安全な原発:トリウム溶融塩炉ってなあーに?(5)[続き]

3.指摘されている熔融塩炉の問題点・課題
(1)米国オークリッジ国立研究所の熔融塩炉での問題点([11]ATOMICAより引用)
米国オークリッジ国立研究所ORNLが研究開発した熱出力7.4MWの熔融塩炉MSREが、1967年から2年半にわたり649℃の燃料温度で運転された。このうち最後の約1年はウラン233を燃料として運転された。この成果に基づき1973年にEbasco社を中心とするグループから電気出力1,000MWのMSBRの設計が発表された。

当時の技術では、
①700℃以上の高温液体である溶融塩を使った発電システムに十分に耐える材料の実用化に見通しがなかったこと
②アイナー-8(ハステロイ-N)という材料が有望であったが、実用化には多くの課題が残されていたこと
③アルファ線に加え強いガンマ線が発生するトリウム溶融塩を冷却材として使用するため、厳重な遮へいと遠隔操作が必要なことなど、
実用化には多くの開発課題があった

★上記の問題点に対する意見
上記のうち熔融塩実験炉MSREの運転期間については、 「1965年6月に臨界に達した後、2年6か月間の運転を実施し、1969年12月に終了した」実績があります[15]。
また、①②については、既に熔融塩炉MSREにおいて2%チタン-ハステロイ-Nにニオブを1%添加することで解決しています[16]。
また、③については、トリウム熔融塩炉では核燃料は液体であり、固体燃料と異なり遠隔操作で濃度調節・輸送などを行うため、ガンマ線の遮蔽には全く困難がないと言われています。ORNLの熔融塩炉MSREでは、ウラン233を用いた実験で成功しています[15]。

以上のように指摘された問題点は、事実と若干異なるネガティブな点があるように思われます。第4世代国際フォ-ラムGIFで採用された6種の「第4世代原子炉」においても、「熔融塩炉」に関する記述は、ややネガティブな表現となっています[10]。

(2)材料の腐食の問題
(1)文献[12]ブログ Lequiosphere より引用
「腐食に対してはハステロイ-Nが有望とのことですが、その強度の限界が930℃、通常の運転温度が700℃では余裕がありません。福島原発では冷却が不十分になり、炉心温度は一時1600℃を突破しました。トリウム溶融塩炉も商業規模になれば、何らかの事故で冷却が不十分になれば簡単に1,000℃を突破するでしょう。そうなると炉心や配管が崩落して即廃炉、です。ハステロイ-Nの融点は1,370℃しかなく、危なっかしくて使えません。」

(2)文献[13]ウエブサイトTogetter より引用「トリウム溶融塩炉の溶融塩は、非常に腐食性が強いはずなのだが。私は色々な溶融塩を使ってきたが、大概、強酸化性を持ち、316ステンレスもやられたが。基本的に白金か磁製のるつぼで使っていた。だから、トリウム溶融塩炉が安全という話はとても信じられない。」
「トリウムサイクルでしたら、溶融塩をつかっている限り、これも今世紀中は無理ですよ。僕は、溶融塩を随分使いましたが、白金以外はどの様な金属でも激しく腐食させてしまいます。」

★上記の問題点に対する意見
オークリッジ研究所ORNLにおける熔融塩実験炉MSREの容器や配管の材料である、ニオブ1%添加のハステロイ-Nの704℃での熔融塩に対する実験の結果、耐腐食性に問題のないこと、および熔融塩実験炉MSREでの650℃運転におけるハステロイ材料およびグラファイトへの耐腐食性が十分あることが報告されています[15]。

また、ハステロイ-NについてHAYNESの技術情報[17]によりますと、ハステロイ-NがORNLで発明されたこと、704℃から871℃における熔融塩での耐腐食性試験において、その腐食率が1年間で1/1,000インチ(0.0245mm)以下であること、融点は1,300℃から1,400℃であること、などが記載されています。
なお、わが国においてもハステロイ系合金で、1200℃に達する高温中でも優れた強度と耐酸化性を持つ材料が開発されています(MA-X:三菱マテリアル)。

熔融塩炉(FUJI-Ⅱ)では、炉本体から中間熱交換器に送られる燃料塩の温度が700℃となっています。この温度は全体のシステムの中で最も高い温度です。ORNLの熔融塩実験炉MSREの運転で行われたように、制御装置によって温度は安定に保たれるので、強度限界が930℃でも問題はないと言われています[14]。

しかし、ハステロイ-Nの構造材料としての機能が発揮できる限界温度の最高値がどれ位か、また熔融塩炉の温度制御が失われた場合の余裕の温度幅はどれ位が妥当か、などの条件によりこの問題への解答は異なるのではないかと思われます。

(3)強いガンマ線の問題 文献[12]ブログ Lequiosphere より引用
(1)テロリストにより狙われやすい
トリウム熔融塩炉では、トリウム232に高速中性子(1.6MeV)を吸収させてウラン233をつくり、このウラン233の核分裂によってエネルギーを得ます。この過程で生成する核種が強力なガンマ線を放出するという特徴があります。自爆テロを行うようなテロリストが放射線を恐れるとは思えませんし、強い放射線により、少量でもばら撒いた際の社会へのダメージを大きくできることから、むしろテロリストにより狙われやすいという見方もできるのです。

(2)メンテナンス性の悪化
強いガンマ線は、むしろ通常運転時のメンテナンスを困難にするという欠点が大きくなります。液体燃料を循環させるトリウム溶融塩炉では炉心や配管中にわずかでも溶融塩が残っていれば強い放射線を出します。配管には曲がりがあり、炉心の構造も、燃料をきれいに抜くことはほぼ不可能に見えます。配管や炉心から強い放射線が出ていると、点検が困難になります。溶融塩の腐食の問題から、炉心や配管は30年も持つはずがなく、途中で更新しなければなりませんが、その作業も、ガンマ線の問題から人は近づけません。また、配管の減肉やひびを検査する測定器も同じように放射線によるノイズで正しい評価が困難になると予想されます。
それは人が入れないというだけの問題に留まりません。ロボットを入れるにしても、目となるカメラから得られる映像は放射線のノイズで不鮮明になりますし、センサー自体が損傷する可能性もあります。ロボットによるメンテナンスすら困難になる可能性があるのです。

(3)軽い事故でも即廃炉
トリウム溶融塩炉を推す人たちは燃料漏れの事故に対する見通しが信じられないほど甘いです。トリウム溶融塩炉の燃料漏れの深刻さを、軽水炉の冷却水漏れと同じか、それ以下と捉えているようにすら見えます。実際には、トリウム溶融塩炉の燃料漏れ事故は、燃料の腐食性と材料強度の限界から、軽水炉の冷却水漏れ以上に発生しやすい"事象"です。漏れた燃料は炉心や配管の下に設置した受け皿で受けることになっていますが、燃料は落ちたところで冷え、固体になります。その場で強い放射線を放出し続けるので人もロボットも近づけません。処理も補修もままならないまま、原子炉は停止、そのまま廃炉になります

★(1)「テロリストにより狙われやすい」に対する意見
核不拡散・核テロリズムについて
文献[18] NPOトリウム熔融塩国際フォーラム「トリウム熔融塩原子炉”FUJI”」より引用
「ガンマ線が弱く監視困難なプルトニウムなどがほとんど生成しないので、この問題を大きく改善できます。運転中の燃料塩から233Pa(プロトアクチニウム233、半減期27日)のみを手早く化学分離し、純粋な233U(ウラン233)を造る事は原理的に可能ですが、高放射能で極めて実行困難です。我々の溶融塩炉内で造られるU(ウラン)には必ず232U(ウラン232)が随伴します。232Uからは核壊変の結果、2.6 MeVという異例に高いエネルギーの極めて強いガンマ線を出す208Tl(タリウム)が生まれます。このガンマ線は、鉛25cm、コンクリート1mをも貫通し、容易に致死量となります。
 燃料サイクル内のUは、常に232Uで充分に汚染されています。また、必要であれば天然のU(238U)で20%以下に稀釈変性し、核爆発不能にもできますから、軍事的・テロ的利用に不向きで、監視・検知などにも決定的に有利です。」

数時間で死に至るガンマ線を放出するウラン233を、テロリストが盗み出して利用しようとするかどうか容易に判断できません。しかし、少なくとも危険物質の流出が、監視・検知しやすいと言うことは明確だと思います。プルトニウムが放射するアルファ線は、紙1枚で遮蔽できるため運搬は容易であり、しかも検出され難いと言った点から見ると、やはり強力なガンマ線を放射するウラン233の方が、プルトニウムより管理しやすいと言えるのではないでしょうか。

★ (2)「メンテナンス性の悪化」に対する意見
トリウムを核燃料として利用する場合、生成するウラン233にはウラン232を副産物質として生じ、これがアルファ崩壊してタリウム208を生成し、強力なガンマ線を放射します。この現象は、トリウムを「固体核燃料」として利用する場合は大変な困難となります。製造時のガンマ線の遮蔽が大変になり、化学処理費、再加工費および輸送費が、極めて高額となるからです。このことがネックとなって、トリウム利用は広まらなかったと言われています。しかし、「液体燃料」である熔融塩核燃料では、遠隔操作で濃度調節、輸送などが行えるので、遮蔽には全く困難がないとのことです[4]。

また熔融塩炉では、「液体一相で核反応・熱輸送・化学処理媒体の全機能を発揮」するため、超高度で複雑な諸機能を一液相で行えるので「原子炉構造が単純化」され「理想原発」となっています。このように炉構造が単純なため、運転・保守管理・修理等が極めて容易となります[20]。

さらに、提案されているトリウム熔融塩炉FUJI-Ⅱの炉システムの主要な特徴としては[4]、

(1)炉本体容器は開閉しない単純なタンクで、内部の黒鉛減速材は取り替えない。
(2)FUJI系列では増殖を必要としないため連続化学処理装置がないので、炉の付属施設は単純なものとなる。
(3(燃料塩が循環する一次系全体は、塩の融点の500度以上に保たれた高温格納室に収められる。

したがって、余熱用のヒータ、保温材、熱電対温度計などは不要となります。こうして装置の表面が、余分な機器が付属しない「裸」の状態なので、高温・高放射性であっても遠隔操作・ロボットによる保守点検や修理に不便がなくなります。

実際にORNLでは、ウラン233を用いた熔融塩炉の実験MSREを行い、長時間の運転でも保守管理・修理等のメンテナンス面において特段の不都合はなく成功していること[15]からも文献[4]の説明が理解できます。

★(3)「軽い事故でも即廃炉」に対する意見
材料の耐腐食性で学習したようにハステロイ-N(1%ニオブ添加)は、熔融塩に対して十分な耐食抵抗性を有しているので、問題点として指摘されているような燃料漏れの確率は少ないと判断されます。また、万が一燃料塩が漏れたり、あるいは燃料塩が付着しても安定したガラス状に固化した状態では、放射性物質のエアロゾル放散が少ないと言う大きな利点があります。当然、修理等はロボットによる遠隔操作となりますが、これは放射性機器体系では当然の要請であり、熔融塩炉では構造が「単純」なのでロボット技術を有効に活用できます[20]。
したがって、「軽い事故でも即廃炉」という事態にはならない判断されます。

(4)その他の課題
トリウム熔融塩炉の材料の耐腐食性や強力なガンマ線の処理に関する問題点の他に、さらに重要な課題として軽水炉よりもより安全性に優れている「トリウム熔融塩炉発電」を、如何にして実現に漕ぎつけるか、と言っ
課題があります。ここではそうした観点からの問題提起についてまとめてみました。

(1) 放射性廃棄物の処理(文献[3]より引用)
「軽水炉発電の代わりをトリウム熔融塩炉が担うと仮定すると、トリウム熔融塩炉のすぐれた長所は認めるにしても、低レベル放射性廃棄物は発生します。軽水炉で発生したプルトニウム他を消滅させても、軽水炉の放射性廃棄物とトリウム熔融塩炉から発生する放射性廃棄物の両方の処分に目途をつけておかなくてはなりません。でないと、トリウム熔融塩炉でも 「トイレなきマンション」 になりましたでは許されません。」

(2)夢の高速増殖炉と同じか(文献[5] より引用)
「その多胡氏は「---古川には失礼だが、熔融塩炉は実現されていない故に良く見えると言う面が無いわけではない、例えば高速増殖炉だつて机上の議論だけなら、夢の様な話であった。しかし実際動かしてみると、現実は厳しい物だつた」とのべ、(29.トリウム熔融塩炉の問題点)を提起している。」[8]

(3)実験炉・原型炉での実施の必要性(文献[5] より引用)
「この熔融塩炉の行き詰まりを打開するには、その一つとして、やってみなければ分からないと言う技術的問題がないかどうか、確かめる必要がある。先ず、その為の実験炉・原型炉を立ち上げることだ。・・・・・・・・・・・致命的な問題は起こらないと思うが、もし起きれば再起不能・後戻りは出来ないと言う。・・・・・・・
勿論古川博士はそれぞれについて技術的な所見を持っておられるが、FUJI等の実際のプラントを動かして評価する必要があることは言うまでもない。」

(4)「本質安全:inherent safety」の設計思想が必要(文献[21] より引用)
「熔融塩炉原発は、欠点のない技術のように書かれている。現時点ではそうなのかもしれないが、多分、開発が進めばこれまでに見えなかった様々な困難に直面する事になるだろう。そしてその時は、本質安全(inherent safety)という設計思想の元で学者とエンジニアが力を合わせて解決していく必要があるだろう。
見極めの時間と資金が欲しい。今、国内での原発建設は非常に難しい。実験炉が海外になるのも止むを得ない。」


おわりに
これまで5回にわたって「トリウム熔融塩炉」について学習し、それが極めて優れた原子炉であることを理解しました。しかし、それと同時にそれほど優れた「トリウム熔融塩炉」が、何故、実際に稼働していないのだろうか? また、何故、話題にも上らないのだろうか? などの疑問がありました。前回の4回まででこれらの疑問にある程度の解答が得られたように思います。
最終回の第5回では、「熔融塩炉の現状と今後の課題」について検討し、熔融塩炉の材料の耐腐食性や運転によって生成する強いガンマ線の対策等について学習しました。また今後、トリウム熔融塩炉の実現のための方策についても学びました。
これまでの学習から得られた結論として、核拡散防止、核兵器の完全廃絶およびプルトニウムの使用禁止の観点から、まずはトリウム熔融塩炉の実現のための第1段階として、古川氏が提案[4]する「フッ素化熔融塩化学処理法」を用いた使用済み核燃料の消滅処理およびプルトニウムの燃焼消滅を目的とした、「熔融塩炉FUJI-Pu」の完成を目指すのが、最も現実的と思います。さらに第2段階として熔融塩炉FUJI-Puの完成後に、順次、ウラン233を増やして次第にトリウム熔融塩核燃料サイクルに移行し、最終段階として「熔融塩炉FUJI-U233」による発電へ移行するのが、最良のプロセスと考えますが如何でしょうか?

これまでの学習によってもなお晴れない疑問は、「やはり熔融塩炉を排除する見えない力があるのではないか?」と言うことですが、最近の「原子力委員会資料」によりますと、電力会社の公募研究により大学と共同して、熔融塩炉の安全性基礎研究が行われるとのことです[19]。これが呼び水となって新しい流れが大きくなることを期待しています。

このシリーズを終えるにあたり、「トリウム熔融塩実験炉」の一日も早い実現を心から願います。
                                                    以上


<参考文献>
[1] 吉岡律夫:熔融塩炉の安全性について、2011.3.4.
http://msr21.fc2web.com/safety.htm
[2] 亀井敬史:トリウム溶融塩炉 -安全、安価で小型
軽水炉と太陽光の弱点補うトリウム原子炉(2)
WEDGE Infinity(メールマガジン)、2011.9.27.
http://wedge.ismedia.jp/articles/-/1509#infinity-servicetool
[3] 小森三郎:大転換すべき原子力政策、ブクログのパブー(電子書籍)
http://p.booklog.jp/book/26473/read
[4] 古川和男:原発安全革命、文春新書、2011
[5] 鈴木 篁:原子力の核燃料サイクル問題を問う(長期講座)
2.第四世代原子力候補のトリウム熔融塩炉が何故取り残されているのか(2005.03.23) http://homepage2.nifty.com/w-hydroplus/info00b2.htm
[6] 谷口正次:さよならウラン、こんにちはトリウム、
米中印が続々参入…福島原発事故で浮上した未来の原発
日経ビジネスオンライン、2011年4月7日(木)
[7] 谷口正次:中国が独占意欲「トリウム原発」とは、
米国はしたたかに“潜行”、日本の出遅れ感は大きい
日経ビジネスオンライン、2011年3月3日(木)
[8] 多胡敬彦:日本発次世代エネルギー 挑戦する技術者たち、学習研究社、2002
[9] Wikipedia(日本語版、英語版)
[10] 原子力百科事典ATOMICA : 第4世代原子炉の概念 (07-02-01-11)
http://www.rist.or.jp/atomica/index.html
[11] 原子力百科事典ATOMICA : トリウムを用いた原子炉 (03-04-11-01)
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?
Title_Key=03-04-11-01
[12] Lequiosphere:「トリウム熔融塩炉について」、2012.10.31.
http://lequiosphere.blogspot.jp/2012/10/blog-post.html
[13] Togetter: http://togetter.com/li/256264、
[14] イケメン評論家の大学生新聞:「トリウム熔融塩炉に対する批判」に対する批判
http://ikeron.blog.fc2.com/blog-date-201301-1.html
[15] OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY :Molten-Salt Reactor Program
Semiannual Progress Report, August, 1976
http://www.energyfromthorium.com/pdf/ORNL-5132.pdf
[16] OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY :Molten-Salt Reactor Program
Semiannual Progress Report, August, 1976
p.45, 6.1.2 Semiproduction Heats of 2% Titanium-Modified Hastelloy N
That Contain Niobium.
[17] HAYNES International : Technical Information 2002,
http://www.haynesintl.com/pdf/h2052.pdf
[18] NPOトリウム熔融塩国際フォーラム「トリウム熔融塩原子炉”FUJI”」
http://msr21.fc2web.com/index.html
[19] 吉岡律夫・木下幹康:トリウム熔融塩炉の開発の現状について、
第17回原子力委員会資料 第2-2号,2013.5.9.
http://www.aec.go.jp/jicst/NC/iinkai/teirei/siryo2013/
siryo17/siryo2-2.pdf
[20] 古川和男:エネルギー技術革新を求めて50年
―核拡散のない液体燃料トリウム熔融塩炉―
東海大学紀要工学部、Vol.49, N0.2, 2009, pp.1-10
http://www.miraikoso.org/before/32miraikoso/youyuuenro/Yuuenro_
toukaidai.pdf
[21] 上智大学・濱出武治ホームページ、http://www.me.sophia.ac.jp/~hamade/index.htm, 2011.7.26.
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by wister-tk | 2013-06-30 16:47 | 環境学習など
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