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原子力発電とは、核反応を利用して電気を生成することです。原子力発電は、核分裂、核崩壊、核融合反応から得られます。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核分裂によって生成されています。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ている放射性同位体熱電発電機などのニッチな用途で使用されています。[ 1 ]制御核融合発電を行う原子炉は1958年から稼働していますが、まだ正味の電力を生成しておらず、近い将来に商業的に利用可能になるとは予想されていません。[ 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年までに300GWに達しました。1979年の米国 スリーマイル島事故と1986年のソ連チェルノブイリ原発事故は、原子力発電所に対する規制強化と国民の反対につながりました。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[ 3 ]、水力発電に次ぐ2番目に大きな低炭素電源でした。2025年11月現在 、世界には416基の民生用核分裂炉があり、総容量は376 GWである[ 4 ]。63基が建設中で、87基が計画中で、それぞれの合計容量は66 GWと84 GWである[ 5 ] 。米国は最大の原子炉群を保有しており、 年間約800 TWhを発電し、平均設備利用率は92%である。世界の平均設備利用率は89%である[ 4 ] 。建設中の新しい原子炉のほとんどは、アジアにある第3世代原子炉である。
原子力発電は、炭素排出量を削減する安全で持続可能なエネルギー源です。原子力発電は、他のエネルギー源と比較して、発電量あたりの死亡者数が最も少ないエネルギー源の1つです。ある研究では、建設された原子力発電所1基につき、化石燃料発電所からの大気汚染を回避することで80万年分の寿命を延ばすことができたと推定されています。[ 6 ]石炭、石油、天然ガス、水力発電は、大気汚染や事故により、エネルギー量あたりの死亡者数がそれぞれ原子力発電よりも多くなっています。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炭素排出量が少なくなります。原子力発電に伴う放射線の危険性は、反原子力運動の主な動機であり、原子力発電は人々と環境に脅威を与え、2011年3月11日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、代替の持続可能なエネルギー源と比較して導入コストが高すぎると主張しています。
核分裂の過程は、放射能科学の研究と原子の構成要素を記述する新しい核物理学の発展に40年以上を費やした後、1938年に発見されました。核分裂過程の発見後まもなく、核分裂する原子核から放出された中性子が、適切な条件下では近くの原子核の核分裂を誘発し、自己持続的な連鎖反応を開始できることが明らかになりました。[ 8 ] 1939年にこれが実験的に確認されると、第二次世界大戦勃発直前に、多くの国の科学者が核兵器開発のために核分裂研究への支援を政府に請願しました。[ 9 ]
米国では、これらの研究努力により、シカゴ大学のスタッグ・フィールド・スタジアムの地下に、人類初の人工原子炉であるシカゴ・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開発しようとしたマンハッタン計画の一部であった。これにより、最初の核兵器に使用される兵器級プルトニウムを生産するための、より大型の単目的生産用原子炉の建設につながった。米国は1945年7月に最初の核兵器実験であるトリニティ実験を行い、広島と長崎への原爆投下はその1か月後に行われた。[ 10 ]
最初の核兵器は軍事的な性質を持っていたにもかかわらず、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提供できるという強い楽観論があった。[ 12 ] 1951年12月20日、アイダホ州アルコ近郊のEBR-I実験ステーションで、原子炉による初の発電が行われ、当初は約100kWの電力を発電した。[ 13 ] [ 14 ] 1953年、アメリカのドワイト・アイゼンハワー大統領は国連で「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た。これに続いて、1954年の原子力法が制定され、米国の原子炉技術の迅速な機密解除が可能になり、民間部門による開発が奨励された。[ 15 ]
実用的な原子力発電を最初に開発した組織は米国海軍であり、潜水艦や航空母艦の推進用にS1W原子炉を開発した。最初の原子力潜水艦であるUSSノーチラスは1954年1月に就役した。[ 16 ] [ 17 ] S1W原子炉は加圧水型原子炉であった。この設計は、他の設計に比べてよりシンプルでコンパクトで操作が容易であったため、潜水艦での使用に適していた。この決定により、PWRは発電用原子炉としても選ばれるようになり、今後数年間にわたって民生用電力市場に永続的な影響を与えることになる。[ 18 ]
1954年6月27日、ソ連のオブニンスク原子力発電所は、電力網に電力を供給する世界初の原子力発電所となり、約5メガワットの電力を生産した。[ 19 ]世界初の商業用原子力発電所であるイギリスのウィンドス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の生産という2つの目的を持っており、後者はイギリスで始まったばかりの核兵器計画に使用された。[ 20 ]
世界の原子力発電設備の総容量は当初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100 GWに達した。[ 16 ] 1970年代と1980年代には、経済コストの上昇（主に規制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が低下した。1980年代の米国と1990年代のヨーロッパでは、 電力自由化により、新規原子力発電所（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（政治的反対が少なく、建設が早く、燃料価格が安い）よりも魅力がなくなった。[ 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に原子力発電への投資を促した。[ 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%が原子力発電で賄われており、これは世界で最も高い割合である。[ 25 ]
1960年代初頭、米国では原子力発電に対する地域的な反対運動がいくつか発生した。[ 26 ] 1960年代後半には、科学界の一部のメンバーが明確な懸念を表明し始めた。[ 27 ]これらの反原子力の懸念は、原子力事故、核拡散、核テロ、放射性廃棄物処理に関するものであった。[ 28 ] 1970年代初頭には、ドイツのヴィールで計画されていた原子力発電所に対して大規模な抗議活動が行われた。この計画は1975年に中止された。ヴィールでの反原子力運動の成功は、ヨーロッパや北米の他の地域での原子力発電への反対運動を刺激した。[ 29 ] [ 30 ]
1970年代半ばまでに反原発運動はより広い支持と影響力を獲得し、原子力発電は大規模な国民の抗議の対象となり始めた。[ 31 ] [ 32 ]一部の国では、原子力発電をめぐる議論は「技術論争の歴史上前例のない激しさ」に達した。[ 33 ]原子力発電に対する国民の反感の高まりは、ライセンス取得プロセスの長期化、規制の増加、安全設備の要求の強化につながり、新規建設のコストが大幅に増加した。[ 34 ] [ 35 ]米国では、最終的に120件以上の原子炉建設計画が中止され[ 36 ]、新規原子炉の建設は停止した。[ 37 ] 1979年のスリーマイル島原発事故は、多くの国で新規発電所建設数の減少に大きく影響した。[ 27 ]
1980年代には、 平均して17日に1基のペースで新しい原子炉が稼働を開始した。[ 38 ] 1980年代末までに、世界の原子力発電設備容量は300 GWに達した。1980年代後半以降、新たな設備容量の増加は大幅に減速し、2005年には原子力発電設備容量は365 GWに達した。 [ 39 ]
1986年にソ連で発生したRBMK原子炉が関係するチェルノブイリ原発事故は、原子力発電の開発を変え、国際的な安全基準と規制基準を満たすことに重点を置くようになった。[ 40 ]直接死者56名という死傷者総数と、除染と費用が180億ルーブル（ 2019年換算でインフレ調整後680億米ドル）と推定される経済的損失の両面で、史上最悪の原子力災害とされている。 [ 41 ] [ 42 ]原子力施設の運転員の安全意識向上と専門能力開発を促進する国際機関である世界原子力運転者協会（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。チェルノブイリ原発事故は、その後の数年間の新規プラント建設数の減少に大きく影響した。[ 27 ]これらの出来事の影響を受け、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、[ 43 ] 1990年に原子力発電を完全に段階的に廃止した最初の主要経済国となった。[ 44 ]
2000年代初頭、二酸化炭素排出量への懸念から、原子力エネルギーは原子力ルネッサンス、すなわち新しい原子炉の建設増加を期待していた。[ 45 ]この時期に、EPRなどの新しい第3世代原子炉の建設が始まった。[ 46 ]
原子力ルネッサンスの見通しは、別の原子力事故によって遅れた。[ 45 ] [ 47 ] 2011年の福島第一原子力発電所事故は、史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回の炉心溶融に見舞われた。これは、1986年のチェルノブイリ原発事故以来、最も深刻な民間原子力事故となった。[ 48 ]
この事故は、多くの国で原子力安全と原子力エネルギー政策の見直しを促した。[ 49 ]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。[ 50 ] [ 51 ] この災害の後、日本はすべての原子力発電所を停止し、一部は永久に停止したが、2015年に安全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。[ 52 ]
2022年、岸田文雄首相率いる日本政府は、2011年の震災以降、さらに10基の原子力発電所を再稼働させると発表した。[ 53 ]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。[ 54 ]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。[ 54 ]
2015年までに、IAEAの原子力エネルギーに関する見通しはより有望なものとなり、気候変動緩和のための低炭素発電の重要性が認識されるようになった。[ 55 ] 2015年現在世界的な傾向としては、新規に稼働する原子力発電所の数と、廃止される古い発電所の数のバランスが取れている。[ 56 ] 2016年、米国エネルギー情報局は「基本シナリオ」として、世界の原子力発電量が2012年の2,344テラワット時（TWh）から 2040年には4,500 TWhに増加すると予測した。予測される増加の大部分はアジアで起こると予想された。[ 57 ] 2018年時点で、50基が建設中を含む150基以上の原子炉が計画されていた。[ 58 ] 2019年1月時点で、中国は45基の原子炉を稼働させ、13基を建設中で、さらに43基を建設する計画であり、これにより世界最大の原子力発電国となる。[ 59 ] 2021年時点で、17基の原子炉が建設中であると報告されている。2019年の原子力発電による電力の割合は5%だった。[ 60 ]
2021年10月、日本政府は、国民の意見聴取を経て、資源エネルギー庁（ANRE）と諮問委員会が作成した2030年までの新たな発電計画を承認した。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、先進原子炉の建設と運転許可期間の60年超への延長を検討すべきだと発表した。[ 61 ]
2022年現在、世界の石油とガスの価格が上昇する中、ドイツはエネルギー転換を補うために必要なロシア産ガスの減少に対処するため石炭火力発電所を再稼働させているが[ 62 ]、他の多くの国は老朽化した原子力発電能力を新たな投資で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、原子力を2050年までのフランスのカーボンニュートラルへの取り組みの中心に据えている[ 63 ]。一方、米国では、エネルギー省が民間企業であるTerraPowerとX-energyと協力して、2027年までに2種類の先進的な原子炉を建設する計画を立てており、長期的なグリーンエネルギーとエネルギー安全保障の目標に原子力を導入する計画も進めている[ 64 ] 。
2020年代には、小型モジュール炉（SMR）に対する原子力産業の関心が飛躍的に高まった。これは、小型原子炉は建設中の資金調達コストを抑え、より迅速な導入を可能にし、小型の主要コンポーネントを大量生産することでコストを削減できるため、従来の大型原子炉の規模の経済性を十分に補うことができるという期待に基づいている。2026年、ナティクシス・コーポレート・アンド・インベストメント・バンキングは、 SMRセクターはまだ商業化には程遠く、エンジニアリングの野心は規制の複雑さ、資金調達の現実、産業的な実行と向き合わなければならない段階に入っていると報告した。[ 65 ]
原子力発電所は、核分裂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、原子炉内部から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、原子核が2つのより小さな原子核に分裂することがあり、これは核分裂反応です。この反応では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、さらに多くのエネルギーと中性子を放出します。これは連鎖反応と呼ばれます。ほとんどの商用原子炉では、反応速度は過剰な中性子を吸収する制御棒によって制御されています。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す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与えられます。[ 67 ] [ 68 ]
核燃料サイクルはウラン採掘から始まります。ウラン鉱石は、輸送を容易にするためにイエローケーキ（U 3 O 8 ）として知られるコンパクトな鉱石濃縮物に変換されます。 [ 69 ]核分裂炉は一般的にウランの核分裂性同位体であるウラン235を必要とします。天然ウラン中のウラン235の濃度は低く（約0.7％）、原子炉によっては、中性子経済に応じてこの天然ウランを燃料として使用できます。これらの原子炉は一般的に黒鉛または重水減速材を使用しています。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によって濃度を上げる必要があります。[ 69 ]民生用軽水炉では、ウランは通常3.5 ～ 5％のウラン235に濃縮されます。[ 70 ]ウランは一般的に酸化ウラン（UO 2）というセラミックに変換され、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る。[ 70 ]
原子炉内で一定期間経過すると、燃料中の核分裂性物質が減少し、核分裂生成物が増加し、使用が非現実的になります。[ 70 ]この時点で、使用済み燃料は使用済み燃料プールに移送され、そこで熱を冷却し、電離放射線を遮蔽します。数か月または数年後、使用済み燃料は放射能的にも熱的にも十分に冷却され、乾式貯蔵容器に移送されるか、再処理されます。[ 70 ]
ウランは地殻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じくらい多く、銀の約40倍多く存在します。[ 71 ]ウランはほとんどの岩石、土壌、海水に微量ながら存在しますが、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所に限られます。2011年時点で、1kgあたり130米ドルという恣意的な価格上限で経済的に採掘可能な世界の既知のウラン資源は、現在の原子炉で70年から100年間稼働す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、核燃料を比較的非効率的に使用しており、主に非常に希少なウラン235同位体のみを使用しています。[ 73 ] ウラン235の供給量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阻害される可能性があります。[ 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原子炉よりも利用可能な資源をより効率的に使用することもできます。[ 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、非核分裂性物質から新しい燃料を作成することもできます（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している）を燃焼させる純粋な高速炉燃料サイクルでは、60～100米ドル/kgの価格で、従来の資源とリン鉱石の合計で推定16万年分のウランがあります。[ 75 ] これらの先進的な燃料サイクルと核燃料再処理は、ウランの価格が原子力発電所のコストに比べて非常に低いため、再処理するよりも新しいウランを採掘する方が経済的に有利であることから、現在広く使用されていません。核燃料再処理は、核兵器の製造に使用できる物質を分離するため、核拡散のリスクも高くなります。[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]
非在来型のウラン資源も存在する。ウランは海水中に約3マイクログラム/リットルの濃度で自然に存在し[ 79 ] 、常に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、経済的に競争力があると示唆された[ 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、岩石の河川侵食と海底表面からのウランの自然溶解プロセスによって補充され、どちらも海水中の濃度の溶解平衡を安定したレベルに維持する[ 80 ] 。一部の評論家は、これが原子力発電を再生可能エネルギーとみなす根拠を強化すると主張している[ 82 ]。
原子力発電所や施設の通常の運転では、放射性廃棄物、すなわち核廃棄物が発生します。この種の廃棄物は、発電所の廃止措置の際にも発生します。核廃棄物には、低レベル廃棄物と高レベル廃棄物の2つの大きなカテゴリーがあります。[ 84 ]前者は放射能が低く、衣類などの汚染された物品が含まれますが、脅威は限定的です。高レベル廃棄物は主に原子炉から出る使用済み燃料であり、非常に放射能が高いため、冷却してから安全に処分または再処理する必要があります。[ 84 ]
原子力発電所から出る最も重要な廃棄物は使用済み核燃料であり、これは高レベル放射性廃棄物（HLW）とみなされています。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% 、超ウラン元素アクチニド約1% （主にプルトニウム、ネプツニウム、アメリシウム）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の原因であり、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の原因です。[ 87 ]
高レベル放射性廃棄物は、放射線被ばくを制限するために、生物圏から隔離し、十分な遮蔽を施して保管しなければならない。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提供する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、乾式キャスク貯蔵に安全に移送できる。[ 88 ] 放射能は時間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 ] より強い放射能を持つ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 ]
生物圏から長寿命核分裂生成物（LLFP）廃棄物を分離するための一般的な方法としては、分離と変換[ 83 ] 、シンロック処理、または深地層貯蔵[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]などが挙げられる。
現在世界の原子炉の大部分を占める熱中性子炉は、原子炉運転中に生成される原子炉級プルトニウムを燃焼させることができません。このため、核燃料の寿命は数年に制限されます。米国などの一部の国では、使用済み燃料は完全に核廃棄物として分類されています。[ 95 ]フランスなどの他の国では、使用済み燃料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ます。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、原子炉級プルトニウム（半減期24,000年）を筆頭とする中寿命の超ウラン元素です。[ 96 ]一体型高速炉や溶融塩炉 などの提案されている原子炉設計の中には、高速核分裂スペクトルのおかげで、軽水炉の使用済み燃料中のプルトニウムやその他のアクチニドを燃料として使用できるものがあります。これは、深地層処分よりも魅力的な代替手段となる可能性があります。[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]
トリウム燃料サイクルでは同様の核分裂生成物が生じるが、原子炉内での中性子捕獲事象による超ウラン元素の生成割合ははるかに少ない。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、核拡散リスクはやや低い可能性がある。[ 100 ]
原子力産業では、衣類、手工具、浄水樹脂、そして（廃炉時には）原子炉自体を構成する材料など、放射能の低い汚染物として大量の低レベル廃棄物も発生します。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に保管することも、低レベル廃棄物処分場に送ることもできます。[ 101 ]
原子力発電を行っている国では、放射性廃棄物は産業廃棄物全体の 1% 未満を占めており、その多くは長期間にわたって危険な状態が続きます。[ 73 ]全体として、原子力発電は化石燃料発電所よりも体積あたりの廃棄物がはるかに少ないです。[ 102 ]特に石炭火力発電所は、石炭中に自然に存在する放射性物質が濃縮されることで、大量の有毒で弱放射性の灰を生成します。[ 103 ]オークリッジ国立研究所の 2008 年の報告書では、石炭火力発電は原子力発電よりも実際に多くの放射能を環境に放出しており、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運転による放射線の 100 倍であると結論付けています。[ 104 ]石炭灰は重量あたりの放射能は使用済み核燃料よりもはるかに低いですが、発電量あたりの石炭灰の生成量ははるかに多くなります。また、石炭灰は飛灰として環境に直接放出されますが、原子力発電所は放射性物質から環境を保護するために遮蔽材を使用します。[ 105 ]
核廃棄物の量は、生産されるエネルギーに比べて小さい。例えば、ヤンキー・ロウ原子力発電所 は、稼働中に440億キロワット時の電力を発電したが、使用済み燃料の全量は16個のキャスクに収まっている。[ 106 ]西欧の生活水準の人が生涯にわたって必要とするエネルギー（約3ギガワット時）を生産するには、ソーダ缶ほどの量の低濃縮ウランが必要となり、その結果、同程度の使用済み燃料が発生すると推定されている。[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]
使用済み燃料プールでの一時保管の後、一般的な原子力発電所の使用済み燃料棒集合体の束は、多くの場合、敷地内の乾式キャスク貯蔵容器に保管される。[ 110 ]
原子力廃棄物の処分は、原子力発電所のライフサイクルにおいて、政治的に最も意見が分かれる側面であると考えられていることが多い。[ 111 ]ガボンのオクロにある20 億年前の天然核分裂炉における核廃棄物の移動がないことは、「今日、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、監視されている集中型地下貯蔵施設が大幅な改善になると示唆している。[ 111 ] 「核廃棄物を深地層に貯蔵することの妥当性については国際的な合意がある」。[ 114 ]新技術の出現により、地質学的に不活性な地域への水平掘削孔処分を含む他の方法が提案されている。[ 115 ] [ 116 ]
商業規模の専用地下高レベル放射性廃棄物貯蔵施設は稼働していない。[ 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貯蔵施設が2015年時点で建設中であった。[ 119 ]
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っているリサイクルされた核分裂性物質も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。これは酸化ウランと混合され、混合酸化物またはMOX燃料に加工されます。熱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に対する魅力を低下させ、高レベル放射性廃棄物の量を減らす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使用する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 ]
軽水炉から出る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）に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、軽水炉で別のサイクルで再濃縮したりできます。再処理ウランの再濃縮は、フランスとロシアで一般的です。[ 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、残りの廃棄物中の長期放射能を低減する可能性を秘めている。しかし、再処理は核拡散の可能性や核テロに対する脆弱性の増加に対する様々な認識から、政治的に物議を醸している。[ 121 ] [ 127 ]また、再処理は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る。[ 121 ] [ 127 ]再処理によって高レベル廃棄物の量を80%削減できる一方で、原子炉外の最初の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ない。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、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る。[ 123 ]
原子力発電所から出る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。米国では現在、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年から商業運転されており、2010年時点で世界の再処理の半分を担っている。[ 128 ]複数の国から来た使用済み燃料からMOX燃料を生産している。2015年時点で32,000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%は日本から来ている。[ 129 ]
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増殖性物質と呼ばれ、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（天然ウラン全体の0.7%）を使用する軽水熱中性子炉とは異なり、高速中性子増殖炉はウラン238（天然ウラン全体の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は、持続可能または再生可能なエネルギー源と考えられています。[ 130 ] [ 131 ] 2006年には、海水抽出により、増殖炉で使用できるウラン資源が50億年分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ますが、2006 年現在、燃料を安全に再処理するには、経済的に正当化される前にウラン価格が 200 ドル/kg を超える必要があります。[ 133 ]しかし、増殖炉は、現在の核廃棄物の在庫にあるすべてのアクチニド (最も活性が高く危険な成分) を燃焼させる可能性があり、同時に発電し、増殖プロセスによってさらに多くの原子炉用の燃料を追加で生成できるという可能性のために開発されています。[ 134 ] [ 135 ] 2017 年現在、商業発電を行っている増殖炉は 2 基あり、ロシアにはBN-600 原子炉とBN-800 原子炉があります。[ 136 ]フランスのフェニックス増殖炉は、36 年間の運転の後、2009 年に運転を停止しました。[ 136 ]中国とインドはともに増殖炉を建設中です。インドの500MWeプロトタイプ高速増殖炉は試運転段階にあり[ 137 ] 、さらに建設する計画もある[ 138 ] 。
高速中性子増殖炉のもう一つの代替案は、トリウム燃料サイクルでトリウムから増殖したウラン233を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倍多く存在し、地理的な特性も異なる。[ 139 ]インドの3段階原子力発電計画では、豊富なトリウム埋蔵量があるがウランが少ないため、第3段階でトリウム燃料サイクルを使用することが特徴となっている。[ 139 ]
原子力施設の廃止措置とは、放射線防護措置が不要になるまで原子力施設を解体し、施設とその部品を他の用途に利用できるほど安全なレベルに戻すプロセスである。 [ 140 ] [ 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る。[ 142 ]廃止措置の費用は通常、施設の寿命にわたって分散され、廃止措置基金に積み立てられる。[ 143 ]
2023年に民生用原子力発電は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 ]、水力発電に次ぐ2番目に大きな低炭素電源でした[ 145 ]。2023年の世界のエネルギー生産に対する原子力発電の貢献度は約4%でした。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よりわずかに多いです[ 146 ]。世界の電力生産における原子力発電のシェアは、原子力発電の経済性が難しくなったことが大きな理由の一つで、1997年の16.5%から低下しています[ 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）です。[ 4 ]また、66基の原子力発電炉が建設中で、87基が計画されており、それぞれの総発電容量は72 GWと84 GWです。[ 5 ]米国は最大の原子力発電炉群を保有しており、 年間800 TWh以上を発電し、平均設備利用率は92%です。[ 148 ]建設中の原子炉のほとんどは、アジアにある第3世代原子炉です。 [ 149 ]
原子力発電の利用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、消費する電力の19%を原子力発電で賄っている一方、フランスは原子力発電による電力の割合が最も高く、2023年には65%に達した。 [ 25 ]欧州連合では、2022年時点で原子力発電が電力の22%を供給している。[ 150 ] 原子力発電は米国で最大の低炭素電力源であり、[ 151 ]欧州連合の低炭素電力の約半分を占めている。[ 150 ]原子力エネルギー政策は欧州連合加盟国によって異なり、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基の原子炉で駆動される、原子力推進を使用する海軍艦艇が約140隻運用されていた。 [ 153 ] [ 154 ]これらには、軍艦と、原子力砕氷船などの一部の民間船が含まれる。[ 155 ]
水素製造（水素経済を支援するため）、海水淡水化、地域暖房システムでの使用など、プロセス熱のその他の用途に関する国際的な研究が続けられている。 [ 156 ]
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に多額の初期費用がかかる。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と資金調達に関する仮定に大きく依存する。この強い依存性のため、原子力発電による最終的な電力コストは資本コストに大きく左右される。[ 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も考慮に入れなければならない。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対象の電力独占企業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、および資本コストが回収される前に安価な競合他社が出現するリスクは、消費者ではなく発電所の供給者と運営者が負うようになり、新しい原子力発電所の経済性の評価が大きく異なっている。[ 160 ]
国際エネルギー機関とOECD原子力機関の分析によると、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番目の原子力発電所のコスト推定の中央値である。原子力発電は、調整可能な技術の中で最もコストの低い選択肢であることが判明した。[ 161 ]変動型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、大規模太陽光発電は56米ドル/MWhと推定されている。[ 161 ]ただし、これらの電源は調整可能ではないため、原子力発電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措置は、原子力発電の経済性を高める可能性がある。[ 162 ] [ 163 ] 想定される CO 2排出コストを 30 USD/トンとすると、石炭 (88 USD/MWh) とガス (71 USD/MWh) による発電は、低炭素技術よりも高価です。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 USD/MWh で最もコストの低いオプションであることがわかりました。[ 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1つです。原子力発電のコスト動向は、国、設計、建設率、専門知識の定着度によって大きく異なります。2000年代にコストが低下したデータが入手可能な国は、インドと韓国の2か国のみです。[ 164 ] NuScale Power社が開発したような 新しい小型モジュール式原子炉は、原子炉を小型化してモジュール化し、工場で製造できるようにすることで、新規建設の投資コストを削減することを目的としています。
CANDUのような特定の設計は、初期段階でかなりの経済性を示し、1990 年代まで第 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ました。 [ 165 ] オンライン燃料交換式原子炉設計のため、PHWR (CANDU 設計もその一部) は、800 日を超える連続発電の最長記録を数多く保持し続けています。[ 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 が962 日間連続発電したことです。[ 167 ]
原子力発電所は、ある程度の系統負荷追従能力はあるものの、発電コストをできるだけ低く抑えるために、通常はベースロード電力の供給を主として、可能な限り稼働している。[ 168 ]
場合によっては、政府が「消費者に潜在的なコスト超過分を前払いさせる」[ 169 ]か、非経済的な原子力エネルギーに補助金を出している[ 170 ]か、あるいはそうせざるを得ない状況にあることが判明している[ 171 ] 。欧州連合では、原子力事業者が廃棄物管理の費用を負担する義務を負っている[ 172 ] 。米国では、議会が40年前に、民間企業ではなく国が放射性廃棄物の保管責任を負い、その費用は納税者が負担すると決定したと伝えられている[ 173 ] 。 2019年の世界原子力廃棄物報告書では、「汚染者負担原則が法的要件となっている国でさえ、その適用は不完全である」ことが判明し、ドイツのアッセII深地層処分施設の事例を挙げ、大量の廃棄物の回収費用を納税者が負担しなければならないと指摘している。[ 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、そのコストの一部は政府によって負担されている。[ 175 ]
宇宙における原子力の最も一般的な用途は、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の使用です。これらの発電機は比較的小規模（数kW）で、ボイジャー2号探査機のように、太陽光発電が十分な量得られない長期間の宇宙ミッションや実験に電力を供給するために主に使用されています。[ 176 ]原子炉を使用して打ち上げられた宇宙船は少数です。34基の原子炉はソ連のRORSATシリーズに属し、1基はアメリカのSNAP-10Aでした。[ 176 ]
核分裂と核融合はどちらも宇宙推進用途に有望であり、より少ない反応質量でより高いミッション速度を生み出す。[ 176 ] [ 177 ]
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つの特有の特性を持っています。第一に、原子炉内には高放射性物質が存在します。これらの物質が環境に放出されると危険です。第二に、原子炉内の高放射性物質の大部分を占める核分裂生成物は、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させ続けます。原子炉から熱を除去できない場合、燃料棒が過熱して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。これらの3つの特性は、原子炉を設計する際に考慮する必要があります。[ 178 ]
現代の原子炉はすべて、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増加が防止されるように設計されており、これは負のボイド反応度係数として知られる概念です。原子炉内の温度または蒸気量が増加すると、核分裂率は必然的に減少します。連鎖反応は、制御棒を原子炉炉心に挿入することによって手動で停止することもできます。通常の冷却システムが故障した場合、緊急炉心冷却システム（ECCS）によって原子炉から崩壊熱を除去できます。[ 179 ] ECCSが故障した場合でも、複数の物理的障壁によって、事故の場合でも放射性物質の環境への放出が制限されます。最後の物理的障壁は、大きな格納建屋です。[ 178 ]
原子力発電は、1 TWhあたり死亡率が 0.03 であり、過去の実績を考慮すると、発電量あたりの死亡率で太陽光発電に次いで 2 番目に安全なエネルギー源です。[ 180 ]石炭、石油、天然ガス、水力発電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り、発電量あたりの死亡者数が多くなっています。これは、他のエネルギー源による直接的な死亡者数と、原子力エネルギー事故による直接的および潜在的、または予測される間接的な癌による死亡者数を比較した場合に判明します。[ 181 ] [ 182 ]原子力発電と化石燃料による直接的および間接的な死亡者数 (採掘や大気汚染による死亡者を含む) を比較すると、[ 183 ] 原子力発電の使用により、化石燃料によって生成されるはずだったエネルギーの割合が減ったため、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ます。[ 184 ] [ 185 ] 2011年の福島原発事故後、日本が原子力発電を採用していなかったら、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、より多くの寿命が失われていたと推定されている。[ 186 ]
原子力事故の深刻な影響は、放射線被ばくに直接起因するものではなく、むしろ社会的および心理的影響によるものであることが多い。被災住民の避難と長期にわたる移動は、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 ]原子力事故による強制避難は、社会的孤立、不安、うつ病、心身症、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、精神衛生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上の問題であると結論付けられた。[ 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、電離放射線に対する過度の恐怖（放射線恐怖症）が被災地域の住民に長期的な心理的影響を与える可能性があるとコメントした。[ 189 ]
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。原子力事故の深刻度は、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）を用いて一般的に分類されます。この尺度は、異常事象や事故を0（安全上のリスクをもたらさない通常の運転からの逸脱）から7（広範囲に影響を及ぼす重大事故）までの段階でランク付けします。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事故と福島原発事故の2件はレベル7に分類されています。
最初の重大な原子力事故は、 1957年にソビエト連邦で発生したキシュティム事故とイギリスで発生したウィンドスケール火災である。米国で最初の重大な原子炉事故は、1961年にアイダホ国立研究所にある米陸軍の実験用原子力発電炉SL-1で発生した。制御不能な連鎖反応により蒸気爆発が発生し、乗組員3名が死亡、炉心溶融が起きた。[ 192 ] [ 193 ] 1968年には、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基で燃料要素の故障が発生し、ガス状の核分裂生成物が周囲の空気に放出され、乗組員9名が死亡、83名が負傷するという重大な事故が発生した。[ 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。この事故では放射線関連の死者は出ていませんが、周辺地域が放射能汚染されました。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事故は、INESレベル5に分類される小規模な事故でした。この事故による直接的または間接的な死者は出ていません。[ 197 ]
原子力事故の影響については議論の余地がある。ベンジャミン・K・ソヴァクールによれば、核分裂エネルギー事故は、エネルギー事故による全財産損害の41%を占め、総経済コストの点でエネルギー源の中で第1位にランクされている。[ 198 ]別の分析では、石炭、石油、液化石油ガス、水力発電の事故（主に板橋ダム災害による）が、原子力発電事故よりも大きな経済的影響をもたらしていることがわかった。[ 199 ]この研究では、発電量1単位あたり、原子力発電に起因する潜在的な癌による死亡と他のエネルギー源による即時の死亡を比較しており、「重大事故」（死者5人以上の事故）の分類には、化石燃料関連の癌や化石燃料消費の使用によって生じるその他の間接的な死亡は含まれていない。1986年のチェルノブイリ事故では、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傷者も出た。[ 200 ]がん罹患率の上昇による将来の死亡者数は、今後数十年間で4000人と予測されている。[ 201 ] [ 202 ] [ 203 ]
原子力発電は、国内および国際条約に従って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ます。 [ 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であるとよく主張されます。このコストは小さく、米国議会予算局の調査によると、均等化発電コストの約0.1%に相当します。[ 205 ]最悪のシナリオに対するこのような通常の保険コストを超えるものは、原子力発電に特有のものではありません。水力発電所も同様に、ダム決壊などの壊滅的な事象に対して完全に保険がかけられているわけではありません。たとえば、板橋ダムの決壊により、推定3万～20万人が死亡し、1100万人が家を失いました。民間保険会社は限定されたシナリオに基づいてダム保険料を設定しているため、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ます。[ 206 ]
テロリストは、放射性汚染を地域社会に放出する目的で原子力発電所を標的にする可能性がある。米国9/11委員会は、原子力発電所が2001年9月11日の攻撃の当初の標的候補であったと述べている。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る。これらのプールは原子炉炉心よりも保護が手薄だからである。放射能の放出は、短期的には数千人の死亡者と、長期的にはさらに多くの死亡者につながる可能性がある。[ 207 ]
米国では、原子力規制委員会がすべての原子力発電所で少なくとも3年に1回、「実戦訓練」（FOF）を実施している。[ 207 ]米国では、発電所は電子監視された二重の高いフェンスで囲まれている。発電所の敷地内は、かなりの数の武装警備員によって巡回されている。[ 208 ]
内部犯行による妨害も脅威となる。内部犯行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年には、保守作業員が故意に起こした火災により、ニューヨークのインディアンポイント原子力発電所 に500万～1000万ドルの損害が発生した。[ 210 ] [ 211 ]
核拡散とは、核兵器、核分裂性物質、および核兵器関連の核技術が、核兵器を保有していない国々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できるという二重用途性を持っています。そのため、原子力発電は核拡散のリスクを伴います。
原子力発電計画は核兵器開発への道となる可能性がある。その一例として、イランの核開発計画に対する懸念が挙げられる。[ 212 ]民生用原子力産業を軍事目的に転用することは、190カ国が加盟している核不拡散条約に違反する。2012年4月現在、民生用原子力発電所を有する国は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よりも先に核兵器を製造している。
世界の安全保障の根本的な目標は、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 ]グローバル原子力エネルギー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代わりに、割引価格で核燃料を受け取ることができる流通ネットワークを構築するための国際的な取り組みであった。フランスに拠点を置くEurodif /欧州ガス拡散ウラン濃縮コンソーシアムは、この概念をうまく実現したプログラムであり、スペインや濃縮施設を持たない他の国々は、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するが、技術移転は行わない。[ 214 ]イランは1974年から初期に参加しており、 Sofidifを通じてEurodif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る。
原子力発電への関心の復活は、ウラン濃縮および使用済み燃料再処理技術の世界的普及につながる可能性があり、これらの技術は核兵器に直接使用できる核分裂性物質を生成する可能性があるため、明らかな拡散リスクをもたらす。[ 215 ]
一方、原子力発電所では、軍事用核物質を再処理して燃料として使用することで、核兵器の備蓄を削減することもできます。メガトンからメガワットへのプログラムは、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、天然ウランで希釈することにより、商業用核分裂炉の核燃料として適した低濃縮ウランに処理しました。これは1万個の核兵器の廃棄に相当します。[ 217 ]約20年間、この物質は米国で消費される電力のほぼ10％、つまり米国の原子力発電の約半分を発電し、合計で約7,000 TWhの電力が生産されました。[ 218 ]総費用は170億ドルと推定されており、「米国の電気料金負担者にとってはお買い得」で、ロシアはこの取引から120億ドルの利益を得ました。[ 218 ]ロシアの核監視産業にとって非常に必要な利益であり、ソ連経済の崩壊後、ロシア連邦の高濃縮ウランと核弾頭の維持と安全確保に苦労していた。[ 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、世界中の核兵器の数を大幅に削減する原動力となってきたため、反核兵器擁護者から大きな成功として称賛された。[ 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、解体と希釈のコストがロシアの軍縮継続を思いとどまらせた。2013年現在、ロシアはこのプログラムの延長に興味がないようだ。[ 220 ]
2023年現在、ロシアの国営原子力企業ロスアトムは国際原子力発電市場で最大のプレーヤーであり、世界中で原子力発電所を建設している。[ 221 ] 2022年2月のロシアによるウクライナへの本格的な侵攻後、ロシアの石油とガスは国際制裁の対象となったが、ロスアトムは制裁の対象とはならなかった。[ 221 ]しかし、特にヨーロッパの一部の国は、ロスアトムが建設予定だった原子力発電所の計画を縮小または中止した。[ 221 ]
原子力エネルギーは、比較的土地利用要件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ります。環境に対する最大の潜在的なマイナスの影響は、将来の核兵器使用のリスクを高める可能性のある世代を超えた核兵器拡散のリスク、地下水汚染などの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、廃棄物貯蔵サイトや再処理工場、発電所に対するさまざまな形態の攻撃のリスクから生じる可能性があります。[ 222 ] [ 223 ] [ 224 ] [225][226][ 227 ] [ 228 ]ただし、環境に大きな影響を与えた原子力発電所の災害は少数ですが発生しており、そのほとんどは古い設計の原子炉が関係しています。
原子力発電は、電力生産における主要な低炭素発電方法の 1 つですが、発電量あたりのライフサイクル全体の温室効果ガス排出量に関しては、再生可能エネルギーと同等かそれ以下の排出量となっています。[ 230 ] [ 231 ]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値であると報告されています。[229][232] これに対し、石炭と天然ガスはそれぞれ 820 g CO 2 eq / kWhと490 g CO 2 eq / kWhです。[ 229 ] [ 232 ]ある報告書によると、2021年現在、世界の原子力発電所は、石炭火力発電と比較して、1970 年以降 720 億トンの二酸化炭素の排出を回避するのに役立っています。[ 185 ] [ 233 ]
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1 mSv/aから13 mSv/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通常の運転により、 世界平均で一般市民の被ばく量が0.0002 mSv/a増加します。稼働中の原子力発電所から周辺住民への平均線量は0.0001 mSv/a未満です。[ 203 ]比較のために、石炭火力発電所から50マイル（80 km）以内に住む人々の平均線量は、この線量の3倍以上で、0.0003 mSv/aです。[ 234 ]
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ミリシーベルトの初期被ばくを受け、この最悪の原子力発電所事故による世界的な残留被ばく量は平均0.002ミリシーベルト/年で、 1986年の事故発生時に北半球の全人口平均で1人あたり 0.04ミリシーベルトという初期のピークから減衰率で継続的に減少している。[ 203 ]
原子力発電論争は、民生目的で核燃料から電力を生成するために核分裂炉を配備および使用することに関する論争に関するものである。[ 32 ] [ 236 ] [ 33 ]
原子力エネルギーの支持者は、原子力エネルギーを、炭素排出量を削減し、輸入に依存することが多い他のエネルギー源への依存度を低下させることでエネルギー安全保障を高める持続可能なエネルギー源とみなしている。 [ 237 ] [ 238 ] [ 239 ]例えば、支持者は、原子力発電によって、化石燃料から発生するはずだった二酸化炭素排出量を年間4億7000万トン削減できると指摘している。[ 240 ]さらに、原子力エネルギーによって発生する比較的少ない量の廃棄物は、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。[ 241 ]
支持者たちはまた、現在の核廃棄物の量は少なく、最新の原子炉技術によって削減できること、そして死亡者数に関して言えば核分裂発電の運転安全記録はこれまで「比類のない」ものであると主張している。[ 21 ]カレチャとハンセンは、「世界の原子力発電は、化石燃料の燃焼によって発生したであろう大気汚染関連の死亡者数184万人と二酸化炭素換算64ギガトン（Gt CO2-eq）の温室効果ガス（GHG）排出量を平均で防いできた」と推定しており、継続すれば2050年までに最大700万人の死亡と240 Gt CO2 - eqの排出量を防げる可能性があるとしている。 [ 185 ]
支持者たちは、他の形態の電力を使用することによる機会費用にも注目している。例えば、米国環境保護庁は、石炭による環境への影響により年間3万人が死亡していると推定している[ 242 ]一方、チェルノブイリ原発事故では60人が死亡した[ 243 ] 。支持者たちが提示する影響の現実世界の例としては、バーモント・ヤンキー原子力発電所 の閉鎖後2か月間で炭素排出量が65万トン増加したことが挙げられる[ 244 ] 。
2015年のAAAS会員への調査では、65%が原子力発電所の増設を支持しており、物理学者の間ではその割合が79%に上昇した。[ 245 ]
反対派は、原子力発電は核兵器拡散のリスク[ 246 ] [ 247 ]、長期的な安全な廃棄物管理、将来のテロ[ 248 ] [ 249 ]など、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。また、原子力発電所は多くの問題が発生する可能性があり、実際に発生した複雑なシステムであると主張している。[ 198 ] [ 250 ]
批評家は、新しい核分裂発電所を建設する際の最大の欠点の1つは、持続可能なエネルギー源の代替案と比較した場合の高コストであると指摘している。[ 251 ] [ 252 ] [ 253 ] [ 254 ]しかし、 支持者は、均等化発電原価（LCOE）に焦点を当てることは、24時間365日調整可能な電力に関連する価値プレミアムと、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を無視していると指摘している。[ 255 ]「したがって、原子力は、2025年に最も低い予想コストで調整可能な低炭素技術であり続ける。大規模な水力貯水池だけが、同等のコストで同様の貢献をすることができるが、各国の自然資源に大きく依存している。」[ 256 ]規制要件と認可の遅延は、原子力コスト増加の主な要因の1つとして挙げられており、最新のコンプライアンスコストは、 発電所1基あたり年間平均6,000万ドルで、一部の施設では利益を上回っている。[ 257 ] [ 258 ]
全体として、多くの反対者は、原子力エネルギーは気候変動緩和に有意義に貢献できないと考えている。一般的に、彼らは原子力は危険すぎ、費用がかかりすぎ、導入に時間がかかりすぎ、持続可能性とカーボンニュートラルへの移行の障害になると考えている。[ 259 ] [ 260 ] [ 261 ] [ 262 ]これらの反対者は、原子力は代替的で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（つまり、人的資源、資金、時間、インフラ、専門知識）の競争において、事実上、注意をそらすものだと考えている。[ 263 ] [ 264 ] [ 169 ] [ 259 ] [ 265 ]
それにもかかわらず、特に季節的なエネルギー貯蔵の提供が困難で、世界平均よりも早く化石燃料を段階的に廃止して低炭素電力に置き換えることを目指す地域では、新しい原子力発電のコストに関する研究と議論が継続している。 [ 266 ]現在の技術に基づくと（つまり、例えばグリーン水素、送電および柔軟性容量、エネルギー需要を削減する方法、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）、送電網がヨーロッパ全域にしか広がっていない場合、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ヨーロッパのエネルギーシステムの財政的移行コストは2050年までにさらに高額になる可能性があると指摘する人もいる。[ 267 ]経済と安全性の議論は、議論の両陣営によって使用されている。
地球温暖化を遅らせるには、主に化石燃料の燃焼量を大幅に減らすことで、低炭素経済への移行が必要です。このため、世界のエネルギーミックスにおける化石燃料を迅速に置き換えるための最善の道筋を決定することに大きな関心と論争が生じており、[ 268 ] [ 269 ]激しい学術的議論が交わされています。[ 270 ] [ 271 ] IEAは、原子力発電を持たない国は、再生可能エネルギーと同様に原子力発電も開発すべきだと述べることがあります。[ 272 ]
原子力発電は、供給される電力単位あたりの死亡者数という点で、多くの再生可能エネルギー源と同等か、場合によってはそれよりも低い。[ 183 ] [ 181 ] [ 274 ]
原子力発電所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、原子力廃棄物は再生可能エネルギー技術からの廃棄物に比べて毒性がはるかに高く、管理コストが高く、寿命も長い。[ 275 ] [ 224 ] 原子力廃棄物は環境に漏洩すると危険であり、数千年、あるいは数十万年もの間安全に保管する必要がある。[ 276 ] [ 277 ] [ 278 ]
原子力発電所は、再生可能エネルギー発電所に比べて廃炉作業がはるかに複雑です。原子力発電所は解体して撤去する必要があり、解体された原子力発電所の大部分は数十年間低レベル放射性廃棄物として保管する必要があります。[ 279 ]
原子力発電は核拡散のリスクも伴う。分離されたプルトニウムと濃縮ウランは核兵器に使用される可能性があり、これは人類文明と環境にとって重大な世界的リスクとなる。[ 223 ] [ 224 ] [ 225 ] [ 226 ]
2015年にバリー・W・ブルック教授らが行った分析では、原子力エネルギーが10年以内に電力網から化石燃料を完全に置き換えるか、または完全に排除できることが判明した。この発見は、1980年代の建設プログラム中にフランスとスウェーデンで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る。[ 280 ] [ 281 ]同様の分析で、ブルックは以前に、輸送用合成燃料などを含む世界の全エネルギーの50%が、世界の核分裂建設率が世界のGDP単位当たり年間GW（GW/年/$）で計算された過去の実証済みの設置率と同じであれば、約30年以内に発電できると判断していた。[ 282 ]これは、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。100 %再生可能エネルギーシステムの概念研究は、歴史的な前例のない、100%再生可能エネルギーシステムの年間世界投資額が桁違いに高額になることを必要とする。[ 283 ]これらの再生可能エネルギーシナリオでは、陸上風力発電と陸上太陽光発電プロジェクトに充てる土地もはるかに多く必要となる。[ 282 ] [ 283 ]ブルックは、「核分裂の主な制約は、技術的、経済的、または燃料関連のものではなく、社会の受容、財政的および政治的な慣性、そして（他の）低炭素代替案が直面する現実世界の制約に対する不十分な批判的評価といった複雑な問題に関連している」と指摘している。[ 282 ]
米国の原子力発電所が1 GWの設備容量あたりに利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。[ 284 ] [ 285 ]同じ量の電力を年間発電するには（設備利用率を考慮すると）、太陽光発電では約60平方マイル（160 km 2 ）、風力発電所では約310平方マイル（800 km 2 ）が必要となる。[ 284 ] [ 285 ]これには、関連する送電線、給水、鉄道、核燃料の採掘と処理、廃棄物処理に必要な土地は含まれていない。[ 286 ]
現在世界中で稼働している核分裂炉は第2世代または第3世代システムであり、第1世代システムのほとんどは既に廃止されている。第4世代国際フォーラム（GIF）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いて、先進的な第4世代原子炉タイプの研究を正式に開始した。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年以降に商業建設が可能になると予想されている。[ 287 ]
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提案された方法です。この概念は1950年代に遡り、 1970年代にはハンス・ベーテによって一時的に提唱されましたが、純粋な核融合の実現が遅れたため、2009年に再び関心が集まるまで、ほとんど研究されませんでした。持続的な核融合発電所が建設されると、使用済み核分裂燃料に残っているすべての核分裂エネルギーを抽出し、核廃棄物の量を桁違いに削減し、さらに重要なことに、使用済み燃料に含まれるすべてのアクチニド（安全保障上の懸念を引き起こす物質）を除去できる可能性があります。[ 288 ]
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。[ 290 ] [ 291 ]これらの反応は、技術的には非常に難しいものの、実現可能と思われる。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に研究されてきた。核融合研究は進行中だが、核融合エネルギーが2050年以前に商業的に広く普及する可能性は低い。[ 292 ] [ 293 ]
実験的な核融合炉や施設がいくつか存在する。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己持続的な核融合反応を実証することで、商業用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ている。この施設は現在、2034年まで稼働開始しない見込みである。[ 294 ]後継の商業用核融合発電所であるDEMOが提案されている。[ 295 ] [ 296 ]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、当初は核分裂発電と同様に容易に実現可能だと考えられていた。しかし、連続反応とプラズマ封じ込めに対する極めて高い要求により、予測は数十年延長された。最初の試みから80年以上経った2020年には、核融合発電の商業化は2050年以前にはあり得ないと考えられていた。[ 295 ] [ 292 ] [ 297 ] [ 293 ] [ 298 ]
核融合エネルギーの開発を強化・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4600万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。[ 299 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)商業的な再処理には大規模で高価な施設が必要であり、その一部は構造的に識別可能であるが、標準的な工業用品を用いた小規模な仮設施設は実現可能である（Ferguson 1977、US GAO 1978）。このような施設は、上空からの画像でその位置が明らかになるような視覚的な痕跡を残さないように建設でき、数ヶ月で建設でき、稼働すれば数日で兵器級の核分裂性物質を生産できる。
1982年の原子力廃棄物政策法（NWPA）は、照射済み燃料を使用済み核燃料、副産物を高レベル廃棄物と定義した。
原子炉で照射されたトリウム・ウランサイクルの燃料には、放射性崩壊系列に高エネルギーガンマ線（2.6 MeV）の放出体（特に208Tl）を含む232U（半減期68.9年）が混入している
。このため、使用済みトリウム燃料の処理はより困難になり、再処理中およびその後の燃料製造中に遠隔操作/制御が必要となるが、一方で、追加の不拡散障壁とみなすこともできる。
{{cite magazine}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)今日の主要なエネルギー源は、主に再生不可能な資源である。天然ガス、石油、石炭、泥炭、そして従来の原子力発電である。再生可能な資源もあり、木材、植物、糞、落水、地熱源、太陽光、潮力、風力、波力エネルギー、そして人間や動物の筋力などが含まれる。自ら燃料を生成する原子炉（「増殖炉」）や、将来的には核融合炉もこのカテゴリーに含まれる。
原子力発電所が運転を開始する前に、認可取得者は、
施設の最終的な廃止措置費用を賄うのに十分な資金を確保するために、
信託基金
や
親会社からの保証などの資金調達メカニズムを確立または取得しなければならない。
2001年時点で、約235基の海軍用原子炉が建造されていた。
天然ガスによる発電では著しく小さく、原子力発電ではさらに低い。この研究では、化石燃料由来の粒子状物質の吸入、スモッグによる心肺イベント、黒肺病などによって引き起こされる潜在的または間接的な死亡も比較対象に含めている。
ライフサイクルアセスメントの文献を総合すると、原子力発電は他の再生可能エネルギーと似ており、ライフサイクル全体の温室効果ガス排出量は化石燃料よりはるかに低いことが示されている。
2025年12月5日までのデータ。その他の国には、ドイツ、イギリス、カナダ、日本、フランス、イスラエル、スウェーデン、オーストラリアが含まれる。出典：Fusion Energy Base
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)「原子を理解する」と「原子の世界」の2つのシリーズ。科学者によって執筆され、1960年代と1970年代に発行された合計75冊の冊子。これらの冊子は、当時の核科学とその応用に関する歴史を網羅している。