高速炉燃料再処理技術試験施設 (RETF)

高速炉燃料再処理技術試験施設 (RETF)

高速炉燃料再処理技術試験施設とは

– 高速炉燃料再処理技術試験施設とは高速炉燃料再処理技術試験施設（RETF）は、かつて動力炉・核燃料開発事業団（現日本原子力研究開発機構）が運用していた施設です。この施設は、将来のエネルギー源として期待される高速増殖炉の燃料サイクルを実現するために不可欠な、使用済み燃料の再処理技術開発を目的として建設されました。高速増殖炉は、ウラン資源を有効活用できる夢の原子炉として知られていますが、その燃料サイクルには、使用済み燃料からプルトニウムとウランを分離回収し、再び燃料として利用する再処理技術が欠かせません。RETFは、実際に高速炉で使用された燃料を用いた湿式法（Purex法）と呼ばれる技術を用いた再処理試験を実施するために、1998年から2004年にかけて運転されました。この施設では、運転期間中に約10トンもの使用済み高速炉燃料の再処理を行い、プルトニウムとウランを分離回収することに成功しました。そして、これらの成果は、将来の高速炉燃料再処理技術の高度化に大きく貢献することとなります。現在、RETFは運転を終了していますが、そこで得られた貴重なデータや知見は、将来の高速炉開発に向けて、今もなお活用され続けています。

高速炉燃料再処理の課題

– 高速炉燃料再処理の課題高速炉は、ウラン資源の有効利用や放射性廃棄物の減容・有害度低減の観点から期待される原子炉です。使用済み燃料を再処理し、燃料として再び利用する核燃料サイクルを確立することは、高速炉の開発において重要な課題です。高速炉燃料の再処理は、現在主流となっている軽水炉燃料の再処理と比べていくつかの課題があります。まず、高速炉燃料は軽水炉燃料よりも高い燃焼度を持つため、核分裂によって生じる生成物の量が多くなります。これは、再処理プロセスにおける分離・精製工程の複雑化や、廃棄物発生量の増加につながる可能性があります。次に、高速炉燃料はプルトニウムの濃度が高いため、核物質防護の観点から、より厳重な臨界管理が必要となります。臨界とは、核分裂の連鎖反応が制御されない状態になることであり、これを防ぐためには、再処理施設の設計や運転方法に特別な配慮が必要です。さらに、高速炉燃料は被覆管などの材料が軽水炉燃料と異なるため、再処理プロセスにも変更が必要となります。例えば、軽水炉燃料の再処理で広く用いられているPUREX法を高速炉燃料に適用する場合、新たな溶解技術や溶媒抽出技術の開発が必要となります。これらの課題を克服するために、これまでに様々な技術開発が行われてきました。例えば、日本では、高速実験炉「常陽」や高速増殖原型炉「もんじゅ」の運転経験を踏まえ、乾式再処理技術や溶融塩電解法などの革新的な再処理技術の研究開発が進められてきました。これらの技術開発は、高速炉燃料の再処理における課題解決に貢献すると期待されています。

試験施設の構成

– 試験施設の構成再処理技術開発センター(RETF)は、使用済み燃料から再び燃料として利用可能なウランやプルトニウムを取り出す再処理を行うための様々な設備から構成されています。ここでは、主な設備とその役割について詳しく見ていきましょう。まず、使用済み燃料が施設に搬入されると、「燃料受入れ貯蔵設備」に保管されます。ここでは、燃料の冷却や放射能の減衰を待ちながら、再処理に向けた準備が行われます。次に、再処理工程の最初の段階として、「燃料溶解設備」において使用済み燃料を硝酸で溶解します。これにより、ウランやプルトニウムを含む「燃料溶解液」が生成されます。燃料溶解液には、ウランやプルトニウム以外にも様々な物質が含まれているため、次の工程である「分離設備」でそれらを分離する必要があります。ここでは、化学的な処理によってウランとプルトニウムを含む溶液と、その他の物質を含む廃液に分離されます。その後、ウランとプルトニウムは、それぞれ「ウラン精製設備」と「プルトニウム精製設備」に送られ、高純度の状態にまで精製されます。こうして精製されたウランとプルトニウムは、再び原子力発電の燃料として利用可能な形となります。このように、RETFはそれぞれの役割を持つ複数の設備が有機的に連携することで、安全かつ効率的に再処理を行うことができる試験施設なのです。

今後の展望

再処理技術試験施設(RETF)での試験運転は、惜しまれつつも終了しました。しかし、そこで得られた貴重なデータや経験は、決して無駄になることはありません。未来の高速炉燃料再処理技術の開発に、しっかりと受け継がれていくのです。

現在、経済性と環境負荷低減の両面から、従来の湿式再処理に代わる、乾式再処理などの革新的な再処理技術の開発に大きな期待が寄せられています。乾式再処理は、水を使わずに高温で燃料を処理するため、廃液の発生量を大幅に削減できるというメリットがあります。また、工程の簡素化によるコスト削減も見込めることから、高速炉サイクルの実用化を大きく前進させる可能性を秘めています。

これらの技術開発が進むことで、高速炉サイクルの実用化はより現実的なものとなり、エネルギー問題の解決に向けて大きく貢献することが期待されます。資源の有効活用、エネルギー安全保障の強化、地球温暖化対策など、高速炉サイクルがもたらす恩恵は計り知れません。RETFでの経験を礎に、高速炉サイクルの実現に向けて、技術開発はこれからも力強く進んでいくでしょう。