核燃料

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核燃料(かくねんりょう、: nuclear fuel[1]とは、核分裂連鎖反応を起こし、エネルギーを発生させるために相当期間原子炉に入れて使うものを言う[2]ウラン233 (233U、ウラン235 (35U)、プルトニウム239 (239Pu) などを指す[3]

概要[編集]

天然ウラン濃縮ウラン[4]など核分裂連鎖反応を起こし、エネルギーを発生させるために相当期間原子炉に入れて使うものを核燃料(nuclear fuel)と呼ぶ。

さらに、原子力基本法第三条においては「ウラン、トリウム等原子核分裂の過程において高エネルギーを放出する物質」として核燃料物質(nuclear fuel material)と呼ばれる語が定義されており、天然ウラン、濃縮ウラン、劣化ウラン[5]、プルトニウム及びこれらの化合物ならびにこれらを含む物質で原子炉において燃料として使用できるものを言う[6]。ウラン238及びトリウムは中性子照射によってそれぞれ核分裂性の 239Pu と 233U に変化するので燃料親物質と呼ばれるが、広義には核燃料物質として含まれる[7]

低濃縮ウラン核燃料の製作過程[編集]

F1 ウラン鉱石
F2 ウラン精鉱(イエローケーキ)
F3 UF6六フッ化ウラン
F4 燃料ペレット
F5 検査中の燃料棒

ウランは地球上の地殻や海水中に広く分布しており土壌には平均2〜4ppm(おもな分布範囲は0.7〜11ppmで農地ではリン酸系の化学肥料の使用により最大15ppm)、海水中には0.003ppm含まれると推定されており、その総量は銀の40倍、スズと同量におよぶ。その内、確認可採埋蔵量は547万トンで可採年数は60〜80年と推定されている。(エネルギー庁の試算2007年時点でキロあたり130USドルの採掘コストで。2007年度のウランの世界需要は約7万トン、2010年度のウランの平均スポット価格は44ドルであった。)鉱床のある主な資源国はオーストラリア、カザフスタン、ロシア、南アフリカ、カナダ、アメリカ、ナミビア、ブラジルなど石油のような極端な資源の偏在性はない[8]

  • 採鉱 (Mining)
ウラン鉱床は露天および地中にあり他の鉱物と同様に採掘される。溶媒抽出法 (ISL: In-situ leaching) と呼ばれる採掘方法も実用化されている。
  • 精錬 (Milling)
採掘されたウラン鉱石は粗製錬工場で粉砕・選鉱されウラン含有率を60〜75%ぐらいまで高められる。この粉体をウラン精鉱(イエローケーキ)と呼び八酸化三ウラン (U3O8) の含有量で値決めされる。イエローケーキはドラム缶に詰められて転換工場へ出荷される。
  • ウランの転換 (Uranium conversion)
イエローケーキは転換工場で処理され六フッ化ウラン (UF6) となる。これは48Yシリンダー(直径約1.4m、長さ約3.8mの鋼製円筒容器)と呼ばれる輸送容器に封入されて濃縮工場に出荷される。
  • 濃縮 (Enrichment)
六フッ化ウラン (UF6) は濃縮工場でウラン235の比率(濃縮度)を0.7%から3〜4%(核燃料グレード)へ高められる。(核兵器グレードでは90%まで濃縮される。)濃縮工程では大半 (96%) は副産物の劣化ウランとなる。アメリカには47万トンの劣化ウランがある[9]
  • 燃料集合体への加工 (Fabrication)
核燃料グレードの六フッ化ウラン (UF6) は燃料加工工場にて二酸化ウラン (UO2) の燃料ペレットへ加工され被覆を施され燃料棒となる。

脚注[編集]

  1. ^ 原子燃料とも呼ばれる。
  2. ^ 核分裂性物質と同義語に使われることもある。
    用語辞典(1974) p.50 『核燃料』
  3. ^ 現在の技術ではまだ実用化されてはいないが、軽い核種を高速で衝突させることにより融合させることでその質量エネルギーを利用する核融合も未来のエネルギー源として期待されており、その燃料である二重水素及び三重水素も広義の核燃料と言える。
  4. ^ ウランはウラン235の含有量やその出自により天然ウラン濃縮ウラン劣化ウラン等に分類される。純金属合金酸化物等の固体燃料、または水溶液・溶融合金・フッ化物等の液体の燃料の形で使用する。
  5. ^ 使用済み核燃料においてウラン235の核分裂によって天然ウランよりもウラン235の含有率が減ったウランを減損ウラン(depleted uranium)と呼んで劣化ウラン(depleted uranium)とは同じ depleted uranium であっても日本語としてその訳語を区別している。 発電工学(2003) p.301、用語辞典(1974) p.117 『減損ウラン』、p.354 『劣化ウラン』
  6. ^ 詳しくは核燃料物質、核原料物質、原子炉及び放射線の定義に関する政令の第一条において、次に掲げる物質が核燃料物質とされている。
    1. ウラン235ウラン238に対する比率が天然の混合率であるウラン及びその化合物( = 天然ウラン)
    2. ウラン235のウラン238に対する比率が天然の混合率に達しないウラン及びその化合物 (= 劣化ウラン)
    3. トリウム及びその化合物
    4. 前三号の物質の一又は2以上を含む物質で原子炉において燃料として使用できるもの
    5. ウラン235のウラン238に対する比率が天然の混合率をこえるウラン及びその化合物 (= 濃縮ウラン)
    6. プルトニウム及びその化合物
    7. ウラン233及びその化合物
    8. 前三号の物質の1又は2以上を含む物質
  7. ^ 用語辞典(1974) p.51 『核燃料物質』
  8. ^ ウラン資源”. エネルギー庁. 2011年8月22日閲覧。
  9. ^ How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?”. 米国エネルギー庁. 2011年8月22日閲覧。

参考文献[編集]

  • 吉川 榮和、垣本 直人、八尾 健 『発電工学』 (社)電気学会〈電気学会大学講座〉、2003年
  • 『図解 原子力用語辞典』 原子力用語研究会 編、日刊工業新聞社、1974年、新版。

関連項目[編集]