核燃料サイクル工学概論

Outline of nuclear fuel cycle

小島 久雄

Ojima, Hisao

採鉱されたウラン鉱石は、精錬工程により不純物が除去され、ウラン含有率を60%程度に高めたイエローケーキとなる。その後、転換工程にて、ウラン濃縮の原料であるUFとなる。ウラン濃縮工程では、Uの割合が高められ、その後、UOに再転換し、ペレット状に成型・加工され核燃料となり、原子力発電所で使用されることとなる。ウラン濃縮法は世界的に遠心分離法が主流となっている。核燃料サイクルとは、原子力発電所からの使用済燃料を再処理し、ウラン,プルトニウムを回収して、燃料として再び使用する一連の流れである。再処理の方法としては、TBPを抽出溶媒とするPUREX法が主流である。我が国においては、東海再処理工場の経験を経て、民間の六ヶ所再処理工場が2008年の本格操業開始を目指し、試験運転を進めている。再処理の工程には、前処理工程として、せん断工程,溶解工程,清澄工程があり、また、化学処理工程として、溶媒抽出工程,濃縮・脱硝・混合転換工程がある。その他、硝酸・溶媒のリサイクル工程,ガラス固化工程などがある。高速増殖炉燃料の再処理は基本的にPUREX法により可能であるが、高いプルトニウム含有率,高い燃焼度及び集合体構造の違いなどを考慮した改良が必要となる。さらに一層の経済性向上や廃棄物負担の軽減,核不拡散性向上の達成を目指した新しい技術の採用が検討されている。

The mined uranium ore is refined and becomes a "yellow cake" in which the uranium content is about 60%. Then the yellow cake is converted into UF that is the raw material of uranium enrichment. The content of U is enriched usually by means of the centrifuge separation. The enriched uranium is converted into UO and is used for pellet fabrication. Finally, the uranium is used in the LWR plant as nuclear fuel. The uranium and plutonium are recovered from the spent fuel in the reprocessing plan and they are used as nuclear fuel again. As for the method of the reprocessing, the PUREX process using TBP as extractant is a main stream because of its stability and safety in operation. The preprocessing process consists of a head-end process including a shearing process, a dissolution process, and a clarification process, and a chemical process including a solvent extraction process, a concentration process, a denitration process and mixed conversion process. The nitric acid and the solvent are recycled in the plant and high level liquid waste is vitrified into glass form, finally. In Japan, through the experience of the Tokai Reprocessing Plant, the first commercial reprocessing plant, Rokkasho Reprocessing Plant, will start its operation in 2008. The spent fuel from FBR can be reprocessed by the PUREX method taking into account of its characteristics such as high plutonium content rate, high burn-up, and the structure of fuel assembly. Currently, the adoption of a new technology is examined aiming for further economy improvement and the achievement of the reduction of the waste load. The safeguards is the activity to prevent the diversion of nuclear material.