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「一本の燃料棒の中に“核燃料サイクル”が入ってる」てどういう意味ですか?

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ID非公開さん

2020/3/1701:02:02

「一本の燃料棒の中に“核燃料サイクル”が入ってる」てどういう意味ですか?

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qex********さん

2020/3/1922:04:19

一本の燃料棒の中で起こる核分裂反応プロセスを見てみましょう・・・
▲1本の核燃料棒(直径約1.1cm、長さ約4.5m、板厚0.7mm、)の中では、未燃体ウラン:U238約97%+ 燃焼体ウラン:U235約3%がペレット状にして積められ、運転開始とともに核分裂反応がおこり、約6ヶ月後には、核兵器の原料となるプルトニウム239が高純度で(90%以上、ここで取り出せば、兵器用プルトニウムができます)できて、さらに運転後約13ヶ月となると(プルトニウム成分としては)プルトニウム239の純度は70%近くに落ち、その他の同位元素プルトニウム240、241、242・・・が30%とになります。(日本では通常13ヶ月毎に取り出し原子炉用プルトニウムをつくります)
▲24ヶ月も燃焼するとウラン235やプルトニウム239はほとんど消滅、あとはプルトニウム同位体240,241,242が燃焼(核分裂)、48ヶ月(4年後)には燃焼は終わり、未燃体ウラン:U238と残渣となります。これが燃料棒の一生であり、これが“使用済み核燃料”の実状です。
▲このように観ると、1本の燃料棒の中には、プルトニウムが自然にできるプロセスあり、プルトニウムが増殖するプロセスあり、プルトニウムとウランが混合するMOXプロセスあり、そしてウランやプルトニウムMOXが混焼するプルサーマルのプロセスもあり、正に、1本の燃料棒の中に、自然に“核燃料サイクル”が見事に存在することです。(この場合、“使用済み核燃料”の処理は再処理不要、地層処分するワンスルー方式で行われます)
▲1本の燃料棒中にある“核燃料サイクル”を利用する方が総合的に発電効率はよく、このような発電方法をフィンランド、スウエーデンやUSAまでも日本に勧めています。また、燃料を4年間も使用すると、最後には出力低下すると言われるが、制御棒の深さを4年間用にセットしたり、熱媒体流速を変えて、最後まで出力を一定に保つことができます。
▲また最近では、13ヶ月毎の定期検査時に燃料棒を1/3~1/4取り替えて、出力低下を押さえて3~4年フルに燃焼させて使い切る運転がされています。こちらも再処理は不要となります。
▲日本では近年約30年間に、約20兆円も投資して、核燃料サイクル設備と称し、常陽、ふげん、もんじゅ、六ヶ所村等を造ってきましたが、1本の燃料棒中にある“核燃料サイクル”を利用する方こんな設備などは全く不要ということになります。

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    質問者

    ID非公開さん

    2020/3/1923:16:46

    回答を戴きありがとうございました。1本の燃料棒中に“核燃料サイクル”があることがよくわかりました。要するに、プルトニウムを抽出する必要はさらさらないのですね。“もんじゅ”が廃炉になったのは、このように1本の燃料棒中に“もんじゅ”が機能していることも背景にあるのでは。これでは、日本の核燃料サイクルが破綻した理由もよくわかりました。日本の核燃料サイクルが破綻=日本の原発行政も破綻ですか。

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質問した人からのコメント

2020/3/19 23:25:22

みなさん回答ありがとうございました。

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rie********さん

2020/3/1804:51:42

原理面をそのまんま文学的に表現したものだな。わかりやすいレトリックというやつだ。

原理をしっかりわかってないと、下の回答のようなあやふやな否定のための否定になりかねない。
ま、レトリックを理解する「国語読解力」ってのも持ってないといかんな。センター試験程度の。国会政権党程度ではお寒すぎて凍ってしまふ。


原子炉燃料の核分裂連鎖の原理は核爆弾と同じでそれをゆっくり起こすもんだと知ってるだろう。
核爆弾は燃料物質100%濃度だが、原子炉燃料はウラン238中に燃料物質(ウラン235)を薄い濃度で混ぜて核分裂反応の連鎖の速度を遅くしている。

なぜウラン238に混ぜるかと言えば、そもそも最初の原子炉は天然ウランを燃料にした黒鉛炉で、それを原型にウラン235の濃度を高める濃縮を用いて商用に発展させたものだから、そもそも他の物質はどうかなどの研究は全く行き届かないうちの「性急な商用化」がされた「原始的な試行錯誤の代物」だからだ。

ところで最初の黒鉛炉はマンハッタン計画で理論的に予測されたプルトニウムの生成を確認するとともに、原爆材料として抽出するために使われた。
プルトはウラン235の核分裂で発生した高速中性子とウラン238の反応で燃料中に生成する。

以降、黒鉛炉は米ソ冷戦時代から核爆弾用のプルト製造に使われ続けている。現代ではウラン235の核爆弾はほぼなく、プルト爆弾や核融合との複合爆弾(ブースト型爆弾)になっている。


プルトが核爆弾材料になるのはウラン235同様に核分裂反応を起こすからだが、それは当然ながら原子炉燃料にもなるということを意味する。

実際に、原子炉運転中の燃料中では、プルトが生成されると同時に、プルトが燃料として核分裂を起こしてもいるので、軽水炉では2年間の使用年数の間の燃料発熱のおよそ半分程度はプルトの核分裂からきている。

すなわち原子炉ウラン燃料中では、ウラン235とプルトが同時進行で燃料になっている。

プルトは2年後に使用済みとなった軽水炉ウラン燃料中に約1%程度がある。ウラン235は生成されず消費一方なので、最初の3~4%濃度から約1%に減少する。
2年で使用済みになるのは、ウラン235もプルト生成も共に減るので熱出力を一定に保てなくなるからだ。

ゆえに、使用済み燃料からプルトを抜きだしてウラン238に混ぜて濃度を高くして再使用するプルサーマルは、要するにウラン燃料中で起こっていることを、濃度を調整して継続させるものに過ぎない。
プルサーマルも核燃サイクルだと経産省は称している。

高速炉という特殊な原子炉を使うという核燃サイクルでも、高速炉燃料中でプルト生成と核分裂が同時進行するものだし、プルトを意図的に増やして抽出し他に燃料棒を作るのもプルサーマルと同様だ。


まとめて言えば、核燃サイクルの原理は、ウラン核燃料棒中で起こることを繰り返し継続するための「燃料濃度再調整」をするものだと言える。

であれば、ご質問の言葉は物理原理に関してそのままずばりのレトリックになっていることがわかるだろう。

下の回答のような「技術マニュアル」をかじっただけの付け焼刃の理解では、物理原理面の抽象的な体系的理解が出来ず、言葉だけを無駄に費やして曖昧模糊なトンチンカンでごまかすしかないようだ。

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2020/3/1714:20:21

知恵袋の回答者の中に知ったかぶりをして、その様な表現をした人がいますが、トンチンカンな中途半端な知識を基にした単なる妄想です。

https://ja.wikipedia.org/wiki/核燃料サイクル

「核燃料サイクル(かくねんりょうサイクル、英: nuclear fuel cycle)[1]とは、原子力発電を維持するための核燃料の流れ(サイクル)を言う。」
というのが元々の一般的な意味です

「現代においては、その一連の流れ及びそれらから出てくる各種放射性廃棄物が処理・処分されるまでの全ての過程を統合した上でのウラン資源等を有効に利用するための体系を指す。」

と言う事で、核燃料の有効利用は、ウラン235とウランの殆どを占めるウラン238まで燃やしきるために、軽水炉でウラン235を燃焼させて、一回使用済みの核燃料については生成物のプルトニウムを抽出してプルトニウムとウラン238のMOX燃料を作り 高速炉や高速増殖炉と言う高速中性子によってウラン238を燃焼させる体系が出来たら、その事を核燃料サイクルと言うのです

その前段階で日本はMOX燃料で軽水炉を燃焼させるプルサーマルを実現していますがプルトニウム主体のMOX燃料を使用済み核燃料からプルトニウムを抽出加工して作って軽水炉で燃焼させています。この段階の核燃料サイクルは実現しています。しかしこれでは副産物として大量の劣化ウラン(ウラン238)が出来てウラン238の燃焼と言う目的が果たせません

https://atomica.jaea.go.jp/dic/detail/dic_detail_1649.html

高速増殖炉内ではウラン235→核分裂→高速中性子→ウラン238→プルトニウム変換→高速中性子→プルトニウム核分裂(燃焼)と燃えます

従って高速炉高速増殖炉によってウラン238を燃焼させることが核燃料サイクルを完成したと言えるのです
https://atomica.jaea.go.jp/data/pict/03/03010201/01.gif

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