使用済み核燃料が発生する熱量は？

質問

これらは水の中で保存したり、或いはその熱で原子力電池を作って衛生に実用化されていると聞きますが、一体どれくらいの熱量がでているものなのでしょうか？

回答No.1

lo-tokai · ベストアンサー

原子炉で発生する熱エネルギーは、『核分裂』と『崩壊』によるものです。

　核燃料物質が、核分裂を起こすと、質量数が９０前後（クリプトン８７、ストロンチウム９０など）の物質と、質量数が１３５前後（よう素１３１、セシウム１３７など）の物質に分裂します。

　これらの分裂した物質を『核分裂生成物』と呼びます。原子炉で発生するエネルギーの約９３％が、この核分裂生成物の運動エネルギーによるものです。（核分裂の際同時に発生する、中性子の運動エネルギーとガンマー線のエネルギーもわずかに含まれます）

　また、この核分裂生成物は非常に壊れやすく、『ベータ崩壊』と『アルファ崩壊』（崩壊は壊変ともいいます）と呼ぶ現象を起こし、また、新たな他の物質に変わっていきます。

『ベータ崩壊』は、物質の原子核の中の中性子が、陽子と電子（この電子をベータ線と呼びます）及びニュートリノに分かれてしまう現象です。
『アルファ崩壊』は、原子核が壊れる際に、ヘリウムの原子核を放出（これをアルファ線と呼びます）する現象です。

　原子炉の中で発生する崩壊は、ほとんどがベータ崩壊です。　ただし、このときも中性子やガンマ線を発生します。これらのエネルギーは原子炉で発生するエネルギーの約７％になります。

　原子炉を停止すると『核分裂』はほとんど起こらなくなりますが、『崩壊』はまだしばらく続きます。（急速に減少しますが、この崩壊による熱（『崩壊熱』）がほとんど無視できるほどになるには、数ヶ月ｅ以上かかります）　従って、使用済み核燃料は、熱交換設備があるプールの中で冷却します。

　前述のように、原子炉を停止した直後の崩壊熱は、原子炉の出力の約７％あるということになります。
　実験式による計算上では、１時間後には約１．３％、１日後には約０．７％程度となっています。

　『原子力電池』は、物質が崩壊するときの崩壊熱を利用し、ペルチェ素子などの特定の物質に温度差を与えることにより電気を発生させる原理（ゼーべック効果と呼びます）を利用したものですが、ガンマー線による人体への影響が大きいなどの難点があります。
　人工衛星などに搭載することはありますが、その効果からいって実用的ではありません。実験レベルではあっても、一般的にはあまり使われていないはずです。

お礼

大変専門的な回答を有り難うございました。
カッシーニで使われているプルトニウム電池の原理も分かりました。
でも発生する熱が利用されていないのはもったいないですね。
恐らく貴殿以上の知識は得られないと思うのでこれにて締め切りますが大変参考になりました。