次世代核反応炉が新たな廃棄物管理の課題に直面

核廃棄物プロトコルとその限界

世界の原子力発電所は毎年約10,000トンの使用済み燃料廃棄物を生産しながら、全球電力の約10%を供給しています。7十年間の間に、業界は十分に理解された廃棄物管理システムを開発しました：使用済み燃料は反応炉から冷却プールへ、その後ドライキャスクへ、最終的に深層地質処分地へ移動します。フィンランドはこのような施設の建設で最も進んでいます。南西沿岸のOnkaloサイトは今年運用開始予定です。一方、アメリカは政治的反対により指定されたYucca Mountainの処分地を進めることができていません。

今、新世代の反応炉設計が商業化に近づいており、専門家らはこれらが廃棄物処理の物理的インフラとそれを統治する規制枠組みの両方に対して修正（場合によっては大規模な修正）が必要になると警告しています。

新しい燃料、新しい問題

X-energyが開発しているような高温ガス冷却反応炉はTRISO fuelを使用します。これは黒鉛球に埋め込まれた複数の保護層に囲まれたウラン核です。運転中に汚染された黒鉛はウラン含有物質から容易に分離できません。全体のアセンブリは高レベル廃棄物として扱う必要があり、廃棄物流は同等の軽水炉よりも著しく大量になります。X-energyはTRISOの保護層が湿式貯蔵の必要性を排除することに注意します。燃料は直接ドライ貯蔵に行くことができますが、大量取扱いの課題は依然として残ります。

融塩反応炉は異なる問題を提示します。核燃料は冷却剤としても機能する融塩に直接溶解します。これは反応炉が廃止されるとき、融塩の全体積が事実上高レベル廃棄物になることを意味し、燃料集合体だけが高レベル廃棄物である従来設計よりもはるかに多くなります。

高速炉と熱の問題

TerraPowerのNatrium設計で代表されるナトリウム冷却高速炉（3月初旬にNRC建設許可を取得）は燃料をより完全に燃焼させ、材料単位あたりより多くのエネルギーを抽出します。しかし高速炉の使用済み燃料はより高い濃度の核分裂生成物を含み、単位質量あたり著しくより多くの熱を生成します。

熱は処分地設計の主要な工学制約です。深層処分地は、使用済み燃料が周囲の岩石を構造的妥協またはその他の地下水化学変化のポイントまで加熱しないことを確保する必要があります。高速炉燃料の高い熱出力は、処分地が廃棄物パッケージ間のはるかに大きな間隔を必要とするか、恒久的埋設前にはるかに長期間のアクティブ冷却が必要であることを意味します。両方とも容量とコストに影響します。

ナトリウム冷却剤はまた化学的複雑さをもたらします：ナトリウムは水と激しく反応するため、ナトリウム汚染燃料は単純に水冷却プールに行くことができません。TerraPowerは残存ナトリウムを最初に除去するための窒素ブロー工程を設計し、独自の安全要件を持つ取扱ステップを追加します。

業界が対応していること

Nuclear Innovation Allianceは各主要な先進反応炉タイプの処分経路を検査した包括的な2024年報告書を公開しました。ほとんどの専門家は、既存の制度的枠組みは工学的修正により新しい廃棄物タイプに対応でき、反応炉が実際に運用されるまでそれらの修正の規模が不確実であることに同意しています。研究者Allison MacFarlaneは次のように要約しています：「これらの反応炉はまだ存在しないため、それらが生成する廃棄物の詳細について私たちは本当に多くを知りません。」

本記事はMIT Technology Reviewの報道に基づいています。元記事を読む。