原子力発電所から出る核廃棄物や使用済み核燃料を活火山の火口に投棄しても大丈夫でしょうか？ ADS とはどのようなブラックテクノロジーですか?

原子力発電所は、運転中に、数サイクルを経た燃料集合体や制御棒などの核廃棄物を必然的に生み出します。地球上には多くの活火山があり、そのほとんどは無人地域にあります。

これらの核廃棄物を火山に投げ込んで、火山で燃やすことができるのでしょうか?それともマグマに沿って地殻深部まで流れ込み、放射能を除去するのでしょうか?

原子力発電所は稼働中に放射性廃棄物をいくらか生成しますが、高レベル放射性廃棄物は主に燃焼した使用済み燃料です。

核燃料に使用される主な物質は二酸化ウランセラミック燃料コアです。二酸化ウランの融点は通常2800℃です。燃料棒被覆管はジルコニウム・ニオブ合金です。これは、ジルコニウムニオブ合金が、300～400℃の高温高圧水中で優れた耐食性と機械的特性を持つためです。燃料棒を包むのによく使われますが、温度が400度を超えると水と反応してしまいます。

火山のマグマの温度は、実はみんなが想像するほど高くはありません。酸性マグマの温度はわずか650〜850℃、塩基性マグマの温度はわずか1100℃程度です。つまり、燃料棒を火口に投げ込んでも、まったく溶けず、火山が噴火すると地面に噴き出すことになる。

火山灰は肥沃な土壌を提供します。多くの国の農家はクレーターの近くで作物を栽培しています。放出された核廃棄物は必然的に近隣の人々の健全な健康に影響を与えるだろう。より深い火口を持つ死火山であれば、核廃棄物の埋設地として利用できる。核廃棄物は地中深くに埋められた後、時間の経過とともに自然に崩壊し、放射能は弱まります。

図: 核燃料集合体

核廃棄物が活火山での保管に適さないもう一つの理由は、半減期が放射性物質の固有の特性であることです。溶融などの物理的変化だけでは、放射性物質の半減期を変えたり、放射能を除去したりすることはできません。

核廃棄物が放射性であるのは、その中の放射性物質の一部が絶えず自然に崩壊しているからです。崩壊の速度を測定する物理量は半減期と呼ばれます。核廃棄物中の放射性元素の半減期は数十年から数十億年の範囲です。放射性物質が固体であるか液体であるかにかかわらず、その半減期は変化せず、つまり放射能の強さは変化しません。

図: 放射性崩壊

使用済み燃料が非常に有害である理由は、人体に極めて有害な高放射性元素が含まれているからです。私たちが普段恐怖とともに語る核廃棄物は、主にこのカテゴリーを指します。原子燃料は原子炉内で中性子の衝突により核反応を起こし、燃焼度が取り出し基準に達した燃料集合体は原子炉から取り出され、使用済み燃料と呼ばれます。使用済燃料には、使われずに残った付加価値物質238Uや232Th、未燃焼で新たに発生した核分裂性物質Pu239、U235、U233、さらに核燃料の照射過程で生成されたNp、Am、Cmなどの超ウラン元素、核分裂性元素Sr90、Cs137、Tc99などが大量に含まれています。

図：燃焼前と燃焼後の組成比較 *出典：世界原子力協会

では、この使用済み燃料を適切に処分するにはどうすればいいのでしょうか?

治療法は大きく分けて2つあり、1つはアメリカ、カナダ、スウェーデンなどの国で行われているオープンサイクルです。一般的に言えば、深層埋設貯蔵のための安定した地質帯を見つけることです。 2つ目は、我が国、日本、フランスなどの国が採用している閉鎖サイクルで、使用済み燃料を分離・抽出し、その中のウランとプルトニウムを抽出して再利用するものです。私の国はまだ発展段階にあります。

最後に、加速器駆動型未臨界システムである有名な先進原子力システム ADS システムについて触れておきます。上の写真からもわかるように、燃やされた使用済み燃料にはウランやプルトニウムだけでなく、他の放射性物質も含まれています。使用済み燃料からウランやプルトニウムを抽出した後も、アクチニドなどの放射性廃棄物はそのまま残ります。これらの放射性物質の半減期は数十年から数十億年に及びます。加速器によって生成された陽子ビームは、亜臨界炉内の重金属ターゲット（液体 Pb または Pb-Bi 合金など）に衝突し、核破砕反応を引き起こします。その後、核内および核外カスケードによって中性子が生成されます。 1 GeV のエネルギーを持つ陽子は、厚いターゲット上で約 30 個の中性子を生成します。核破砕中性子ターゲットは、亜臨界炉に外因性中性子を供給します。これらの中性子は核変換システム内の使用済み燃料の核変換を引き起こし、放射性物質の半減期を数十億年から数百年に短縮します。 ADSシステムは使用済み燃料焼却炉に相当し、最も理想的な使用済み燃料処理技術です。私の国は優れた研究成果を達成しました。

最後の言葉

使用済み燃料の再処理技術は、まさに原子力の発展において解決すべき問題であり、また多くの人々の原子力に対する攻撃の中心的標的でもある。しかし、反原発派が言うように、使用済み燃料が行き場を失って放置されることはないだろう。私を傷つけようとする乱暴な人々が常に存在すると考える必要はありません。近い将来、使用済み燃料問題は解決されるだろう。現在、カーボンニュートラルとカーボンピークの達成に向けて大きなプレッシャーがかかっています。地球温暖化の傾向の中で、原子力エネルギーは最良の選択ではありませんが、良い選択です。