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安全な原発:トリウム溶融塩炉ってなあーに?(3)

核エネルギー開発の歴史について
はじめに

これまでの2回の学習においては、トリウム熔融塩炉の構造や仕組み、安全性、環境負荷、放射性廃棄物および経済性などについて、軽水炉と比較しながら学習しました。この学習によって、トリウム熔融塩炉が、現在、多くの国で使われている軽水炉に比べて、確かに優れていることを理解しました。

しかし、このように優れた熔融塩炉が、
(1)何故、現在使われていないのでしょうか?
(2)当初から発電用原子炉としての選択肢はなかったのでしょうか?
(3)何故、軽水炉型が採用されたのでしょうか?
(4)熔融塩炉の現状と今後の課題はどうなっているのでしょうか?
 と言う疑問が生じて、3回目ではこれらについて学習してみたいと考えていました。

ところが調べていくうちに、次々と新たな疑問や不明なことが沢山出てきました。そこであらためて気が付いたことは、核エネルギーや原子炉あるいは原子力発電について、その歴史的経緯をあまり理解できていないことが、全体を理解できない要因であることがわかりました。
そこで今回の3回目の投稿では、当初の予定を変更してまずは「歴史」について学習しようと思います。4回目には、上で述べた(1)から(4)までの疑問を調べることにしたいと思います。

核エネルギー開発の歴史

(黒字:一般・諸外国関連事項、青字:日本関連事項緑字:熔融塩炉関連事項

<出典・参考文献>
[1]Wikipedia(日本語版、英語版)
[2]古川和男:原発安全革命 文春新書 2011年
[3]鈴木 篁:原子力の核燃料サイクル問題を問う(長期講座)
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(2005.3.23)
      (http://homepage2.nifty.com/w-hydroplus/info00b2.htm)
[4] H. G. MacPherson:The Molten Salt Reactor Adventure, NUCLEAR SCIENCE
                AND ENGINEERING, 90, 374-380 (1985)
[5] 原子力百科事典ATOMICA : http://www.rist.or.jp/atomica/index.html


1895年:放射線の発見
1939年 : 原子核分裂・核エネルギーの発見
1943年:後にオークリッジ国立研究所(ORNL)となった施設(X-10)は、マンハッタン計画の一部としてアメリカ陸軍工兵司令部によって、4つの施設(コード名:X-10、Y-12、K-25、S-50)が建設された。このうち X-10 が現在のオークリッジ国立研究所に相当する。X-10 は原子核衝撃によってウランからプルトニウムを生成する工場であった。研究施設とその近くの町のテネシー州オークリッジは、その存在が秘密にされていた。

マンハッタン計画:第二次世界大戦中、米国、英国、カナダが原子爆弾開発・製造のために、科学者、技術者を総動員した計画。原子爆弾が製造され、1945年7月16日世界初の原爆実験を実施。さらに広島に同年8月6日・長崎に8月9日に投下、合計数十万人が犠牲となった。

1943年:オークリッジにおいてエンリコ・フェルミらは、X-10 Graphite Reactor と呼ばれる世界初の実用原子炉を完成させ、プルトニウムの生産が可能となる。
1945年:最初の実用化は原子爆弾(原爆)の開発(第二次世界大戦中に成し遂げられた)
1945年:原子爆弾、広島、長崎に投下される。
1947-76年:オークリッジ国立研究所(ORNL)、熔融塩炉MSRプログラムを実施熔融塩増殖炉MSBR構想を研究開発

*MSR:Molten-Salt Reactor *MSBR:Molten-Salt Breeder Reactor

図―1 オークリッジ国立研究所にて実験された熔融塩炉MSRE
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                    (PHOTO BY YASUYUKI TAKAGI)
                    http://wired.jp/2012/04/05/nuclear-4g/より

1951年:歴史上初の原子力発電が、米国の高速増殖炉EBR-Iで行われた。この時に発電された量は1kW弱、200W白熱電球4個を光らせるのがやっとだった。
軍事用に開発された原子炉を民間に転用するところから原子力発電は始まった。
1953年:12月8日、D.D.アイゼンハワー米国大統領、国連総会での原子力平和利用に関する提案「Atoms for Peace(平和のための原子力)」が原子力発電の起点となる。
1954年:潜水艦の動力炉が実用化された。原爆の開発から9年後に最初の原子力潜水艦が進水
1954年:米国初の熔融塩型原子炉(Aircraft Reactor Experiment:ARE)が1,000時間運転された。原子力航空機に搭載することが目的。計画は結果的に3基の実験機を作って終了。実験には熔融塩の NaF-ZrF4-UF4 を燃料として使用、酸化ベリリウムを減速材、液体ナトリウムを冷却材として使用。実験にはインコネル600合金が構造と配管に使用された。
1954年:ソビエト連邦のモスクワ郊外オブニンスクにあるオブニンスク原子力発電所が、実用としては世界初の原子力発電所として発電を開始し、5 MWの発電を行った。
1954年:日本における原子力発電の起点とされている「原子力研究開発予算」が、3月に改進党の中曽根康弘・稲葉修・齋藤憲三・川崎秀二らにより国会に提出された。
1955年:「原子力平和利用国際会議」が開催され、原子力技術の発展について討議
1955年:12月19日、「原子力基本法」成立、原子力利用の大綱が定められた。

1956年:世界最初の商用原子力発電所として英国にコールダーホール原子力発電所が完成。出力は50 MW。
1956年:1月1日に「原子力委員会」が設置。初代委員長、読売新聞社社主、正力松太郎(科学技術庁の初代長官、原子力導入に大きな影響力を発揮、日本の「原子力の父」と呼ばれる。
1956年:6月、日本原子力研究所(現・独立行政法人日本原子力研究開発機構)が特殊法人として設立、研究所が茨城県東海村に設置された。これ以降、東海村は日本の原子力研究の中心地となっていく。

1957年:米国での最初の商用原子力発電所、ペンシルベニアにシッピングポート原子力発電所が完成。
1957年:欧州経済共同体 (EEC) 諸国により欧州原子力共同体 (ユーラトム) が発足。同年に国際原子力機関 (IAEA) も発足
1957年:11月1日、電気事業連合会加盟の9電力会社および電源開発の出資により日本原子力発電が設立

1963年:10月26日、東海村に建設された動力試験炉JPDR(BWR:米)で日本最初の原子力発電が行われた。

1965-69年:本格的 熔融塩実験炉MSRE が1965年6月に臨界に達した後、1969年12月まで事故皆無の26,000時間の運転実績を達成。トリウム熔融塩炉の技術基盤は、米国のオークリッジ国立研究所が構築した。

*MSRE:Molten-Salt Reactor Experiment

1966年 :日本初の原子力発電所、東海発電所(GCR:英)完成。日本に初めて設立された商用原子力発電所。運営主体は日本原子力発電。
原子炉の種類は、世界最初に実用化されたイギリス製の黒鉛減速炭酸ガス冷却型原子炉であった。しかし経済性等の問題によりガス冷却炉はこれ1基にとどまり、後に導入される商用発電炉はすべて軽水炉であった。

1970年:関西電力、美浜1号(PWR:米)完成
1971年:東京電力、福島第一1号(BWR:米GE)完成

1971年:ニクソン大統領、液体金属冷却高速増殖炉の開発計画の国家目標を1980年と設定したが、その後、米国は商業用高速増殖炉の開発から撤退。
1973年:ニクソン米国大統領、「プロジェクト・インデペンデンス」の下で、2000年までに電力の50%を原発100機での供給を求めた。また、1980年までに実用可能な商業用増殖炉を保持したいと考えた。

プロジェクト・インデペンデンス:1973年10月の中東戦争を契機とする新たな石油情勢の下で、1980年までにエネルギー自給体制を確立するとの計画を提案した。基本的には、(i)エネルギー生産の増大、(ii)エネルギー保全、(iii)エネルギー研究開発という三つの方策を通じて、1980年までにエネルギー需給関係をバランスさせようとするもの。

1973年:ニクソン大統領、熔融塩炉の開発責任者でオークリッジ国立研究所の物理学者、アルビン・ワインバーグを所長職から解任し、熔融塩炉(MSR)プログラムを中止させた。

アルビン・ワインバーグ:Alvin M. Weinberg(1915年4月20日 - 2006年)、シカゴ出身の核物理学者、オークリッジ国立研究所教授。1945年にテネシー州オークリッジへ着任。研究所の調査担当重役として1945年から1948年の間、物理部門の管理職を務めた。さらに1955年から1973年の間、所長を務めた。マンハッタン計画において広島に投下した原爆の開発にかかわった人物の一人

1973年頃:今後の原子炉を高速増殖炉にするか熔融塩炉にするかと言う米議会両院合同原子力委員会の公聴会で熔融塩炉の方が圧倒的に評価が高かつたが、既に多大な研究投資をしていたGEやWH等は「儲からないトリウム熔融塩炉には興味なし」と証言し、その後プルトニウム戦略もあり、高速増殖炉が優位となる。

*GE:ジェネラル・エレクトリック、*WH:ウェスチング・ハウス

1975~1986年:改良型軽水炉(ABWR,APWR)研究開発(改良標準化計画)の推進、第3世代炉

1976年:米政府・原子力委員会(AEC)は、「増殖炉」開発の方向に目標をを変更し、熔融塩炉(MSR)プログラムを終了した。(1965年から1969年まで行われた熔融塩実験炉MSREプログラムが、大成功のうちに終了したにもかかわらずである。)* MacPherson, H. G. (1 August 1985). "The Molten Salt Reactor Adventure". Nuclear Science and Engineering 90: 374–380.

1977年:1974年のインドが核実験に成功と言う衝撃的事態に、J.カーター米国大統領は、直ちに核不拡散政策として、「核拡散防止を目的としてプルトニウムの利用を凍結する政策」(・商業ベースの再処理とプルトニウム利用の無期延長、・高速増殖炉の開発計画の変更と商業化の延期)を発表。1978年には核不拡散法が成立した。ウラン-プルトニウム路線にノーの方針を打ち出した。これにより米国では高速増殖炉の開発が中止され、核燃料サイクルが中止された。これ以降アメリカでは核燃料は再処理されず、基本的にワンススルー利用されるものとなった。しかし煽りを食らって、オークリッジのトリウム熔融塩炉の開発も中止されてしまつた。
1979年:3月28日、米国のスリーマイル島原子力発電所で事故発生。この事故は、世界の原子力業界に大きな打撃を与えた。特にアメリカ国内では建設費用の高騰と合わせる形での事件であったため、原子力発電の新規受注は途絶えた。

スリーマイル島原発事故:「原子炉冷却材喪失事故」に分類され、想定された事故の規模を上回る「過酷事故」。国際原子力事象評価尺度 (INES) においてレベル5の事例。維持管理作業中に冷却水ポンプが停止し、非常用炉心冷却装置 (ECCS) が作動したが効果なく、さらに非常用炉心冷却装置を手動で停止すると言う作業ミスが重なって、結局、炉心溶融(メルトダウン)が生じ、燃料の45%、62トンが溶融、うち20トンが原子炉圧力容器の底に溜まった。

1980年:古川氏ら、加速器熔融塩増殖炉AMSBを発明【米MSBR構想の矛盾を解消】

加速器熔融塩増殖炉AMSB:トリウム自体は核分裂を起こす火種ではないが、親物質のトリウム232(天然トリウムのほぼ100%)に中性子を吸収させることで(中性子を発生させる火種は、ウラン233でもウラン235でもプルトニウム239でもプルトニウム241でもよい)、消費する以上の火種のウラン233が「増殖」できる。この「増殖」の目的のために古川氏らが、日本原子力研究所(現・開発機構)で発明した装置。「大電流陽子加速器」と「熔融塩増殖反応装置」から構成されている。反応熱を処理するため発電施設も備えているが、あくまで目的はウラン233の増殖であり、発電所と考えるべきではない。発生した電力は主として加速器運転に使われる。

1981年:「トリウム・エネルギー学術委員会」発足(会長:茅誠司、副会長:伏見康治、西堀栄三郎、武田、斎藤他)、
「自民党トリウム利用推進議員懇話会」発足(会長:二階堂進、会員108名)、
しかし、科学技術庁、電力会社の抵抗は激しく、一切の「トリウム学術委員会」の申し出を受け付けなかった。茅たちは財界の土光敏夫(経団連会長)に協力を求め、土光は即座にその申し出を承諾した。「トリウム学術委員会」の土光敏夫が、時の行革長官・中曽根康弘の進言により、第二臨調会長に引き抜かれて挫折し、超党派の「トリウム利用推進懇談会」も力を失う。

1983年:高速増殖炉「もんじゅ」の設立許可となる。1981年レーガンが大統領になると、軍事力としてのプルトニウム利用の大幅な巻き返しとなる。いわゆるロン・ヤス時代で中曽根はレーガン路線を踏襲し、もはやトリウム熔融塩炉推進論者は一顧だにされなかった。

高速増殖炉「もんじゅ」:日本原子力研究開発機構の高速増殖炉(高速中性子による核分裂連鎖反応を用いた増殖炉)。MOX燃料(プルトニウム・ウラン混合酸化物)を使用し、消費した量以上の燃料を生み出すことのできる高速増殖炉の実用化のための原型炉。核燃料サイクルの計画の一環であり、新型転換炉ふげんと共に開発が進んでいた。日本は高速炉開発を国家プロジェクトと位置付けており、国際的にも高速炉を始めとした第4世代原子炉の研究開発において主導的な役割を果たしているとされ、「もんじゅ」はその中心となる施設。

1983年:オークリッジ研究所の元所長ワインバーグが、中曽根に「日本で熔融塩炉の開発を進めるべきだ」と言う趣旨の親書を送ったが日本側は無視して返事をしなかった。
1983年:ソ連クルチャトフ研究所、アレクサンドロフ所長、MSRの共同開発を古川氏に提案
1985年:古川氏らFUJI(燃料自給自足型小型原発)-単純小型密閉式熔融塩炉を発明【黒鉛不交換、連続化学処理装置不要】


FUJI(燃料自給自足型小型原発):熔融塩炉を用いた出力16万KW程度(既存の軽水炉では小さいものでも60万KW程度)の発電専用の原発、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、「発電」と同時に核燃料の「増殖」を行わないので装置が単純(米国オークリッジ研究所が提案した溶融塩増殖炉MSBRは、発電と増殖を同時に行う方式で連続化学処理装置を必要とし装置が複雑となる)
図―2 自給自足型小型「トリウム熔融塩発電装置」の完成予想図
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         (株)トリウムテックソリューション (http://ttsinc.jp/fuji.html)より

1986年:ソ連(現ウクライナ)でチェルノブイリ原子力発電所事故が発生。これにより原子力発電を利用していく際のリスク面が、一般に広く知れ渡ることとなった。

チェルノブイリ原発事故:4号炉で起きた原子力事故。後に決められた国際原子力事象評価尺度 (INES) において最悪のレベル7(深刻な事故)に分類される事故。事故当時、爆発した4号炉は操業休止中であり、外部電源喪失を想定した非常用発電系統の実験を行っていた。この実験中に制御不能に陥り、炉心が融解、爆発したとされる。爆発により、原子炉内の放射性物質が大気中に量にして推定10t前後、14エクサベクレルに及ぶ放射性物質が放出された。これに関しては、広島市に投下された原子爆弾(リトルボーイ)による放出量の約400倍とする国際原子力機関 (IAEA) による記録が残されている。

1987年:フランス、高速増殖炉スーパーフェニックス2号機の不建設を決定
1991年:ソ連、理論実験物理研究所ITEP、古川氏と加速器熔融塩増殖炉AMSBの共同研究開始。
1995年:ロシア技術物理研究所ITPが、miniFUJI共同開発を提案。

1996年:東京電力、柏崎刈羽6号(ABWR)営業運転開始、世界初の第3世代炉
1997年:東京電力、柏崎刈羽7号(ABWR)完成

1997年:国際熔融塩炉専門家会議開催(RAND研究所本部, CA., USA)、miniFUJI計画支持さる。
1997年:日米ロ三国共同開発計画に合意(ロシアITPにて)。ITP所内にminiFUJI敷地内定。

1999年 :東海村JCO臨界事故発生(9月30日)。茨城県那珂郡東海村に所在する株式会社ジェー・シー・オー(JCO)が起こした原子力事故(臨界事故)。日本国内で初めて事故被曝による死亡者を出した。核燃料加工施設内で核燃料を加工中に、ウラン溶液が臨界状態に達し核分裂連鎖反応が発生、この状態が約20時間持続。これにより、至近距離で中性子線を浴びた作業員3名中、2名が死亡、1名が重症となった他、667名の被曝者を出した。
2005年:中部電力、浜岡5号(ABWR)完成

2005年:米ローレンス・リバモア国立研究所のR.モイヤーとE.テラーがFUJI支持の論文を公表
2006年:米国エネルギー省のサミュエル・ボドマン長官、「国際原子力パートナーシップ」を発表。原子力発電より発生する使用済み核燃料の再処理時のプルトニウムを、核発電用燃料へ再利用は可能でも核兵器への転用を防止するための核拡散防止計画の一つ。
2006年:古川氏、論文「核拡散防止」で第22回佐藤栄作賞の論文最優秀賞を受賞
2006年:北陸電力、志賀2号(ABWR)完成
2007年:国際原子力機関IAEAの「中小規模原発開発の最終報告書」に【THORIMS―NESの現況・開発計画】を含む


THORIMS―NES:Thorium Molten-Salt Nuclear Energy Synergetics、新しい核エネルギーシステム「トリウム熔融塩核エネルギー協働システム」

2008年:NPO法人「トリウム熔融塩国際フォーラム」ITHMSF、正式法人登録。2009年1月発会式。
2010年:(株)インターナショナル・トリウム・エナジー&熔融塩テクノロジー(略称アイテムスIThEMS)設立
2010年:アイテムス、チェコとの事業共同に合意。
2010年:トリウム国際会議・ThEC 2010 London開催

2011年:(株)トリウムテックソリューション(略称TTS)への改組と発足

2011年:3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震に起因する福島第一原子力発電所事故が発生。国際原子力事象評価尺度に基づく評価は確定していないが、原子力安全・保安院による暫定評価は最悪のレベル7となっており、日本における最大規模の原子力事故。
2011年:チェコにおけるminiFUJI共同開発事業開始


おわりに
以上の「歴史」から読み取れることは、核エネルギーの開発が原爆を起源とする軍事目的で行われ、そこではプルトニウムの存在がキーポイントとなり、結局のところ民生用の発電においても軍事用と同じラインで行われたことがわかります。さらに時の政権の政策や産業界の利潤追求の標的にされた可能性も否定できないようです。

「歴史」を調べる過程で年代や事項に関連して整合性のとれない事柄も多く、正確な情報の調査は相当に困難でした。ですから上に述べた「歴史」の各事項も、必ずしも正確ではないところもあるものと思われます。今後も出来るだけ正確になるよう修正して行きたいと思います。

次回の4回目は、最初に述べた(1)から(4)までの疑問を明らかにしたいと思います。
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by wister-tk | 2013-04-29 22:48 | 環境学習など