MOX燃料

MOX燃料（混合酸化物燃料）とは

MOX燃料（モックスねんりょう）とは、使用済み核燃料中に含まれるプルトニウムを再利用した核燃料のことです。具体的には、使用済み核燃料からプルトニウムを取り出し、二酸化ウランと混合して作られます。プルトニウムの割合は4～9%程度に調整されます。

MOX燃料の概要

ウランを燃料とする原子炉では、核分裂によってエネルギーが生み出されると同時に、プルトニウムなどの新たな核種が生成されます。特に、ウラン238は中性子を捕獲し、プルトニウム239へと変化します。このプルトニウム239は、ウラン235と同様に核分裂を起こし、エネルギーを生み出すことができます。

原子炉で数年使用された燃料は交換されますが、その使用済み燃料には約1%のプルトニウムが含まれています。プルトニウムをリサイクルすることで、ウラン燃料から得られるエネルギーを増やすことが可能です。このリサイクル利用を「プルサーマル」と呼びます。

しかし、MOX燃料を繰り返しリサイクルすると、核分裂を起こしにくい核種が増加するため、プルトニウムや濃縮ウランの割合を増やさなければなりません。また、使用済みMOX燃料は、プルトニウム以外のマイナーアクチノイドを多く含むため、高レベル放射性廃棄物として管理されます。

MOX燃料を使用すると原子炉の運転特性が変化するため、既存の原子炉に導入する際には、原子炉の設計変更や改造が必要となる場合があります。例えば、制御棒の数を増やすといった対策が必要です。一般的には、燃料の3分の1から半分をMOX燃料に置き換えて運転されますが、それ以上の割合でMOX燃料を使用する場合は、大幅な設計変更が求められます。

MOX燃料の特徴

利点

高出力: MOX燃料は、ウラン燃料と比較して高出力を得ることができます。
PCMIの緩和: クリープ速度が速いため、PCMI（核燃料と被覆管の相互作用）の影響を緩和することができます。
核廃棄物の減容化: 使用済み核燃料からプルトニウムを回収し、MOX燃料として燃焼させることで、長寿命核種の量を減らすことができます。これにより、廃棄物の管理期間を短縮することが期待できます。
プルトニウムの有効利用: 核兵器の解体によって生じたプルトニウムをMOX燃料として利用することで、プルトニウムの平和利用に貢献できます。

問題点

作業員の被曝リスク: MOX燃料は、ウラン燃料よりも放射能が強く、特にアルファ線や中性子線の放出が多いため、製造時には遠隔操作化などの被曝対策が必要です。
再処理の困難性: MOX燃料は、二酸化ウランと二酸化プルトニウムを混合して作られるため、融点が高く、熱伝導率が低いという性質があります。これにより、燃料温度が上昇しやすく、炉心溶融のリスクが高まります。また、核分裂生成物に貴金属が多く含まれるため、再処理が困難になります。
管理の問題: MOX燃料は、ガス状の核分裂生成物やアルファ粒子を多く放出するため、燃料棒内の圧力が高くなります。また、プルトニウムが均一に分散しにくいという問題もあり、プルトニウムスポット（プルトニウム濃度が高い部分）が生じる可能性があります。

各国での利用

MOX燃料は、1960年代から世界各国の原子力発電所で利用されています。ベルギー、アメリカ、ドイツ、イタリア、オランダ、スウェーデン、フランス、スイス、日本、インドなどでMOX燃料が装荷された実績があります。

日本での搭載状況

日本では、新型転換炉や高速増殖炉、そして軽水炉でMOX燃料が使用されています。

新型転換炉: 実験炉である「ふげん」でMOX燃料が使用されました。
高速増殖炉: 実験炉である「常陽」や原型炉である「もんじゅ」でMOX燃料が使用されました。
軽水炉: 複数の原子力発電所でMOX燃料が使用されています。
試験運転: 敦賀原子力発電所1号機や美浜原子力発電所1号機で試験運転が実施されました。
本格運転: 福島第一原子力発電所3号機、玄海原子力発電所3号機、浜岡原子力発電所4号機、伊方原子力発電所3号機、泊原子力発電所3号機、高浜原子力発電所3号機および4号機で本格運転が行われています。
計画: 女川原子力発電所3号機や大間原子力発電所では、MOX燃料の搭載が計画されています。特に、大間原子力発電所では、商業炉として世界初となるフルMOX装荷が計画されています。

参考文献

小林圭二・西尾漠『プルトニウム発電の恐怖』創史社

関連項目

プルサーマル
高速増殖炉
新型転換炉
軽水炉
マルクール原子力地区
核燃料サイクル

外部リンク

* Mixed oxide fuel (MOX) （英語） - Encyclopedia of Earth

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