プルサーマルで使用するＭＯＸ燃料は、酸化プルトニウム粉末と燃えるウラン235はわずか0.2％の劣化ウランの粉末とを混ぜて焼き固めて、燃料ペレットにします。この燃料ペレットを被覆管に詰めたものが燃料棒で、この燃料棒を集めたのがＭＯＸ燃料集合体です。図１は加圧水型のＭＯＸ燃料集合体ですが、この図に見られるように、３種類のプルトニウム富化度をもつ燃料棒が組み合わされています。富化度というのは、燃料ペレットに占めるプルトニウム239の割合のことで、ウラン燃料におけるウラン235の濃縮度に相当します。
高富化度燃料棒＝176本、富化度・7.15％、中富化度燃料棒＝76本、富化度・4.15％、低富化度燃料棒＝12本、富化度・3.05％となっていて、平均の富化度は6.1％となっています。これはプルトニウムがウランに比べて中性子の吸収が大きく、燃焼温度が高くなるため、プルトニウムの量を変えて、配置に工夫をこらしているためです。しかしプルトニウムとウランを微細な粉末にして混ぜ合わせるのは、きわめて困難な作業で、ほんの小さなプルトニウムの塊（スポット）が存在するだけで、そこだけ燃料温度が高くなり、ＭＯＸ燃料の安全性を損なわせるのです。
このようにいろいろ配置を工夫したＭＯＸ集合体ですが、炉心にはＭＯＸ集合体は４分の１だけが入れられ、残りはウラン燃料集合体なのです。図２は４分の１ＭＯＸ炉心の配置図です。つまり複雑なＭＯＸ集合体を、さらに複雑な２重炉心にして運転するのがプルサーマルなのです。
ＭＯＸとウラン燃料の二重炉心の危険
複雑なＭＯＸ集合体、さらにウラン燃料との二重炉心の安全性は、これまでに実証されているのでしょうか。日本では、関西電力・美浜１号機で、富化度の低い４体のＭＯＸ集合体を使って運転したことあるだけです。関西電力はフランスでＭＯＸ運転の実績があると主張しています。
しかしフランスの実績とはどのようなものでしょうか？ 表１を見て下さい。プルトニウムの割合を示す
【図・１ ＭＯＸ燃料集合体】
【図・２ １／４ＭＯＸ炉心配置図（関電提供）】
全 157体 ＭＯＸ 40体
40/157=25.5%(1/4炉心)
【表・１ＭＯＸ燃料に関する富化度・燃焼度比較】
関西電力提供
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高浜４号 計 画 |
フランス の実績 |
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プルトニウム 富化度 （集合体平均） |
6.1％ | 約3.0〜3.6％ |
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最高燃焼度 （集合体平均） |
45,000ＭＷd/t |
40,000ＭＷd/t （３サイクル） |
富化度は、関西電力の計画ではフランスの実績の２倍近くも高く、燃焼度もフランスよりも高く設定されています。燃焼度とは、燃料が原子炉内に入っている間にどれだけ燃えたか（熱を出したか）を示すものです。
燃焼度が高くなると被覆管が脆化し、燃料自体も変質・変形し、燃料棒破損の危険が高まります。また燃焼度が４万を超えると途端にガスの発生が多くなり、これも燃料棒の破損につながるのです。
(W)