Loading article…
使用済み燃料プール（SFP ）は、原子炉から出た使用済み燃料を貯蔵するためのプール（英国では「池」と呼ばれる）です。通常、深さは40フィート（12メートル）以上あり、底部14フィート（4.3メートル）には、原子炉から取り出された燃料集合体を保管するための保管ラックが設置されています。原子炉のローカルプールは、燃料が使用された原子炉専用に設計され、原子炉敷地内に設置されています。このようなプールは、燃料棒を短期間冷却するために使用されます。これにより、半減期の短い同位体が崩壊し、燃料棒から放出される電離放射線と崩壊熱が低減されます。水は燃料を冷却し、その放射線から放射線防護を提供します。
原子炉から離れた場所にも、モリス事業所にある独立使用済み燃料貯蔵施設（ISFSI）のような長期貯蔵施設や、再処理や乾式貯蔵に送られる前に10年から20年間生産バッファーとして使用される貯蔵プールが存在する。
放射線レベルを許容レベル以下に抑えるには約20フィート（約6 メートル）の水深があれば十分だが、水深を深くすることで安全マージンが確保され、作業員を保護するための特別な遮蔽装置なしで燃料集合体を操作することが可能となる。
原子炉の全燃料負荷の約4分の1から3分の1は、12～24か月ごとに炉心から取り出され、新しい燃料と交換されます。使用済み燃料棒は熱と放射線を発生させるため、これらを封じ込める必要があります。燃料は、一般的に自動ハンドリングシステムによって原子炉から移動され、プール内で操作されますが、一部の手動システムもまだ使用されています。加圧水型原子炉（PWR）のSFPでは、炉心から取り出されたばかりの燃料束は、通常、初期冷却のために数か月間隔離され、その後、最終処分を待つためにプールの他の部分に仕分けされます。[ 1 ]金属製のラックは、物理的な保護と追跡および再配置の容易さのために、燃料を制御された位置に保持します。高密度ラックには、未臨界状態を確保するために、炭化ホウ素（メタミック[ 2 ] [ 3 ]ボラフレックス[3]ボラル[ 4 ]テトラボーアおよびカーボランダム[ 5 ]）[ 6 ] [ 7 ] [ 3 ]またはその他の中性子吸収材 として、ホウ素10も組み込まれています。燃料またはその被覆材の劣化を防ぐために、水質は厳密に管理されています。これには、燃料棒の漏洩を示す可能性のあるアクチニドによる水の汚染を監視することが含まれます。 [ 8 ]さらに、臨界までの余裕をさらに増やすために、PWR使用済み燃料プール内の水にホウ酸が添加される場合があります。[ 1 ]米国の現行規制では、貯蔵効率を最大化できるように、使用済み燃料棒を再配置することが許可されています。[ 6 ]
使用済み燃料集合体の最高温度は、2～4年で大幅に低下し、4～6年では低下幅は小さくなります。燃料プールの水は、使用済み燃料集合体から発生する熱を除去するために継続的に冷却されます。ポンプは、使用済み燃料プールから熱交換器に水を循環させ、その後、使用済み燃料プールに戻します。通常の運転条件下での水温は、50 °C (120 °F) 以下に保たれます。[ 9 ]放射線分解、つまり放射線による分子の解離は、残留放射線によって水が分解され、水素ガスが蓄積して爆発の危険性が高まる可能性があるため、湿式貯蔵では特に懸念されます。このため、プールの部屋の空気と水は、継続的に監視および処理する必要があります。
中国は、継続的な核分裂活動の可能性を最小限に抑えるためにプールの在庫を管理するのではなく、原子力発電所からの使用済み燃料で稼働し、地域暖房や海水淡水化のためのプロセス熱を生成する200MWの原子炉を建設している。これは基本的に、深層プール型原子炉として運転されるSFPであり、大気圧で運転されるため、安全のための工学的要件が軽減される。[ 10 ]
他の研究では、使用済み燃料を用いた同様の低出力原子炉が構想されており、放射線分解による水素生成を制限する代わりに、冷却水に触媒やイオン除去剤を添加することで水素生成を促進する。この水素はその後、燃料として取り出される。[ 11 ]
使用済み燃料プール内の中性子吸収材は時間の経過とともに劣化し、未臨界状態を維持するための安全マージンが低下することが観察されています。[ 5 ] [ 6 ] [ 12 ] [ 3 ] [ 7 ]さらに、これらの中性子吸収材を評価するために使用される現場測定技術（ラック評価用ホウ素面積密度計、BADGER）には未知の不確実性があることが示されています。[ 7 ]
緊急事態により冷却が長時間中断されると、使用済み燃料プールの水が沸騰し、放射性元素が大気中に放出される可能性がある。[ 13 ]
2011年3月に福島第一原子力発電所を襲ったマグニチュード9の地震では、3つの使用済み燃料プールが損傷した建屋にあり、水蒸気を放出しているのが目撃された。米国原子力規制委員会（NRC）は、原子炉4のプールが沸騰して空になったと誤って発表した[ 14 ] 。これは当時日本政府によって否定され、その後の調査とデータ検証で誤りであることが判明した[ 15 ] 。
原子力発電所の安全専門家によると、使用済み燃料プールで臨界が発生する可能性は非常に低く、通常は燃料集合体の分散、貯蔵ラックへの中性子吸収材の設置、そして使用済み燃料の濃縮度が低すぎて核分裂反応を自己維持できないという事実によって回避されている。また、使用済み燃料を覆う水が蒸発した場合、中性子を減速させて連鎖反応を可能にする要素は存在しないとも述べている。 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
原子力・放射線研究委員会のケビン・クロウリー博士によると、「使用済み燃料プールへのテロ攻撃の成功は困難ではあるが、あり得る。攻撃によってジルコニウム被覆管の火災が拡大した場合、大量の放射性物質が放出される可能性がある。」[ 19 ] 2001年9月11日の攻撃後、原子力規制委員会は米国の原子力発電所に対し、特定の人数と能力を持つ攻撃者による特定の脅威から「高い確実性をもって保護する」ことを義務付けた。発電所はまた、「警備員の数を増やす」ことと「施設へのアクセス制御を改善する」ことも義務付けられた。[ 19 ]
2010年8月31日、ライプシュタット原子力発電所（KKL）の使用済み燃料プールで作業していたダイバーが、上司からプールの底に落ちた正体不明のチューブを手で回収するように指示された際に、法定年間線量限度を超える放射線に被ばくした。この物体は後に、原子炉炉心内の放射線モニターを遮蔽する保護チューブの一部であることが判明した。このチューブは中性子束によって高放射性になっていた。このチューブは4年前に燃料移送中に誤って切断され、事故当日まで燃料プールの底に放置されていた。ダイバーはチューブを工具バッグに入れ、水面への浮上を開始した。彼の個人線量計はすぐに警報を発したが、その警報音はダイバーの呼吸器から出る気泡音にかき消された。工具バッグが燃料プールの縁にいる他の作業員に渡されたとき、原子炉建屋の放射線センサーもすぐに警報を発した。バッグはすぐに水中に戻された。ダイバーは手部に約1シーベルトの放射線を受け、これは法定全身被ばく限度0.5シーベルトのほぼ2倍であった。KKL当局によると、ダイバーは被ばくによる長期的な影響は受けていない。監督者に対する懲戒処分は正当化されないと判断された。[ 20 ] [ 21 ]