『WIRED』のスタッフライター。エネルギーと環境を担当。コロンビア大学でコンピューターサイエンスと英文学の学士号を取得。サンフランシスコ在住。
リンジー・クラールは、その難解さが気に入って、核廃棄物を研究することにした。放射性原子を埋める方法を考えるのは必ずしも単純ではなく、素粒子物理学、地質学や工学の詳細な知識、そして多くの規制に対する強い忍耐力が必要だ。
なかでも厄介なのが時間だ。現在、原子炉から出る核廃棄物を安全に処理できるようになるには何千年もかかるだろう。だからどの解決策にも、徹底した管理能力を求めることはできない。ただ機能させ、何世代にもわたってそれを持続させるだけ。数世代後には、それらの原子を分裂させる設備も、原子炉を設計した企業もなくなっているかもしれない。先のことはわからない。ひょっとしたら米国だってなくなっているかもしれないのだ。
2011年、ネバダ州ユッカ山の地中に廃棄物を貯蔵するという数十年越し計画が、地元の激しい反対に遭ってとん挫し、440億ドル（約6兆円）のフェデラル・ファンドが行き場を失って以来、現在米国にはこうした計画は存在しない。その後、原子力産業は、核廃棄物の中間貯蔵でうまく切り抜けてきたものの、そのおかげもあって、議会は次世代のための解決策を見出すことにほとんど関心を示してこなかった。長期的な思考は得意ではないのだろう。「これは米国の完全なる制度的失策です」とクラールは言う。
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しかしここに新たなタイプの原子炉が登場した。小型モジュール炉（SMR）だ。長い間、米国の原子力産業は停滞していたが、その理由は主に、新たな原子炉の建設に莫大なコストがかかるためだった。一方でSMRは、工場内で建設してからほかの場所に運んで電力を生成できるほど小規模だ。推進者らは、これによって現在の大型原子炉よりも費用対効果が上がり、風力や太陽光など予測が困難な再生可能エネルギーを手頃な値段で常時提供できるようになることを期待している。
また、旧型のものより放射性廃棄物が減るだろうとも言われている。エネルギー省が協力した14年の報告書では、新型炉に切り替え、リサイクル燃料をもっと多く活用すれば、米国の原子力産業は燃料廃棄物を94％削減できると推定されている。
この業界の主張に、クラールはいくつか疑念を覚えた。「SMRは概して、解決策として販売されています。というのも、SMRは地層処分場を必要としない可能性があるからです」と彼女は言う。そこでクラールは、スタンフォード大学のポスドクとして、ふたりの著名な原子力専門家とともに、まだ建設されていない24基の原子炉設計書に関する特許、研究論文、およびライセンス申請について詳しい調査を開始した。
何千ページにもおよぶ編集された文書を調べ、いくつかの公的記録を請求し、膨大な計算がなされた付録に目を通し、（いまではスウェーデンの核廃棄物会社の科学者となった）クラールは答えを得た。さまざまな観点から見ると、SMR設計は廃棄物を減らすのではなく、潜在的により多くの無駄を出す。その数字は、単位電力あたりの使用済み燃料の5倍以上、そのほかの形態の廃棄物に至っては35倍にもなる。この研究結果は、22年5月の『米国科学アカデミー紀要』に掲載された。
SMR設計の建設許可を求めるスタートアップは、この調査結果に異を唱え、「われわれは米国が恒久的な処分を選別している間に排出されるあらゆる廃棄物に備えている」と主張した。「小さな数字の5倍は、依然として小さな数です」と述べるのは、業界団体である原子力エネルギー研究所で政策と広報を担当する、ジョン・コテックだ。
しかし執筆者らいわく、廃棄物や廃止処置を含む燃料サイクルの「バックエンド（最終工程）」は、新型炉の経済的不安定さよりも大きなポイントになるという。「この論文の主旨は、議論を促すことにあります」と述べるのは、米国原子力規制委員会の元委員長であり、論文の共同執筆者であるアリソン・マクファーレンだ。「自分たちが何を扱っているのか理解するまで、そのコストがいくらになるかはわかりません」
中性子漏れをいかに防ぐか
小さな原子炉を設計すれば建設は容易になるかもしれないが、問題も生じる。中性子漏れだ。
原子炉はウラン原子に中性子を当てて分裂させることでエネルギーを生成する。これにより新たに発生した中性子が、ほかのターゲットを見つけて連鎖反応を引き起こす。しかしこれらの中性子のなかには的を外すものもある。代わりに炉心から飛び出し、原子炉のほかの部分にぶつかって「活性化」、つまり放射性物質となるのだ。
SMRの内部は中性子が飛び回るスペースが小さいため、より多くの中性子が漏れてしまう。この問題は避けては通れない。「ここでわたしたちが扱っているのは基本的に重力、つまり物理法則です」とクラールは言う。「回避策を講じなければなりません」
解決策のひとつは、内部で飛び交う中性子の速度を反射、または減速する鋼やグラファイト（石墨）などの材料で炉心を覆うことだ。しかしいずれこれらの材料も、中性子を容赦なく浴びて放射物質となり、交換が必要になる。さらに一部の原子炉設計には、ナトリウムや液体金属冷却材が含まれており、炉そのものが放射能問題を引き起こす。
論文執筆者らは、スコットランドとテネシー州の実験用原子炉を例に挙げる。そこでは、科学者らが何十年もかけて冷却システムによって汚染された部品を廃棄する方法を模索していた。これこそ、クラールのチームが最初に見つけた問題だった。SMR内が混み合っていると、多くの中性子が漏れ出すことになるが、そうした漏れを封じるために必要な材料は、必然的に放射性廃棄物になってしまうのだ。
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ふたつめの問題は燃料だ。中性子漏れを回避するもうひとつの方法は、ウラン235（実際に核分裂を起こす原子）が高度に濃縮された燃料を使うことだ。しかし研究者らは、衝突する原子の濃度が高くても、「燃焼」率の低さを考えると、結局こうした原子炉では使い残しの燃料が増えると予測している。一度使用された燃料は、その扱いに厳重な注意を払う必要がある。廃棄物内の核分裂性原子の濃度が高くなると、その「臨界質量」──つまり、連鎖反応を維持するための材料──が急激に減少し、廃棄物の揮発性が高くなる。その結果、大量の材料を小分けにして安全に貯蔵する必要が生じるのだ。
こうしたさまざまな廃棄物が出るおかげで、恒久的な貯蔵施設をつくるには複雑な計算が求められる。貯蔵施設は周囲の地質がこれらの物資を何千年にもわたって安全に隔離できるよう、慎重に設計されたものでなければならない。「はっきり言えるのは、わたしたちは多種多様な使用済み燃料を大量に抱えることになり、それは1種類の燃料を管理するよりはるかに困難になるということです」と述べるのは、この研究には参加していない、ノートルダム大学の原子力専門家ピーター・バーンズだ。
またバーンズは、この重大な調査結果に個人的な驚きはないものの、この問題を把握しておくことが重要だと付け加える。なにしろSMRは、廃棄物処理の失敗というエネルギー業界のさらなる失策が招いた気候危機に対する潜在的な解決策のひとつなのだ。「石炭サイクルの最終工程では、すべてのガスを大気に放出しました。そして放出されなかったものは、灰の山に入れました」とバーンズは言う。「原子力産業は廃棄物処理に関して素晴らしい仕事をしてきたと思いますが、最終的には処分しなければなりません。SMRの急増が問題を悪化させるというのは事実です」
核燃料リサイクルのポテンシャル
SMR建設の代表者によると、前述の計算では、施設から排出される廃棄物量が過剰に見積もられており、正確なサイズや性質はデザインによって異なるという。
論文でもっとも詳しく分析されることとなった原子炉設計者で、小型モジュール式原子炉を設計および販売する米国企業NuScaleの広報担当でもあるダイアン・ヒューズは、研究者の仮定が、使用済み燃料の不当評価につながっていると述べている。また、弊社のデザインは、サイズこそ小さいものの、化学的には既存の原子炉と同質で、新たな種類の廃棄物を生成することはないとも主張する。
ナトリウム冷却設計の建設を望む企業OkloのCEOジェイコブ・デウィッテは、使用済み冷却材の放射性は基本的に短命で、従来のナトリウム冷却原子炉の悩みの種だった汚染問題は、従来型の設計に固有のものであると述べている。「これは、否定的な側面を指摘するための限定的な分析です」とデウィッテは言う。『WIRED』が連絡を取った（小型原子炉開発）企業はすべて、廃棄物の総量は少なく、米国が恒久的な解決策を考えている間、容易に貯蔵しておくことができると返答した。
原子力エネルギー協会（NEI）のコテックは、新型炉開発の推進は、使用済み燃料の再利用や、より安全で安価な貯蔵方法の発案など、同業界が廃棄物に関する新たな解決策を見つける一助になるだろうとも語る。またコテックは、バイデン政権が脱炭素計画の一環として先進的な原子力発電を支援し、廃棄物を処理する新たな企業を求めていることから、長期処分への対応が急務となっているとも指摘している。
論文の分析に含まれていない大きなポイントのひとつは、核燃料リサイクルのポテンシャルで、これによって廃棄物の量を大幅に削減できる可能性がある。論文執筆者らは、フランスなどでの成功をよそに、リサイクルの過程で生成されるほかの形態の廃棄物や、現世代の米国の原子炉でリサイクルが定着しない懸念について述べている。しかしOkloをはじめとする多くのSMR企業は、ひとつには運用コストの削減の観点から、さらには現在新たな濃縮燃料を手軽に入手できないこともあり、このアイデアを事業に取り入れている。デウィッテによれば、同社は活性化鋼のような非燃料廃棄物を再利用する方法も見つけたいと考えているそうだ。
さらに彼は、エネルギー省が一部資金提供をしている恒久的な貯蔵に関する計画が進行中であることも指摘する。Okloは、もうひとつのスタートアップ企業Deep Isolationと組んで、地中深くまでボアホールを掘り、廃棄物の入った筒型容器（キャニスター）をそこへ送り込むアイデアを検討している。理論的には、ユッカ山のようにちょうどいい自然洞窟がある場所を必要とするわけではないので、貯蔵場所になりえる場所のタイプを拡げることができる。
しかしそれを実現する道筋──その方法が承認され、実行する場所を見つけられるかどうか──は不透明だ。現在ブリティッシュコロンビア大学の公共政策大学院のトップを務めるマクファーレンは、SMR廃棄物に対する解決策は、環境への懸念からユッカ山で起こったのと同じ反発を生むだろうと述べている。「これは技術的な問題ではなく、社会的な問題です」
原子炉が承認され、コストを考慮して建設する前に、米国規制当局も企業側も、廃棄物の処理についてもっとよく考えたほうがいいとマクファーレンは言う。長期的な貯蔵にうまく対処できている場所では、SMR業界はこのうえなく有望に見える、と彼女は付け加え、フィンランド、スウェーデン、英国を例に挙げている。「本当の問題は、米国が使用済み核燃料に対するプランをもっていないことです」とマクファーレンは言う。「いま現在、わたしは楽観的ではいられません」
（WIRED US/Translation by Eriko Katagiri, LIBER/Edit by Michiaki Matsushima）