このブログ記事では、老朽化した原子力発電所の廃止措置プロセスにおいて、除染技術がなぜ最も重要なステップと考えられているのかを説明します。放射線除去の原理とそれに伴う技術的課題を検証し、安全な廃止措置に不可欠な条件を概説します。
2017年6月19日、韓国の古里原子力発電所1号機が運転を停止しました。40年間の運転期間を経て、古里1号機は2012年2月に全電源喪失に陥るなど、数々の事故を経験しました。これらの出来事は、老朽化した原子力発電所の閉鎖・廃止措置を主張する重要な根拠となりました。運転停止に伴い、古里1号機は廃止措置の段階に入り、復旧まで少なくとも30年かかる見込みです。原子力発電所の廃止措置とは、運転寿命を迎えた各種原子力施設を安全かつ経済的に処理するプロセスを指します。作業は放射線被ばくを伴うため、化学、放射線工学、機械工学など、複数の分野を統合した技術が求められます。本稿では、原子力発電所の廃止措置の戦略とプロセス、そして原子力発電所の廃止措置技術の将来について解説します。
原子力発電所の廃止措置戦略は、地域の技術的および政策的変数に基づいて決定されます。廃止措置開始までの待機期間に基づき、即時解体と延期解体に大別されます。即時解体は、建屋および敷地内の放射線レベルが一定の閾値を下回るまで待ってから解体を進める戦略です。この戦略は、約15年という比較的短期間での解体を可能にし、解体後の環境回復を容易にします。しかし、放射能が残留する状態で作業を進めるため、放射線被ばくのリスクが高く、大量の放射性廃棄物が発生するという批判があります。一方、延期解体は、放射性物質が自然に減衰するまで待ってから解体を進める戦略です。放射性物質の減衰を待つ施設の管理には約60年、コンクリート構造物で施設を密閉するには100年以上かかります。長期的な除染プロセスは、放射線被ばくのリスクと廃棄物の発生を低減しますが、継続的な管理コストが高く、廃止措置後の環境回復と敷地の再利用が困難であるという制約があります。
原子力発電所の廃止措置は、停止、廃止措置準備、除染、解体、廃棄物処理、環境修復の6段階に分けられます。その中核となるのは、発電所内部の放射能を除去する除染と解体です。除染は、放射能で汚染された部分のみを選択的に除去する技術であり、適用する除染技術に応じて放射性廃棄物の量を削減できます。主な除染対象としては、老朽化した冷却水配管や、使用済み核燃料の表面に形成される数マイクロメートル（μm）の薄く硬い酸化膜などが挙げられます。この酸化膜には、核燃料から漏れ出した放射性コバルトなど、様々な汚染物質が含まれています。人や機械による直接除去が困難なこの物質を除去するために、様々な除染技術が開発されています。代表的な方法としては、還元剤と酸化剤を含む溶液を交互に注入して容器や配管を洗浄する方法や、高圧水を施設内に噴射して表面をアブレーションする方法などがあります。また、液体よりも表面積が大きい泡状の除染液を使用することで除染効率を高める研究も進められています。
廃炉作業は、施設全体を除染した後、切断・解体する作業です。この作業で最も困難なのは使用済み核燃料です。原子炉は完全な除染が難しく、また核燃料自体が強い放射線を放出するため、人が直接作業を行うことができない環境です。そのため、廃炉作業ではロボットアームが人に代わって作業を行います。作業員は原子炉の蓋を開け、クレーンに接続されたロボットアームを炉内に挿入して密閉します。ロボットアームは汚染された部分だけを精密に切断し、容器に収納します。作業完了後、放射性廃棄物処理施設へ搬送します。原子力発電所の廃炉作業用ロボットは、放射線被ばくなどの過酷な環境下でも安定して稼働する必要があり、放射性物質を取り扱うため、遠隔での精密制御が不可欠です。韓国では、韓国原子力研究所（KAERI）がゴリ原子力発電所1号機の廃止措置用切断ロボットを開発しており、蔚山科学技術院（UNIST）も原子力廃止措置用ロボットの開発計画を発表している。注目すべきは、KAERIが開発中のロボットは、発電所の運転中に原子炉の検査を行うように設計されており、廃止措置段階では切断や溶接が可能なアームを搭載する予定であることだ。
廃炉後に残る放射性廃棄物の処分も重要な課題です。放射性廃棄物は、放射能濃度に応じて低レベル放射性廃棄物と高レベル放射性廃棄物に分類されます。低レベル廃棄物は圧縮・セメント固化させ、地下数メートルに埋設することができます。しかし、問題は高レベル放射性廃棄物にあります。高レベル廃棄物の多くは、使用済み燃料の再処理時に発生するガラス固化体で、完全な処分技術は未だ開発されていません。最も現実的な方法は、地下300メートル以上の深地層に埋設し、放射能の漏洩を防ぐコンクリート壁を設置することです。しかし、処分場選定基準が不十分であることなどから、この方法も完全な解決策とは言い難い状況にあります。
放射性廃棄物は固体だけではありません。福島原発事故で見られたように、放射性物質を含む汚染水も大量に発生する可能性があります。福島では、汚染水を吸着性の高いゼオライトに通して放射性物質を分離する浄化施設が稼働しています。しかし、この方法では放射性物質が除去されず、施設内のフィルターや水路に蓄積され、新たな放射性廃棄物が発生します。2017年、韓国原子力研究所は微生物を用いて放射性汚染水を浄化する技術を開発しました。この技術は、放射線に耐性のある微生物を汚染水に導入し、生物学的硫化反応によって放射性セシウムを結晶化させて沈殿させます。一般的に沈殿しにくいセシウムを効果的に除去し、新たな廃棄物も発生させないため、環境に優しい技術とされています。
原子力安全情報センターによると、韓国ではゴリ1号機を含む12基の原子炉が2030年までに運転寿命を迎える予定だ。老朽化原子炉の増加に伴い、原子力廃止措置技術の需要と必要性が大幅に高まる。韓国だけでなく、フランス、イギリス、米国など原子力依存度の高い国も老朽化原子炉の負担増加に直面している。しかし、制度的基盤がまだ十分に整っていない韓国とは異なり、これらの国では既に原子力廃止措置に関する政策と技術が整っている。代表的なモデルとしては、政府が廃止措置事業を主導する政府主導型（フランス、イギリス）と、政府が規制、管理、監督を行い、民間企業が廃止措置を主導する民間主導型（米国、ドイツ）などがある。
原子力発電所の廃止措置技術の開発は決して容易ではなく、多様な分野にわたる技術の複雑な統合と、数十年にわたる段階的な開発が必要です。韓国の老朽化した原子力発電所を安全に廃止措置し、さらには原子力発電所の廃止措置という世界的な課題の解決に貢献するためには、この技術への継続的な開発と投資が不可欠です。
