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科学 ,第三十七期  2019年1月8日

钚管理的论点(下)确保能源选项 高速增殖反应堆的开发必不可少

〈要点〉

  • 日本的钚转用到原子弹很难
  • 加紧构筑可全面利用燃料的体制
  • 中俄为确保资源对高速增殖反应堆表现积极

冈本孝司(东京大学教授)

使用后的手机可以从中回收金及稀土金属(稀有金属)。手机中使用了各种各样的金属及半导体材料,也含有少量的有害物质。如果直接扔掉的话,就成了垃圾,如果将金提取出来,并按金属及塑料等进行分类的话,可以减少垃圾的排出。这些被称作为“都市矿山”,提取出的金可以用在东京奥运会・残奥会的奖牌制作上。

在核能发电站通过引起核裂变发出大量电力后的燃料称为乏燃料,是能够产生高强度放射线的危险物质。在美国等国家,会进行原状保管,最终将其埋在地下来直接处置。犹如使用后的手机直接丢弃。

另一方面,在乏燃料中,含有在发电过程中生成的钚(参照图片)。像从手机中回收金一样,从乏燃料中回收钚,将其加工为铀・钚混合氧化物(MOX)燃料,再次使用到发电中。钚回收后剩余的部分,再进行分类,危险性极高的高强度放射性废弃物可以减少到最初的百分之几。

除了发电之外,日本并没有其他使用该钚的方法。在日本使用的轻水反应堆的核能发电中所产生的钚,很难应用到原子弹。因为持续燃烧核燃料3年左右,产生约2-3成无法应用到原子弹的钚240等同位素。而朝鲜使用一种叫做石墨减速反应堆的特殊核反应堆所生成的钚,用其生产原子弹。

之前,依照1994年的美朝框架协议,曾有美国和日本等国合作,向朝鲜提供轻水反应堆的朝鲜半岛能源开发机构(KEDO)项目。正因为掌握了轻水反应堆所生产的钚无法用于原子弹的信息,美国才计划向朝鲜提供轻水反应堆。

同样,日本所保有的钚也是从轻水反应堆中回收的,美国知晓其无法应用到原子弹。但是,日本政府并没有充分考虑到将来的情况,规定了针对钚的保有量设置上限。回收的钚对于资源小国・日本来说,将会转化成电能,如果停止回收,只能从海外购买大量的能源资源。

在日本,从乏燃料中回收的钚并不单独存在,是以和铀混合的形式进行管理。这样使本来就不适用于原子弹的钚更难加工为原子弹用钚,但可以同时作为燃料使用。该形式也曾接受过国际原子能机构(IAEA)的严格审查。通过管理使其无法应用在燃料之外的用途,所以也不存在没有使用目的的钚。

由于日本是资源小国,同时也是岛国,基本上所有的能源需要以资源的形式进口。每天,装载着液化天然气(LNG)的油轮不断往返,支撑着日本的经济。万一,世界局势出现较大变化,出现了资源进口停滞时,就需要有一个宽范围的能源选项(选择)。这是在大约50年前经历了石油危机的日本所采取的基本战略,在今后也不会发生改变的。

虽然一直在实施石油储备,但是天然气的储备较为困难。但少量的铀便可生成极大量的能源,是一个有效地储备选项。另外,核能发电本身就像矿山一样会产生钚,是一个更加有效地能源储备选项。

如果日本将所保有的47吨钚全部用作核能发电的燃料,估算发电量大约为2千亿千瓦时,约占日本全国2个月的发电量。相同的电量,如果用天然气发电,需要约300艘的大型LNG油轮。从使用后核燃料中提取出钚,以燃料的形式储存起来,对日本人来说将是巨大的财富。

核能发电的重新运转没有进展,同时获得了以钚作为燃料来使用的MOX燃料得到使用许可的核反应堆不多。现在,停止建设的大间核能发电站(青森县)虽然可以100%使用MOX燃料来运行,但是其他获得许可的核能发电站仅可以使用燃料的三分之一。国家和电力公司应该在增加能够使用MOX燃料的核能发电站的同时,重新开始大间核能发电站的建设,并构建起能够充分利用MOX燃料的体制。

将来,世界人口将超过100亿人,即使世界能源危机不断逼近,如果有能够使用国内的“钚矿山”的选项,将是非常有利的。为此,需要确立能够更加有效的使用钚,且高效进行工作的高速增殖反应堆技术。

高速增殖反应堆是一种通过使用高能中子(快中子)引起裂变,能够充分产出钚的核反应堆。因为其产生的钚燃料会超过燃烧的燃料量,所以称为增殖反应堆。通过确立高速增殖反应堆技术,核能发电就变成了一座矿山。

高速增殖反应堆不仅是铀,还可以轻易地将钚作为燃料使用。另外,使用快中子还可以减少具有危害的高放射性废弃物。遗憾的是,高速增殖反应堆原型反应堆“”文殊”(福井县)由于不断出现问题,最终决定将其废弃。但是,从确保国内能源资源的意义上来说,需要开发高速增殖反应堆。

高速增殖反应堆的开发需要超过20年之久。现在以政府为主正在规划高速增殖反应堆技术来确立蓝图,计划在今年年末公开。俄罗斯及中国之所以对高速增殖反应堆表现出积极的态度,正是因为将其作为未来能源资源保障的战略。两国除了对铀资源的有效利用外,还预见未来能源资源将会枯竭,从现在开始推进高速增殖反应堆的开发,估计几年后可望确立相关的技术。作为资源小国的日本需要学习这一点。

从现状来看,从乏燃料中回收钚的成本较高。但是,为了应对将来的能源危机,作为一个选项采取对策具有意义。另外,可以大幅度削减高放射性废物,可以节省300艘以上LNG油轮的能源资源,还有可以减少二氧化碳排放量等。

为了30年后的日本,如何确保能源将的问题意识受到关注。现在没问题并不意味着明年的也能保证能源仍然可以按部就班进口。核能及钚燃料已经是基本上成形的技术,日本手里握有这张牌。当然,太阳能及蓄电池等选项也要同步利用,这些必须从现在开始抓牌了。如果因为来自国外的压力,就将有意义的选项舍去,这意味着日本失去了自己的独立性。

[本文经过笔者和日本经济新闻的同意,由Discuss Japan翻译转载。原文刊载于日本经济新闻2018年7月27日晨刊。]

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