核領域における先駆的な研究開発は、核兵器を作成する目的で行われました。トリウムの核分裂では副産物としてプルトニウム (核兵器に使用される元素の 1 つ) が生成されないため、二重目的の核燃料であるウランが優先されました。しかし、各国はついに核燃料としてのトリウムの安全面を理解し始め、トリウムベースの原子炉の開発を開始しました.
最近、チェルノブイリという番組に熱中した後 、私は自分がグーグルのうさぎの穴の奥深くにいることに気づき、原子炉とその仕組みの謎を掘り下げました。私はすぐに、近代人類の歴史が核事故で満ちていることを発見しました。 1954 年に最初の原子力発電所が建設されて以来、100 件を超える重大な原子力事故が発生し、それぞれが何千、何百万もの人間や動物の命に影響を与えています。
これらの事故の核心は、これまでに建設されたすべての原子炉で一次核燃料として使用された元素であるウランです。しかし驚いたことに、トリウムの形で、ウランに代わるより優れた潜在的に安全な代替品があることを発見しました。 .
これは私に疑問を抱かせました…ウランの代わりにトリウムを使用することで、核事故とその結果の長いリストを回避できたのでしょうか?」.
トリウムは、周期表でウランの左側に 2 つ位置し、同等の特性を持っています。
原子炉の仕組み
トリウムの代わりにウランを使用したとして初期の核科学者を非難する前に、原子炉がどのように動作するかを簡単に見てみましょう.
原子炉は、大きな核が 2 つまたは 3 つの小さな核に分裂し、大量の熱と中性子を放出する化学反応である核分裂中に放出されるエネルギーを利用することによって機能します。核分裂中に放出される熱エネルギーは、水を蒸気に蒸発させるために利用され、タービンを動かして熱エネルギーを電気または機械エネルギーに変換するために使用されます。シンプルですね。実際、プロセス全体は見た目よりもはるかに複雑であり、安全に管理するには多大な注意と専門知識が必要です。
原子力発電所の作業
物事の化学的側面だけに集中すると、濃縮ウランは、ほとんどの原子炉で核分裂を起こす物質 (核燃料) です (一部の原子炉は、プルトニウムとある種のウランの混合物である MOX を核燃料として使用します)。地球上で発見されたウランの約 99% は非核分裂性同位体である 238U であり、核分裂性でより価値のあるウラン同位体である 235U は 1% 未満です。濃縮ウランは、同位体分離などの技術の実装を通じて、混合物全体に含まれる 235U のパーセンテージが増加します。
核分裂反応は、濃縮ウランに中性子が当たると始まります。衝突すると、235U は小さな原子核に分裂し始め、高エネルギーの中性子を放出します。高エネルギー中性子は他の 235U 原子に吸収され、原子炉内で連鎖反応を引き起こします。この過程で大量の熱エネルギーが放出され、ガンマ線と追加の中性子が放出されます。
生成される熱エネルギーの量は、これらの連鎖した核分裂反応の速度に依存します。これらの連鎖反応の速度と程度を抑えることは、原子炉と核兵器の間に線を引くことにもなります.
原子力エネルギーの主な用途
最初の原子力発電所が開発されるずっと前から、原子力エネルギーはもともと破壊目的に利用されていました。米国政府が委託した兵器の研究開発イニシアチブであるマンハッタン計画は、最初の核兵器を明らかにすることによって、核エネルギーの使用を開拓しました。 1939 年に開始されたマンハッタン計画は、1945 年に史上初の核兵器 (トリニティ テストとして知られるデモ) を爆発させ、世界を恐怖に陥れました。悪名高い広島と長崎への爆撃により、第二次世界大戦における日本の役割は事実上終焉を迎えました。
このような破壊力を持つ敵国への恐怖から、第二次世界大戦に関与した他の国々は、核領域に関する独自の研究を開始しました。その後に続いたのは、商業用原子力エネルギーの開発ではなく、核兵器の生産の急増でした。
ソ連、英国、フランス、中国、それに続くインドとパキスタンは、長年にわたって核兵器を開発してきました。北朝鮮やイスラエルなど、他のいくつかの国も核兵器を開発したと考えられています。核兵器を開発したもう 1 つの国は南アフリカですが、1990 年代にすべての核兵器の在庫を自発的に破棄し、それ以上の生産を中止しました。
最初に成功した核兵器 (トリニティ テスト) の爆発後に形成されたきのこ雲。 (写真提供:米国エネルギー省/ウィキメディア・コモンズ)
なぜウラン?
濃縮ウランには 235U の割合が増加している可能性がありますが、238U も大量に保持されています。 238U は、原子炉内に浮遊する高エネルギー中性子の 1 つを吸収すると、239U に変換されてから、ネプツニウム 239 やプルトニウム 239 などの他の放射性化合物に崩壊します。 2 つの娘製品の後者は、原子力エネルギーと進歩に取り組んでいるすべての人に興味をそそられたものです。
第二次世界大戦のクライマックスの頃に発見されたプルトニウム 239 の破壊的な可能性を、科学者や国家はすぐに把握しました。長崎に投下された原子爆弾は「ファットマン」と呼ばれるプルトニウム 239 爆弾であり、広島に投下された原子爆弾はウラン 235 爆弾でした。プルトニウム 239 は、すべての核燃料の中で最小の臨界質量を持っています。つまり、プルトニウムは最小量の物質で連鎖反応を維持できます。
しかし、ほとんどすべてのプルトニウムは人工であり、地球の地殻から採掘できる量はごくわずかです。大量のプルトニウム 239 が見つかる唯一の場所は、ウラン 238 が中性子と相互作用している原子炉内です。米国では、プルトニウム 239 を生産するために、サバンナ リバー サイトとハンフォードに原子炉が設置されています。
一方、トリウムの核分裂では、副産物としてプルトニウム 239 は生成されません。トリウム燃料サイクル (上図) は、一連の崩壊による 232Th の 233U への変換から始まります。 233U は、これらの原子炉で核燃料の役割を果たし続けます。トリウム燃料サイクルでもプルトニウムが生成されますが、兵器化できない同位体 (プルトニウム-238) が生成されます。 233U は核兵器にも使用できますが、混合物に 232Th が存在するとその能力が無効になります。
これをすべてまとめると、トリウムは兵器化できません。つまり、第二次世界大戦後、複数の国で二重目的のウラン原子炉の研究開発が奨励されました (また、資金も提供されました)。それぞれの組織から追放されたか、ウランの軍事利用を支持してアイデアが却下されました.
核燃料としてのウランとトリウム
兵器化できない核燃料である以外にも、トリウムは他のいくつかの点でもウランに勝っています!
トリウムはウランの 3 倍の量があり、ウラン 235 のように再処理または濃縮する必要はありません。推定によると、米国だけでも、さらに 1,000 年間 (国の現在のエネルギー レベルで) 国に電力を供給するのに十分なトリウムがあると予測されています。また、トリウム鉱石には、それぞれの鉱石に含まれるウランの量よりも多くの割合のトリウムが含まれているため、トリウム採掘はより費用対効果が高く、環境に優しいものになっています。
安全面に関して言えば、トリウム原子炉はウラン原子炉よりも核廃棄物が少ない。また、核廃棄物の放射能は数百年後には安全なレベルまで低下すると予測されていますが、現在の原子炉で生成された核廃棄物は数千の間放射性を保ちます。 年の。これにより、使用済み燃料と廃棄物を管理するコストが削減されます。
さらに重要なことに、トリウムは肥沃な物質ですが、核分裂性ではありません。肥沃な元素は、それ自体では核分裂反応を起こしませんが、原子炉内で放射線を照射すると、核分裂性物質に変換される可能性があります。これは、中性子源をオフにするだけでトリウム原子炉をほぼ即座に停止できることを意味します。
最後の言葉
従来のウラン原子炉に勝る利点がいくつか知られ、予測されているのに、なぜ世界はトリウム原子炉が君臨するのを見ていないのでしょうか?美徳には悪徳が伴うからです!
トリウムに切り替える前に、多くの研究、実際の作業、およびテストを実施する必要があり、ライセンスと燃料製造のための資本要件も必要です。さらに、「核」という言葉はウランと同義語になっているため、より安全な代替手段の可能性は、大衆や一部の核分野の当局によってさえ知られていません。
しかし、多くの国がトリウムベースの原子炉の研究開発を開始しているため、変化への希望はいくらかあります。最前線をリードするのはインドで、2050 年までにトリウム原子炉を使用して国の電力需要の 30% を満たすという 3 段階の計画があり、世界では早ければ 2025 年には最初の商用トリウム原子炉が見られる可能性があります。カナダ、中国、ノルウェー、英国、米国も、トリウムのクリーンで安全な原子力エネルギーの利用に向けて一歩を踏み出しています.
先ほどの質問についてですが、これらの多くの核災害による結果と被害は回避できたのでしょうか?多分はい。いいえ…しかし、証明されたより安全な代替手段を支持することは間違いなく役に立ちました!
