燃料サイクルの比較
− エネルギー、廃棄物および経済性の観点から −
- ○ 以下の３つのサイクルについて、エネルギー発生量、廃棄物の毒性および経済性の観点から比較を行いました。（表１にまとめ）
- ・ 軽水炉ワンススルー
- ・ プルサーマル（リサイクル回数：１回）
- ・ ＦＢＲ（リサイクル回数：３回）
- １．電気エネルギー発生量
- ○ 軽水炉ワンススルーの場合、天然ウラン１トンから約１５４ｋｇの軽水炉装荷用の濃縮ウラン燃料（Ｕ−２３５濃縮度３．２％）を作り出すことができます。炉内ではこのうち、Ｕ−２３５約３．７ｋｇとＵ−２３８から変換したＰｕ−２３９約１．５ｋｇの合計約５．２ｋｇが燃焼し、約１．７ＧＷｄ注）の電気エネルギーを取り出すことができます。（図１）
注）ＧＷｄはエネルギーを表す単位で、１ＧＷｄ＝２４×１０６ｋＷｈである。
- ○ プルサーマルの場合、天然ウラン１トンから、１回目の軽水炉サイクルではワンススルーと同様約１．７ＧＷｄの電気エネルギーを、２回目のプルサーマルサイクルからは約０．８ＧＷｄの電気エネルギーを取り出すことができます。これは、Ｕ−２３５、炉内でＵ−２３８から変換したＰｕ−２３９、およびＭＯＸ燃料中のＰｕ−２３９の合わせて約８ｋｇが燃焼した結果で、合計約２．５ＧＷｄになります。（図２）
- ○ ＦＢＲで３回リサイクルを行った場合、約３２ＧＷｄの電気エネルギーを取り出すことができます。これはＵ、Ｐｕ計約８４ｋｇが燃焼した結果です。（図３）
- ○ 天然ウラン１トンからの電気エネルギー発生量は、以下の順となります。
ＦＢＲ＞プルサーマル＞軽水炉ワンススルー
- ○ 参考として、ＦＢＲで無限回リサイクルを行った場合の電気エネルギー発生量を図４に示します。 ＦＢＲで無限回リサイクルを行った場合には、約１９０ＧＷｄの電気エネルギー発生量となります。
- ２．廃棄物の毒性
- ２．１ 軽水炉ワンススルー
- ○ 軽水炉ワンススルーの場合、使用済燃料とテイルウラン注）を含むウラン系廃棄物の２種類の廃棄物が発生します。廃棄物の大部分を占めるのは放射能の低いテイルウラン（約８４６ｋｇ）ですが、放射能の高い使用済燃料が約１５４ｋｇ発生します。（図１）ウラン系廃棄物には、テイルウランの他、転換やＵＯ２加工工場でロスとして発生する廃棄物が含まれます。
注）テイルウランとは濃縮の際に発生する廃品ウランと呼ばれるもので、一般にＵ−２３５の濃度が０．２５％程度と天然ウランのそれに比べ低くなっている。
- ○ 使用済燃料中には、ウランの他にストロンチウムやセシウムなどのように放射能が高く半減期が数十年と比較的短い核分裂生成物（ＦＰ）、ネプツニウムやプルトニウムなどのように放射能はＦＰに比べ低いものの半減期が数万年から数百万年単位である超ウラン元素（ＴＲＵ）の２種類が存在します。
- ○ 使用済燃料とウラン系廃棄物の単位電気エネルギー当りの合計の毒性注）は、取り出し後数百年までは主にＦＰが、その後は超ウラン元素が支配的となります。（参考１）
注）各放射性同位体の放射性濃度を、飲料水に対する最大許容濃度で割った値で、各放射性同位体を最大許容濃度まで希釈するのに何立法メートルの水を必要とするかということを意味する。
- ２．２ プルサーマル
- ○ プルサーマルの場合、１回目の軽水炉サイクルから、主にＦＰとウラン系の廃棄物の２種類の廃棄物が発生します。このうちＦＰがガラス固化体の中に閉じ込められます。２回目のプルサーマルサイクルからは、主にＦＰ（ガラス固化体中）とＵ、Ｐｕ系廃棄物が発生します。Ｕ、Ｐｕ系廃棄物は、ＭＯＸ加工や再処理工場で主にロスとして発生する廃棄物です。ガラス固化体中の放射性物質（ガラス固化体中の代表的な放射性核種の組成を表２に示す）の量は約９ｋｇとなります。（図２−１、図２−２）
- ○ ガラス固化体とＵ、Ｐｕ系廃棄物とウラン系廃棄物の合計の毒性は、軽水炉ワンススルーの場合と同様、取り出し後数百年までは主にＦＰが、その後は超ウラン元素が支配的となります。（参考２）
- ○ プルサーマル燃料を再処理して回収したＰｕは、Ｐｕ組成の劣化（高次化）が問題となり、プルサーマルで多重リサイクルが難しくなるため、ＦＢＲでの利用が得策と考えられます。
- ２．３ ＦＢＲ
- ○ ＦＢＲで３回リサイクルを行った場合、主にガラス固化体と、ＭＯＸ加工と再処理の両工程において取り出されるＵ、Ｐｕ系廃棄物の２種類の廃棄物が発生します。ガラス固化体中の放射性核種の量は約９８kgとなります。（図３）
- ○ ガラス固化体とＵ、Ｐｕ系廃棄物の合計の毒性は、軽水炉ワンススルーやプルサーマルの場合と同様、取り出し後数百年までは主にＦＰが、その後は超ウラン元素が支配的となります。（参考３）
- ○ ＦＢＲでは組成が劣化（高次化）したＰｕを効率良く燃やすことができます。さらに、炉心燃料とブランケット燃料を混合して利用する場合、この組成劣化も進まなくなります。
- ２．４ 毒性の比較
- ○ 単位電気エネルギー当りの毒性は、以下の順となります。（図５）
軽水炉ワンススルー＞プルサーマル＞ＦＢＲ
- ○ 参考として、ＦＢＲで無限回リサイクルを行った場合の廃棄物発生量を図４に、廃棄物の毒性の内訳を参考４に示します。
- ３．将来の経済性
- ○ 原子炉の建設費については、軽水炉の建設費は今後も下がると想定されていますが、ＦＢＲの実用化にあたっては、２次ナトリウム系の削除、中間熱交換器のコンパクト化、免震などの技術開発を行うことにより、軽水炉並みのコスト達成を目標としています。（表１）
- ○ サイクルコストについては、高燃焼度化、再処理やＭＯＸ加工プロセスの高度化、免震工法などを取り入れたＦＢＲサイクルが約０．９円/ｋＷｈで最も安くなると期待され注）、続いて軽水炉ワンススルーの約１．０円/ｋＷｈ、プルサーマルの約１．１円/ｋＷｈの順となります。（表１）
注）第３回ＦＢＲ懇談会資料（第３−４号）を参照のこと。
- ○ トータルの発電コストでは、このサイクルコストの差が現れますが、その差は各々僅かに１〜２％程度で、有意な差はありません。（表１）
以 上
