【メリット15】図解「原子力発電」仕組み簡単にわかりやすく

震災5日目(3/15) ウラン235を美人に例える

原子力発電

原子力発電の仕組みは「原始的」である。
水を沸騰させて、水蒸気でプロペラを回すだけ。
蒸気機関車とまったく同じ原理。

しかし、
人類には早すぎる技術である。
なぜなら、
10万年先まで核廃棄物を管理しなくては
ならないからだ(後述)。

現在は保管場所すら、決まっていない……

概要


(http://www.energia.co.jp/atom/more2.htmlより引用)
核分裂の熱エネルギーで高圧の水蒸気をつくり、
タービン(プロペラみたいの)を高速回転させて発電。

火力発電のボイラーを原子炉に
パワーアップしたイメージだ。
約50年前から行われている。

核分裂反応

核燃料であるウラン235に中性子が1つ衝突すると、
「核分裂生成物+熱エネルギー+中性子2つ」ができる。

中性子が1⇒2に増える点が重要である。

増えた中性子はまた他のウラン235に衝突する。
つまり、一度核分裂反応が起こると、
ネズミ算的に核分裂の連鎖反応が起こり、
莫大な熱エネルギーが発生する。

一度始まった反応は、もう止まらない。

原子炉

中性子をコントロールしながらウランを燃やす、
この装置を原子炉と呼ぶ。

3000トンの水が入ったプールの中に
燃料棒(ウラン235)、制御棒(中性子を出し入れする)が
設置されている。

仕組みは同じ


(https://kids.gakken.co.jp/jiyuu/category/research/japanese_sl/より引用)
蒸気機関車の仕組みは、
①水を熱して、
②水蒸気を発生させて、
③水蒸気の圧力で車輪を回す。

蒸気機関車も火力発電も原子力発電も、
仕組みは同じ。

 

水蒸気

水が水蒸気になると、
体積は1240倍になる。
2Lのペットボトルの水が、
風呂10杯分に膨れ上がる。

風呂10杯分の水蒸気を
頑丈な2Lの容器に閉じ込めたら
ものすごい反発力が産まれる。

そのチカラを使って、
タービン(プロペラみたいの)を回して発電する。

ちなみに、
水力発電は水の落下でタービンを回す。

熱効率

原子力発電では300℃で100気圧以上の
水蒸気が得られ、熱効率は30%。

火力発電では熱効率45%。
原子力発電を「熱効率が良い」と
カン違いしている人はとても多い。

原子力発電は効率こそ悪いのだが、
石油を燃やすのとウラン核分裂では
発生する熱量がケタ違いなので
膨大な電力を得られる。

ウラン

天然のウラン鉱石には、
ウラン238 (99.28%)、ウラン235 (0.71%)、
ウラン234 (0.0054%)が混ざっている。

このうち、
核燃料になるのはウラン235である。

ウラン235

天然のウラン鉱石を精錬し、
ウランだけにする。(イエローケーキ)

イエローケーキを遠心分離し、
ウラン235の濃度を4%にまで高めると
核燃料となる。
(90%以上に高めると核爆弾になる)

燃料が違う

火力発電は石油・石炭を燃やす。
その熱で水蒸気を得る。
燃料が無くなれば勝手に冷えていくので
放っておいても危険は少ない。

原子力発電は核燃料(ウラン)を燃やす。
核分裂によって生じる熱で水蒸気を得る。
燃料が無くなっても熱くなり続け、
放っておくと原子炉まで溶かしてしまうので
放置は厳禁だ。

核燃料

原始炉1基に100本以上の燃料棒がセットされている。
燃料棒1本にヒロシマ原爆1個分くらいの
放射性物質が含まれている。

さらに近くには、
何千本もの使用済み核廃棄物が保管されている。

54基

日本には現在、54基の原子炉がある。
ざっくりいうと、
原子爆弾10000発くらいの核物質がある。

日本の原子力発電所は、
北朝鮮や韓国のミサイルの射程距離である。
もし爆撃されてバラ撒かれたら……

【シミュレーション】日本と韓国「戦争したらどっち勝つ?」6時間で降伏の可能性
海軍の実力差 シミュレーション(自衛隊 vs 韓国軍) 兵数は韓国70万、日本25万である。 韓国陸軍は日本の1.5倍強い。 いっぽう、 日本は空軍が3倍、海軍が5倍強い。 日本が半日で「圧勝」で...

原子爆弾との違い

核兵器(原子爆弾)は少量で高濃度(90%以上)、
原子力発電は大量で低濃度(4%程度)の核燃料を使う。

原子爆弾は一瞬で大爆発する。
原子力発電は徐々に熱くなる。

原子力発電はウラン235が4%の濃度であり、
96%は核分裂しにくいウラン238である。
3~4年かけてゆっくり核分裂させる。
また制御棒で中性子をコントロールするので
爆発を止めたり、制御できる……

いや、できるはずであった。

メリットとデメリット

原子力発電のメリット・デメリットは
火力発電との比較になる。

水力発電はメリット・デメリットが
原子力発電と類似しており、
風力・太陽光・地熱その他は
発電量が小さすぎて比較対象にならない。

メリット

〇安定した発電が可能
〇少ない燃料で膨大な電力発生
○自然環境に優しい(爆発しなければ)
○温暖化への影響が火力の1/10以下
○石油より安定供給しやすい
○技術進歩によるコスト削減・安全性向上
○交付金により原発のある自治体が潤う
〇ウランは海水から取れれば無尽蔵
〇常に補給しなくても発電可能
〇酸素が不要
〇二酸化炭素を出さない
〇石油のように政情不安でない
〇燃料備蓄に場所をとらない
○コストが安い?

最も大きなメリットは、
安定した電力を供給できる点だ。

安定供給

主要なウラン輸出国は
カザフスタン・カナダ・オーストラリアなど。

石油輸出国(中東諸国)よりも
政情が安定しており、
日本との関係も良好である。

コストが安い?

原子力発電は火力発電に比べて
建設コストは2倍、燃料費は1/5くらい。
原子力は、その経済性が強調される。

しかし、
廃棄・補償まで含めると
火力発電とほぼ同じらしい。

デメリット

×建設費が「超」高い
×イメージが悪い
×事故が起こると大変危険
×地震・津波で爆発
×核廃棄物の処理に10万年
×軍事転用されやすい

大きなデメリットは、
事故と核廃棄物の保管だ。

メルトダウン(炉心溶融)

原子力発電における、最悪の事故である。
福島ではメルトダウンが1~3号機という
大惨事になってしまった。

冷却材でもあるプールの水がなくなるとどうなるか?
燃料棒が加熱し、溶けてしまう。
その影響で原子炉が破損し、
放射性物質が周囲にブチ撒かれてしまう。

その最悪なケースを防ぐために
原子炉は多重構造となっている。
しかし、
津波でプールも多重構造も壊れてしまった。

核廃棄物

10万年の管理や廃棄保管場所も決まっていない現状では、
デメリットどころか、
スタートすらしてはいけなかった。

廃棄物問題をクリアできな現代人には、
まだ早すぎる科学技術なのである。

火力発電との違い

発電力には大差がない。
原子力のイメージで強大な発電力がありそうだが、
火力発電の方が発電力が弱いということはない。
全世界の70%は火力発電で作られる。

もっとも大きな違いは、
停止させた後の状態だ。

停止させると……

火力発電は「車」。
スイッチを切ると、エンジンもストップする。
車は動かなくなる。

原子力発電は「飛行機」。
スイッチを切ると、エンジンはストップする。
しかし、飛行機は飛び続ける。
コントロールを失えば、墜落⇒大爆発となる。

「停止」「廃炉」の違い

原始炉の「停止」は空中でスイッチを切り、
コントロールしている状態である。

着陸が「廃炉」に相当する。
つまり、
廃炉するまでコントロールし続けないといけない。

コントロールとは?

原始炉は停止して放置できるものではない。
停止状態でも運転中でも、同じくらい危険である。

制御棒や水の冷却によって
核分裂の連鎖反応が暴走しないように
365日24時間調節し続ける。

もちろん、
コントロールはパートのオバちゃんではNG。
訓練を受けた高度専門職の人間でないとダメ。

廃炉費用

原子力発電はプルトニウム処理まで含めれば
10万年かかるので測定不能……
1兆円くらい?

火力発電はスイッチを切って
解体するだけなので100億円程度。

崩壊熱

稼働停止により核反応は停止するが、
高温の崩壊熱は発生し続ける。

原始炉解体の技術は、現代の地球には存在しない。
じつは、
未来の技術革新に丸投げ状態なのである。

つまり一度核反応を起こしたら、
もう後戻りはできないのである。

二酸化炭素

火力発電は大量の二酸化炭素が出るので、
地球温暖化に影響があるといわれる。
廃棄物は素手で触っても問題ない。

原子力発電は二酸化炭素の問題はないが、
大量の核廃棄物が出るので、
10万年管理しなくてはならない。
最高レベルの核廃棄物は、
触る以前に近づいただけで死ぬ。

原始炉だけでもやっかいなのに、
核廃棄物の方がさらにやっかいである。
廃炉で最も重要なのは、
「廃棄物をどうするか?」だ。

夢物語(高速増殖炉もんじゅ)

使用済み核燃料からプルトニウムを取り出し、
核燃料として使用できる夢のような装置。
核廃棄物から核燃料が得られる、
という理屈である。

しかも、
連鎖反応で廃棄物が燃料に勝手に増殖していく。
いや、していくはずだった……

核廃棄物問題もクリア

管理に10万年かかる核廃棄物から、
現在よりはるかに多い発電量を得られ、
生じる核廃棄物は極少量。

しかも、
高速蔵相炉で生じた核廃棄物は
たったの300年で無害化できる。

希望が絶望に

夢の原子炉は、
2兆4000億円かけて建設された。

しかし、
試運転の段階でポンコツになった。
なぜか?

高速中性子

中性子を「高速で」当てないと、
プルトニウムにならない。

250倍のスピードなのでコントロールが難しく、
暴走しやすく、手がつけられなくなる。
(実際、手がつけられなくなった)

冷却に水を使うと中性子のスピードが落ちるので、
金属ナトリウムで冷却しなくてはならない。

ナトリウム

ナトリウムは水に落としただけで爆発する。
非常に危険な物質である。
そのうえ、
空気中の酸素や水分とも容易に反応する。
取り扱いが非常に難しい。

そんなナトリウムを98℃に熱して
水銀のように液状化して500℃の冷却に使う。
聞いただけで、危険だとわかるだろう。

配管

500℃で運転しないとならないため、
熱によって配管が変形しやすい。

その影響を軽くするために、
配管をグニャグニャに曲げて長くするので
一般的な原子炉の10倍以上の設計になる。

そのため、
大地震や津波に対して、非常に弱い。
(自然災害が来なくても配管は壊れたが)

ナトリウム漏れ

試運転中に配管が折れてナトリウムが漏れた。
空気中の水分と反応して火災発生。

福島原発のように、
水をかけて冷却が出来ないため、
火災が起きても何もできない。
運転も廃炉もできない状態になった。

配管が折れただけで2兆4000万円がポンコツに……
事故原因の隠ぺいも話題となった。

1日5500万円

プルトニウムの反応が収まるまで、50年。
そこから廃炉していく。
それまで毎年200億円捨てながら維持するしかない。

ちなみに、
日本中の核廃棄物を処理するのに
もんじゅは20基必要である。

プルトニウム

自然界には存在しない人工元素。
1gで1000000人(百万人)を死亡する猛毒。

無害化には10万年かかるので、
未来の人々に負担を押し付けることになる。

爆撃されたら?

原子力発電所を爆撃されたら、
どうなるのか?
ピカドンみたいに爆発はしないが、
日本中が死の街になる。

核兵器とは比べ物にならないケタ違いの
放射性物質を広範囲に飛散させるからだ。

バラ撒き+タレ流し

水で冷却し続けることで、
核反応が停止も暴走もしない状態(臨界)を
保っている。

福島原発事故のように、
水の冷却がストップしただけで連鎖反応が暴走し、
水蒸気爆発を起こしてしまう。

国内大混乱

ヒロシマやナガサキの原子爆弾では、
大きな被害や混乱が爆心地周辺2kmほどだった。

しかし、
原子力発電所を爆撃されれば、
日本中に放射性物質が大量飛散し、
世界中に汚染物質がタレ流される。

ただちに影響はないとしても、
国内を大混乱に陥れるには、
核兵器を落とすよりも効率がいい。

農業が壊滅

日本中の土が汚染されれば、
日本中で農業ができなくなる。

放射性物質が爆撃によって大量に飛散すれば、
日本はもう人が住めない土地になるだろう。

核廃棄物

事故はめったに起きないが、
起こるとシャレにならない。

また10万年先まで
核廃棄物を管理しなくてはならない。

24000年で半分に

それを数十年かけて冷やし、
半減期24000年のプルトニウムなどは
大地震や大津波、テロなどで
亀裂が入らないことを10万年くらい祈りながら
最終処分場(地下)で保管・管理することになる。
(が、最終処分場は決まっていない)

クロマニヨン人時代の負の遺産を
現代人が保守しつづけるイメージだ。
それでやっと毒性が「半分」になる。

最終処分場が完成したら、
「想定内の揺れ」であれば壊れない設計だから、
安心しても大丈夫らしい。

10万年

半分になるのに24000年。
無害化するのには10万年もかかる。
人類に早すぎる技術である理由が、ここにある。
廃棄物処理問題はまったくの未解決である。

どこの自治体も引き受けてくれないので、
置き場所は先送りにして
原子力発電所で保管している状況だ。

使用済燃料からウランやプルトニウムを回収。
そのあとに残る高レベル放射性廃棄物。
多重構造の容器に入れて、
地下300m以上深いところに埋めて処分する。

いった、どこがクリーンエネルギーなのか?

結論は出ていない

その容器は年月とともに腐食する。
容器の厚さは20cmであり、
1000年で3cm腐食するとのこと。
本当に1000年で3cmなのか、誰もわからない。
この処分方法には賛否両論あり、
現在もこの方法で大丈夫かわかっていない。

数百年後の技術進歩でなんとかしてくれるだろう、
という意見もあるし、そもそも10万年後には
今の人類は絶滅してるから大丈夫との意見もある。



コメントをどうぞ!(誹謗中傷はNGです)

error:Content is protected !!