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株式日記と経済展望
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ＴWＲと呼ぶ原子炉は、低品位の劣化ウランを燃料とし、一度稼働
すると途中の補給なしで最長100年間の長寿命運転が可能とされる。
2010年3月23日 火曜日
次世代原子炉のＴＷＲと呼ぶ原子炉の仕組み
◆ゲイツ、原発挑戦の真相 ３月２３日 日経新聞
http://www.nikkei.com/biz/focus/article/g=96958A9C93819499E0E0E2E39E8DE0E0E2E1E0E2E3E2E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E4E3E0E0E2E2EBE0E0E4E3
東芝が誇る原子力発電の研究施設にその男はお忍びでやってきた。ビル・ゲイツ。言わずと知れた米マイクロソフトの創業者だ。経営を退いて２年。舞台を原発に移し、再びビジネスの世界で動き出した。その狙いは…
東芝事業所、お忍びで視察
温かいもてなしに感謝します！最初の訪問者となり、すばらしい技術を見ることができ光栄です！
2000人近い東芝グループの原発技術者が働く横浜事業所（横浜市磯子区）。半年前にできたばかりの真新しい「磯子エンジニアリングセンター」には、訪れた人が記念のメッセージをつづる分厚いノートがある。黒い表紙をめくると１ページ目に、ゲイツ直筆のきちょうめんな文字が並んでいる。右の写真がそれだ。
自ら資金支援する原子炉開発のベンチャー企業、米テラパワー（ワシントン州）の幹部ら３人とともに、ゲイツがやってきたのは2009年11月６日だ。東芝会長の西田厚聡、社長の佐々木則夫と都内で朝食を済ませた後、９時から事業所内を視察した。東芝が開発する小型原子炉「４Ｓ」の仕組みについて説明を受け、最新の試験設備などを見て回った。
訪問の直前。東芝からマイクロソフト日本法人に１本の問い合わせがあった。「ゲイツ会長の食べ物の好みを教えてほしい」。東芝首脳との会食をセットするためだった。この質問にマイクロソフト日本法人は混乱。11月初めには最高経営責任者（ＣＥＯ）のスティーブ・バルマーが新型ＯＳ（基本ソフト）のピーアールなどのために来日予定だったが、ゲイツが来るとは聞かされていない。「人違いでは…」。ゲイツの視察はそれほどの極秘行動だった。
東芝の現場はゲイツの熱心さに驚かされたという。「これは相当、勉強しているな」。案内役をつとめた技術担当者は、原発に関するゲイツの知識の深さに感心したと振り返る。昼食時も雑談は一切なし。話題はずっとエネルギーだった。
午後は場所を京浜事業所（横浜市鶴見区）に移して工場見学。「ワオ！」。原発に使う巨大なタービンなどを前にゲイツは興奮気味だった。視察は夕方４時まで続いた。分刻みのスケジュールで世界各地を飛び回るゲイツが、ひとつの会社で丸１日を過ごすのは極めて異例だ。
東芝とテラパワーが原発技術の情報交換で合意するのに１か月とかからなかった。守秘義務契約は12月１日付。お互いの技術者が日米を行き来しての協業が今後、本格化する。
「夢の原子炉」への執念
テラパワーが早ければ2020年代の実用化をめざすのはＴWＲと呼ぶ原子炉だ。一般の原発では使えない低品位の劣化ウランを燃料とし、一度稼働すると途中の補給なしで最長100年間の長寿命運転が可能とされる。構造は比較的単純で安全性も高い。長期間の利用に耐えられる材料の確保という課題はあるが、建設、運用コストが安く済む「夢の原発」といえる。
地球温暖化を防ぐ有力手段として原発は世界的に建設機運が高まっている。テラパワーは出力10万〜100万キロワットの原子炉を研究中とみられ、特に小型炉は中国など新興国での需要急増が期待できる。
ＴＷＲの基本設計は固まっているが、実用化にこぎつけるには、理論を形にする「もの作り」の能力が欠かせない。その担い手としてゲイツが目をつけたのが東芝だ。日本勢では最も世界シェアが高いパソコンメーカーであり、マイクロソフトにとっては基本ソフト（ＯＳ）の大口顧客。パソコン部門出身の西田はゲイツと旧知の間柄だ。
東芝が2014年に米国で１号機の着工をめざす小型炉の４Ｓは、炉心部分をのぞき、「技術の８割がＴＷＲに転用できる」（関係者）。実証用の原子炉の生産だけでなく、将来の量産委託まで視野に入れれば、「もんじゅ」など原発建設の経験が豊富な東芝はテラパワーにとって魅力的なパートナーとなる。
東芝にとっても悪い話ではない。2006年におよそ6400億円を投じて米原発大手ウエスチングハウスを買収し、半導体と並ぶ事業の柱として原発を位置づける。ゲイツ原発にも一枚かめれば事業拡大に弾みがつく。東芝首脳は「いずれゲイツ氏と協力契約を結ぶことになるだろう」と打ち明ける。
中国との連携も視野に
東芝訪問に先立ってゲイツは中国にも立ち寄っている。原子力関連機関をいくつか回り、原発開発会社の国家核電技術公司とは技術協力の覚書も交わした。話の展開次第では、ゲイツをつなぎ役として事実上、日米中にまたがる次世代原子炉プロジェクトにつながる公算もゼロではない。
ＴＷＲ研究の歴史は長い。技術の概念は1950年代に提唱されており、「水爆の父」である故エドワード・テラー博士も貢献者の一人だ。ただ理想的と分かってはいても、未知の原発に対する巨額の資金集めは難しく、実用化への具体的な動きが進まない状況が続いてきた。
「ゲイツ氏が出て来たとなれば話は全然違ってくる」。そう指摘するのは東京工業大学の関本博教授。ＴＷＲとほぼ同じ「キャンドル」と呼ぶ原子炉の研究者として知られる。テラパワーの要請で2009年秋には米国まで出向きコンサルタントとして技術面の助言をした。
ゲイツの個人資産はざっと５兆円。世界トップ級の富豪はポケットマネーも巨額だ。ゲイツは資金面からテラパワーを支えるオーナーの立場にある。同氏に近い筋によると1000億円単位で投資する用意がある。
資金面だけではない。ゲイツの人脈は世界の財界人、各国政府の首脳に広がる。原発立地など政治的要素の絡む問題でも突破口を見いだしやすい。「次世代原子炉の研究開発が大きく進展する可能性がある」。関本教授はゲイツの参入を歓迎する。（後略）
◆革新的原子炉ＣＡＮＤＬＥの研究 関本 博 (東京工業大学原子炉工学研究所教授、革新的原子力研究センター長) 2009年4月10日
http://www.spc.jst.go.jp/hottopics/0905nuclear_e_dev/r0905_sekimoto.html
５．ＣＡＮＤＬＥ炉の性能
ＣＡＮＤＬＥ炉は天然ウランや劣化ウランを装荷燃料として利用するにもかかわらず、その４０％を燃焼することができる。軽水炉では例え使用済燃料を再処理してプルトニウムの再利用を行ったとしても元の天然ウランの１％程度しか利用できない。これに対し、ＣＡＮＤＬＥ炉は再処理せずに４０倍の利用ができることになる。但し、これだけ燃焼するためには材料の問題が発生する。また燃焼領域の移動速度は通常の出力密度で運転したとき、４cm/年という極めて遅いスピードになっている。このため優れた長寿命炉の設計が可能である。
これらの性質から、２節で述べた持続性、安全、廃棄物、核拡散及び経済性の５つの課題に関してＣＡＮＤＬＥ炉はどのような性能を発揮するか以下に示すことにする。
(1) 持続性：燃料の有効利用ができる
天然ウランや劣化ウランを使用し、その４０％を利用できる。これは軽水炉の５０倍以上の利用効率である10)。
現在の日本の原子力発電所は軽水炉を運転している。このシステムでは天然ウラン（Ｕ-235の割合0.7%）を濃縮しこの濃縮ウラン（Ｕ-235の割合3〜5%）を燃料としている。この時、残りカスとして大量の劣化ウランが発生する。軽水炉を４０年運転したとき発生する劣化ウランを使って、濃縮や再処理なしに、ＣＡＮＤＬＥ炉は約2000年もの間同量のエネルギーを発生し続けるポテンシャルを有する
(2) 安全：簡単で安全
運転中に制御棒を間違って引き抜くような事故は起こりえない。 出力分布も原子炉特性も燃焼に伴って変化しないので、運転はとても簡単で、信頼性が高い。
想定される事故に対してその応答が解析されているが、従来の高速炉に比べて飛躍的に安全な振る舞いをすることが判っている12)。 一般に高速炉は燃料が溶けて原子炉のどこかに集まった場合、再臨界事故（一般的に核分裂数が爆発的に多くなり極めて危険）になり易い。ＣＡＮＤＬＥ炉は炉心に制御棒は無く、冷却材の割合も少ないので、再臨界事故は起こり難く、また起こったとしてもその規模は極めて小さくなる。
取替新燃料は天然ウランか劣化ウランなので、臨界事故や核ジャックの心配がなく、輸送や貯蔵が安全で簡単である。
(3) 廃棄物：廃棄物の体積が少ない
軽水炉の10倍燃焼するので、発生エネルギー当たりの廃棄物体積は1/10になる。また廃棄物中のマイナーアクチノイド（ウランやプルトニウム以外のアクチノイドで現在は放射性廃棄物として扱われている）の量も原子炉中に長く入れておくことで核分裂して少なくなる。
(4) 核拡散：核拡散抵抗性が極めて高い
核拡散抵抗性を考えるとき、燃料サイクル全体を考える必要がある13)。この場合、最も問題となるのは濃縮施設や再処理施設であり、プルトニウム燃料の輸送である。また施設そのものだけでなく、濃縮や再処理の技術そのものが、核拡散で重要となる。ＣＡＮＤＬＥ炉では濃縮ウランもプルトニウムも必要としないので、核拡散抵抗性が飛躍的に高くなる。
(5) 経済性
いっきに４０％燃焼した場合、一般に使用されている材料では持たない。材料を変更し、温度を下げることによりこの燃焼度を達成することも可能であるが、温度を下げることは原子炉の性能を落とすことに繋がることから、ここでは、被覆材への高速中性子の照射量が限界になる前に被覆材を交換する方法を採用する。この作業は高い放射線レベルで行なうことになるが、再処理と比べると液体を扱わないので、操作も単純で2次的な廃棄物も少なくなる。
原子炉（の構造や出力分布）は簡単なので、運転管理維持費を低く抑えることができる。 燃料サイクル（ウラン採鉱から廃棄物の最終処分までの燃料の流れ、将来的には核分裂性物質が何度も原子炉に装荷されるのが理想と考えられたためこのような呼び名がついている）に関しても、極めて簡便になり、燃料サイクルコストが低くなる。
従来のＣＡＮＤＬＥ炉では炉心高さが大きかったので、経済性を損ねていたが、現在の設計では従来の設計と比べて、十分小さくなっている14,15)。
中性子を有効に利用するため、冷却材の割合を少なくしなければならないので、出力密度が小さくなる傾向があるが、半径方向の出力密度を一般的な高速炉より飛躍的に平坦化できるので、最終的にどのような結果となるかはこれからの研究次第である。
６． これから
ＣＡＮＤＬＥ炉は筆者のオリジナルのアイデアであるが、偶然にもその原理は筆者が提案する少し前に何人かの研究者によって発表されていた。その中には水爆の父と言われているテラー博士も含まれており、何人かの研究者が新奇な原子炉の提案に使っている。筆者の研究は実現可能な５つの課題を満足する革新的原子炉の提案ということで進めてきており、世界の多くのこの分野の専門家の注目を得る研究となってきている。今後は更に、工学的な検討を詰めて、ＣＡＮＤＬＥ炉の実現に一歩でも近づきたいと考えている。
（私のコメント）
原子力発電というと名前だけで恐ろしいような印象を受けますが、確かに現在の原子力発電所は非常に複雑な仕組みを持つシステムで発電している。核燃料を製造するだけでも大掛かりな製造工程でウラン鉱を圧縮していかないと燃料に使えない。しかも核反応を起こさせながら発電させるのだから、非常に注意深くコントロールしながら発電しなければならない。しかも寿命は４０年くらいしか持たず、廃棄物の処分場にも苦労している。
「ＣＡＮＤＬＥ炉は天然ウランや劣化ウランを装荷燃料として利用するにもかかわらず、その４０％を燃焼することができる。」と言う夢のような原子炉ですが、原理自体は５０年代から研究されてきたのですが、原子炉に使える材料などの開発が難しかった。しかし現在の原子力発電では効率も悪くて百数十年でウラン鉱を使い尽くしてしまう。しかし劣化ウランを燃料とするＴＷＲなら２０００年は持つということです。
原子力発電所といえば一旦事故が起きれば国家的な災害になってしまいますが、劣化ウランの燃料棒を燃やす方式なら、年に４センチほどの燃焼スピードで４メートルの燃料棒なら１００年間は燃料交換の必要が無い。しかし原理はわかっていてもどのように作ればいいのか手探り状態なのですが、次世代型の原子力発電の実用化は直ぐに出来るものではないだろう。
現在の核燃料の圧縮作業を高純度にすれば原子爆弾の材料になりますが、だから原子力発電を口実に世界各国は核開発を行なってきた。しかしこんな危険な方法よりもCANDLE炉のような臨界事故など起きない原子炉の開発がなぜ店晒しにあってきたのだろう？ わざわざそんな開発をするよりも石油や石炭や天然ガスが沢山あって、火力発電の方が手っ取り早かったからだろう。
最近になってようやく原子力発電の重要性が再認識されるようになって、原子力発電の開発に目が向かってきたという事だろう。CANDLE炉以外にも熔融塩型の原子炉や高圧ガス型も研究されていますが、商用化に成功したのは軽水炉型の原子力発電だった。問題になるのは巨額な開発費用がかかり国家プロジェクトとしても数千億円もの費用をかけて開発するのは困難だったのだろう。
そこへ世界一の億万長者であるビルゲイツが次世代型の原子力発電に取り組むと言う事ですが、彼なら数千億円というお金はポケットマネーに過ぎない。CANDLE炉というのは練炭のように一旦火をつければ長時間持って安全な燃焼ができる。しかし燃料棒の開発や炉自体の開発はそれに耐えるものを開発しなければならない。
今までならゴミとして処分に困っていた劣化ウランが宝の山に変わるわけですが、石炭のように簡単に燃えるものではない。ウラン以外にもトリウム溶融塩炉も有望な原子炉なのですが、国家というのは兵器の開発には天文学的な費用をかけるのに、平和利用の原子炉開発には関心が無かった。日本こそ原子炉の平和利用に力を入れても良いはずなのにマスコミが「もんじゅ」などを叩いたように否定的だった。
アメリカにしても宇宙開発を名目で核ミサイルを開発しましたが、原子力発電も核爆弾開発の隠れ蓑だった。しかし核爆弾に繋がらない原子力発電の開発は店晒しにされてきた。核兵器を持たない日本がなぜＣＡＮＤＬＥ炉やトリウム溶融塩炉のような原子力開発に金をかけてこなかったのだろう。政治家達も橋や道路を作ることは熱心でもエネルギー問題には票にならないから予算を回さない。これからは軽水炉型の原子力発電所を作るより、安全で経済的で廃棄物問題のすくない原子力発電は技術的には可能になるだろう。
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