伊方発電所３号機の原子炉設置変更許可について
平成１８年９月１２日
原子力安全・保安院

プルサーマルとは使用済燃料から取り出したプルトニウムとウランを混ぜて加工した「ＭＯＸ燃料（ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料）」を、現在の原子力発電所（軽水炉＝サーマルリアクター）で利用すること。
プルサーマル：プルトニウムの「プル」と、サーマルリアクターの「サーマル」をとってつくられた言葉です。

ＭＯＸ燃料：使い終わったウラン燃料からプルトニウムを取り出し、燃えにくいウランなどと混ぜてつくった燃料です。
※ＭＯＸ=Mixed Oxide：混合酸化物

1

ＭＯＸ燃料について
ＭＯＸ燃料は、プルトニウムを用いているが、外観はウラン燃料と変わらない。
プルトニウム酸化物

ウラン酸化物

混合ペレットプレス・焼結

セラミック
約12mm

ウラン＋
プルトニウム約8mm

2

ＭＯＸ燃料ペレット

燃料棒

燃料集合体

ウラン燃料とＭＯＸ燃料の組成
ウラン燃料

ＭＯＸ燃料

約４％ 約６％約３％

燃えやすいプルトニウム

燃えやすいウラン（ウラン２３５）

燃えにくいウラン（ウラン２３８）

燃えにくいプルトニウム約96％

注：代表的な組成を示している。
3約9１％

燃えにくいウラン（ウラン２３８）など

プルトニウムの発電割合
現在の発電所でもプルトニウムは燃えています。
ウラン炉心
ウラン炉心
炉心 全体での発 電割合︵％︶

炉心 全体での発 電割合︵％︶10080

ウラン約７０％60

4020

プルトニウム約３０％0初期※

4ＭＯＸ炉心ＭＯＸ炉心末期
約１年間の運転期間

1008060

ウラン約５０％4020

プルトニウム約５０％

0

初期

末期
約１年間の運転期間※約１年間の運転毎に、炉心の燃料の約１/３を新燃料に取り替えるが，残りは継続使用するため、ウラン炉心の運転初期でも燃焼して生成したプルトニウムを含む燃料が存在している。

原子力発電所の安全確保の基本は＝「万一の事故時にも発電所周辺の人々に放射線による影響を及ぼさないこと」
5

安全確保の基本を守るために電力会社が安全上重要な施設の変更を行おうとする都度，

6

安全審査の流れ［伊方3号機でのプルサーマル計画の場合･･･ ］
四国電力＜経済産業大臣に原子炉設置変更許可を申請＞
・ＭＯＸ燃料の使用で考えられる安全性への影響を解析
・その影響に対する対応策を検討

経済産業省＜四国電力の解析内容をチェック＞・四国電力の解析は適切か？
・国が定める安全基準を満たしているか？

(原子力安全・保安院)

原子力安全委員会
原子力委員会7＜経済産業省の審査結果をさらにダブルチェック＞文部科学大臣＜同意＞

経済産業大臣＜原子炉設置変更許可＞

安全審査のポイント
ほう素を含んだ水
原子炉
核分裂のもととなる中性子を吸収し，出力をコントロールする

制御棒① 制御棒の能力

核分裂のもととなる中性子を吸収し，出力をコントロールする② ほう素の効き④ 出力のバランス
燃 料⑧ 事故時の影響③出力の安定燃料集合体⑥ 燃料棒の安全性⑨ 燃料取扱・貯蔵⑤ 高燃焼度燃料との組み合わせ
8⑦ 燃料溶融可能性

安全審査のポイント① 制御棒の原子炉を止める能力は十分か② ほう素の効きは十分か③ 出力が急激に変動したときうまく元に戻ろうとするか④ 各々の燃料棒の出力の出方にアンバランスはないか⑤ 高燃焼度（ウラン）燃料との組み合わせの影響は⑥ 燃料棒内に気体が異常に充満して燃料棒を傷めないか⑦ 原子炉内が異常高温になったとき燃料が溶けないか⑧ 事故を想定した場合の発電所周辺への影響は⑨ ＭＯＸ燃料の取扱や貯蔵は安全に行えるか

9

安全審査のポイント

制御棒の原子炉を止める能力は十分か（２）① 制御棒の能力② ほう素の効き

原子炉出力

50%

⑤高燃焼度燃料との組み合わせ⑥ 燃料棒の安全性⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響ために必要な能力
原子炉を停 止する

④ 出力のバランス

ＭＯＸ炉心ために必要な能力
原子炉を停 止する

③ 出力の安定

これまでのウラン炉心ために必要な能力
原子炉を停 止する

100%

設計上の要求

必要な余裕
(100)

余裕

余裕

(130)

(140)

0%

未臨界度
（相対値）

燃料配置等を工夫して，必要な余裕を確保⑨ 燃料取扱・貯蔵

安全に原子炉を停止できることを確認した
安全に原子炉を停止できることを確認した
10

安全審査のポイント

ほう素の効きは十分か① 制御棒の能力② ほう素の効き

ＭＯＸ炉心ではほう素の効きが低下する傾向
ＭＯＸ炉心ではほう素の効きが低下する傾向③ 出力の安定④ 出力のバランス⑤高燃焼度燃料との組み合わせ⑥ 燃料棒の安全性⑦ 燃料溶融可能性

燃料取替時に使用したり，異常時に原子炉に注入燃料取替時に使用したり，異常時に原子炉に注入する水のほう素濃度をあらかじめ高くしておく＊
する水のほう素濃度をあらかじめ高くしておく＊＊ 燃料取替用水タンク 約3,400ppm → 4,400ppm以上
蓄圧タンク
約3,400ppm → 4,400ppm以上⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵11

ほう素の効きを確保できることを確認した
ほう素の効きを確保できることを確認した

安全審査のポイント

出力が急激に変動したときうまく元に戻ろうとするか(1)① 制御棒の能力② ほう素の効き③ 出力の安定④ 出力のバランス⑤ 燃料棒の安全性⑥ 高燃焼度燃料との組み合わせ⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵ＭＯＸ炉心の方が出力が元に戻ろうとする力が強い
ＭＯＸ炉心の方が出力が元に戻ろうとする力が強い
12

安全審査のポイント

出力が急激に変動したときうまく元に戻ろうとするか(2)① 制御棒の能力

制御棒飛び出し事故時の出力の解析結果② ほう素の効き③ 出力の安定④ 出力のバランス⑥ 燃料棒の安全性⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響

出 力⑤高燃焼度燃料との組み合わせ

10410210010-210-410-610-8

ウラン炉心
ＭＯＸ炉心

すぐにウラン炉心と差がなくなる

ＭＯＸ炉心の方が急に立ち上がるが、元に戻ろうとする反応も早い
012時

34間 (秒)⑨ 燃料取扱・貯蔵ＭＯＸ炉心の方が出力が元に戻ろうとする力が強い
ＭＯＸ炉心の方が出力が元に戻ろうとする力が強い
135

安全審査のポイント

各々の燃料棒の出力の出方にアンバランスはないか① 制御棒の能力② ほう素の効き

ＭＯＸ燃料集合体断面図（燃料棒毎のﾌﾟﾙﾄﾆｳﾑ（Pu）含有率）③ 出力の安定④ 出力のバランス⑤高燃焼度燃料との組み合わせ⑥ 燃料棒の安全性（代表例）

高Pu含有率燃料棒（約10.6wt%）
中Pu含有率燃料棒（約6.2wt%）
低Pu含有率燃料棒（約4.5wt%）
燃料集合体平均Pu含有率
約9.0wt%
案内管⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵

14

ＭＯＸ燃料は，上記のとおり，できるだけ燃料棒の出力が平坦になるように燃料棒の配置が工夫されている。

最も出力が大きくなる燃料棒についても，最も出力が大きくなる燃料棒についても，燃料は安全であることを確認した
燃料は安全であることを確認した

安全審査のポイント① 制御棒の能力② ほう素の効き③ 出力の安定④ 出力のバランス⑤ 高燃焼度燃料との組み合わせ

高燃焼度（ウラン）燃料との組み合わせの影響は
高燃焼度燃料とは、燃料の使用期間を長くするために設計された燃料のこと。これまでの48,000MWd/tに対し55,000MWd/tと約１割ほど燃焼度を増加。MOX燃料は、45,000MWd/t。
【主な影響】【確認事項】

制御棒やほう素の効きがわずかに低下する。

必要な停止余裕が確保できることを確認。

燃料間の出力の差が大きくなりやすい。

想定される出力差を前提に評価して安全を確認。

⑥ 燃料棒の安全性⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵

15

高燃焼度燃料と組み合わせても、炉心の高燃焼度燃料と組み合わせても、炉心の安全性が確保されることを確認した
安全性が確保されることを確認した

安全審査のポイント

燃料棒内に気体が異常に充満して燃料棒を傷めないか① 制御棒の能力
燃料集合体② ほう素の効き

燃料棒
ペレット③ 出力の安定B

B対応策⑥ 燃料棒の安全性

あらかじめ燃料棒の中に入れる気体（ヘリウム）の量を減らす⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵

16

解析プログ ラム

ペレットから燃料棒内に出てくる気体の量が多くなる可能性あり④ 出力のバランス⑤ 高燃焼度燃料との組み合わせ

ＭＯＸ燃料ペレットの特性解析結果(代表例)
ウラン燃料棒：0.70（設計比* ）MOX燃料棒：0.83（設計比* ）* 設計比：評価値と基準値の比

B- B断面図

燃料棒内部の圧力が安全上問題な燃料棒内部の圧力が安全上問題ない範囲に抑えられることを確認した
い範囲に抑えられることを確認した

安全審査のポイント

原子炉内が異常高温になったとき燃料が溶けないか① 制御棒の能力② ほう素の効き③ 出力の安定

最も厳しい条件下で評価するとウランペレット

ＭＯＸペレット

制限値は約2,580℃※制限値は溶融点より低く設定

制限値は約2,500℃④ 出力のバランス約2,220℃

約2,230℃⑤高燃焼度燃料との組み合わせ⑥ 燃料棒の安全性

約1,740℃

ウランペレットよりも溶融点が低い
約1,740℃⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵

17定格出力時の最高温度

異常時の最高温度

異常時の最高温度

定格出力時の最高温度

燃料中心温度の溶融点に対する余裕は確保でき，異常時燃料中心温度の溶融点に対する余裕は確保でき，異常時においてもペレットが溶けることはないことを確認したにおいてもペレットが溶けることはないことを確認した

安全審査のポイント

事故を想定した場合の発電所周辺への影響は① 制御棒の能力
第５の壁② ほう素の効きコンクリートの遮へい壁③ 出力の安定④ 出力のバランス

第１の壁

第４の壁
⑤高燃焼度燃料との組み合わせ

ペレット

原子炉格納容器⑥ 燃料棒の安全性

第２の壁
第３の壁

⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響⑨ 燃料取扱・貯蔵

燃料被覆管

原子炉容器

解析影響は，ウラン炉心もＭＯＸ炉心も変わらないことを確認した
影響は，ウラン炉心もＭＯＸ炉心も変わらないことを確認した
原子炉冷却材喪失事故の場合 約０．４９ mSv（胸のＸ線集団検診 約９．８回分）

18＊蒸気発生器伝熱管破損事故の場合 約０．５０ mSv（胸のＸ線集団検診 約１０回分）（影響の最も大きい事故）

安全審査のポイント

ＭＯＸ燃料の取扱や貯蔵は安全に行えるか① 制御棒の能力

新燃料受け入れ② ほう素の効き③ 出力の安定④ 出力のバランス

使用済燃料の取扱い

・遮へい機能を有する専用設備

・すべて水中で取扱うで取扱う・ウラン燃料と取扱は同じ

・使用済燃料ピットに保管⑤高燃焼度燃料との組み合わせ⑥ 燃料棒の安全性⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響

ＭＯＸ新燃料取扱設備⑨ 燃料取扱・貯蔵

ＭＯＸ燃料の安全な取扱が可能なことを確認した
ＭＯＸ燃料の安全な取扱が可能なことを確認した
19

安全審査のポイント使用済ＭＯＸ燃料の貯蔵は安全に行えるか① 制御棒の能力
ＭＯＸ燃料はウラン燃料よりも長い時間熱を出し続ける

MOX燃料全発熱量③ 出力の安定④ 出力のバランス⑤高燃焼度燃料との混在

最も厳しい条件下（使用済MOX燃料が貯蔵容量いっぱいの場合）での水温を解析

発熱量 （ Watt/Assembly ）② ほう素の効き

1.0E+06⑥ 燃料棒の安全性

1.0E+05

1.0E+04

1.0E+03

1.0E+02
1.0E-01

ｳﾗﾝ燃料全発熱量

1.0E+00⑦ 燃料溶融可能性⑧ 事故時の影響

1.0E+01
1.0E+02
冷却時間 （ 日 ）使用済燃料ピット水浄化冷却設備
使用済燃料ピット水浄化冷却設備
で十分冷却できることを確認したで十分冷却できることを確認した⑨ 燃料取扱・貯蔵
MOX燃料貯蔵時
20

使用済燃料ピットの水温基準値

57.9 ℃

65 ℃

1.0E+03

1.0E+04これまでにプルサーマルに関して許可した実績
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）

・関西電力高浜発電所３，４号炉
平成１０年 ５月１１日 原子炉設置変更許可申請
平成１０年１２月１６日 原子炉設置変更許可

・九州電力玄海原子力発電所３号炉
平成１６年 ５月２８日 原子炉設置変更許可申請
平成１７年 ９月 ７日 原子炉設置変更許可

・四国電力伊方発電所３号炉
平成１６年１１月１日 原子炉設置変更許可申請
平成１８年３月２８日 原子炉設置変更許可

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）

・東京電力福島第一原子力発電所３号炉
平成１０年１１月 ４日 原子炉設置変更許可申請
平成１１年 ７月 ２日 原子炉設置変更許可

・東京電力㈱柏崎刈羽原子力発電所３号炉
平成１１年 ４月 １日 原子炉設置変更許可申請
平成１２年 ３月１５日 原子炉設置変更許可
21原子炉設置変更許可後も安全の確保に努めます
審査のポイント
ＭＯＸ燃料の製造時申請されたMOX燃料の詳細仕様が基準を満たしているか。
MOX燃料をきちんと造れるか。
（輸入燃料体検査）

原子炉へＭＯＸ
燃料を入れる時

詳細な原子炉の制御性等が基準を満たしているか。
（工事計画認可）

ＭＯＸ燃料を入れての運転中申請された運転中の約束事が安全管理上問題なく，災害防止上十分か。
（保安規定変更認可）

22

検査で確認