tw-2) (TWR) TWRの安全面での問題点

固定ページ tw-1) (上の黒いメニューの下の方にございます) で述べたように、TWRとは乱暴に言ってしまえば、FBRでの核種変換を「ブランケット」で行うのではなく炉心で行い、変換によって出来た239Puなども核分裂させて「燃料」として使う、という原子炉です。
冷却材としても、FBRの多くと同じく液化ナトリウムを使うことが多いです。

水ではなくナトリウムなどを冷却剤に使うことで、冷却剤を高圧に保つ必要がなく (水だと、100 Cあたりで沸騰してしまい、液体でなくなる)、装置などを簡略化できる ⇒ 事故が起こりにくい ・・・
といった主張を、推進側がする場合がありますよね。
でも、本当にそうなのか??

Living with uncertainty is a game many of us play ---
「ほんとかしら~~」
私の点描練習より

もんじゅの実例を、お忘れなく

ですから、安全面でもFBRの実績、特にナトリウム冷却システムに関する実績が参考になります。

本「やかんをのせたら~~」は日本語読者を対象にしていますが、日本語読者の皆様であれば、FBRそしてナトリウムと言えば、すぐに「もんじゅ」を思い出されることでしょう。はい、1995年に送電グリッドにつながったかと思ったら同年12月にナトリウム漏れ⇒火災を起こし、2010年に再始動したら中継装置が落下、結局は廃炉が決まった、あの「もんじゅ」です。(これに伴う「西村事件」などについては、また後日機会あれば取り上げます)

これ以外にもFBRのナトリウム関連の事故は世界で発生しており、枚挙していると大変長いページになってしまうので、もう2つの実例だけをここでは紹介しますね。いずれも、結構有名な実例です。

SRE(Sodium Reactor Experiment)
最初期のナトリウム冷却式原子炉を当時のアメリカのAtomics International社が実験として建設・稼働させていました。稼働は1957年から64年にかけてのことで、ロサンジェルスの北郊外、Simi Valleyという場所のそばにありました。

それが1959年7月に炉心の部分的メルトダウンを起こしたのです。どうも、原因はやはりカドミウム冷却システムの関連で発生しました。どうも、ポンプの密封材として使っていた「テトラリン」というナフタリンのような液体が冷却材ナトリウムに混じりこんだ ⇒ ナトリウムがうまく流れなくなってしまった ⇒ 冷却がうまくできなくなった ⇒ 部分的メルトダウン、ということだったようです。
周囲の環境中にも、放射性物質が漏れたそうです。
ビデオだと、
A Brief History of: The Sodium Reactor Experiment Accident (short Documentary) – YouTube
に説明があります。ただし、英語です。

EBR I (Experimental Breeder Reactor I)
これは発電して地域に供給することが目的ではなく、核物理の理論を実証するための実験原子炉だったのですが、その名の通り増殖炉には違いなく、高速中性子を用いていました。ただし冷却材はナトリウムではなく、カリウム ナトリウム(NaK)という合金を使っていましたが。

で、これも1955年11月、冷却材の流量の実験中に部分的メルトダウンを起こしています。
アメリカはアイダホ州でのことです。

こちらについては、英語の科学関連ビデオを見てお分かりになる方は、
A Brief History of: The EBR-1 Reactor Meltdown (Short Documentary) – YouTube
をご覧ください。

昔の話でんがな

昔の話でんがな~~

以上の2つはかなり古い原子炉であり、それらの弱点が現在もそのまま問題になると私は言いたいんじゃ、ありません。それなりの対策は重ねられているはずです。でも、そうした対策を重ねたうえで、最近のFBRの「実際の結果」は、どうか??
その結果の1つが「もんじゅ」であり、もう1つ世界的に有名な実例がフランスのSuperphenixですね。

故障だらけ ⇒ 巨大コストの実例 ― Superphenix

Superphénix – Wikipedia
から抜粋し日本語化しますね。

(私による抜粋・日本語化。文字色も私)
稼働

Superphyenixの設計上の出力電力は1.20 GWだったが、初期には毎年の利用率は0から33%だった。時間の経過とともに、別の原因源、つまり液体ナトリウムの冷却システムに腐食が生じ、漏れが発生した。それを何とか処理し、1996年12月には発電率は定格発電力の90%に達した。

1990年12月には、大雪の後でタービン ホールに構造的な損傷が発生した。発電を再開できたのは、1992年になって原子力施設安全局(Direction de la sûreté des installations nucléaires)が再始動を承認してからのことだった。

Superphenixがフランスの電力会社であるEDFのグリッドへの送電を開始したのは1986年1月14日のことで、1994年までの10か月間の稼働での発電量は4,300 GWhであった。これは1995年の貨幣価値で、およそ10億フランに相当する。 1996年には8か月稼働し、その発電量は3,400 GWhで、これはおよそ8億5,000万フランに相当する。

1998年9月、Superphenixは閉鎖された。同年8月までに2件の事故があり、それが3つ目の事故に発展して、自動的にシャットダウンした。

合計11年間でこの発電所が正常に稼働 (その大半は低出力での稼働であったが) したのは53か月、技術的な問題の解消のため停止していたのは25か月、政治的・行政管理的な問題で停止していたのは66か月であった。

フルマラソン完走!ただし自分で走ったのは 53/132 だけ ・・・

フルマラソン完走!ただし自分で走ったのは 53/132 だけ ・・・

閉鎖

・・・・・
1996年12月にはメインテナンスのため発電を停止したが、Superphenixに反対していた勢力による訴訟があり、1997年2月28日にフランス国務院(Conseil d’État)は、Superphenixの再稼働を認めた1994年の布告は無効だと裁定した。1997年6月、首相に就任したばかりのリオネル ジョスパンは首相となった最初の仕事の1つとして、Superphenixは費用が掛かり過ぎるので閉鎖すると発表した。1996年にフランスの監査裁判所が出した報告書によると、それまでの期間のかなりの部分、技術的問題のためSuperphenixは稼働していなかった。大した発電は、しなかったのだ。それどころか、停止期間中も冷却材である液体ナトリウムをある範囲の温度に保たねばならないので、加熱のために外部からの電気を消費していた。今までにSuperphenixのために費やされた支出合計は、約600億フランと推定されている。
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「冷却剤を高圧に保たなくてよい」ことで安全性が高まると言うのなら、上記のような事故頻発はいったい ~~~
それと、Superphenixの閉鎖については、FBR推進勢力の多くは「当時のフランス政府にはグリーンなども入っていたので、政治的圧力による閉鎖だ」などと主張していたものです。しかし。上の文章で、発電価値と経費とを比較してください。

仮に「調子が良かった1996年の発電量を11年間続けていたと仮定しても(現実には、そんなことはあり得ないのですが。まったく故障などなくても、法定のメインテナンス期間はあるので)、その発電の金銭価値は
・ 8億5,000万フラン x  11 ですから、93億5,000万フラン
・ それに比べ、11年間での費用は上述のとおり約600億フラン
こんな無駄な発電が、あるでしょうか!?(「もんじゅ」も同様なのは、ご存じのとおり)

二人とも、金銭を喰らうのが三度の飯より好きでして~~

二人とも、金銭を喰らうのが三度の飯より好きでして~~

では、TWRの安全面の問題指摘を

https://ieer.org/wp/wp-content/uploads/2013/09/TravelingWaveReactor-Sept20131.pdf

Institute for Energy and Environmental Research (IEER) という1987年設立の反核団体がアメリカに遭って、核発電やオゾン層破壊などの問題に関する出版やワークショップ、教育活動などを行ってらっしゃいます。本部はメリーランド州にあります。

その代表のArjun Makhijani博士が、上記リンク先で、Traveling Wave Reactors: Sodium-cooled Gold at the End of a Nuclear Rainbow? (TWR – 核の幻影の果てにある、ナトリウム冷却のゴールドなのか?)という文章を公表してらっしゃいます。2013年9月のものです。
それから抜粋・日本語化して紹介しますね。

(私による日本語化)

・・・・・
TWRはまだ、実際に建設されてはいない。ただし、いくつか重要な相違点はあるものの、TWRにはナトリウム冷却式原子炉との共通点が多い。ナトリウム冷却式原子炉はすでに、数か国でこの60年間ほどの間に多数建設されてきており、TWRの将来を展望する上では、そうしたナトリウム冷却式原子炉の今までの実績を調べてみると良いはずだ。

ナトリウム冷却式原子炉の実績

ナトリウム冷却式原子炉の歴史は、失敗の多いものだ。中には順調に稼働したものもあったが、故障だらけだったものもある。ナトリウム冷却式原子炉の商用実証炉としては最新のものであったフランスのSuperphénixは、11年間の平均発電率が設計発電量の7%未満で、1996年には閉鎖された。1998年には、再稼働させないという公式の決定が下った。 (IPFM 2010, p. 10 and Chapter 2) また日本の「もんじゅ」は1994年に稼働を開始し、翌年には送電グリッドへの送電を開始したのだが、同じ年にナトリウム漏れを起こし、火災が発生した。2010年5月まで停止し、試験用に再始動したのだが、同年8月にはまた別の事故が発生した。(NYT 2011) それ以来、もんじゅは止まったままだ。‥…

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(NYT 2011)というのは参照文献で、The New York Timesのことです。お読みになりたい方は、
In Japan, Another Nuclear Reactor Tests Nation’s Will – The New York Times (nytimes.com)
でお読みいただけます。

まず、ナトリウム冷却原子炉の安全実績は、上記の通りなのですね。

20-min of "floating" ideas and handwork / 「ただよう」アイデアと手作業の20分
暗雲垂れこめてるわね・・・
私の20分クロッキーより

 

続いて、このTraveling Wave Reactors: Sodium-cooled Gold at the End of a Nuclear Rainbow? は、具体的な事故実例に触れています。

・・・・・  ナトリウム冷却式原子炉のプログラムでは、ナトリウム漏れが頻繁に発生する問題である。今まで実際に、(IPFM 2010 各章) 炉心のメルトダウンも発生しうる。アメリカのナトリウム冷却式増殖炉のうち2つで、部分的な炉心メルトダウンが発生した。(IPFM 2010, pp. 92, 95)  ナトリウム冷却式原子炉には、従来の軽水炉と比べて、安全面での優れた点もいくつかある。たとえば、炉内の圧力が低いことなどだ。だが安全面で軽水炉に劣る点もあり、その一例として、冷却剤を喪失しても核分裂の連鎖反応が続いてしまう恐れがある。(IPFM 2010, pp. 8-9)
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( )の中にあるIPFM 2010 というのは参照文献の略称で、International Panel on Fissile Materialsの2010年の文書ということです。URLを紹介したいのですが、ジャンプしてみると文書がすでに(2021年11月現在)消えていました。残念。

「増殖炉さえあれば~~」 「なんのカルト宗教だあ??」

「増殖炉さえあれば~~」
「なんのカルト宗教だあ??」

では次にこのIEER文書は、コスト面でのナトリウム冷却炉の失敗と、推進勢力が問題を見誤っている点に言及しています。

(私による日本語化)
・・・・・ 全体として、ナトリウム冷却式原子炉のコストは従来の軽水炉よりも、かなり高くなると思われる。 (IPFM 2010, p. 7)  ナトリウム冷却式原子炉の商用化には今までに全世界で1,000億ドル(2007年の貨幣価値で)が投じられてきたのだが、いまだに成功例はない。(Makhijani 2010, p. 36に他の例も紹介されている)

最新のナトリウム冷却式原子炉の商業化失敗も含め、この種の原子炉の成功と失敗の繰り返しを見れば、現実には学習曲線と呼べるものが見当たらないことが分かる。TWRも含めたナトリウム冷却式原子炉の推進者たちは、ナトリウム冷却の歴史が示す問題点を克服しようとするよりも、発電燃料の原材料が潤沢に存在しているので半恒久的に電力を賄えるという側面に焦点を合わせてしまう傾向がある。

つまり増殖炉ならウラニウム資源の寿命を引き延ばせるという理論上の能力を強調してしまい、そのため従来から一種の「救世主的な」主張や約束を繰り広げてきているのだ。・・・・・
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「救世主的な」期待を増殖炉にかけてしまうというのは、決して大げさではなく、私が1980年代終わりに仕事でエネ庁関係に出入りしていた当時から、増殖炉に対する役人さんたちの期待には、どこかカルト宗教的な雰囲気を私は感じていたものです。

猛毒モグリヘビ、殺処分待機タンク(殺蛇剤処分) 亀裂があったよ~~(一匹逃げて地下に)

猛毒モグリヘビ、殺処分待機タンク(殺蛇剤処分)
亀裂があったよ~~(一匹逃げて地下に)

そして、TWRなら使用済み核燃料の廃棄が問題ではなくなるのか??

(私による日本語化)
TWRでは、液体ナトリウムを熱ボンドとして用いた金属燃料を使用する。(Ellis et al. 2010) この燃料棒内部の液体ナトリウムにより、ナトリウム冷却材との熱的接続が良くなるという設計だが、これは従来のナトリウム冷却式原子炉で使用してきた核燃料にも似ている。 こうした核燃料が使用済みになると、貯蔵庫での保管には適さない。処分する前に中にあるナトリウムを除去せねばならないが、これは大変な作業だ。なにしろ、使用済み燃料である以上強い放射線を発し、ナトリウムには自然発火性があるのだ。

・・・・・
より細部に注意した設計作業によってこの概念設計が変更され、従来のナトリウム冷却式増殖炉に近いものになったのは、明らかだ。ただし、定期的に燃料集合体を「シャッフル」して、炉心での燃料増殖をしやすくするとともに、燃料交換と交換の間の間隔を長くしている。(Ellis et al. 2010, and Garwin 2010) 上述の(日本語では割愛)TerraPowerのビデオにある当初の設計とは異なり、TWR第1世代はでは、燃料の使用率はわずか15%にとどまる。(Ellis et al. 2010) ・・・・・

「ワンス スルー」(一度使用した核燃料は地下に埋め、再処理しない)サイクルでのTWRには、従来の増殖炉と比べて、再処理なしでウラニウム資源を今までの軽水炉よりも効率的に使用できるという利点がある。一度使用した核燃料を地下処分することで、今までの増殖炉と比べproliferation risk(核発電が核兵器開発・製造に転用されてしまうリスク)を軽減できる。だが、それによって億他の困難も生じてしまう。特に燃料中の熱ボンドであるナトリウムを、地下に埋める前にまず除去せねばならない。従来の原子炉での核燃料では、これに該当する処理ステップが存在していない。この除去処理のような中間ステップ、リスク、費用なしで、今の使用済み核燃料なら処分容器に入れることができるのだ。

TWRの使用済み核燃料には、その他にも独自の問題がある。使用済み核燃料には、ウラニウムの残余や未反応の超ウラン放射性核種が含まれており、プルトニウム239もそうした核種の1つだ。加えて、半減期の長短を問わず、炉内によくみられる核分裂生成物核種も含まれる。だが、TWRでは核燃料の使用率が高いだけ、同じ単位量当たりの核分裂生成物の量が、従来の原子炉よりもずっと多くなってしまう。

そうした問題のため、TWRからの使用済み燃料が保管庫の中で生み出す局地的な熱負荷は、現在の原子炉からの使用済み核燃料よりもはるかに高くなってしまう。そのため、処分施設の場所の選定や保存庫の設計が、今でもすでにかなり難しい作業であるのに、さらに困難になってしまう恐れがある。たとえば、そのため処分場近辺に局地的な亀裂が発生するリスクが増大する恐れがある。そうした亀裂が発生してしまうと、現在の使用済み燃料の場合よりも、放射性物質が人間のいる環境に入り込む危険が増大する。このようにTWRは燃料の使用率が高いため、その使用済み燃料を再処理なしで地下処分する場合の処分と保管庫には問題が各種発生しうるのだが、TWRの推進者たちから、この問題に関する真剣な分析を聞いたことがない。
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やれやれ~~「核ゴミ」の処分が、今までよりさらに困難になる恐れがある、とのご指摘でしたね。こういう問題点、私たち反核勢力もよく自覚しておきましょう!

Vaporizing --> ascent / 気化 → 上昇
「蒸発させないで~」
私の20分クロッキーより

そして、もっと大切な資源

そして最後の抜粋個所として、ウラニウムよりもっと重大な資源の大量消費という問題に触れています。この指摘は、大変重要で適切なのです。

(私による日本語化)
・・・・・
ある不可欠な資源の問題が、まだTWRをめぐる議論で取り上げられていない。TWR技術は熱世代の技術であり、同じく熱世代の従来型原子炉や石炭火力発電と同じく、膨大な量の水を消費する。現存の1000メガワット原子炉は1基につき、毎日1,000万から2,000万ガロン(約3785万リットルから7570万リットル)の水を消費する。1日に数億ガロンの水を取水できないと、稼働できないのだ。今後、水はウラニウムよりもはるかに希少な資源となっていくことだろう。発熱効率を上げればこの水需要を多少は削減できようが、太陽光発電や風力発電ならほとんど水を消費しないのだ。
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やはり、TWRが安全性と商業性を実現するには、まずナトリウム冷却材を何とか安全にする方法を見つけないとダメですね。

そしてTWRに限らず核発電では必ずと言ってよいほど蒸気タービンを使うわけですから、水の大量消費が ・・・これは切実な大問題なのですが、「新型炉で安全」とか主張している核発電推進勢力から、「水の大量消費という深刻な問題に対処する新型炉」とかいう話を、私は聞いたことがありません!

では、次の固定ページ tw-3) では、TWRのproliferation risksを取り上げます。

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2022年1月16日追記

CCNE(原子力市民委員会)による2021年6月23日付のヴィデオ
第8回「新型原子炉」に未来はあるのか?「原発ゼロ社会への道」【2021/6/21】 – YouTube
で、元東芝の原子炉設計技術者でいらっしゃった 後藤政志さんが、
TWRの説明を短くしてらっしゃいます。
10:43あたりから11:38までです。

SMRであれ、TWRであれ、「事故安全性」(奇妙な言葉ですが)は、
「やかんをのせたら~~」のフォーカスではありません。
ですから、事故安全性についての説明は、あくまで最小限に留めております。
「やかんをのせたら~~」の主眼は、あくまで proliferation risk つまり
核兵器につながってしまうリスクにありますからね。

そんなわけで、事故安全性の詳細を知りたい方々は、後藤さんのような
「正直な」専門技術者の皆様による説明を、ぜひ拝聴なさってください!

 

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