原子力
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スイスのライプシュタット原子力発電所
一人当たりの原子力発電量

原子力発電は、原子核反応を利用して発電するものです。原子力は、原子核分裂、原子核崩壊、そして核融合反応によって得られます。現在、原子力発電による電力の大部分は、原子力発電所におけるウランとプルトニウムの原子核分裂によって生産されています。原子核崩壊プロセスは、ボイジャー2号などの一部の宇宙探査機に搭載された放射性同位体熱電発電機など、ニッチな用途に利用されています。[ 1 ]制御された核融合発電を行う原子炉は1958年から稼働していますが、まだ正味電力を生成しておらず、近い将来に商業化される予定はありません。[ 2 ]

最初の原子力発電所は1950年代に建設されました。世界の原子力発電所の設備容量は 1970年代後半に100GWに達し、その後1980年代に拡大し、 1990年には300GWに達しました。1979年の米国スリーマイル島原発事故と1986年のソ連チェルノブイリ原発事故をきっかけに、原子力発電所に対する規制が強化され、国民の反対も高まりました。原子力発電所は2023年に2,602テラワット時（TWh）の電力を供給し、これは世界の発電量の約9%に相当します[ 3 ]。また、水力発電に次ぐ2番目に大きな低炭素電源となっています。 2025年11月現在、世界には416基の民生用核分裂炉があり、総発電容量は376GWです。[ 4 ]建設中の原子炉は63基、計画中の原子炉は87基で、総発電容量はそれぞれ66GWと84GWです。[ 5 ]アメリカ合衆国は世界最大の原子炉群を保有しており、年間約800TWhを発電し、平均設備利用率は92%です。世界の平均設備利用率は89%です。[ 4 ]アジアで 建設中の新しい原子炉のほとんどは第3世代原子炉です。    

原子力発電は、他のエネルギー源と比較して、発電単位当たりの死亡者数が最も低いものの1つである。ある調査では、原子力発電所1基を建設することで、化石燃料発電所による大気汚染を回避でき、80万人の命を救うことができた可能性があると推定されている。 [ 6 ]石炭、石油、天然ガス、水力発電はそれぞれ、大気汚染と事故により、エネルギー単位当たりの死亡者数が多くなっている。原子力発電所は温室効果ガスを排出せず、一般的な再生可能エネルギー源よりもライフサイクル全体の炭素排出量が少ない。原子力に伴う放射線被害は反核運動の主な動機であり、2011年に日本で発生した福島原発事故のような事故の可能性を挙げて原子力は人々と環境に脅威を与え、代替の持続可能なエネルギー源と比較すると導入コストが高すぎると主張している。

歴史

起源

1951年12月20日、アルゴンヌ国立研究所西（現在のアイダホ国立研究所）のEBR-1で原子力発電によって発電された電気で点灯された最初の電球。[ 7 ]

核分裂のプロセスは、放射能科学の研究と原子の構成要素を記述する新しい原子核物理学の精緻化に関する40年以上の研究を経て、1938年に発見されました。核分裂プロセスの発見後まもなく、核分裂核から放出された中性子が適切な条件下では近くの核分裂を誘発し、自己持続的な連鎖反応を開始できることが認識されました。[ 8 ] 1939年にこれが実験的に確認されると、第二次世界大戦の瀬戸際で、多くの国の科学者が核兵器開発のために政府に核分裂研究への支援を請願しました。[ 9 ]

アメリカ合衆国では、これらの研究努力により、世界初の人工原子炉であるシカゴ大学スタッグフィールドスタジアムの地下にシカゴ・パイル1号が建設され、1942年12月2日に臨界に達した。この原子炉の開発は、第二次世界大戦中に連合国が原子爆弾を製造するために行ったマンハッタン計画の一環であった。この計画は、最初の核兵器に使用するための兵器級プルトニウムを製造するための、より大型の専用原子炉の建設につながった。アメリカ合衆国は1945年7月に最初の核兵器の実験であるトリニティ実験を行い、その1か月後に広島と長崎への原爆投下が行われた。[ 10 ]

1954年1月のUSS ノーチラスの進水式。 1958年に北極点に到達した最初の船となった。[ 11 ]
イギリスのカルダーホール原子力発電所は世界初の商業用原子力発電所である。

最初の核兵器は軍事目的であったにもかかわらず、1940年代と1950年代には、原子力発電が安価で無限のエネルギーを供給できるという強い楽観論がありました。[ 12 ]原子炉による最初の電力生成は1951年12月20日、アイダホ州アルコ近郊のEBR-I実験施設で行われ、当初は約100kWの電力を発電しました。 [ 13 ] [ 14 ] 1953年、アメリカ大統領ドワイト・アイゼンハワーは国連で「平和のための原子力」演説を行い、原子力の「平和的」利用を迅速に開発する必要性を強調しました。これに続き、 1954年に原子力法が制定され、米国の原子炉技術の機密解除が迅速に行われ、民間部門による開発が促進されました。[ 15 ] 

最初の発電

実用的な原子力発電を最初に開発した組織はアメリカ海軍で、潜水艦と航空母艦の推進用にS1W原子炉を開発しました。最初の原子力潜水艦であるUSS ノーチラスは1954年1月に進水しました。[ 16 ] [ 17 ] S1W原子炉は加圧水型原子炉でした。この設計が選ばれたのは、他の設計に比べて単純でコンパクト、そして操作が容易だったため、潜水艦での使用により適していたからです。この決定により、PWRは発電にも選択される原子炉となり、今後数年間にわたって民間電力市場に永続的な影響を与えました。[ 18 ]

1954年6月27日、ソ連のオブニンスク原子力発電所は、約5メガワットの電力を生産し、電力網に電力を供給する世界初の原子力発電所となった。 [ 19 ]世界初の商用原子力発電所であるイギリスのウィンズケールにあるカルダーホールは、1956年8月27日に国の電力網に接続された。他の多くの第1世代原子炉と同様に、この発電所は電力とプルトニウム239を生産するという二重の目的を持っていた。後者は、イギリスの初期の核兵器計画のために使われた。[ 20 ]

拡大と最初の反対

世界の原子力発電所の総設備容量は、当初は比較的急速に増加し、1960年の1ギガワット（GW）未満から 1970年代後半には100GWに達しました。[ 16 ] 1970年代と1980年代には、経済コストの上昇（主に規制の変更と圧力団体の訴訟による建設期間の延長に関連）[ 21 ]と化石燃料価格の下落により、当時建設中だった原子力発電所の魅力は低下しました。1980年代の米国と1990年代の欧州では、 電力の自由化により、新規の原子力発電所（初期資本コストは高いが運転コストは低い）への投資は、天然ガス発電所（政治的な反対が少なく、建設が速く、燃料価格が低い）への投資よりも魅力的ではなくなりました。[ 16 ]

1973年の石油危機は、フランスや日本など、発電を石油に大きく依存していた国々の原子力発電への投資に大きな影響を与えました。[ 22 ]フランスはその後15年間で25基の原子力発電所を建設し、[ 23 ] [ 24 ] 2019年時点で、フランスの電力の71%は原子力発電で発電されており、これは世界で最も高い割合です。[ 25 ]

1960年代初頭、アメリカ合衆国では原子力発電に対する地域的な反対運動が一部で起こりました。[ 26 ] 1960年代後半には、科学界の一部のメンバーが強い懸念を表明し始めました。[ 27 ]これらの反核的な懸念は、原子力事故、核拡散、核テロ、放射性廃棄物処理に関連していました。[ 28 ] 1970年代初頭、ドイツのヴィールで計画されていた原子力発電所をめぐって大規模な抗議活動が起こりました。この計画は1975年に中止されました。ヴィールでの反核運動の成功は、ヨーロッパや北米の他の地域でも原子力発電への反対運動を巻き起こしました。[ 29 ] [ 30 ]

1970年代半ばまでに、反核運動はより広範な支持と影響力を獲得し、原子力は大きな国民の抗議の対象となり始めました。[ 31 ] [ 32 ]一部の国では、原子力に関する議論は「技術論争の歴史において前例のないほどの激しさに達した」とされています。[ 33 ] [ 34 ]原子力に対する国民の敵意の高まりは、認可取得プロセスの長期化、規制の増加、安全装置の要件の強化につながり、新規建設のコストを大幅に増加させました。[ 35 ] [ 36 ]アメリカ合衆国では、最終的に120基以上の原子炉建設計画が中止され、 [ 37 ]新規原子炉の建設は停止しました。[ 38 ] 1979年のスリーマイル島原子力発電所の事故は、多くの国で新規発電所の建設数を減らす大きな要因となりました。[ 27 ]

チェルノブイリとルネサンス

1986年以来放棄されたプリピャチの町。遠くにチェルノブイリ原子力発電所とチェルノブイリ新安全収容施設のアーチが見える。
2009年に建設中のオルキルオト3号機。近代化されたPWR設計であるEPRとして初めて建設が開始された。

1980年代には、平均して17日ごとに1基の原子炉が新たに稼働しました。[ 39 ] 1980年代末までに、世界の原子力発電設備容量は300GWに達しました 。1980年代後半以降、新規設備容量の増加は大幅に鈍化し、 2005年には原子力発電設備容量は365GWに達しました。 [ 40 ]

1986年にソ連で発生したRBMK原子炉のチェルノブイリ原発事故は、原子力発電の発展を変え、国際的な安全基準と規制基準を満たすことにより重点を置くことにつながった。[ 41 ]この事故は、死傷者総数56人（直接的な死者）と、清掃および費用が180億ルーブル（ 2019年時点でインフレ調整後で680億米ドル）と推定される経済的観点から、史上最悪の原子力事故とされている。 [ 42 ] [ 43 ]原子力施設の運転員の安全意識と専門能力開発を促進する国際機関、世界原子力事業者協会（WANO）は、1986年のチェルノブイリ事故の直接的な結果として設立された。チェルノブイリ事故は、その後数年間の新規発電所建設数の減少に大きな役割を果たした。[ 27 ]これらの出来事の影響を受けて、イタリアは1987年の国民投票で原子力発電に反対票を投じ、[ 44 ] 1990年に原子力発電を段階的に廃止した最初の主要経済国となった。[ 45 ]   

2000年代初頭、原子力エネルギー業界では二酸化炭素排出への懸念から、原子力ルネッサンス、すなわち新規原子炉の建設増加が期待されていました。[ 46 ]この時期に、EPRなどの新しい第3世代原子炉の建設が開始されました。[ 47 ]

  • 1980 年からの純電力発電量と増加率。1980 年から 2010 年の間に発電されたエネルギーのうち、核分裂発電による増加が最も急速でした。
    1980 年からの純電力発電量と増加率。1980 年から 2010 年の間に発電されたエネルギーのうち、核分裂発電による増加が最も急速でした。
  • フランスの電力生産は原子力発電への移行を示している。火力発電水力発電原子力その他の再生可能エネルギー
    フランスの電力生産。原子力発電への移行が見られる。
      熱化石
      水力発電
      核
      その他の再生可能エネルギー
  • 1980年代後半には、新規原子炉の建設ペースは実質的に停止しました。この時期に生産される電力量が継続的に増加したのは、主に既存原子炉の設備利用率の向上によるものでした。
    1980年代後半には、新規原子炉の建設ペースは実質的に停止しました。この時期に生産される電力量が継続的に増加したのは、主に既存原子炉の設備利用率の向上によるものでした。
  • 主要生産国における電力発電の動向（Our World in Data）
    主要生産国における電力発電の動向（Our World in Data）

福島原発事故

原子力ルネッサンスの展望は、新たな原子力事故によって遅れをとった。[ 46 ] [ 48 ] 2011年の福島第一原子力発電所事故は、記録上最大級の地震の一つである東北地方太平洋沖地震と津波によって引き起こされた。福島第一原子力発電所は、電力供給不足による緊急冷却システムの故障により、3回の炉心溶融を起こした。これは、1986年のチェルノブイリ原発事故以来、最も深刻な民生用原子力事故となった。[ 49 ]

この事故は、多くの国で原子力の安全性と原子力政策の見直しを促した。 [ 50 ]ドイツは2022年までにすべての原子炉を閉鎖する計画を承認し、他の多くの国も原子力発電計画を見直した。[ 51 ] [ 52 ] この災害の後、日本はすべての原子力発電所を閉鎖し、そのうちのいくつかは永久に停止した。そして2015年に、安全性の点検と改訂された運転基準および国民の承認に基づいて、残りの40基の原子炉を段階的に再稼働させるプロセスを開始した。[ 53 ]

2022年、日本政府は岸田文雄首相のリーダーシップの下、2011年の災害以降、さらに10基の原子力発電所を再開すると発表した。[ 54 ]岸田首相はまた、化石燃料市場の価格変動から日本の消費者を守り、日本の温室効果ガス排出量を削減するために、より安全な新しい原子力発電所の研究と建設を推進している。[ 55 ]岸田首相は、日本が世界中の発展途上国への原子力エネルギーと技術の重要な輸出国になることを目指している。[ 55 ]

現在の見通し

2015年までに、IAEAの原子力エネルギーの見通しは、気候変動の緩和における低炭素発電の重要性を認識し、より有望なものとなっていた。[ 56 ] 2015年時点で、世界の傾向としては、新規原子力発電所の稼働開始と、廃止される古い発電所の数とがバランスをとっていた。[ 57 ] 2016年、米国エネルギー情報局は「ベースケース」として、世界の原子力発電が2012年の2,344テラワット時（TWh）から 2040年には4,500TWhに増加すると予測した。予測される増加のほとんどはアジアで起こると予想された。[ 58 ] 2018年時点で、150基以上の原子炉が計画されており、そのうち50基が建設中であった。[ 59 ] 2019年1月時点で、中国には稼働中の原子炉が45基、建設中の原子炉が13基あり、さらに43基の建設を計画しており、建設が完了すれば世界最大の原子力発電所となる。[ 60 ] 2021年現在、17基の原子炉が建設中であると報告されている。2019年の原子力発電のシェアは5%であった。[ 61 ]

2021年10月、日本の閣議は、資源エネルギー庁と諮問委員会が策定した2030年までの新たな発電計画を公募を経て決定した。2030年の原子力発電目標達成には、さらに10基の原子炉の再稼働が必要となる。岸田文雄首相は2022年7月、先進炉の建設と運転期間の60年超への延長を検討すべきだと発表した。[ 62 ]

2022年時点で、世界の石油とガスの価格が上昇する中、ドイツがエネルギー転換を補うために必要なロシア産天然ガスの喪失に対処するために石炭火力発電所を再稼働させている一方で、[ 63 ]他の多くの国々は、老朽化し​​た原子力発電能力を新たな投資で再活性化させる野心的な計画を発表している。フランスのエマニュエル・マクロン大統領は、今後数十年で6基の新しい原子炉を建設する意向を発表し、2050年までにカーボンニュートラルを目指すフランスの取り組みの中心に原子力を据えた。 [ 64 ]一方、米国では、エネルギー省が民間企業のテラパワーおよびX-エナジーと協力して、2027年までに2基の異なる先進的原子炉を建設する計画であり、長期的なグリーンエネルギーおよびエネルギー安全保障の目標の中で原子力の導入をさらに計画している。[ 65 ]

発電所

加圧水型原子炉の稼働中のアニメーション
2014年時点の発電用民生用原子炉の種類別数[ 66 ]
  1. PWR 277 (63.2%)
  2. BWR 80（18.3％）
  3. GCR 15 (3.42%)
  4. PHWR 49 (11.2%)
  5. LWGR 15 (3.42%)
  6. 高速炉2（0.46％）

原子力発電所は、核分裂反応によって放出される熱エネルギーを利用して発電する火力発電所です。核分裂型原子力発電所は、一般的に、熱を発生させる核反応が起こる原子炉、原子炉内部の熱を除去する冷却システム、熱を機械エネルギーに変換する蒸気タービン、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機で構成されています。[ 67 ]

中性子がウラン235またはプルトニウム原子の原子核に衝突すると、原子核は2つの小さな原子核に分裂します。これが核分裂反応です。この反応によりエネルギーと中性子が放出されます。放出された中性子は他のウランまたはプルトニウム原子核に衝突し、新たな核分裂反応を引き起こし、より多くのエネルギーと中性子が放出されます。これは連鎖反応と呼ばれています。ほとんどの商用原子炉では、過剰な中性子を吸収する制御棒によって反応速度が抑制されています。原子炉の制御性は、核分裂によって生じた中性子のごく一部が遅延されるという事実に依存しています。核分裂と中性子の放出の間の時間遅延により、反応速度の変化が遅くなり、制御棒を動かして反応速度を調整する時間が得られます。[ 67 ] [ 68 ]

燃料サイクル

核燃料サイクルは、ウランの採掘、濃縮、そして核燃料（1）の製造から始まり、原子力発電所に輸送されます。使用済み燃料は再処理工場（2）または最終処分場（3）に輸送されます。再処理では、使用済み燃料の95%がリサイクルされ、発電所（4）で再利用される可能性があります。

核燃料のライフサイクルはウランの採掘から始まります。ウラン鉱石は輸送しやすいように、イエローケーキ(U 3 O 8 )と呼ばれるコンパクトな鉱石濃縮物の形に変換されます。 [ 69 ]核分裂炉には通常、ウランの核分裂性同位体であるウラン 235が必要です。天然ウラン中のウラン 235 の濃度は低く (約 0.7%)、一部の原子炉では、中性子経済性に応じて、この天然ウランを燃料として使用できます。これらの原子炉では、通常、黒鉛または重水減速材が使用されています。最も一般的なタイプの原子炉である軽水炉では、この濃度は低すぎるため、ウラン濃縮と呼ばれるプロセスで高める必要があります。[ 69 ]民生用の軽水炉では、ウランは通常、3.5～5% のウラン 235 に濃縮されます。[ 70 ]その後、ウランは一般的にセラミックである酸化ウラン（UO2 ）に変換され、圧縮焼結されて燃料ペレットとなり、その積み重ねによって特定の原子炉に適した組成と形状の燃料棒が形成されます。[ 70 ]

原子炉内で一定期間が経過すると、燃料中の核分裂性物質は減少し、核分裂生成物が増加し、最終的に使用不可能になります。[ 70 ]この時点で、使用済み燃料は使用済み燃料プールに移され、そこで熱の冷却と電離放射線の遮蔽が行われます。数ヶ月または数年後には、使用済み燃料は放射能レベルと熱レベルが十分に低下し、乾式貯蔵容器に移すか再処理できるようになります。[ 70 ]

ウラン資源

天然ウランと様々な用途の濃縮ウランに含まれるウラン238（青）とウラン235（赤）の同位体の割合。軽水炉では3～5%の濃縮ウランが使用され、CANDU炉では天然ウランが使用される。

ウランは地殻中に比較的多く存在する元素で、スズやゲルマニウムとほぼ同程度、銀の約40倍も存在します。[ 71 ]ウランはほとんどの岩石、土、海水に微量に存在しますが、一般的に経済的に採掘できるのは比較的高濃度で存在する場合のみです。2011年時点で、世界で知られているウラン資源量は、1kgあたり130米ドルという恣意的な価格上限で経済的に回収可能であり、現在の原子炉で70年から100年稼働させるのに十分な量でした。[ 72 ]

軽水炉（稼働中の原子炉のほぼすべてを占める）は、核燃料の使用効率が比較的低く、主に非常に希少なウラン 235 同位体のみを使用している。[ 73 ] ウラン 235 の供給が限られているため、現在の原子力技術では大幅な拡張が妨げられる可能性がある。[ 74 ]核再処理によりこの廃棄物を再利用可能にすることができ、新しい原子炉は古いものよりも利用可能な資源をより効率的に使用している。[ 73 ]高速炉 などのより高度な原子炉技術では、天然ウランをより多く使用し、現在の核廃棄物を燃料として使用し、さらに非核分裂性物質から新しい燃料を作ることができる（増殖炉を参照）。すべてのウランとアクチニド（現在核廃棄物の中で最も危険な物質を構成）を燃やす純粋な高速炉の燃料サイクルでは、60～100 US ドル/kg の価格で、従来の資源とリン酸塩鉱石を合わせたウランは推定 16 万年分ある。[ 75 ] これらの先進燃料サイクルと核燃料再処理は現在、広く利用されていません。ウランの価格が原子力発電所の建設コストに比べて非常に低いため、再処理するよりも新たなウランを採掘する方が経済的に有利だからです。また、核燃料再処理は核兵器の製造に使用可能な物質を分離するため、核拡散のリスクが高くなります。[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]

非在来型のウラン資源も存在する。ウランは海水中に1リットルあたり約3マイクログラムの濃度で自然に存在し[ 79 ] 、常時44億トンのウランが海水中に存在すると考えられている[ 80 ] 。 2014年には、海水から核燃料を生産するプロセスが大規模に実施されれば、経済的に競争力がつくだろうと示唆された[ 81 ] 。地質学的時間スケールでは、海水から工業規模で抽出されたウランは、河川による岩石の浸食と海底表面からウランが溶解する自然のプロセスの両方によって補充され、どちらも海水濃度の溶解度平衡を安定したレベルに維持する。[ 80 ]一部の評論家は、これが原子力を再生可能エネルギーと見なす根拠を強化すると主張している[ 82 ]。

無駄

軽水炉のワンススルー核燃料サイクルにおける約3年後の二酸化ウラン燃料の典型的な組成[ 83 ]

原子力発電所や関連施設の通常の運転では、放射性廃棄物、いわゆる核廃棄物が発生します。このタイプの廃棄物は、発電所の廃止措置の際にも発生します。核廃棄物は、大きく分けて低レベル廃棄物と高レベル廃棄物の2種類に分類されます。[ 84 ]低レベル廃棄物は放射能が低く、衣類などの汚染物質も含まれており、人体への危険性は限定的です。高レベル廃棄物は主に原子炉の使用済み燃料であり、放射能が非常に高いため、冷却後、安全に処分または再処理する必要があります。[ 84 ]

高レベル廃棄物

使用済みUOx燃料の活性と天然ウラン鉱石の活性の経時的比較[ 85 ] [ 83 ]
使用済み核燃料集合体を貯蔵する乾式貯蔵容器

原子力発電所から排出される最も重要な廃棄物は、高レベル廃棄物（HLW）と呼ばれる使用済み核燃料です。軽水炉（LWR）の場合、使用済み燃料は通常、ウラン95%、核分裂生成物4% 、超ウランアクチノイド（主にプルトニウム、ネプツニウム、アメリシウム）約1%で構成されています。[ 86 ]核分裂生成物は短期放射能の大部分を占め、プルトニウムやその他の超ウラン元素は長期放射能の大部分を占めています。[ 87 ]

高レベル廃棄物は、放射線被曝を制限するために、十分な遮蔽を施して生物圏から隔離して保管する必要がある。原子炉から取り出された使用済み燃料集合体は、冷却と放射線遮蔽を行う使用済み燃料プールに6～10年間保管される。その後、燃料は十分に冷却され、乾式貯蔵容器に安全に移送できる。[ 88 ] 放射能は時間の経過とともに指数関数的に減少し、100年後には99.5%減少する。[ 89 ] 放射能が強い短寿命核分裂生成物（SLFP）は約300年で安定元素に崩壊し、約10万年後には使用済み燃料の放射能は天然ウラン鉱石よりも低くなる。[ 83 ] [ 90 ]

長寿命核分裂生成物（LLFP）廃棄物を生物圏から隔離するために一般的に提案されている方法には、分離と変換、[ 83 ]シンロック処理、または深地層貯蔵が含まれる。[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]

現在、世界の原子炉の大部分を占める熱中性子炉は、原子炉の運転中に生成される原子炉級プルトニウムを燃やし尽くすことができない。このため、核燃料の寿命は数年に限られる。米国など一部の国では、使用済み燃料はそのまま核廃棄物として分類される。[ 95 ]フランスなど他の国では、大部分が再処理され、混合酸化物燃料またはMOXとして知られる部分的にリサイクルされた燃料が生成される。再処理されない使用済み燃料の場合、最も懸念される同位体は中寿命の超ウラン元素であり、その筆頭は原子炉級プルトニウム（半減期24,000年）である。[ 96 ]一体型高速炉や溶融塩炉 など、提案されている原子炉設計の中には、軽水炉の使用済み燃料に含まれるプルトニウムやその他のアクチニドを、その高速核分裂スペクトルのおかげで燃料として使用できるものがある。これは、深地層処分よりも潜在的に魅力的な代替案となる。[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]

トリウム燃料サイクルでは、原子炉内の中性子捕獲反応から生成される超ウラン元素の割合ははるかに少ないものの、同様の核分裂生成物が生成されます。使用済みトリウム燃料は、使用済みウラン燃料よりも取り扱いが難しいものの、核拡散リスクはいくらか低い可能性があります。[ 100 ]

低レベル廃棄物

原子力産業は、衣類、手工具、浄水器の樹脂、そして（廃炉後には）原子炉本体の材料といった汚染物質の形で、低放射能の低レベル廃棄物を大量に排出しています。低レベル廃棄物は、放射線レベルが通常の廃棄物として処分できるほど低くなるまで敷地内で保管するか、低レベル廃棄物処分場に送ることができます。[ 101 ]

他の種類と比較した廃棄物

原子力発電を導入している国では、放射性廃棄物は産業廃棄物全体の1％未満を占め、その多くは長期間にわたって有害なままである。[ 73 ]全体的に見て、原子力発電は化石燃料発電所に比べて体積で見ると廃棄物の量がはるかに少ない。[ 102 ]特に石炭火力発電所は、石炭に含まれる天然放射性物質の濃縮により、有毒で弱放射性の灰を大量に生成する。 [ 103 ]オークリッジ国立研究所の2008年の報告書は、実際には石炭火力発電の方が原子力発電の稼働よりも多くの放射能を環境に放出し、石炭火力発電所からの放射線による人口実効線量当量は原子力発電所の稼働によるものの100倍であると結論付けている。[ 104 ]重量で見ると石炭灰は使用済み核燃料よりも放射能がはるかに少ないが、発電エネルギー単位当たりの排出量は石炭灰の方がはるかに多い。また、原子力発電所は放射性物質から環境を守るために遮蔽物を使用しているのに対し、石炭灰はフライアッシュとして環境に直接放出される。 [ 105 ]

核廃棄物の量は、生産されるエネルギーに比べればわずかです。例えば、ヤンキー・ロウ原子力発電所は、稼働時に440億キロワット時の電力を発電しましたが、その使用済み燃料はすべて16個のキャスクに収容されています。 [ 106 ]西洋の生活水準にある人間の生涯分のエネルギー（約3GWh ）を生産するには、低濃縮ウランのソーダ缶1本分程度が必要と推定されており、それと同量の使用済み燃料が発生します。[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ] 

廃棄物処理

WIPPでの放射性廃棄物の保管
冷戦時代にアメリカで発生した核廃棄物容器は、ニューメキシコ州にある廃棄物隔離実験施設（WIPP）の地下に保管されています。この施設は、民生用原子炉の使用済み燃料を貯蔵する実証施設として期待されています。

典型的な原子力発電所では、使用済み燃料プールでの暫定貯蔵の後、使用済み燃料棒集合体は、敷地内の乾式貯蔵容器に保管されることが多い。[ 110 ]

核廃棄物の処分は、原子力発電所のライフサイクルにおいて、しばしば最も政治的に分断を招く側面とみなされている。[ 111 ]ガボンのオクロにある20億年前の天然原子核分裂炉における核廃棄物の移動がほとんどないことは、「今日の重要な情報源」として挙げられている。[ 112 ] [ 113 ]専門家は、適切に管理、警備、監視された集中型地下貯蔵施設が大きな改善となると示唆している。[ 111 ] 「核廃棄物を深地層処分場に保管することの妥当性に関する国際的なコンセンサス」がある。[ 114 ]新技術の登場により、地質学的に不活性な地域への水平掘削孔処分など、他の方法が提案されている。[ 115 ] [ 116 ]

廃棄物の梱包、小規模実験燃料リサイクル化学、放射性医薬品の精製のほとんどは、遠隔操作ホットセル内で行われます。

商業規模の専用地下高レベル廃棄物処分場は稼働していない。[ 114 ] [ 117 ] [ 118 ]しかし、フィンランドではオルキルオト原子力発電所のオンカロ使用済み核燃料処分場が2015年時点で建設中であった。[ 119 ]

再処理

ほとんどの熱中性子炉は、主に新鮮なウランの価格が低いため、ワンススルー核燃料サイクルで稼働しています。しかし、多くの原子炉は、使用済み核燃料に残留する核分裂性物質をリサイクルして燃料として使用しています。リサイクルされる最も一般的な核分裂性物質は、使用済み燃料から抽出される原子炉級プルトニウム（RGPu）です。これはウラン酸化物と混合され、混合酸化物燃料、すなわちMOX燃料に加工されます。熱中性軽水炉は依然として世界で最も一般的な原子炉であるため、このタイプのリサイクルが最も一般的です。これは、核燃料サイクルの持続可能性を高め、使用済み燃料の盗難リスクを低減し、高レベル核廃棄物の量を削減すると考えられています。[ 120 ]使用済みMOX燃料は、一般的に熱中性子炉での使用のためにリサイクルすることはできません。この問題は高速中性子炉には影響しないため、元のウランのエネルギーポテンシャルを最大限に引き出すために高速中性子炉が好まれます。 [ 121 ] [ 122 ]

軽水炉の使用済み燃料の主成分は、わずかに濃縮されたウランです。これは再処理ウラン（RepU）としてリサイクルすることができ、高速炉で使用したり、CANDU炉の燃料として直接使用したり、あるいは軽水炉で再濃縮して別のサイクルに使用することもできます。再処理ウランの再濃縮は、フランスとロシアで一般的に行われています。[ 123 ]再処理ウランは、核拡散の可能性という点でもより安全です。[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]

再処理は、使用済み核燃料中のウランとプルトニウム燃料の最大95％を回収し、残りの廃棄物の長期放射能を低減する可能性があります。しかし、核拡散の可能性や核テロに対する脆弱性が高まるという様々な認識のために、再処理は政治的に物議を醸してきました。[ 121 ] [ 127 ]再処理はまた、ワンススルー燃料サイクルと比較して燃料コストが高くなります。[ 121 ] [ 127 ]再処理は高レベル廃棄物の量を80％削減できますが、原子炉外での最初の100年間の残留熱発生と放射能の主な原因である核分裂生成物は削減されません。したがって、再処理された廃棄物は、少なくとも最初の100年間は使用済み核燃料とほぼ同じ処理が必要であり、その後は再処理された廃棄物の放射能はより急速に低下する可能性があります。[ 123 ]

発電用原子炉からの民生用燃料の再処理は現在、フランス、イギリス、ロシア、日本、インドで行われている。アメリカ合衆国では、現在、使用済み核燃料の再処理は行われていない。[ 123 ]フランスのラ・アーグ再処理施設は1976年から商業的に稼働しており、2010年時点で世界の再処理量の半分を担っている。 [ 128 ]この施設では、複数の国で発生した使用済み燃料からMOX燃料を生産している。2015年時点で3万2000トン以上の使用済み燃料が再処理されており、その大部分はフランス、17%はドイツ、9%は日本からのものである。[ 129 ]

育種

米国の加圧水型原子炉に入る前に検査される核燃料集合体

増殖とは、非核分裂性物質を核燃料として使用できる核分裂性物質に変換するプロセスです。このプロセスに使用できる非核分裂性物質は親物質と呼ばれ、現在の核廃棄物の大部分を占めています。この増殖プロセスは増殖炉で自然に発生します。ウラン235（天然ウランの0.7%）を使用する軽水熱中性子炉とは対照的に、高速中性子増殖炉はウラン238（天然ウランの99.3%）またはトリウムを使用します。多くの燃料サイクルと増殖炉の組み合わせが、持続可能または再生可能なエネルギー源であると考えられています。[ 130 ] [ 131 ] 2006年には、海水の抽出により、増殖炉で使用できるウラン資源は50億年分に相当する可能性があると推定されました。[ 132 ]

増殖炉技術はいくつかの原子炉で使用されているが、2006年の時点で、燃料を安全に再処理するための高コストのために、経済的に正当化されるにはウラン価格が200ドル/kg以上必要である。[ 133 ]しかし増殖炉は、現在の核廃棄物の在庫にあるアクチニド（最も活性で危険な成分）をすべて燃やし、同時に電力を生産し、増殖プロセスによってより多くの原子炉用の燃料を追加で生成する可能性のために開発されている。[ 134 ] [ 135 ] 2017年現在、商業電力を生産している増殖炉はBN-600原子炉とBN-800原子炉の2つで、どちらもロシアにある。[ 136 ]フランスのフェニックス増殖炉は、36年間の運転を経て2009年に停止した。[ 136 ]中国とインドはどちらも増殖炉を建設している。インドの500MWe高速増殖炉原型炉は現在試運転段階にあり[ 137 ] 、さらに原型炉を建設する計画がある。[ 138 ]

高速中性子増殖炉のもう一つの代替案は、トリウムから増殖させたウラン233をトリウム燃料サイクルの核分裂燃料として使用する熱中性子増殖炉である。[ 139 ]トリウムは地殻中にウランの約3.5倍存在し、異なる地理的特徴を持っている。[ 139 ]インドの三段階原子力発電計画では、トリウムの埋蔵量は豊富だがウランの埋蔵量が少ないため、第3段階でトリウム燃料サイクルを使用することになっている。[ 139 ]

廃止

原子力施設の廃止措置とは、原子力施設を放射線防護措置が不要になるまで解体し、[ 140 ]施設とその部品を他の用途に委託できるほど安全なレベルに戻すプロセスです。 [ 141 ]放射性物質が存在するため、原子力施設の廃止措置には技術的および経済的な課題があります。[ 142 ]廃止措置の費用は通常、施設の耐用年数にわたって分散され、廃止措置基金に積み立てられます。[ 143 ]

生産

世界の原子力発電の現状（凡例をクリック）
2024年の世界の電源別発電量（テラワット時（TWh））。総発電量は30.85ペタワット時。[ 144 ]
  1. 石炭 10,587 (34.4%)
  2. 天然ガス 6,796 (22.1%)
  3. 水力 4,417 (14.4%)
  4. 原子力 2,765 (8.99%)
  5. 風力 2,497 (8.12%)
  6. 太陽光 2,130 (6.92%)
  7. その他 1,569 (5.10%)

民生用原子力発電は2023年に2,602テラワット時（TWh）の電力を供給し、これは世界の発電量の約9％に相当し、[ 3 ]水力発電に次いで2番目に大きな低炭素電源であった。[ 145 ]原子力発電は2023年に世界のエネルギー生産に約4％貢献した。これは、2023年に世界のエネルギーの3.5％を供給した風力発電をわずかに上回る。[ 146 ]原子力発電が世界の電力生産に占める割合は、1997年の16.5％から低下しているが、これは主に原子力発電の経済性がより困難になったためである。[ 147 ]

2024年11月現在、世界には415基の民生用核分裂炉があり、総発電容量は374ギガワット（GW）である。[ 4 ]また、建設中の原子力発電所は66基、計画中の原子力発電所は87基あり、総発電容量はそれぞれ 72GWと 84GWである。[ 5 ]米国は世界最大の原子炉群を保有しており、 年間800TWh以上を発電し、平均設備利用率は92%である。[ 148 ]アジアで建設中の原子炉のほとんどは第3世代原子炉である。 [ 149 ]

原子力発電の利用状況には地域差が大きい。米国は世界で最も多くの原子力エネルギーを生産しており、消費電力の19%を原子力が供給している。一方、フランスは原子炉による発電が最も多く、2023年には65%に達する見込みである。[ 25 ]欧州連合（EU）では、2022年時点で原子力が電力の22%を供給している。[ 150 ] 原子力は米国において最大の低炭素電源であり、[ 151 ] EUの低炭素電力の約半分を占めている。[ 150 ] EU加盟国間で原子力政策は異なり、オーストリア、エストニア、アイルランド、イタリアなど、稼働中の原子力発電所がない国もある。[ 152 ]

さらに、約180基の原子炉を搭載し、原子力推進を使用している海軍艦艇が約140隻運用されていました。 [ 153 ] [ 154 ]これらには軍用船と、原子力砕氷船などの民間船が含まれます。[ 155 ]

国際的な研究は、水素製造（水素経済の支援）、海水淡水化、地域暖房システムでの使用など、プロセス熱のさらなる利用について継続されています。[ 156 ]

経済

原子力発電とその他のエネルギー源の均等化発電原価（LCOE）の経時的比較。風力タービンや太陽光パネルは大量生産が可能で学習曲線効果を享受できる一方、原子力発電は建設される原子炉の数が限られているため、ほぼ常に一回限りのプロジェクトとなる。この図の出典であるOur World in Dataは、ここで示されているコストは世界平均であり、これらのコストは米国の2つのプロジェクトによって押し上げられたと指摘している。同組織は、2010年代に最も輸出され生産された原子力施設である韓国のAPR1400のコストの中央値は、輸出を含めて「一定」であったことを認識している。[ 157 ]

新規原子力発電所の経済性は議論の的となっている。原子力発電所は一般的に建設コストが高い。そのため、他の発電方法との比較は、原子力発電所の建設期間や資金調達に関する想定に大きく依存する。この強い依存性のため、原子力発電の最終的なコストは資本コストに大きく依存する。[ 158 ]

原子力発電の経済性を分析する際には、将来の不確実性のリスクを誰が負うのかという点も考慮する必要がある。2010年現在、稼働中の原子力発電所はすべて、国営または規制下にある独占電力会社によって開発されている。[ 159 ]その後、多くの国が電力市場を自由化し、これらのリスク、そして資本コストの回収前に安価な競合企業が出現するリスクは、消費者ではなく原子力発電所の供給業者や運営者が負担するようになった。そのため、新規原子力発電所の経済性評価は大きく異なるものとなっている。[ 160 ]

国際エネルギー機関（IEA）とOECD原子力機関（NEA）の分析によると、新しい原子力発電所の均等化発電原価（LCOE）は69米ドル/MWhと推定されている。これは、割引率7％で、2025年に完成予定のn番目の種類の原子力発電所のコスト推定中央値である。原子力は、ディスパッチ可能な技術の中で最も低コストの選択肢であることが判明した。[ 161 ]変動性のある再生可能エネルギーは、より安価な電力を生成できる。陸上風力発電のコストの中央値は50米ドル/MWh、実用規模の太陽光発電は56米ドル/MWhと推定されている。[ 161 ]しかし、これらの電源はディスパッチできないため、原子力と直接比較することはできない。炭素税や炭素排出量取引などの地球温暖化を緩和する対策は、原子力の経済性を有利にするかも知れない。[ 162 ] [ 163 ] CO2排出コストを30米ドル/トンと 仮定すると、石炭火力発電（88米ドル/MWh）とガス火力発電（71米ドル/MWh）は低炭素技術よりも高価である。原子力発電所の寿命延長による長期運転による電力は、32米ドル/MWhで最も低コストの選択肢であることがわかった。[ 161 ]       

建設コストの高さは、原子力発電所にとって最大の課題の一つです。原子力発電のコスト動向は、国、設計、建設速度、そして専門知識の確立状況によって大きな差が見られます。2000年代にコストが低下したデータは、インドと韓国の2カ国のみでした。[ 164 ] NuScale Power社が開発しているような 新型小型モジュール炉は、原子炉を小型化・モジュール化することで工場での建設を可能にし、新規建設の投資コストを削減することを目指しています。

1990年代までの第2世代軽水炉と比較してはるかに高い設備利用率と信頼性を実現したCANDU型原子炉など、初期の設計ではかなりの経済性が認められた。 [ 165 ] オンライン燃料交換炉の設計により、PHWR（CANDU設計もその一部）は、800日を超えることも珍しくない、最長連続発電時間の世界記録を数多く保持し続けている。[ 166 ] 2019年時点での具体的な記録は、カイガ原子力発電所のPHWRで、962日間連続発電している。[ 167 ]

原子力発電所は、ある程度の電力系統への追従能力はあるものの、通常は発電コストを可能な限り低く抑えるために稼働し、主にベースロード電力を供給しています。[ 168 ]

場合によっては、政府が「潜在的なコスト超過分を消費者に前払いさせる」こと[ 169 ]や、非経済的な原子力エネルギーに補助金を出したり[ 170 ]、そうするよう要求されたりしていることが判明しています。[ 171 ]欧州連合では、原子力事業者が廃棄物管理の費用を支払う責任があります。[ 172 ]米国では、議会が40年前に、放射性廃棄物の保管は民間企業ではなく国が責任を負い、納税者が費用を負担することを決定したと伝えられています。[ 173 ]「世界核廃棄物報告書2019」では、「汚染者負担原則が法的に義務付けられている国でも、その適用は不完全である」と述べ、大量の廃棄物の回収に納税者が費用を支払わなければならないドイツのアッセII深地層処分施設の事例を指摘しています。[ 174 ]同様に、化石燃料や再生可能エネルギーを含む他の形態のエネルギーも、そのコストの一部が政府によって負担されている。[ 175 ]

宇宙での使用

火星探査車キュリオシティなどのいくつかの宇宙ミッションで使用されている多目的放射性同位元素熱電発電機（MMRTG ）

宇宙における原子力発電の最も一般的な利用法は、放射性崩壊を利用して発電する放射性同位体熱電発電機である。これらの発電機は比較的小規模（数kW）で、主にボイジャー2号宇宙探査機のように、太陽光エネルギーが十分に得られない状況での宇宙ミッションや実験に長期間電力を供給するために使用されている。[ 176 ]原子炉を用いた宇宙船はいくつか打ち上げられており、ソ連のRORSATシリーズには34基の原子炉が、アメリカのSNAP-10Aには1基の原子炉が使用されている。[ 176 ]

核分裂と核融合はどちらも宇宙推進への応用に有望であり、反応質量が少なく、より高いミッション速度を生み出すことができる。[ 176 ] [ 177 ]

安全性

異なるエネルギー源における電力生産量当たりの死亡率

原子力発電所は、他の発電所と比較して、安全性に影響を与える3つの独自の特徴を持っています。第一に、原子炉内には強力な放射性物質が存在し、それらが環境に放出されると危険を及ぼす可能性があります。第二に、原子炉内の強力な放射性物質の大部分を構成する核分裂生成物は、核分裂連鎖反応が停止した後もかなりの量の崩壊熱を発生し続けます。この熱を原子炉から除去できない場合、燃料棒が過熱し、放射性物質を放出する可能性があります。第三に、連鎖反応を制御できない場合、特定の原子炉設計では臨界事故（原子炉出力の急激な上昇）が発生する可能性があります。原子炉を設計する際には、これらの3つの特徴を考慮する必要があります。[ 178 ]

現代の原子炉はすべて、負のボイド反応度係数として知られる概念に基づく自然なフィードバック機構によって、原子炉出力の制御不能な上昇を防ぐように設計されている。原子炉内の温度または蒸気量が増加すると、核分裂率は本質的に低下する。また、制御棒を原子炉心に挿入することで、連鎖反応を手動で停止させることもできる。緊急炉心冷却システム（ECCS）は、通常の冷却システムが故障した場合、原子炉から崩壊熱を除去することができる。[ 179 ] ECCSが故障した場合でも、複数の物理的障壁によって、事故発生時における放射性物質の環境への放出が制限される。最後の物理的障壁は、大型の格納容器建屋である。[ 178 ]

原子力は、死亡率が 1 TWhあたり 0.03 であり、歴史的実績を考慮すると、死亡率の点で発電単位当たりでは太陽光発電に次いで 2 番目に安全なエネルギー源である。[ 180 ]石炭、石油、天然ガス、水力によって生産されたエネルギーは、大気汚染やエネルギー事故による発電単位当たりの死亡者数が多くなっている。これは、他のエネルギー源による直接的な死亡者数を、原子力事故による直接的および潜在的な、つまり予測される間接的ながんによる死亡者数と比較した場合にわかる。[ 181 ] [ 182 ]原子力と化石燃料による直接的および間接的な死亡者数（採鉱や大気汚染による死亡者数を含む）を比較すると、[ 183 ]​​ 原子力の利用によって、化石燃料によって発電されていたであろうエネルギーの割合が減り、1971 年から 2009 年の間に大気汚染による死亡者数が約 184 万人減少したと計算されている。[ 184 ] [ 185 ] 2011年の福島原発事故を受けて、もし日本が原子力発電を導入していなかったら、石炭火力発電所やガス火力発電所の事故や汚染によって、より多くの命が失われていただろうと推定されている。[ 186 ]

原子力事故の深刻な影響は、放射線被曝に直接起因するものではなく、むしろ社会的、心理的影響に起因することが多い。被災者の避難や長期にわたる移住は、多くの人々、特に高齢者や入院患者に問題を引き起こした。[ 187 ]原子力事故からの強制避難は、社会的孤立、不安、抑うつ、心身医学的問題、無謀な行動、自殺につながる可能性がある。チェルノブイリ原発事故の余波に関する2005年の包括的な研究では、精神的健康への影響が事故によって引き起こされた最大の公衆衛生問題であると結論付けている。[ 188 ]アメリカの科学者フランク・N・フォン・ヒッペルは、福島原発事故後の汚染地域の住民は、電離放射線に対する過度の恐怖（放射線恐怖症）によって長期的な心理的影響を受ける可能性があるとコメントした。[ 189 ]

事故

1986年以来世界最悪の原子力事故となった2011年の福島第一原子力発電所事故の後、放射能が空気、土壌、海に漏れ、5万世帯が避難を余儀なくされた。 [ 190 ]放射能検査の結果、野菜や魚の一部の出荷が禁止された。[ 191 ]
原子炉停止後の原子炉崩壊熱を、最大出力に対する割合として表す。2つの異なる相関関係を用いている。崩壊熱を除去するには、核分裂反応の停止後に原子炉を冷却する必要がある。崩壊​​熱を除去する能力の喪失が、福島原発事故の原因となった。

深刻な原子力事故や放射線事故がいくつか発生しています。原子力事故の重大性は、国際原子力機関（IAEA）が導入した国際原子力事象評価尺度（INES）に基づいて一般的に分類されます。この尺度は、異常事象または事故を0（通常運転からの逸脱で安全上のリスクを伴わない）から7（広範囲にわたる影響を及ぼす重大事故）までの尺度で評価します。民生用原子力発電業界では、レベル5以上の事故が3件発生しており、そのうちチェルノブイリ原発事故と福島第一原子力発電所事故の2件はレベル7に分類されています。

最初の大規模な原子力事故は、 1957年に起きたソ連のクイシトゥイム事故とイギリスのウィンズケール火災である。米国で最初の大規模な原子炉事故は、1961年にアイダホ国立研究所の米陸軍実験用原子炉SL-1で発生した。制御不能な連鎖反応により水蒸気爆発が発生し、乗組員3名が死亡し、メルトダウンが発生した。[ 192 ] [ 193 ] 1968年には別の重大事故が発生し、ソ連の潜水艦 K-27に搭載されていた2基の液体金属冷却原子炉のうち1基で燃料要素の破損が発生し、ガス状の核分裂生成物が周囲の空気中に放出され、乗組員9名が死亡、83名が負傷した。[ 194 ]

福島第一原子力発電所事故は、 2011年の東北地方太平洋沖地震と津波によって引き起こされました。この事故による放射線関連の死者は出ていませんが、周辺地域の放射能汚染を引き起こしました。困難な除染作業には、40年以上かけて数百億ドルの費用がかかると予想されています。[ 195 ] [ 196 ] 1979年のスリーマイル島原子力発電所事故は、INESレベル5と評価された小規模な事故でした。この事故による直接的、間接的な死者はいませんでした。[ 197 ]

原子力事故の影響については議論の的となっている。ベンジャミン・K・ソバクールによると、核分裂エネルギー事故は総経済コストの点でエネルギー源の中で最も大きく、エネルギー事故に起因するすべての財産損害の41%を占めている。[ 198 ]別の分析では、石炭、石油、液化石油ガス、水力発電の事故（主に板橋ダムの事故による）が、原子力事故よりも大きな経済的影響を与えていることが明らかになった。[ 199 ]この研究は、原子力に起因する潜在的な癌による死亡者数を、発電エネルギー1単位あたりの他のエネルギー源による即時死亡者数と比較しており、化石燃料関連の癌や化石燃料の消費によって引き起こされるその他の間接的な死亡は「シビアアクシデント」（死亡者5名以上の事故）の分類には含まれていない。1986年のチェルノブイリ原発事故では、直接的および間接的な影響により約50人が死亡し、急性放射線症候群による一時的な重篤な傷害も発生した。[ 200 ]今後数十年間で癌発生率の上昇により死亡率は4000人に達すると予測されている。[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ]

原子力発電は、国内外の条約に基づき事故責任を制限または構造化する保険の枠組みの下で運営されている。 [ 204 ]この潜在的な責任不足は、原子力発電のコストに含まれていない外部コストを表しているとしばしば議論される。このコストは小さく、米国議会予算局の調査によると、均等化発電原価の約0.1%に相当する。 [ 205 ]最悪のシナリオを想定したこうした通常の範囲を超える保険コストは、原子力発電に限ったものではない。水力発電所も同様に、ダム決壊などの壊滅的な災害に対して十分な保険がかけられていない。例えば、板橋ダムの決壊により、推定3万人から20万人が死亡し、1100万人が家を失った。民間保険会社はダム保険料を限定的なシナリオに基づいて設定しているため、この分野の大規模災害保険も同様に国によって提供されている。[ 206 ]

攻撃と破壊行為

テロリストは、地域社会に放射能汚染物質を放出するために原子力発電所を標的にする可能性があります。米国9/11委員会は、2001年9月11日の攻撃において、原子力発電所が当初想定されていた潜在的な標的であったと述べています。原子炉の使用済み燃料プールへの攻撃も深刻な事態を招く可能性があります。なぜなら、これらのプールは原子炉の炉心よりも防護力が弱いからです。放射能の放出は、数千人の短期的な死者と、より多くの長期的な死者につながる可能性があります。[ 207 ]

米国では、原子力規制委員会（NRC）がすべての原子力発電所において、少なくとも3年に1回、「フォース・オン・フォース（FOF）」訓練を実施している。[ 207 ]米国では、原子力発電所は電子監視システムを備えた2列の高いフェンスで囲まれている。発電所敷地内は、相当数の武装警備員によって巡回されている。[ 208 ]

内部者による妨害行為も脅威である。なぜなら内部者はセキュリティ対策を観察し、回避することができるからである。[ 209 ] 1971年、ニューヨークのインディアンポイントエネルギーセンターで、メンテナンス作業員が故意に起こした火災により、500万～1000万ドル相当の損害が発生した。[ 210 ] [ 211 ]

増殖

核拡散とは、核兵器、核分裂性物質、そして核兵器関連の核技術が、核兵器を保有していない国に拡散することを指します。原子力発電計画の策定に関連する多くの技術や物質は、核兵器の製造にも利用可能な二重使用能力を有しています。そのため、原子力発電は核拡散リスクを伴います。

原子力発電計画は核兵器への道筋となり得る。その一例が、イランの核計画に対する懸念である[ 212 ]。民生用原子力産業の軍事転用は、190カ国が加盟する核拡散防止条約（NPT）に違反する。2012年4月現在、民生用原子力発電所を保有する国は31カ国あり[ 213 ] 、そのうち9カ国が核兵器を保有している。これらの核兵器保有国の大多数は、商業用原子力発電所を建設する前に核兵器を製造していた。

世界安全保障の基本的な目標は、原子力発電の拡大に伴う核拡散リスクを最小限に抑えることである。[ 212 ]世界原子力パートナーシップは、エネルギーを必要とする発展途上国が、自国でのウラン濃縮プログラムの開発を放棄することに同意するのと引き換えに、割引価格で核燃料を受け取ることができる供給ネットワークを構築する国際的な取り組みであった。フランスに拠点を置くユーロディフ/欧州気体拡散ウラン濃縮コンソーシアムは、この概念をうまく実施したプログラムであり、スペインなどの濃縮施設を持たない国は、フランスが管理する濃縮施設で生産された燃料の一部を購入しているが、技術移転は行われていない。[ 214 ]イランは1974年から初期に参加しており、ソフィディフを通じてユーロディフの株主であり続けている。

2009年の国連報告書は次のように述べています。

原子力への関心の復活は、ウラン濃縮と使用済み燃料の再処理技術の世界的な普及につながる可能性があるが、これらの技術は核兵器に直接使用可能な核分裂性物質を生成する可能性があるため、明らかに核拡散のリスクがある。[ 215 ]

一方、原子力発電所は、軍用級核物質を再処理して原子力発電所の燃料として使用することで、核兵器の保有量を削減することもできます。「メガトン・トゥ・メガワット・プログラム」は、現在までに最も成功した核不拡散プログラムの一つと考えられています。 [ 216 ] 2005年までに、このプログラムは80億ドル相当の高濃縮兵器級ウランを天然ウランで希釈し、商用核分裂炉の燃料として適した低濃縮ウランに変換しました。これは1万発の核兵器の廃棄に相当します。[ 217 ]約20年間、この物質は米国の全電力消費量の約10%、つまり米国の原子力発電量の約半分を供給し、総発電量は約7,000TWhでした。[ 218 ]総額170億ドルと推定されるこの取引は、米国の料金支払者にとって「お買い得」であり、ロシアはこの取引から120億ドルの利益を得ました。[ 218 ]ソ連経済の崩壊後、ロシア連邦の高濃縮ウランと弾頭の維持とセキュリティの支払いに困難を抱えていたロシアの核監視産業にとって、これは非常に必要な利益であった。[ 219 ]メガトンからメガワットへのプログラムは、冷戦終結以来、世界中で核兵器の数が大幅に削減された原動力となったため、反核兵器派から大きな成功として歓迎された。[ 216 ]しかし、原子炉の増加と核分裂性燃料の需要の増加がなければ、解体とダウンブレンディングのコストはロシアが軍縮を続けることを思いとどまらせる。 2013年現在、ロシアはプログラムの延長に関心がないように見える。[ 220 ] 

環境への影響

伊方原子力発電所は、加圧水型原子炉であり、大型冷却塔に代わる冷却方法として、大量の水を備えた二次冷却材熱交換器を使用して冷却する。

原子力エネルギーは、比較的土地利用の必要性が少ない低炭素エネルギー源であるため、環境にプラスの影響を与える可能性がある。しかし、相当量の水を絶えず供給する必要があり、採掘や製粉によって環境に影響を与える。[ 221 ] [ 222 ] [ 223 ] [ 224 ]原子力エネルギーが環境に与える最も大きな潜在的なマイナス影響は、将来的に核兵器が使用されるリスクを高める可能性のある核兵器拡散の世代を超えたリスク、地下水汚染など放射性廃棄物の管理に関連する問題のリスク、事故のリスク、廃棄物貯蔵施設や再処理・発電所へのさまざまな形態の攻撃のリスクから生じる可能性がある。[ 225 ] [ 226 ] [ 227 ] [ 228 ] [ 229 ] [ 224 ] [ 230 ] [ 231 ]しかし、歴史的に原子力発電所で比較的大きな環境影響が知られている災害はほとんどなかったため、これらはほとんどリスクにとどまっている。

炭素排出量

電力供給技術のライフサイクル温室効果ガス排出量、IPCCが算出した中央値[ 232 ]

原子力発電は、電力を生産するための主要な低炭素発電方法の1つであり、生成されるエネルギー単位あたりのライフサイクル全体の温室効果ガス排出量で見ると、再生可能エネルギーと同等かそれ以下の排出量値となっています。[ 233 ] [ 234 ]気候変動に関する政府間パネル（IPCC）による2014年のカーボンフットプリント文献の分析では、原子力発電の組み込まれたライフサイクル全体の排出強度の中央値は12 g CO 2 eq / kWhであり、これはすべての商用ベースロードエネルギー源の中で最も低いと報告されています。[ 232 ] [ 235 ]これは、石炭および天然ガスの820および490 g CO 2 eq/kWhと対照的です。[ 232 ] [ 235 ]ある報告書によると、2021年現在、世界中の原子炉は1970年以降、石炭火力発電と比較して720億トンの二酸化炭素排出を回避するのに貢献している。[ 185 ] [ 236 ] 

放射線

自然放射線による平均線量は、世界全体で年間2.4ミリシーベルト （mSv/a）です。これは主に場所の地質によって1mSv/aから13mSv  /aの間で変動します。国連（UNSCEAR）によると、核燃料サイクルを含む原子力発電所の定期的な運転は、 世界平均で公衆被ばく量を0.0002mSv/a増加させます。稼働中の原子力発電所から周辺住民が受ける平均線量は0.0001mSv  /a未満です。[ 237 ]比較すると、石炭火力発電所から50マイル（80km）以内の住民の平均線量は、この3倍以上の0.0003mSv  /aです。[ 238 ]

チェルノブイリでは、最も影響を受けた周辺住民と男性の復旧作業員が、 数時間から数週間にわたって平均50～100 mSvの初期被曝を受けたが、最悪の原子力発電所事故による地球規模の負の遺産は、平均被曝量で0.002 mSv/年であり、事故のあった1986年に北半球全体の人口平均で最初 の高値0.04 mSv/年から減衰率で継続的に減少している。[ 237 ] 

議論

原子力に関する議論は、民生目的で核燃料から電力を生産するための原子核分裂炉の配備と使用をめぐる論争に関するものである。[ 32 ] [ 239 ] [ 33 ]

原子力エネルギーの支持者は、原子力エネルギーは輸入に頼ることの多い他のエネルギー源への依存を減らすことで炭素排出量を削減し、エネルギー安全保障を向上させる持続可能なエネルギー源であると考えている。 [ 240 ] [ 241 ] [ 242 ]例えば、支持者は、原子力発電によって毎年4億7000万トンの二酸化炭素排出量が削減されると指摘している。[ 243 ]さらに、原子力エネルギーによって生成される廃棄物の量は比較的少なく、大規模な原子力発電施設によって安全に処分されるか、他のエネルギー用途に再利用/リサイクルされる。[ 244 ]

支持者たちはまた、現在の核廃棄物の量は少なく、新型原子炉の最新技術によって削減できると主張し、核分裂発電の運用上の安全記録は死者数で見るとこれまで「比類のない」ものだと主張している。[ 21 ]カレチャとハンセンは、「世界の原子力発電は、平均184万人の大気汚染関連の死と、化石燃料の燃焼によって生じたであろう64ギガトンの二酸化炭素換算（GtCO2 ）の温室効果ガス（GHG）排出を防いできた」と推定しており、もし原子力発電が継続されれば、 2050年までに最大700万人の死と240 ギガトンの二酸化炭素換算の排出を防ぐことができるとしている。 [ 185 ]

推進派は、他の電力源を利用することによる機会費用にも注目している。例えば、米国環境保護庁（EPA）は、石炭火力発電による環境負荷の結果として、年間3万人が死亡していると推定している[ 245 ]。また、チェルノブイリ原発事故では60人が死亡した[ 246 ] 。推進派が示す環境負荷の実例としては、バーモント・ヤンキー原子力発電所 の閉鎖後2ヶ月で炭素排出量が65万トン増加したことが挙げられる[ 247 ] 。

2015年にAAAS会員を対象に行われた調査では、65%が原子力発電所の増設を支持しており、物理学者ではその割合は79%に上昇した。[ 248 ]

反対派は、原子力発電は人々の健康と環境に多くの脅威をもたらすと考えている[ 249 ] [ 250 ]。例えば、核兵器拡散のリスク、長期的な廃棄物の安全な管理、将来のテロリズムなどである[ 251 ] [ 252 ] 。また、原子力発電所は複雑なシステムであり、多くの問題が発生する可能性があり、実際に問題が発生していると主張している[ 253 ] [ 254 ] 。

批評家は、新しい核分裂発電所を建設する最大の欠点の一つは、持続可能なエネルギー源の代替手段と比較してコストが高いことだと指摘している。[ 255 ] [ 256 ] [ 223 ] [ 257 ]しかし、 支持者は、均等化発電原価（LCOE）に焦点を当てることで、24時間365日いつでもディスパッチ可能な電力に関連するプレミアムと、変動エネルギー源を信頼性の高い電力網に統合するために必要な貯蔵およびバックアップシステムのコストが無視されていると指摘している。[ 258 ]「したがって、原子力は2025年においても、最も低いコストでディスパッチ可能な低炭素技術であり続ける。大規模な水力発電だけが同等のコストで同様の貢献を果たすことができるが、各国の自然資源に大きく依存する。」[ 259 ]

ドイツ北部ゴアレーベンの核廃棄物処分場近くで行われた反核抗議活動

全体として、多くの反対派は、原子力エネルギーが気候変動の緩和に有意義な貢献をすることは不可能だと考えている。一般的に、彼らは原子力エネルギーがあまりにも危険で、費用がかかりすぎ、導入に時間がかかりすぎると考えているだけでなく、持続可能性とカーボンニュートラルへの移行の達成を阻害すると考えている。[ 260 ] [ 261 ] [ 262 ] [ 263 ]これらの反対派は、原子力エネルギーが、代替の持続可能なエネルギーシステム技術の導入と開発のための資源（すなわち、人材、資金、時間、インフラ、専門知識）をめぐる競争において、実質的に妨げになっていると考えている。[ 264 ] [ 265 ] [ 169 ] [ 260 ] [ 266 ]

それでもなお、新たな原子力発電所のコストについては、季節エネルギー貯蔵の提供が困難で、世界平均よりも速いペースで化石燃料を段階的に廃止し低炭素電力への移行を目指している地域で特に研究と議論が続いている。 [ 267 ]原子力エネルギーを完全に段階的に廃止した100％再生可能エネルギーベースの欧州エネルギーシステムの移行財政コストは、送電網が欧州全域にしか広がっていない場合、現在の技術（例えば、グリーン水素、送電および柔軟性能力、エネルギー需要の削減方法、地熱エネルギー、核融合エネルギーなどの潜在的な進歩を考慮しない場合）に基づくと2050年までにさらに高くなる可能性があると考える人もいる。[ 268 ]経済性と安全性に関する議論は、議論の両側で使用されている。

再生可能エネルギーとの比較

地球温暖化を減速させるには、主に化石燃料の燃焼を大幅に削減することによる低炭素経済への移行が必要です。これは、世界のエネルギーミックスにおける化石燃料を急速に置き換えるための最善の道筋を模索する上で、大きな関心と論争を引き起こしており、[ 269 ] [ 270 ]学術界でも激しい議論が交わされています。[ 271 ] [ 272 ] IEAは、原子力発電所を持たない国は再生可能エネルギーに加え、原子力発電所も開発すべきだと主張することもあります。[ 273 ]

2017年の世界の総一次エネルギー供給量は162,494 TWh（または13,792 Mtoe）で、燃料別では（IEA、2019年）[ 274 ]：6、8
  1. 石油（32.0％）
  2. 石炭/泥炭/頁岩（27.1%）
  3. 天然ガス（22.2％）
  4. バイオ燃料および廃棄物（9.50%）
  5. 原子力（4.90％）
  6. 水力発電（2.50%）
  7. その他（再生可能エネルギー）（1.80%）

原子力発電は、供給される電力の単位当たりの命の損失という点では、多くの再生可能エネルギー源に匹敵し、場合によってはそれよりも低い。[ 183 ]​​ [ 181 ] [ 275 ]

原子炉は再生可能エネルギー源に比べて廃棄物の量がはるかに少ないが、核廃棄物は再生可能技術による廃棄物に比べてはるかに有毒で、管理に費用がかかり、寿命が長い。[ 276 ] [ 227 ] 核廃棄物は環境に漏れると危険であり、数千年、あるいは数十万年にわたって安全に保管する必要がある。[ 277 ] [ 278 ] [ 279 ]

原子力発電所の廃炉は、再生可能エネルギー発電所に比べてはるかに複雑です。原子力発電所は解体・撤去する必要があり、解体された原子力発電所の多くは低レベル放射性廃棄物として数十年にわたって保管する必要があります。[ 280 ]

原子力発電は核拡散のリスクももたらす可能性がある。分離プルトニウムと濃縮ウランは核兵器に転用される可能性があり、人類の文明と環境に重大な地球規模のリスクをもたらす。[ 226 ] [ 227 ] [ 228 ] [ 229 ]

必要な移行と投資のスピード

バリー・W・ブルック教授らが2015年に実施した分析によると、原子力エネルギーは10年以内に電力網から化石燃料を完全に排除、もしくは置き換えることができるという。この発見は、1980年代のフランスとスウェーデンの建設計画中に原子力エネルギーが追加された、歴史的に控えめで実証済みの速度に基づいていた。[ 281 ] [ 282 ]同様の分析で、ブルックは以前、世界の核分裂増加率が世界のGDPの単位あたりの年間GW数（GW/年/ドル）で計算された歴史的に実証済みの設置速度と同一であれば、輸送用合成燃料などを含む世界のエネルギー全体の50％が約30年以内に生成されると判定していた。 [ 283 ]これは、歴史的に前例のない、年間で桁違いにコストのかかる世界的投資を必要とする100 ％再生可能エネルギーシステムの概念研究とは対照的である。[ 284 ] [ 283 ] [ 284 ]ブルックは、「核分裂の主な制約は技術的、経済的、あるいは燃料に関連したものではなく、むしろ社会の受容、財政的・政治的惰性、そして[他の]低炭素代替案が直面している現実世界の制約に対する批判的評価の不十分さといった複雑な問題に関連している」と指摘している。[ 283 ]

土地利用

米国の原子力発電所が1GW の設備容量あたりに使用する土地面積の中央値は1.3平方マイル（3.4  km 2）である。[ 285 ] [ 286 ]太陽光発電で同量の電力を年間（設備利用率を考慮して）発電するには約60平方マイル（160 km 2）の土地が必要であり、風力発電所では約310平方マイル（800 km 2）の土地が必要となる。[ 285 ] [ 286 ]これには、関連する送電線、給水、鉄道、核燃料の採掘と処理、および廃棄物処理に必要な土地は含まれない。[ 287 ]

研究

先進的な核分裂炉の設計

現在、世界中で稼働している核分裂炉は第二世代または第三世代システムであり、第一世代システムのほとんどは既に退役している。先進的な第四世代原子炉の研究は、経済性、安全性、核拡散抵抗性、天然資源の利用、既存の核廃棄物を電力生産に利用する能力の向上など、8つの技術目標に基づき、第四世代国際フォーラム（GIF）によって正式に開始された。これらの原子炉のほとんどは、現在稼働中の軽水炉とは大きく異なり、2030年以降に商業的に建設可能になると予想されている。[ 288 ]

ハイブリッド核融合核分裂

ハイブリッド原子力発電は、核融合と核分裂のプロセスを組み合わせて発電する方式として提案されている。この概念は1950年代に遡り、 1970年代にはハンス・ベーテによって短期間提唱されたが、純粋核融合の実現が遅れたため、2009年に関心が再燃するまで、ほとんど研究されることはなかった。持続的な核融合発電所が建設されれば、使用済み核分裂燃料に残留する核分裂エネルギーをすべて抽出できる可能性があり、核廃棄物の量を桁違いに削減できる。さらに重要なことに、使用済み燃料中に存在するアクチニド（安全上の懸念物質）をすべて除去できる可能性がある。[ 289 ]

融合

米国は核融合発電の主導権を民間産業に託してきたが、最近では中国政府が核融合を国家の優先事項に据えている。[ 290 ] 2025年には、中国の国有核融合企業1社に21億ドルが投入されたが、これは米国エネルギー省の年間核融合予算の2.5倍に相当する。[ 290 ]
フランスで建設中のITERトカマクの概略図

核融合反応は、核分裂よりも安全で、放射性廃棄物の発生量が少ない可能性がある。[ 291 ] [ 292 ]これらの反応は実現可能と思われるが、技術的に非常に困難であり、実用的な発電所で使用できる規模ではまだ実現されていない。核融合発電は1950年代から理論的および実験的な研究が進められてきた。核融合研究は進行中であるが、核融合エネルギーが商業的に普及するのは2050年以降になる可能性が高い。[ 293 ] [ 294 ] [ 295 ]

実験用の核融合炉や施設はいくつか存在する。現在進行中の最大かつ最も野心的な国際核融合プロジェクトは、フランスで建設中の大型トカマクであるITERである。ITERは、正のエネルギー利得を伴う自立型核融合反応を実証することにより、商業用の核融合発電への道を開くことが計画されている。ITER施設の建設は2007年に始まったが、プロジェクトは多くの遅延と予算超過に見舞われた。この施設は現在、2034年まで稼働を開始しないと予想されている。[ 296 ]後継の商業用核融合発電所であるDEMOが提案されている。[ 297 ] [ 298 ]また、慣性核融合発電所という異なる核融合アプローチに基づく発電所の提案もある。

核融合発電は当初、核分裂発電と同様に容易に実現可能と考えられていました。しかし、継続的な反応とプラズマの閉じ込めに対する過酷な要件のため、実現時期は数十年延期されました。最初の試みから80年以上が経過した2020年現在、核融合発電の商業化は2050年より前には実現しないと考えられていました。[ 297 ] [ 299 ] [ 300 ] [ 301 ] [ 302 ]

核融合エネルギーの開発を強化し加速するため、米国エネルギー省（DOE）は2023年にコモンウェルス・フュージョン・システムズやトカマク・エナジー社を含む8社に4,600万ドルの助成金を交付した。この野心的な取り組みは、10年以内にパイロット規模の核融合を導入することを目指している。[ 303 ]

参照

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