あなたが話している放射性「廃棄物」の種類に応じて、再利用/リサイクルするか、安全に廃棄することができます。核廃棄物については多くの一般的な誤解がありますが、環境に優しく持続可能な未来への鍵を握っている可能性があります。
過去数十年のどこかの時点で、テロリストの陰謀にかかって汚い爆弾やその他の種類の核兵器を発射するという陰謀を持つアクション映画を見たことはほぼ間違いありませんが、都市は通常最後に救われます映画の主人公による瞬間。これらの映画のいくつかでは、爆弾に使用されている放射性物質が政府の施設から盗まれており、核廃棄物の形態である可能性さえあります!
ハリウッドは実生活とはかけ離れていますが、実際には世界中のさまざまな場所に大量の核廃棄物が保管されており、政府はそれらのサイトを保護および封じ込めるために多くの時間とエネルギーを費やしています.何千トンもの核廃棄物を保管する代わりに、どうにかしてそれをリサイクルすることが明白な解決策ですが、それは可能なのでしょうか?核廃棄物はリサイクルや中和が可能ですか? もしそうなら、なぜそれが地球上のすべての核国家の操作手順ではないのですか?
核廃棄物とは
核廃棄物は、チェルノブイリ周辺の建物の構造材料や、特定の医療および研究作業の副産物など、放射線によって汚染された材料を含む、多くのものを表すために使用できる広い用語です。診療所や病院では、放射性廃棄物のシンボルが付いた廃棄容器に警告サインが表示されることがよくあります。このタイプの廃棄物は、通常、焼却または圧縮して埋設することができます。ただし、この記事では、最も一般的で論争の的となっている核廃棄物の形態である使用済み核燃料について説明します。 これは、核燃料が原子炉でエネルギー生成のために使用された後、または他の核技術を介して生成されます。
チェルノブイリ原子力災害サイト (写真提供者:Pixabay)
ほとんどの人は、核廃棄物について考えるとき、損傷したバレルの亀裂から漏れる輝く緑色のスライムのプールを想像しますが、現実の生活はハリウッドほどエキサイティングではないことを覚えておいてください.核燃料は通常、標準的な形の燃料集合体をとります。それらは、ウラン（燃料）ペレットで満たされた密封された金属管です。この燃料が「使い果たされる」と、放射性物質を含む密封された金属チューブ内の固体として、ほとんど同じ形で出てきます.
これは「高レベル」廃棄物と呼ばれます。これは、原子炉で 3 ～ 5 年の発電に費やされたにもかかわらず、依然として非常に高濃度の放射線が含まれているためです。このリサイクルされていない高レベル廃棄物は、安全で恒久的な処分場に保管する必要があります。何百万年とは言わないまでも、何十万年も放射性を維持し続ける可能性があるためです。 .この高レベル放射性廃棄物に加えて、そのような発電所から生成される低レベル放射性廃棄物の副産物もあり、これも安全に取り扱い、輸送、保管する必要があります。この低レベル廃棄物の半減期ははるかに短く、数十年以内に完全に中和される可能性があります.
驚くべきことに、ほとんどの原子炉は、核燃料が「核廃棄物」と見なされ、新しい最大効率の燃料に置き換えられる前に、核燃料から位置エネルギーのごく一部しか抽出しません。ウランやその他の放射性元素が地球上で有限の資源であること、およびリサイクルされていない核廃棄物が将来の世代にもたらす長期的な危険性を考慮すると (例:処分場または輸送中の事故、漏洩、地震活動、盗難、テロなど)など）、何らかの方法で廃棄物をリサイクルまたは再利用できれば非常に助かります。
核廃棄物はリサイクルできますか?
この記事を米国市民として読んでいる人が信じているかもしれないこととは反対に、核廃棄物はリサイクルできます。 実際、フランスや日本のような主要核保有国は定期的に核廃棄物をリサイクルし、資源を最大限に活用しています。これにより、何千年もの間保管する必要がある潜在的に有毒な廃棄物の量も最小限に抑えられます。核廃棄物のリサイクル方法の詳細に入る前に、核燃料がどのように消費されるかを簡単に見てみましょう。より具体的には、核物質で起こる変換を見てみましょう.
世界の電力の約 11% は原子力発電所から供給されており、毎年さらに多くの発電所が建設されています。すべての原子炉は核分裂を使用します ウランは、このプロセスに使用される最も一般的な放射性元素です。地球の地殻に見られる天然ウランは、U-238、U-235、U-234 など、同位体として知られるわずかに異なる形態の混合物です。これらの同位体は、核内にある中性子の数が異なります。 U-235 は、地球上で唯一核分裂性な天然物質であるため、特に特別な同位体です。 これは、大量のエネルギーを放出するために容易に分割できることを意味します。
核分裂 (写真提供:OSweetNature/Shutterstock)
天然ウランが採掘されると、通常は濃縮され、ウラン組成の約 0.7% から 3 ～ 5% に U-235 の濃度が上昇します。低濃縮ウランは U-235 が 1 ～ 5%、高濃縮ウランは最大 20%、兵器級ウランは最大 90% U-235 です!
濃縮ウランが原子炉に投入されると、制御された連鎖反応が始まります。中性子がウラン原子核に衝突して分裂し、さらに多くの中性子が放出されると想像してください。これらの散乱された中性子は、他の原子核を分裂させ、連鎖反応を引き起こします。原子が分裂するたびに、大量のエネルギーと熱が放出され、タービンを動かす蒸気を生成してエネルギーを生成します!
現在、U-235 が使い果たされると、核燃料にはまだ大量の U-238 が残っていますが、他の同位体と比較して放射能は弱いです。過去には、この燃料は現在「核廃棄物」と見なされており、処理する必要がありましたが、U-238 は非常に「肥沃な」同位体であり、中性子を核に歓迎し、その時点で U-239 になります。 (陽子92個、中性子147個)。しかし、放射性同位体のベータ崩壊のおかげで、余分な中性子は陽子と電子に分裂し、ネプツニウム 239 (陽子 93 個、中性子 146 個) になります。 2 日以内に別のベータ崩壊が起こり、プルトニウム同位体である Pu-239 (陽子 94 個と中性子 145 個) が生成されます。
信じられないかもしれませんが、Pu-239 は別の核分裂性同位体ですが、自然に発生するものではありません。そのプルトニウム 239 は U-235 と同様に振る舞い、他の廃棄物 (核分裂生成物) と一緒に廃棄されるのではなく、発電所のエネルギー生成プロセスに戻すことができます。
燃料サイクルは、原子炉内を移動する際に核燃料がたどる経路です。 ワンススルー燃料サイクル 核燃料 (ウラン) は一度使用された後、大量の U-238、プルトニウム、核分裂生成物を含むすべての使用済みウランが廃棄物として保管されます。 クローズド フューエル サイクル 、リサイクルプラントは、核分裂生成物を使用可能なウランおよびプルトニウム製品から分離します。さまざまな形の使用可能な燃料は、再濃縮され (ウランの場合)、さらなるエネルギー生成のために原子炉に戻されます。核分裂生成物のみが廃棄物として中期貯蔵庫に送られます。
最後に、増殖燃料サイクルでは、 これらの「高速」原子炉は、余分な中性子が内部を飛び回り、ウラン燃料資源から最大限のエネルギーを引き出すことができます。増殖炉は、実際に使用できるよりも多くの核分裂性生成物を生成する可能性があり、それをリサイクル工場に送り、その後、資源効率を最大化するために通常の原子炉で使用できます。増殖炉のコストとインフラストラクチャは高く、この分野の専門知識と経験は低いですが、核廃棄物の量が最小限であり、合法的に持続可能な形式の原子力と見なすことができます.
核廃棄物リサイクルの障害
明らかに、核廃棄物をリサイクルし、リスクの高い貯蔵技術の必要性を減らすための選択肢があります。では、この種の持続可能な技術に各国が十分に投資することを妨げているのは何ですか?
あらゆるエネルギー生産経路と同様に、核のリサイクルによって発生するコストは高く、過去には、燃料をリサイクルするために必要なエネルギー量は、生産されたエネルギーよりも多かった.しかし、核廃棄物のリサイクルははるかに効率的になり、新しい技術により常に実行可能になっています.米国は依然として高レベル核廃棄物のリサイクルを拒否しており、全国のさまざまな原子力発電所に 70,000 トン以上の核廃棄物が保管されています。
1977 年に制定された使用済み燃料のリサイクルに対するアメリカの禁止は今も有効であり、この国は持続可能なエネルギー自給の真のリーダーではありません。この理由の 1 つは、テロリストや悪意のあるアクターが、不吉な目的でリサイクルされた核廃棄物を盗んだり、自分たちで作ったりしようとするのではないかという恐れです。今日まで、使用済み核燃料が核燃料のリサイクルによって再利用または拡散されたことはありません。この組み込みの安全性は、高レベルの監視とセキュリティ、およびプロセスに必要なコストと技術的な厳密さによるものです。
フランス、日本、ベルギー、ドイツ、スイス、ロシアなどの他の国は、より進歩的な姿勢をとっており、定期的に核廃棄物をリサイクルしています (上記で説明した代替燃料サイクルを通じて)。放射性廃棄物をリサイクルするためのコストとインフラストラクチャのセットアップは高額ですが、長期保管リポジトリの必要性を軽減し、ウラン資源の枯渇を防ぐことはトレードオフの価値があります。核廃棄物の保管コストが上昇し続ける中、使用済み燃料のリサイクルは、世界の核保有国にとって必要不可欠なものになります。
最後の言葉
原子力エネルギーは、理論的には、エネルギー生産のための最も持続可能で廃棄物の少ない選択肢の 1 つです。このプロセスで生成される核廃棄物は過去に問題でしたが、現在ではリサイクルと再利用のための複数のオプションがあります。高度な設備と高度な技術を持つ労働者が必要ですが、最も必要なのは、原子力発電国がリサイクル インフラストラクチャに十分に投資し、何十万人もの人々にとって潜在的な脅威であり続ける長期にわたる高レベルの廃棄物保管庫の必要性を減らす意欲です。
