【三菱重工・元素変換】原子力発電の放射性廃棄物を無害化する技術

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【三菱重工・元素変換】原子力発電の放射性廃棄物を無害化する技術

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世界中で資源獲得の競争が巻き起こり、資源不足となっている現在。とりわけカーボンニュートラルが推進され電力化が進んでいます。その電力供給のために様々な開発が進められています。例えば、風力発電や水力発電、また原子力発電などは世界中で建設が進められています。しかしながら、原子力発電によって排出される放射性廃棄物の問題は大きな課題となっています。実は、日本の「三菱重工業」が放射性廃棄物の無害化に成功したことが明らかになり注目されています。そこで今回の「TimeMachineMuseum」では、「三菱重工業」が開発している放射性廃棄物の無害化、「元素変換」に注目します。


「三菱重工の元素変換とは」

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「三菱重工業」は、重水素を使って元素の種類を変える「元素変換」の基盤技術を確立したと発表しました。例えば、「セシウム」は元素番号が4つ多い「プラセオジウム」に変わることなどを実験で確認し、将来の実証装置設置に向けて、実用化研究に入るということです。「放射性セシウム」や「放射性ストロンチウム」を無害な非放射性元素に変換するということも可能性として期待が持てます。世界中で問題となっている放射性廃棄物の無害化処理ということが実現するかもしれないのです。


「分離変換技術とは」

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分離変換技術の開発が進んでいるということですが、その方法としては厚さが数十ナノの極めて薄い金属の「パラジウム」と「酸化カルシウム」の薄膜を交互に積層した多層膜に変換したい金属を取り付ける。この膜に重水素を透過させると百数十時間で元素番号が、それぞれ2から4、6多い元素に変わるというものです。反応膜の内側に重水素のガスを注入し、重水素から反応させたい元素に陽子と中性子を付加する原理です。つまり、元素の陽子と中性子を増やすことで他の元素にするという仕組みです。これまで元素を変換するためには加速器や原子炉などの高エネルギーの大掛かりな装置が必要であるとされてきました。しかしながら、今回の新元素変換ではコンパクトでありながら、低エネルギー消費で元素変換が可能という特徴を持っているのです。実験では、百数十時間で元素変換を行い、反応中の電力消費はなかったということです。


「セシウムからプラセオジム」

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「分離変換技術」を用いれば、「セシウム」を「プラセオジム」に「ストロンチウム」を「モリブデン」、「カルシウム」は「チタン」、「タングステン」は「白金」に変わることになります。こうしてみると、放射性元素を異なる元素に変えられるというのは非常に興味深い点です。ちなみに「セシウム」から変換した「プラセオジム」は、希土類元素のひとつでプラセオジム磁石、顔料、溶接作業用ゴーグル、光ファイバーへの添加材料などに使用されます。「セシウム」と比較すると非常に無害な物質になると言えます。「セシウム」の変換効率は100%近いものもあるということを研究チームは発表しているようです。研究チームは「セシウム」の場合、「パラジウム」多層膜の内部で4個の重水素が1個の「セシウム」の原子核に十分近づき、陽子4個と中性子4個が加わり「プラセオジム」になったとの仮説を立てています。


「元素変換・三菱重工業」

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元素変換のポイントとなったのは、1989年に提唱された「常温核融合説」です。これは、太陽などの超高温の限られた環境でなくても核融合が起こり、その反応による大きなエネルギーを獲得するという現象を再現しようと世界中で再現実験が研究され、成果は良いものではありませんでした。「三菱重工業」もこの分野の研究を開始。「三菱重工業」は、エネルギーに着目するのではなく、元素の変換を示す方が実証しやすいと考え、「元素変換」に注目して研究を進めたのです。その過程で兵庫県にある世界最高水準の物質分析技術を持つとされる大型の放射光施設「SPring-8」を使用して、微量な元素の存在を計測するなどしてきました。「三菱重工業」の研究に協力してきた独立行政法人・材料研究機構の水素利用材料ユニット長である西村睦は「現在まだ解明されていない新種の元素変換反応の可能性を示唆している」コメントしています。そして、2011年の東日本大震災による福島第一原発の事故によって、放射性物質を拡散する東京電力福島第一原子力発電所の光景を前に「三菱重工業」は「元素変換をもっと大規模に研究していれば」との声に耳を傾け、この10年で「元素変換」に関する技術は実用化への移行段階を考えられるまで開発は進められたのです。例えば、ごく少量しか変換できないという課題も電気分解によって反応膜表面近傍の重水素密度を高める手法を用いて100倍以上に増加しています。この技術を実用化できれば、放射性物質の処理という大きな問題の解決方法が解明されるかもしれません。放射性廃棄物の処理は現在のところ進んでいません。原子力発電によって発生した放射性廃棄物の処理方法については、日本政府は放射能レベルの高い廃液をガラス固化体にしたものを地層処分するという方針を取っています。しかしながら、最終処分場をどの場所に作るかということに関しては明確化していません。世界的にもフィンランドの南西部に位置するオルキルオトという地点で建設が始まっています。今後は原子力発電によってエネルギーを供給する動きが活発化するかもしれません。ヨーロッパ各国においては、環境にやさしい「グリーンエネルギー」として原子力発電を認める方針を発表しているからです。もし、「元素変換」の原理が明らかになっていくならば、実用化されるとともに放射性廃棄物の無害化という解決策として取り入れられる可能性があります。それゆえに「三菱重工業」や「豊田中央研究所」が、この「元素変換」の研究開発を進めていくようです。

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管理人:TMM

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未来に残したい、繋げたいをテーマに日々を過ごすことに夢中。そのテーマに自然界、歴史、科学、教育など、あらゆる方面から未来と過去を行き来出来たら、現在どうなっているか、これから先どうなるのか気になることが多く、今更ながら様々な分野を勉強中。