小型モジュール式原子炉は高レベルの核廃棄物を生成します

原子炉は、温室効果ガスの排出を制限しながら、信頼できる電力供給を生み出します。 しかし、1,000メガワットの電力を生成する原子力発電所は放射性廃棄物も生成し、それは何十万年もの間環境から隔離されなければなりません。 さらに、大規模な原子力発電所の建設費は数百億ドルになる可能性があります。

技術者は、アイダホ国立研究所のサイトにあるAdvancedTestReactorで実験を行います。 (画像クレジット:アイダホ国立研究所提供)

これらの課題に対処するために、原子力産業は、300メガワット未満の電力を生成し、工場で組み立てることができる小型モジュール式原子炉を開発しています。 業界アナリストは、これらの高度なモジュラー設計は、従来の大規模原子炉よりも安価で、放射性副産物の生成が少ないと述べています。

しかし、5月30日の週に公開される研究 国立科学アカデミーの議事録 反対の結論に達しました。

「私たちの結果は、ほとんどの小型モジュール式原子炉の設計により、管理と処分が必要な核廃棄物の量が実際に増加することを示しています。私たちのケーススタディでは、原子炉の場合は2〜30倍になります」と研究の筆頭著者で元マッカーサーのリンゼイクラルは述べています。スタンフォード大学の国際安全保障協力センター(CISAC)のポストドクトラルフェロー。 「これらの調査結果は、高度な核技術について提唱者が主張しているコストと廃棄物の削減のメリットとは対照的です。」

世界の原子力

世界で約440基の原子炉が稼働しており、世界の電力の約10パーセントを供給しています。 米国では、93基の原子炉が国の電力供給のほぼ5分の1を生成しています。

石炭や天然ガスで稼働する発電所とは異なり、原子力発電所は地球温暖化の主な原因である二酸化炭素をほとんど排出しません。 支持者は、クリーンエネルギーに対する世界的な需要が高まるにつれて、気候変動の影響を最小限に抑えるためにより多くの原子力発電が必要になると述べています。

しかし、原子力はリスクがないわけではありません。 米国だけでも、商用原子力発電所は88,000メートルトン以上の使用済み核燃料と、かなりの量の中間および低レベル放射性廃棄物を生産しています。 最も放射性の高い廃棄物、主に使用済み燃料は、何十万年もの間、深く掘り下げられた地質学的貯蔵所で隔離されなければなりません。 現在、米国はネバダ州のユッカ山のサイトに数十億ドルを費やした後、地層処分場を開発するプログラムを持っていません。 その結果、使用済み核燃料は現在、原子炉サイトのプールまたはドライキャスクに貯蔵されており、年間約2,000メートルトンの割合で蓄積されています。

単純なメトリック

一部のアナリストは、小型のモジュール式原子炉は、はるかに大型の従来型原子炉と比較して、生成される使用済み核燃料の質量を大幅に削減すると主張しています。 しかし、クラルと彼女の同僚によると、その結論は過度に楽観的です。

「使用済み燃料の質量の推定値などの単純な測定基準では、使用済み燃料やその他の放射性廃棄物の保管、梱包、廃棄に必要なリソースについての洞察はほとんど得られません」と、現在の科学者であるクラルは述べています。スウェーデン核燃料廃棄物管理会社。 「実際、小型モジュール炉からの核廃棄物の流れの管理と処分を分析した研究は非常に少ない。」

数十の小型モジュール式原子炉の設計が提案されています。 この研究のために、Krallは、東芝、NuScale、およびTerrestrialEnergyによって開発されている3種類の小型モジュール式原子炉からの核廃棄物の流れを分析しました。 各企業は異なるデザインを使用しています。 ケーススタディの結果は、理論計算とより広範な設計調査によって裏付けられました。 この3方面からのアプローチにより、著者は強力な結論を導き出すことができました。

「これらの原子炉はまだ稼働していないため、分析は困難でした」と、研究の共著者であるスタンフォード大学のフランク・スタントン原子力安全学教授でCISACの共同ディレクターであるロドニー・ユーイングは述べています。 「また、一部の原子炉の設計は独自のものであり、研究にさらなるハードルを追加しています。」

中性子漏れ

中性子が原子炉コア内のウラン原子を分割するときにエネルギーが原子炉で生成され、他のウラン原子を分割するために続く追加の中性子を生成し、連鎖反応を引き起こします。 しかし、一部の中性子はコアから逃げ出し(中性子漏れと呼ばれる問題)、鋼やコンクリートなどの周囲の構造材料に衝突します。 これらの物質は、コアから失われた中性子によって「活性化」されると放射性になります。

新しい研究では、小型のモジュール式原子炉はサイズが小さいため、従来の原子炉よりも多くの中性子漏れが発生することがわかりました。 この漏れの増加は、廃棄物の流れの量と組成に影響を与えます。

「漏れる中性子が多ければ多いほど、中性子の活性化プロセスによって生成される放射性崩壊の量が多くなります」とユーイング氏は述べています。 「小型モジュール炉は、従来の発電所の少なくとも9倍の中性子放射鋼を生成することがわかりました。 これらの放射性物質は、廃棄する前に注意深く管理する必要があり、費用がかかります。」

この研究では、小型モジュール式原子炉からの使用済み核燃料は、抽出される単位エネルギーあたりの排出量が多く、既存の発電所から排出される使用済み燃料よりもはるかに複雑になる可能性があることもわかりました。

「一部の小型モジュール式原子炉の設計では、廃棄のために管理が困難な廃棄物を生成する可能性のある化学的にエキゾチックな燃料と冷却剤が必要です」と、ブリティッシュコロンビア大学公共政策・グローバル問題学部の教授兼ディレクターであるアリソンマクファーレンは述べています。コロンビア。 「これらのエキゾチックな燃料と冷却剤は、廃棄する前に費用のかかる化学処理が必要になる場合があります。」

「業界と投資家への重要なメッセージは、燃料サイクルのバックエンドには、対処しなければならない隠れたコストが含まれている可能性があるということです」とマクファーレン氏は述べています。 「これらの原子炉の廃棄物への影響を理解することは、原子炉の設計者と規制当局の最大の利益になります。」

放射線毒性

この研究は、全体として、小さなモジュール式の設計は、放射性廃棄物の生成、管理要件、および処分オプションに関して、従来の原子炉より劣っていると結論付けています。

1つの問題は、使用済み核燃料からの長期放射線です。 研究チームは、10,000年後、3つの研究モジュールから排出される使用済み燃料中のプルトニウムの放射毒性は、抽出される単位エネルギーあたりの従来の使用済み燃料中のプルトニウムよりも少なくとも50パーセント高くなると推定しました。

この高レベルの放射線毒性のために、小型モジュール炉廃棄物用の地質学的貯蔵所は、徹底的な設置プロセスを通じて慎重に選択されるべきである、と著者らは述べた。

「私たちはこの種の研究をしている人であってはなりません」とユーイングは言いました。 「先進的な原子炉を開発するために連邦政府の支援を提案し、受けているベンダーは、廃棄物について心配し、公開された文献でレビューできる研究を実施する必要があります。」

Leave a Comment

Your email address will not be published.