福島原発以上に危険性のある高速増殖炉『もんじゅ』で今起きていること

今回はシバさんのブログ『Dive into the Tech World!』からご寄稿いただきました。

福島原発以上に危険性のある高速増殖炉『もんじゅ』で今起きていること

今話題になっている原子力発電所の話を書きたいと思います。自分で調べてみると「高速増殖炉“もんじゅ”って危ないな」ってことに気づきました。福島原発も難しいことになっていますが、『もんじゅ』も現在も危険な状態になっています。それについてまとめてみました。
非常に長文になりましたので、時間があるときに読んでいただけるとありがたいです。特に福井県の方には自分たちの県のことなので読んでもらえたらと思います。

前置き

まずこの内容について書きたくなった理由です。僕は福井県勝山市の出身で、福井県には多数の原子力発電所があります。これまでは原子力発電所については全く知識がなかったのですが、今回の福島原発での事故をきっかけに、やはり原発はある程度の危険性があるということに改めて気づき、原子力発電所について調べてみることにしました。そうすると、高速増殖炉『もんじゅ』はさらに危険であるということを知ったので、これまで勉強したことをまとめたいと思い、今回の記事を作りました。

また、先にひとつだけ断っておきたいことがあります。今回の記事は、インターネット上などで自分で調べたことをまとめたものです。また僕自身は、原子力発電所関連の仕事をしているわけではなく、ただの京都に住んでいる大学4年生で、趣味やアルバイトでプログラマーをしています。原発反対運動をしているわけでもありません。そのため、もしかすると不正確な内容があるかもしれません。もしそのような内容を見つけたら指摘していただけたらと思っています。

あともうひとつ。僕は不安を煽ろうとして、この記事を書いているわけではありません。今回の福島原発の事故をきっかけに、僕は原子力発電のことについて学びました。そうすると、今回福島原発についての報道を一歩引いて、客観的に判断できるようになった気がします。マスコミの言っていることを鵜呑みにするだけでなく、現状についての知識を共有したいと思って書いています。

軽水炉と高速増殖炉

日本の原子力発電所は大きく分けて軽水炉と高速増殖炉という種類があります。日本にある原子力発電所はほとんどが軽水炉であり、現在事故が起こっている福島原発も軽水炉という仕組みで動いています。高速増殖炉は日本では二つしかなく、一つは茨城県東茨城郡大洗町にある『常陽』、もう一つは福井県敦賀市にある『もんじゅ』です。高速増殖炉『もんじゅ』が僕の地元にあったことが、今回この記事を書く強い動機になりました。

軽水炉の仕組み

さて、軽水炉の仕組みはどのようなものなのでしょう？　これに関しては、僕が調べてみた感じだと、「だからチェルノブイリとは違うって何度言えば分かるんだってばよ！　原発についてまとめてみた」*1 の記事が非常に分かりやすかったです。僕の記事を読む前に、読んでおくと良いと思います。僕はこの記事を読んだ後、いろいろ調べてみて、知識を深めました。

*1：「だからチェルノブイリとは違うって何度言えば分かるんだってばよ！　原発についてまとめてみた」2011年03月14日『icoro』
http://www.icoro.com/201103145746.html

「沸騰水型炉（BWR）原子力発電のしくみ』『電気事業連合会【でんきの情報広場】より引用
http://www.fepc.or.jp/learn/hatsuden/nuclear/keisuiro/sw_index_01/index.html

非常に簡単に仕組みを説明すると、

1.核分裂を起こすことのできるウラン235に、中性子をぶつける
2.ウラン235が核分裂を起こし、さらに中性子を放出する
　1）この段階で、大きい熱エネルギーを放出
　2）この熱エネルギーを利用して水蒸気を発生させ、タービンを回し、発電する
3.放出された中性子がまたウラン235にぶつかり、さらに核分裂が進む

を繰り返しています。

また、

・制御棒を使って、核分裂反応を制御している
・放出された中性子は速度が速すぎ、ウラン235と反応しにくいため、水を使って速度を落としている
・熱エネルギーによって高温になった炉心を冷やすために水を利用している

という点も重要です。

高速増殖炉って？

高速増殖炉は「プルトニウムを核分裂させ、エネルギーを発生させ発電したうえで、さらにプルトニウムを増殖する」ための原子力発電所です。これが成功したら、本来は核分裂物質として使えないウラン238を、核分裂できるプルトニウムに変換することができ、原子力発電のための燃料を増やしつつ、発電をすることができます。

軽水炉と同様に、燃料棒、制御棒、減速材、冷却材について説明すると、

・燃料棒 : プルトニウムを使用。また、プルトニウム燃料の周りに、核分裂を起こさないウラン238を配置する
・制御棒 : 軽水炉と同様、核分裂を制御する
・減速材 : 高速増殖炉では、放出された中性子を減速させてはいけない(後述します)ため、使われていない
・冷却材 : 軽水炉では水を使っていますが、これを使うと放出された中性子を減速させてしまう。前述したように、高速増殖炉では中性子を減速させてはいけないため、液体ナトリウムを利用する

燃料を増やしつつ発電できるならすごいじゃん、と思うかもしれません。しかし、仕組みを知るとわかりますが、かなりの危険もあります。実際、海外で作られている高速増殖炉はほとんど撤退を決定し、日本の『常陽』も事故により停止状態、『もんじゅ』もナトリウム漏れ事故により10年以上停止状態になった後、試運転を行いましたが、それでも事故が起きて半停止状態になっています。動かすためにかなりのリスクを伴うことが、これだけでも分かると思います。

高速増殖炉の仕組み

高速増殖炉の仕組みは、“発電のための仕組み”と“核分裂物質であるプルトニウムを増やす仕組み”に分けられると思います。「高速増殖炉とは何」*2 に非常に詳しく載っています。画像もそこから引用させていただきました。

*2：「高速増殖炉って何ですか」『脱原発入門講座』
http://www.geocities.jp/tobosaku/kouza/fbr1.html

それぞれを説明していきたいと思います。

・発電のための仕組み

「高速増殖炉って何ですか」『脱原発入門講座』より引用
http://www.geocities.jp/tobosaku/kouza/fbr1.html

発電のための仕組みとしては、軽水炉と基本的なところは変わりません。プルトニウムに中性子をぶつけます。すると、いくつかの中性子を放出し、核分裂します。この時、大きな熱エネルギーが放出されます。これを金属ナトリウムに熱伝導させ、さらに金属ナトリウムの熱によって水を水蒸気に変え、タービンを回しています。
先ほど言ったように、高速増殖炉では放出された中性子を減速させてはいけないため、水を使って直接冷やすことはできません。また、高速増殖炉では体積あたりに出る熱エネルギーの量が高いため、熱伝導率が非常に良いものでないと十分に冷却することができません。そのため、冷却材として液体ナトリウムを使うようにしています。

・核分裂物質であるプルトニウムを増やす仕組み
プルトニウムを増やすための仕組みを知るためには、まずウランについて知る必要があります。
ウランという物質ですが、核分裂できるウランと核分裂できないウランがあります。先ほどから書いていますが、ウラン235が原子力発電に使われる核分裂するウランで、ウラン238が核分裂できないウランです。つまりウラン235がないと、ウランによる原子力発電はできないということですね。ただし、このウラン235は非常に少なく、現存するウランの約0.7%しかありません。後の99.3%のウランは原子力発電の燃料としては全く使うことができません。

さて、増殖の仕組みですが、この核分裂できないウラン238をなんとか原子力発電所の燃料に変えようとしたのが、基本的な考え方です。実際には以下のようにやっています。

「高速増殖炉って何ですか」『脱原発入門講座』より引用
http://www.geocities.jp/tobosaku/kouza/fbr1.html

つまり、プルトニウムが核分裂してできた中性子の一部をさらに核分裂するための材料として使い、他の中性子をウラン238に吸収させることで、プルトニウム239に変えてしまいます。この仕組によって、発電させつつ、プルトニウムを増殖させるというやり方であることが分かると思います。

ただし、中性子がある一定の速度以上ないと、プルトニウムを増殖させる効率がよくなりません。そのため、先述したとおり、中性子の速度を落とさないようにしないといけないのです。

高速増殖炉は何が問題なのか？

さて、これまで高速増殖炉は安全性に疑問があるとか言ってきましたが、ではどのようなところが危険なのでしょうか。
「高速増殖炉の危険な特徴」*3 に非常によくまとまっています。以下のことが問題と言われています。

*3:「高速増殖炉の危険な特徴」『脱原発入門講座』
http://www.geocities.jp/tobosaku/kouza/fbr2.html

・核暴走が起こりやすい
核分裂の速度が速いので、一瞬のうちに制御が不可能になってしまいます。また核燃料の配置の密度も高いため、少しの変形で暴走しやすいです。また中性子の速度も速いため、制御棒によっての制御の効きも遅いです。

・冷却材にナトリウム
ずっと言っているように、冷却材にナトリウムを使っています。ナトリウムは非常に扱いが難しい危険な物質で、空気に触れたら燃え、水に触れたら爆発します。実際に『もんじゅ』のナトリウム漏れ事故はナトリウムの扱いに失敗し起こってしまった事故です。

・プルトニウム自体が猛毒で、それを増やしている
プルトニウムは、1グラムで数百万人を殺すことができる猛毒と言われています。高速増殖炉ではそれを増やしているのです。
(3/30追記)プルトニウム自体には毒性がないとも言われているようです。ただし、そもそも放射性物質なので、危険な物質ではあるということでした。

・建物の構造に問題がある
これもナトリウムを使うことが理由で、建物の構造が非常にもろくなってしまっています。特に地震には非常に弱いです。さらに『もんじゅ』の場合は、活断層の上に建物が乗っています。

というわけで高速増殖炉は「プルトニウムを核分裂させ、エネルギーを発生させ発電したうえで、さらにプルトニウムを増殖する」という夢の仕組みではあるのですが、安全性にかなりの問題があります。これまでだったらこれを聞いても、あまりぴんとこなかったと思いますが、東日本大震災が起きて福島原発で事故が起こっていることを見れば、上のような問題がどれほどの危険を及ぼすか分かると思います。もし事故が起こったら、ひどい被害が出るのです。

高速増殖炉『もんじゅ』で現在起こっていること

ここまで、長く原子力発電の説明をしていましたが、では高速増殖炉『もんじゅ』では今何が起こっているのでしょうか。僕自身はこの件について、「夢の高速増殖炉“もんじゅ”が福島第一原発よりヤバい状態になりそうで責任者が自殺してたんだけど知ってた？」*4 をきっかけにして知り、本当はどのようなことが起こっているのか調べ始めました。
簡単に起こっていることを説明すると、「原子炉に燃料交換装置が落下し、燃料棒の交換方法が絶たれたため、運転も廃炉もできないようになっている」ということです。順をおって説明します。

*4：「夢の高速増殖炉“もんじゅ”が福島第一原発よりヤバい状態になりそうで責任者が自殺してたんだけど知ってた？」2011年03月26日『2のまとめR』
http://2r.ldblog.jp/archives/4367597.html

・原子炉に燃料交換装置が落下した
2010年8月に『もんじゅ』の燃料交換装置の一部である中継装置が原子炉内に落下しました。その直後は引き抜けば大丈夫と言っていたのですが、これまで20回以上も試してみても引き抜けない状態が続いているようです。なぜ引き抜けないかなのですが、まず原子炉の構造は以下のようになっています。

「もんじゅ、上ぶた一部と一体回収　落下装置、40％試験「11年度可能」」2010年11月17日『福井新聞』より引用
http://www.fukuishimbun.co.jp/localnews/nuclearpowermonjuresume/24812.html

高速増殖炉の場合、燃料棒の周りはナトリウムによって満たされているため、この炉内中継装置に燃料棒を引っ掛けて（？）上げ下げすることで燃料棒を交換します。この中継装置は二本の棒をつなげた構造になっていますが、この接合部の留め金が落下時に変形して取り出せなくなっているのではないかと言われています。

・燃料棒の交換ができない
中継装置を上げ下げすることができないということは、燃料棒の交換を行うための手段がなくなっているということですね。そのため現在は実質燃料棒の交換を行うことは不可能になっています。

・運転も廃炉もできない状態になっている
燃料棒の交換をできないということは、つまり新しい燃料に取り替えることも、すべての燃料を取り除いて廃炉にすることもできないということです。そのため現在では、高速増殖炉『もんじゅ』は制御棒をなんとか炉内に入れて核反応を制御しつつ、発電は全くしないで年間500億の費用を使う“お荷物”のまま、稼動しています。

高速増殖炉『もんじゅ』は今後どうなるのか

(4/1追記)今後どうなるのかという部分はこれまで集めた情報からどうなりそうなのかという部分を僕の推測から書いてしまっています。本当にどうなるのかということに関してはこの記事だけで決めてしまわないようにしてください。他の記事も参考にしながら実際にどうなりそうなのかを自身で考えることが重要だと思います。素人意見ということを頭に置いて、実際には公式見解の発表を待つのがいいと思います。

さて、このような問題の起こっている『もんじゅ』ですが、今後どうなっていくのでしょうか。
実際は今回の事故で直ちに甚大な被害が出るというものではありません。なのでとにかくパニックにはならないでください。ただし、以下のようなリスクをはらんでいると言っていいでしょう。

・中継装置の取り外しに失敗し、事故が起こる可能性がある
『もんじゅ』では事故が起こってから、何度もこの中継装置の取り外しを試みていますが、今まで全く成功していません。詳しくは知りませんが、現在はいろいろなやり方を試そうとしているところみたいです。ただし、この作業は非常に難しいらしく、もしミスをしてナトリウム火災や原子炉の暴走が起こってしまったとき、今の福島原発が比べものにならないくらい甚大な被害が出る可能性があります。
また、もし取り外しができないという状態になってしまったとき、プルトニウムの反応が完全に終わるまで維持し続けることが必要になります。これは大体50年以上かかるらしく、単純計算で500億×50=2.5兆円以上のお金がかかってしまうということです。しかも発電量は0です。

・北陸での地震で事故が起こる可能性がある
『もんじゅ』は活断層の真上に建設されているため、地震が起きた時も被害が出る可能性があります。

もし事故が起こってしまった場合は、被害範囲は半径300kmだとか日本全体だとかいろいろ言われていますが、公式の発表は出されていないようなので、まだ何もわからない状態なのでしょう。

最後に

ここまで原子力発電所の簡単な説明と高速増殖炉の問題点、『もんじゅ』で起こっていることを説明しました。最後に今回調べたことから僕が思っていることを3点述べて終わろうと思います。

・福島原発や『もんじゅ』で実際に作業している人たちを応援したいということ
傍目からみてもここまで危険な状態なのであれば、実際にその場で作業している人たちはかなりの恐怖の中作業をしているのではないでしょうか。正直僕には原発に関して何もすることはできませんが、実際にその場で作業している人たちに感謝し、応援だけはし続けたいと思っています。

・高速増殖炉だけは日本からも撤退してほしいということ
実際上に書いたような問題があり、これまでも何回か事故を起こしてほとんど使えていないにもかかわらず、原発推進派の方達はまだ高速増殖炉『もんじゅ』を動かそうとしています。世界中で見ても、ほとんどのところが計画段階で高速増殖炉を諦めているし、フランスからも撤退されました。確かにメリットだけ見ると、動かしたい気持ちはわかりますが、それに対するリスクが高すぎます。釣り合いが全く取れていないと考えられます。
僕自身は原子力発電所全てを今すぐなくしたほうがいいとまでは言いませんが、『もんじゅ』だけは、もし中継装置の取り外しが成功した場合、早急に停止してほしいと思っています。以前も反対していたようですが、福井県としても今回は強く動いてもいいのではないかと思います。

・原子力以外の道も少しは考えてもいいのではないかということ
今回、原発について調べていたところ、原子力発電所反対の意見に対し、「資源の少ない日本では原子力に頼らざるを得ない」という意見が目立ちました。本当にそうなのかという検証を行っているところはあまりなかったような気がします。
では本当に日本では原子力発電所がないとどうにもならないのでしょうか？　確かに今すぐに全部停止するということは、不便であるということや経済的にダメージをうけるなどのせいで無理かもしれません。しかし、調べてみると、火力や水力だけでも現状の電気量ならまかなえるとか、水力といっても日本中にある川に小さい発電所を作るというやり方もあるのではないかとか、代替のためのやり方を提案している人たちもいました。
なので今回の福島原発での事故から学び、単に原子力がないとだめだと決め付けるのではなく、リスクが高い原子力発電所に変わる何かを少しずつでもいいので考えるということはしても良いのではないでしょうか。

執筆： この記事はシバさんのブログ『Dive into the Tech World!』からご寄稿いただきました。