再処理

再処理に関する詳しい解説

再処理（さいしょり、英語:Nuclear reprocessing）とは、原子炉で使用された濃縮ウランやプルトニウムの吸収を目的とした核燃料の廃棄物処理で、主にPUREX法という化学的手法が用いられています。このプロセスは、核燃料サイクルにおいて極めて重要な役割を果たしており、ウラン235やプルトニウム239などの貴重な核物質を回収することができます。

概要

使用済み核燃料には、ウラン235、ウラン238、各種核分裂生成物、さらには中性子捕獲に伴って生成されるプルトニウムなどが含まれています。プルトニウム239は、核兵器の材料として利用できるため、使用済み燃料から不純物を分離する再処理が求められます。当初、再処理は核兵器製造の目的で行われていましたが、原子力発電の発展に伴い、MOX燃料（プルトニウムを含む核燃料）製造のための再処理も行われるようになりました。

現在の主流であるPUREX法では、使用済み燃料を再処理ウラン、プルトニウム、高レベル廃液の三つに分けることが可能です。

再処理ウランとプルトニウムの特徴

再処理ウランは、天然ウランと比べてウラン235の割合が高く、さらにウラン236を含む特徴があります。再処理ウランは濃縮して再利用可能ですが、ウラン236が中性子を吸収するため、ウラン235の濃縮度を上げる必要があります。このため、再処理ウランの利用は一般的ではありません。

プルトニウムはプルトニウム239、240、241などの同位体を含んでいます。中でもプルトニウム240は核分裂を起こしにくいため、次回の再処理時に障害になる可能性があることが課題です。

高レベル廃液とその特性

高レベル廃液には核分裂生成物やマイナーアクチニウムといった超ウラン核種が含まれています。これらはガラス固化体に加工され、最終的に高レベル放射性廃棄物として適切な処分が行われます。廃液内には発熱量が多い核種や長い半減期を持つ核種が含まれており、それぞれの特性に応じた分離と処理方法の開発が求められています。

原子力発電と再処理のコスト

再処理は使用済み核燃料を直接廃棄する方法よりもコストが高いですが、ウランの使用量を減少させ、高レベル放射性廃棄物の発生量も大幅に少なくします。実際、廃棄物の発生量は通常の方法の半分以下で、ウラン資源の節約も1～2割に達すると言われています。フランスを中心に、日本やロシア、中国でも再処理が行われています。一方で、アメリカやスウェーデンでは、使用済み核燃料の地層処分を選択しています。

再処理は、MOX燃料の製造に活用され、その燃料は二酸化プルトニウムと二酸化ウランの混合物で、特にフランスで広く製造されています。このMOX燃料は通常の軽水炉で利用でき、プルサーマル利用という形で、ロシアやフランス、日本等で行われていますが、再処理された使用済みMOX燃料の商業的な再処理は現状では行われていません。

核兵器との関わり

再処理によって得られるプルトニウムは、核兵器製造において特に重要です。プルトニウム239の濃度を高めることが求められる理由は、プルトニウム240が高い放射能を持ち、意図しない核分裂を引き起こす可能性があるからです。このため、核兵器を生産するための原子炉は、商用炉よりも短期間で燃料を交換し、プルトニウム240の濃度を低く抑える運用が必要となります。

結論

再処理は核燃料サイクルにおいて不可欠なプロセスであり、環境負荷の軽減や資源の有効利用に寄与していますが、核兵器製造の素材を生成する側面もあるため、国際的な監視体制が求められます。

もう一度検索