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核融合科学研究所の重水素実験に対する誤った情報の指摘

 

核融合科学研究所(岐阜県土岐市)の大型ヘリカル装置(LHD)で、重水素ガス(無害)を用いたプラズマ生成実験が開始されました。普通の水素ガスを用いるより重水素ガスを用いた方が、プラズマの温度が上がると言われていて、数年以内には、装置としての目標である1億2,000万度のプラズマ生成を達成すると思います。(現在の水素ガスの実験での達成値は9,400万度)この実験は、将来の核融合発電を実現するために必要不可欠なものです。
 この実験は基礎段階の学術的なもので、核融合反応を起こす(エネルギーを発生する)ことが目的ではありませんが、重水素同士が核融合反応(D-D反応)が起きる確率はゼロではなく、実験に使った重水素のごく僅かが核融合反応を起こします。その時に放射性物質である三重水素(トリチウム)と放射線である中性子が発生します。トリチウムは回収、中性子はコンクリート壁(もちろん天井もコンクリート)で遮蔽という安全対策をとり、もちろん法令を遵守して実験を行います。また1億度と言っても、周りの壁が溶けることはありません
 しかし、この実験には反対運動も根強く、広く市民に説明し、地元自治体の同意を得、実験を開始するまでに、約10年を費やしました。それでも、実験を開始する時点で、ネット上に誤った情報が多く流れ、市民の皆様に不安を与えてしまいました。もし、実験に不安に感じておられる方で、偶然この記事を見られたとしたら、最近のネット上の情報の誤りを指摘しますので、ぜひ参考にしてください。
  1. 民間の放射線計測システムで高線量(例えば2.6μSVとか)が観測されたとありますが、重水素実験とは全く関係ありません。なぜなら、研究所敷地内で高線量は観測されていないからです。研究所敷地内の環境放射線モニタリングシステムのデータを見ていただければ一目瞭然です。実験が開始されても値は変化していません。https://sewebserv.nifs.ac.jp/map.php (外部リンク)もしくは https://sewebserv.nifs.ac.jp/past.php (外部リンク)(なお、雨が降ると値が少し上昇しますので、ご注意ください。ガンマ線では200、中性子線では20という数字が自然の放射線量の範囲の目安です)
  2. 装置がある建物に天井がない、中性子が空から飛んでくるという情報は誤りです。厚さ1.3メートルのコンクリート天井があります。これで中性子は遮蔽されます。
  3. トリチウムはほぼ全量回収しますが、どうしても回収しきれなかった分は大気に排出します。しかし、その影響は、研究所敷地内に365日ずっと外に立っていたとして、私たちの体内に元々あるトリチウムの量の15分の1以下です。普段飲んでいる水の中にもトリチウムは含まれていて、水を3リットル飲んだのと同じ影響です。これは微量で、健康に影響がでる量ではありません。さらに研究所の外では、距離が離れれば離れるほど、どんどん影響が小さくなります。「大量放出」という情報は誤りです。また河川に流されるという情報も誤りです。
  4. 「年間2500兆ベクレルを放出」というカナダの原子炉の話を取り上げ、重水素実験の環境影響と関連付けてようとしていますが、年間の排出量(上記のどうしても回収できなかったもの)は最大でも37億ベクレルです。70万倍も大きな量と影響を比べるのは誤りです。(なお、日本では、10億ベクレル弱のトリチウムを含有した時計が一般に市販されています。ウソではありません。ネットで検索して見て下さい。)
  5. 排気塔におけるトリチウム濃度の管理基準値は1立方センチメートル当たり0.0002ベクレルです。(これは法令基準0.005ベクレルの25分の1)1リットル当たりにすると0.2ベクレルです。これに対し2400ベクレルという情報がありますが誤りです。
  6. トリチウムを製造してるという情報は誤りです。トリチウムと水爆の関係を連想させようとしているのかもしれませんが、今の水爆にはトリチウムは使われていません。(そもそも水爆そのものの存在に断固反対します)なお、トリチウムを回収する技術は、将来においても重要な研究開発課題です。
  7. 中性子を遮蔽するコンクリート壁は、中性子の影響で構造的に弱くなったり、壊れたりすることはありません。コンクリート壁を定期的に交換するという情報は誤りです。
  8. 中性子がコンクリート壁を突き抜けるような情報は誤りです。コンクリート壁の遮蔽性能は、研究所敷地内の環境放射線モニタリングシステムのデータを見ていただければ一目瞭然です。実験が開始されても値は変化していません。https://sewebserv.nifs.ac.jp/map.php (外部リンク)もしくは https://sewebserv.nifs.ac.jp/past.php (外部リンク)(なお、雨が降ると値が少し上昇しますので、ご注意ください。ガンマ線では200、中性子線では20という数字が自然の放射線量の範囲の目安です)
  9. 小柴昌俊先生の「核分裂の発電施設から発生する中性子の10倍も高いエネルギーの中性子が出ること防ぐ方法が全くないからです」というコメントが引用されていますが、高速中性子を遮蔽できないという解釈をされるのであれば誤りです。現に遮蔽しています。小柴先生のコメントの本当の意味は他にあると思います。
  10. 中性子のエネルギーが10倍になると放射性物質の量が10倍になるという情報は誤りです。中性子は放射線で、放射性物質ではありません。もし放射化による放射性物質の生成量を言っているのであれば、エネルギーには比例せず、中性子の数で決まります。
  11. 核融合反応を起こすことを目的とした実験ではないため、核実験、核融合実験という表現は不適切で、正確には水素のプラズマ生成実験です。ここはぜひ強調したいことですが、将来の発電方式のための基礎研究であり、軍事目的は一切ありません。
  12. 水素のプラズマは、原理的に爆発暴走することはありません。ウランを使った核分裂反応とは別物です。核爆発が起こるという情報は誤りです。水爆(水素爆弾)は、核融合反応を利用しますが、ウラン等の核爆発(核分裂)を起爆剤にするため、水素だけで爆発させることは不可能です。(こちらも参考にしてください)
  13. 重水素ガスを入れすぎたら、逆に温度が下がります。自動車のエンジンで、燃料の噴射量を制御しないとうまく動かないのと同じです。エンジンに燃料を入れすぎて、自動車が爆発することはありません。人為的なミスで重水素ガスが入りすぎたとき、大量のトリチウムができるという情報は誤りです。
  14. 標準的なプラズマの生成時間は数秒ですが、これはバッテリー(フライホイール、はずみ車とも言います)からの電力供給で行われます。バッテーリーに蓄えられた電力が尽きれば自動的に実験が停止します。タイマーが壊れて温度がどんどん上がり、爆発するという情報は誤りです。
  15. 中性子が10km先まで飛んでいくというのは誤りです。JCO事故の際の中性子線量と距離の関係を京大の今中先生が詳細に計算されていますが、1km先で線量が10万分の1に減っています。2km離れると1億分の1に減っています。10km先のデータはありませんでしたが、一般常識的には飛んでいかないと言って間違いありません。【参考】今中哲二先生の第 80 回原子力安全問題ゼミ の資料(外部リンク)
その他、詳しい情報は次のホームページまで
【核融合科学研究所のホームページ】
研究の目的、概要 http://www.nifs.ac.jp/ene/index.html (外部リンク)
重水素実験の概要と安全性 http://www.nifs.ac.jp/j_plan/j_001.html (外部リンク)
重水素実験についてのポータルサイト http://www.nifs.ac.jp/j_plan/index.html (外部リンク)
環境監視についてのポータルサイト http://sewhite.nifs.ac.jp/index.html# (外部リンク)
重水素実験に関する情報公開ページ http://sewhite.nifs.ac.jp/quick/(外部リンク)
【岐阜県のページ】
安全監視委員会による中性子線及びトリチウムの測定
http://www.pref.gifu.lg.jp/kurashi/kankyo/kankyo-hozen/c11264/kaku-yuugou-iinkai-sokutei.html (外部リンク)

コメント

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1億度ってどんな温度?

核融合発電では1億度の水素のプラズマを使いますと見学者に説明すると、びっくりされます。1億度という温度が容易にイメージできないからです。そしてそのことを怖がる人もいます。だからプラズマを温度で表現するのは慎重にしないといけないようです。
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核融合と核分裂のエネルギー比較

核融合も核分裂原子核の質量欠損を使ったエネルギーなので、少量の燃料で大きなエネルギーを得ることができます。工学的に大きな意味はないのですが、核融合と核分裂のエネルギーを比較してみましょう。

1個のウラン(U)原子核が核分裂したときに発生するエネルギーは、約200MeV(メガ電子ボルト)です。(MeVは物理で使うエネルギーの単位です。大きさを比較するだけなので、ここでは詳しい説明は省略します)一方、1個の重水素(2H)原子核と1個の三重水素(3H)原子核が核融合したときに発生するエネルギーは、約17MeVです。そうです、1回の反応で発生するエネルギーは、核分裂の方が核融合より約10倍大きいことが分かります。

ところが、こんな比較もできるのです。同じ燃料の重さから発生するエネルギーの比較です。ウランは水素よりかなり重たいので、燃料の単位重さ当たりで発生するエネルギーは、逆に核融合の方が核分裂より4倍大きくなります。

もっと分かりやすく表現すると、核分裂の燃料ウラン1グラムは「石炭3トン分」のエネルギーに相当します。一方、核融合の燃料(水素)1グラムは「石炭13トン分」に相当します。さらに、これは「石油約8トン分」です。いずれにしても、少ない燃料で大きなエネルギーが得られることにかわりありません。

※ここでは反応で生まれるエネルギーを計算しました。発電所で電気エネルギーに変換すると、発電効率がかけ算されるので、少し数字が変わります。

核融合と核分裂の違い

★原子力発電所の事故以来、『核分裂』と言うべきところを『核融合』と言い間違えている発言をよく耳にするので、ここはしっかりと訂正しておきたいと思います。(こんな時期なので黙っておこうと思ったのですが、わたしにも少しは主張する権利があると思い・・)

★原子力発電所で起こる反応は『核分裂(カクブンレツ)』です。ウランのような重たい原子核が分裂して2つに割れることを『核分裂』といいます。(上側の絵)原子力発電所で『核融合』が起こることはありえません。(原子力発電所で起きた水素爆発は、水素と酸素の化学反応で、核融合ではありません)ついでに高速増殖炉(もんじゅ)も『核分裂』です。

☆『核融合(カクユウゴウ)』は、水素のような軽い原子核が二つくっついて、一つになることです。(下側の絵)今、世界中で研究が行なわれている『核融合』発電は、水素をくっつけて(融合して)、ヘリウムにする制御された核融合反応を使います。その時、『核分裂』を使うことはありません。

☆だから、次のことは自明です。『核融合』発電ではウランを使いません。だから、爆発もしないし、暴走もしないし、連鎖反応もしないし、再臨界もしないし、メルトダウンもしないし、核燃料もないし、核物質もないし、核不拡散問題もないし、高レベル放射性廃棄物もありません。
【水素爆弾との違いは私の別の記事を参照ください】

☆初期(まだ実現まで25~30年くらいかかるけど)の『核融合』発電も、トリチウム(三重水素)という放射性物質(半減期が12年)を扱うため、100%クリーンとはいえません。しかし、放射能漏れによる潜在的リスク(発電所が保有する放射性物質の強さの合計)は原子力発電の1000分の1以下です。だから最悪の事故を考えても、周辺住民が避難するような事態にはなりません。

核融合発電のしくみ

☆下の絵は、核融合発電の仕組みを簡単に書いたものです。核融合発電の中心は「核融合炉」です。(火力発電では「ボイラー」、原子力発電では「原子炉」と呼びます)炉の中で燃焼しているのは、水素の仲間(重水素三重水素)を真空状態に近い希薄なガスにし、1億度まで加熱したものです。これを『プラズマ』と呼びます。中では核融合反応が起きていて、反応で発生したエネルギーを熱として取り出して水を沸騰させます。そして蒸気でタービンを回し発電します。蒸気はもう一度海水で冷やして水に戻します。ここまでの話では、燃えているものが違うだけで、火力発電、原子力発電とおおまかな仕組みは同じです。(次世代の核融合発電では効率の高い直接発電も考えられています)


☆火力発電や原子力発電では燃焼している燃料から直接熱が発生し、熱を取り出すことができます。ところが核融合炉ではまず、核融合反応でできた高速で飛び出してくる中性子を周りを覆った厚さ1mのブランケットと呼ばれる部分で受け止めます。ブランケットで受け止められた中性子は速度を落とし、その落ちた速度に相当するエネルギーが熱に変わります。(プランケットの温度は500度ぐらい)この中性子の運動エネルギーが熱エネルギーに変わるところが従来の発電と異なる点です。

☆材料(主に金属)に中性子が当たると、機能が劣化したり、放射化(普通の材料が放射能を持つように変化)したりします。中性子が当たっても丈夫な材料、さらに放射化しにくい材料の研究が現在精力的に行われています。そして最初の核融合炉に使うことができる材料の候補もすでに見つかっています。当然のことですが、生体遮蔽(作業者や周辺の住民に中性子を含む放射線が当たらないようにすること)が絶対に必要ですが、その技術はすでに開発されています。

☆プラズマが周囲の壁に触れてしまうと、プラズマの温度が下がって、核融合反応が止まってしまいます。そのために『磁場のかご』を使ってプラズマを空中に浮遊させます。(このとき壁とプラズマは離れていて、その間は真空になっています)この『磁場のかご』を作り出すのが、ブランケットの外側にある超伝導マグネットです。超伝導マグネットはマイナス269度という極低温に冷やされます。1億度という超高温とマイナス269度という極低温が数メートルほどの距離で接近していることも工学的に難しい技術です。しかし、…

重水素燃料を海水から取り出すためのエネルギー

核融合発電燃料重水素(水素の同位体)ガスです。海水中に無尽蔵に存在するため、枯渇する心配がありません。ところが、水素の中の重水素の存在比率は0.015%しかありません。「重水素を抽出するために、莫大なエネルギーを使わないのですか?」と質問をされることがあります。その質問にお答えしたいと思います。

☆上の絵は、水の中の分子の様子を表したものです。ほとんどの水分子では、水素(青い玉)2個と酸素(黄色い玉)1個がくっついている状態が、ほんの一部だけは重水素(赤い玉)と酸素がくっついています。この重水素と酸素が結合した水のことを「重水」と呼びます。また普通の水素でできた水を「軽水」と呼びます。(「重水」と「重水素」は違うものですのでご注意ください。また実際には水素1個と重水素1個と酸素1個が結合した水分子があるのですが、話しを簡単にするためにここでは省略します。)
☆「軽水」と「重水」を分離する技術は、すでに工業化されています。新しい方法としては、電気分解を使う方法があります。電気分解(電気で水素と酸素に分解すること)すると、「重水」より「軽水」の方が早く分解します。だから部分的な電気分解を繰り返すと「重水」だけが濃縮されて残っていくというしくみです。 ☆「重水」ができれば、後はこれを、完全に電気分解すれば「重水素」ガスと酸素ガスに分解できます。重水素はこうのようにして生産されます。
☆さて問題は、重水素の生産に必要なエネルギーです。生産過程では「重水」生産がほとんどのエネルギーを使います。論文で調べると、1kgの重水を生産するのに必要なエネルギーは57MWh(メガワット時)ということでした。一方、1kgの重水には200gの重水素が含まれてます。この重水素を使って核融合反応を起こすと38,000MWhのエネルギーが発生します。これは重水生産に必要なエネルギー(57MWh)の約700倍になります。つまり、燃料生産に必要なエネルギーは、発電されるエネルギーに対して十分に小さいという結果になります。
(参考:R. Dutton他、Nuclear Engineering and Design 144 (1993) 269)