核廃棄物を資源として活用し使用済み燃料を転換する新たな技術の研究がアメリカで進んでいる

アメリカには約9万トンの放射性廃棄物が残存しており、長い間負担となってきましたが、研究者らはこれを資源として再利用するための取り組みを行っています。ドナルド・トランプ政権による核燃料サイクル指令などの後押しを受け、これまで経済的な面で実現が困難だった核廃棄物の活用が現実的になっているようです。

Nuclear Waste Reprocessing Gains Momentum in the U.S. - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/nuclear-waste-reprocessing-transmutation

アメリカでは1940年代にマンハッタン計画の一環として使用済み核燃料からウランとプルトニウムを分離する技術が開発されましたが、核廃棄物リサイクルは冷戦中に停滞し、商業規模に達しませんでした。1977年、当時のジミー・カーター大統領は「抽出されたプルトニウムが兵器製造に利用される可能性がある」として使用済み燃料の再処理を非拡散措置として停止。ロナルド・レーガン大統領の下で再処理が再開された際、技術は商業的にコスト効果がないほど高価だったそうですが、2020年代に入り状況は変化しています。

2025年5月23日に発表された一連の大統領令で、トランプ大統領はアメリカのエネルギー省に対して核廃棄物の国内リサイクルに関する提言を作成し、民間企業と協力する機会を見いだすよう指示しました。また、ジョー・バイデン前大統領の施策を受け、2025年1月にはエネルギー省エネルギー高等研究計画局(ARPA-E)が放射能と核廃棄物の量を削減する核変換技術の開発に取り組む11団体に4000万ドル(約58億5000万円)を交付することを決定しており、この補助もあって2050年代までに核燃料の使用・廃棄サイクルを回し続けることが経済的に実現可能なレベルに達すると見込まれています。

原子力発電等で生じた使用済燃料は95％が再利用可能ですが、残り5％は非常に高レベルの放射能があり、十分に減衰するまで非常に長い時間がかかります。

ARPA-Eやいくつかの企業が解決しようとしているのは、この5％の廃棄物をどう処理するかという難問です。多くの団体が、核変換によって放射性廃棄物の寿命を数十年から数百年まで短縮する、費用対効果の高い方法を見つけることでこの問題に取り組んでいます。

フランスに拠点を置くShineという企業が試しているのは、海洋および航空宇宙工学で燃料として利用されているストロンチウム90などを分離し、核融合プロセスの副産物である中性子を核廃棄物中の長寿命同位体に照射して短寿命同位体に転換するという方法です。この手法により、使用済み廃棄物をわずか数％未満まで削減可能だとされており、同社は2030年代に初期の施設を稼働させることを目指しています。

中性子は転換に不可欠であるため、ARPA-Eは中性子を生成する方法にも着目し、オークリッジ国立研究所やアルゴンヌ国立研究所にそれぞれ数億円を超える額を投資しており、中性子生成を目的とした粒子加速器の開発を支援しています。

Omega-P R＆Dは、従来の粒子加速器と比べ、より効率的で、生成量は低いものの建設コストが低い粒子加速器を用い、実験室規模で中性子を生成することを実証しようとしています。将来的には、稼働中の原子炉の近くに設置し、1台の大型装置でようやく達成可能な転換をすべての原子炉で実現するような状態を目指しているそうです。

トランプ大統領の5月の大統領令は新興産業から前向きな評価を引き出しているとのこと。Shineのグレッグ・ピーファーCEOは「技術的には可能ですが、30年で実現するには多額の投資と国の真剣なコミットメントが必要です」と話し、近年の業界の着目と資金援助で実現が近づいていると伝えました。