2012/11/27

Contents

資源・材料とエネルギー，Part 2No.4

生成と分布（11月6日）•

宇宙・地球の歴史，資源・エネルギーの分布探索と採取（11月13日）•

探査技術，採取技術，など

利用と貯蔵（11月20日）•

利用方法，貯蔵方法，材料生産，リサイクルなど

原子力発電とグリーンエネルギー（11月27日）【小テスト・アイディア提案】•

原子力発電の方法，放射性廃棄物，新エネルギー，新技術など

資源・材料とエネルギーの未来（1月15日） 【小テスト・完結編】
工学研究科市民工学専攻
芥川真一•

未来の資源・エネルギー政策について発表＆討論

Standard model1

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The Earth and rocks

High level nuclear waste

高レベル放射性廃棄物処分の現状
200４年１月２９日（木）土木学会「土木会館」講堂

原子力発電環境整備機構（原環機構）
Nuclear Waste Management Organization ofJapan(NUMO)
土 宏之

122

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ガラス固化体ができるまでガラス固化体の放射能の推移
核燃料１MTUから発生するガラス固化体の放射能が，燃料の製造に必要なウラン鉱石の全量（約750ｔ）が持つ放射能と同じレベルになるまでに数万年程度という時間を有する。

再処理工場

1110

再処理

使用済燃料

核 燃 料 １to n ( M TU ) に 相 当 す る 放 射 能 [G Bq]

原子力発電所

核分裂生成物等を含む放射性廃液

約95~97%10ウランとプルトニウムを回収し，燃料として再利用

ガラス固化体1091081010710109

再処
再 再処理・ガラス固化
処 理理 ・・ ガガ ラ
ラ スス 固固 化化

87

燃料装荷
燃
荷
燃 料料 装装 10
荷

6610

濃 縮
縮
濃縮濃510ウ
ウ ララ ン
ン 採
採 鉱鉱 ・・

101031010ミ

ル テ ー リ

101011010ウ ラ ン 鉱 物 と し て
地 質 環 境 に 賦 存

010転換

10-2108641021032発
電-1ガ
ラス
固化
体
貯蔵

-2010使用済
燃料貯蔵

1燃料0製10造-1104ン グ

減 損 ウ ラ ン

25製製 錬
錬

ウラン採鉱・精錬

41010101010• 高さ：約 1.3 m• 外径：約 40 cm• 重さ：約 500 kg• 固化ガラス容積：約150ℓ

11燃料
燃 燃料取り出し
料 取
取 りり 出
出 しし

1010

約3~5%

010021010燃 料 装 荷 ま で [y]の 時 間

461081010燃 料 装 荷 か ら [y]の 時 間ウ ラ ン 原 料
ウ ラ ン 鉱 石 （ 品1％位）（13（約750 ton ）六（フッ化約10 ton ） （ウガ ラ ス 固 化 体

核ラ 燃ン 料）

（ｳﾗ:1 ﾝton (MTU) ）約500 kg ）14

出典：核燃料サイクル開発機構「地層処分研究開発第２次取りまとめ 総論レポート」

ガラス固化体は貯蔵管理されています

地層処分の概要
火山・断層活動が多い

わが国の地質環境の特徴

地下水の存在対 策
日本原燃㈱高レベル放射性廃棄物貯蔵管理センター

発生数量（ガラス固化体換算）
約16600本
末)

ガラス固化体の貯蔵（30～50年間冷却のため貯蔵管理）（六ヶ所村の高レベル放射性廃棄物貯蔵センターの例）

約40000本頃)

多重バリアシステム
ガラス固化体オーバーパック(2002年
場所の選定

約1100～1400本／年
出典：日本原燃㈱

安定な地質環境を選定

緩衝材処分場(2020年

保管数量

安全性の確認

日本原燃
616本
サイクル機構 130本 15（H1５年1月末）

地層処分の多重バリアとは工学的対策

岩盤

地層処分システムの安全性の評価
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公募関係資料天然バリア

処分場の概要

応募の検討にあたり，処分場とはどのようなものかを理解するうえでの参考となるように，処分場の構成や安全性などを例示

岩 盤

沿岸部

内陸部

人工バリア

地上施
設

緩衝材
（粘土）

港湾施設

地上施
設

斜坑

オーバーパック（金属製容器）

斜坑
立坑

建設用坑道

操業用坑道

処分パネ
ル
操業用坑道

ガラス固化体

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建設用坑道

処分パネ
ル
地下施
設

地下施
設

仕様 の一例（現時点の概略仕様）

仕様の一例（現時点の概略仕様）

地上施設• 敷地面積：1,000,000m2
地下施設• 深度：1000m； 大きさ（平面）：約３km×約２km• 立坑：6本； 斜坑：1本• 坑道延長（立坑，斜坑除く）：約250km• 総掘削量（立坑，斜坑除く）：約630万m3• 立坑＋斜坑の延長距離：約20km；• 立坑＋斜坑の掘削量：約60万m3

地上施設• 敷地面積：1,000,000m2
地下施設• 深度：500m； 大きさ(平面)：約3.5km×約1.5km• 斜坑：6本• 坑道延長(斜坑除く)：約200km• 総掘削量(斜坑除く)：約230万m3• 斜坑の延長距離：約40km• 斜坑の掘削量：約120万m3

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３段階の処分地選定過程

処分事業のスケジュール

最終処分施設建設地の選定は３つのステップで進めます
日本全国概要調査地区

最終処分施設建設地

精密調査地区

平成１０年代

平成２０年代２０１０

平成３０年代
２０２０

Step-1

最終処分施設建設地選定

概要調査地区選定

ボーリング調査

地下の調査施設

最終処分施設市町村からの応募

概要調査地区の選定段階
調査対象：応募区域およびその周辺の地域
調査方法：文献調査
調査目的：自然現象による地層の著
しい変動の記録がなく，かつ，将来にわたってそれが生じる恐れが少ないと見込まれること等の確認

精密調査地区の選定段階
調査対象：概要調査地区
調査方法：ボーリング調査，物理探査 等
調査目的：最終処分を行おうとする地層およびその周辺の地層が安定していること，坑道の掘削に支障がないこと，地下水の水流等が地下施設に悪影響を及ぼすおそれが少ないこと等の確認

平成４０年代
２０３０

Step-３

２１００

２０３３～２０３７

公文

概

精

建

操

閉

募

献

要

密設

業

鎖

開調

調

調

段

段

段

始査

査

査

階

階

階

最終処分施設建設地の選定段階
調査対象：精密調査地区
調査方法：地上での調査，地下の調査
施設での測定・試験等
調査目的：最終処分を行おうとする地層の物理的･化学的性質等が最終処分施設の設置に適していること等の確認。
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Step-２

精密調査地区選定

調査段階：約 ２５年

約１０年

約 ５０年

約１０年

約 １００年20

技術アドバイザリー委員会（ITAC・DTAC)

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Waste -> Gas4

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Nature oriented5

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Oil shale -> Earthquake?

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CO27

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Thunder ?

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Bio refinary9

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E=mc2•

この式は、質量とエネルギーが等価であることを意味する。反応の前後で、全質量が Δm 減るならば、それに相当する Δmc2 のエネルギーが運動、熱、あるいは位置エネルギーに転化されることになる。

••

•
•
•
•
•
•
•

なお、これは原子核反応に限ったものであるという誤解があるが、実際には原子核反応の観測により実証されたというのが正しい。質量とエネルギーが等価であることは、原子核反応に限った話ではなく、全ての場合において成り立つ。例えば、電磁相互作用の位置エネルギーに由来する化学反応では、反応の前後の質量差は無視できるほど小さい（全質量の 10−8 % 程度）が、強い相互作用の位置エネルギーに由来する原子核反応
ではその効果が顕著に現れる（全質量の 0.1 - 1 % 程度）というだけの話である。水力発電のような重力の位置エネルギーに由来する場合であっても、質量とエネルギーの等価は成り立つ。
この関係式で、質量 1 kg をエネルギーに変換すると次のようになる。
89,875,517,873,681,764 J と等価
24,965,421,632 kWh と等価
21.48076431 Mt の TNT の熱量と等価
広島に投下された原子爆弾で核分裂を起こしたのは、爆弾に詰められていたウラン 235（約50kg）だが、実際に消えた質量は0.7g程度だったと推測されている。一方、反物質が通常の物質と対消滅反応すればその質量が100%エネルギー変換されるため、核反応とは比較にならない莫大なエネルギーが発生する。逆に対生成で物質や反物質を得るにはそれだけの莫大なエネルギーを要する事になる。

••

特殊相対性理論の中でも本項の式が特に有名であるため、十分に理解されないまま使われることも多い。例えば、上述の一般的なエネルギーの関係式を知らないためか、いかなる場合も E = mc2 であるとして特殊相対性理論を誤って解釈したり、その誤った解釈を元に特殊相対性理論は間違っていると主張されたりすることも少なくない。

••••

式の意味の詳細については、特殊相対性理論を参照のこと。
質量とエネルギーの等価性は「宇宙に始まりがあるのなら、どうやって無から有が生じたのか?」という、ある意味哲学的な命題にも、ひとつの解答を与える事となった。宇宙の全ての重力の位置エネルギーを合計するとマイナスになるため、宇宙に存在する物質の質量とあわせれば、宇宙の全エネルギーはゼロになるというのが、解答である[1]（もちろん、これだけでは説明がつく訳ではなく、様々な理論が関わってくる）。

Let’s calculate!

1kg = 24,965,421,632

World power use per year

Japanese power use peryear

1000

2.49654E+1320261

1E+122.0261E+16811kg

1081

1E+121.081E+1543kg

2112(Unit: Wh)

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Personal Fabricator
Professor Michio Kaku

原材料

Call it do-it-yourself manufacturing.
Call it a factory on your desktop.
Call it a Fab Lab.
Neil Gershenfeld says the day iscoming when we can design andproduce our own products at homewith a device called a personal
fabricator. Simply download thedescription of say, a toaster, feed
the design and materials into thismachine that makes machines,
push a button, and out comes thetoaster.

工場

製品

任意物質

Personal Fabricator

欲しいものStandard model

Gershenfeld hopes to bring hightech manufacturing to the masses
and says it will soon be possible for
us to create any object we desire —from a toy to a gadget to evenanother personal fabricator. Hesays that personal fabricators areabout to revolutionize the world
just as personal computers did ageneration ago. He predicts thatsoon in every home we will have apersonal fabricator on our desktops,
along with a computer and printer.
Gershenfeld is director of MIT’s
Center for Bits and Atoms (CBA), across-campus program that isworking to merge the digital world
with the physical world. On this day,he is talking about how he waswholly surprised the day it allbegan.

112012/11/27

所属：

学籍番号：

氏名：

資源・材料とエネルギー，小テスト・アイディア提案 2012.11.27「日本の今後100年の資源・エネルギー政策の在り方について」と題したあなたの提言を記述してください．これまでの講義で扱われた情報も勘案しつ
つ，将来期待できそうな技術も予想したうえで，オリジナルなアイディアを提案してください．面白いアイディアは最終日に皆さんに披露していただく可
能性もありますのでご了解ください．可能であればイラストも入れながら分かりやすく記述してください．裏面も使って結構です．また，最終日には全体を通しての小テスト・完結編を予定しています．

Energy strategy forthe next 100 years

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