原子力発電所の危険性を増大させる！」というのは、凄く違う様な気がします。
　私は現場屋なので門外漢なのですが、専門家から見るとこういった主張は「トンデモ」の部類に入るんかも知れません。

「まず自分で調べよう」という事で。
原子力学会の作成したCD-ROMはここで購入することができます。
http://wwwsoc.nii.ac.jp/aesj/division/sed/cg2.html