使用済み核燃料(しようずみかくねんりょう、英: spent nuclear fuel)とは、ある期間原子炉内で使用したのちに取り出した核燃料を言う[1]。日本においては、低濃縮ウラン[2]を核燃料として軽水炉で核反応させたあとのものを指す。
使用済み核燃料には超寿命核種である超ウラン核種や大量の核分裂生成物などが含まれており、その危険性と処理の困難さのため、その処理・処分が世界的な問題となっている。なお、日本においては使用済み核燃料自体は再処理を行うため廃棄するものではない。 核燃料は、原子炉に装荷し燃焼させる(核分裂反応を持続させる[3])ことでその核エネルギーを取り出す、またはプルトニウム239を生成する[4]ことができる。しかしながら核燃料は、 といった理由から、核分裂性物質[5]を使い果たす前の適当な時期に原子炉から取り出し、新しい核燃料と交換する必要がある[6]。この取り出された核燃料を使用済み核燃料(spent nuclear fuel)[7]と呼ぶ。 3%濃縮ウラン燃料 1t が燃える前の組成はウラン238が 970kg、ウラン235が 30kg であるが、燃焼後は、ウラン238が 950kg、ウラン235が 10kg、プルトニウム 10kg、生成物 30kg となる[8]。 上記からわかるように使用済み核燃料の中には、大量の核分裂生成物と共に核分裂性物質や親物質[9]が残存していることから、これらを回収して再び核燃料として利用するということが考えられる。天然ウランなどの原料を精製・加工することで核燃料を作り、それを原子炉で燃焼させ、その使用済み核燃料を再処理して再び核燃料として利用する[10]という一連の核燃料循環過程は核燃料サイクル (nuclear fuel cycle) と呼ばれる[6]。 一般的には原子炉で使用された後、冷却するために原子力発電所内にある貯蔵プール
概要
燃焼が進むにつれて、核分裂性のウランやプルトニウムが減少することによって中性子発生数と発熱量が低下し、核分裂生成物(特に希ガスや希土類)が大量に蓄積し、核分裂の持続的な燃えやすさ(余剰反応度)が低下する
燃料被覆管には、腐食や応力によるクリープ変形からくる寿命が存在する
日本においては青森県六ヶ所村に六ヶ所村核燃料再処理施設の建設が行われている。 2007年末の時点。 国名トン このうち日本、フランス、ロシア、イギリスは再処理を実施している[12]。 原子力発電の核燃料サイクルにおいては、様々な放射性廃棄物が各工程で発生する。その内比較的低レベルの放射性廃棄物の一部は処分されているが、大半は最終処分待ちの状態で各原子力発電所、核燃料施設、研究施設などで保管されている[13]。 原子炉の燃料である核燃料として使用できる物質は主にウラン235とプルトニウム239である。そのうち、プルトニウムは天然にほぼ存在せず、原子炉の中でウラン238から生成される。さらに、石炭や石油による火力発電とは異なり、核燃料は原子炉中ですべて核分裂反応してエネルギーに変換されるわけではなく、大部分はそのまま使用済み核燃料中に存在している。 そこで、これらを核燃料として再利用するために回収することが考えられるが、それを使用済み核燃料の再処理 (spent nuclear fuel reprocessing) と呼ぶ[14]。
主な国の使用済み核燃料の保有量
アメリカ61,000
カナダ38,400
日本19,000[11]
フランス13,500
ロシア13,000
韓国10,900
ドイツ5,850
イギリス
スウェーデン5,400
フィンランド1,600
処理・処分
使用済み核燃料の再処理詳細は「再処理工場#再処理」を参照