IEEJ: May 2015. All Rights Reserved.

何故、原子力は必要か？
Why Nuclear energy is necessary?
ImPACT“核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化”
Reduction and Resource Recycle of High Level Radioactive Wastewith Nuclear Transmutation
藤田 玲子

Reiko FUJITA
科学技術振興機構

Japan Science and Technology Agency

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何故、原子力エネルギーは重要なのか
Why Nuclear Energy is important ?
• 原子力は地球温暖化を解決する１つの解決策
Nuclear energy is one of solution for climate change.
• 地球温暖化の解決策の候補は再生可能エネルギー、Carbon dioxide Capture and Storage(CCS)、原子力の３つ
The solution for climate change:
Renewable energy
CCS
Nuclear energy• 原子力は重要なベースロード電源
Nuclear energy is stable base load energy source.

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環境、エネルギーをめぐる課題• エネルギーの安定供給• 地球温暖化• 原発再稼働、脱原発• 高レベル放射性廃棄物– 最終処分場– ガラス固化体

平成8年版原子力白書

高レベル放射性廃棄物の問題は、原発賛成・反対に拘わらず、現世代が解決すべき3

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Issues for Environment and Energy• Stable for energy supply• Climate changing• Restart nuclear plant orquit nuclear energy• High level radioactive waste– Final disposal site
– Vitrification
平成8年版原子力白書

Issues of HLW disposal should be solved in thisgeneration in spite of agreement with Nuclear
energy or not.
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高レベル放射性廃棄物のゼロ化• マイナーアクチニド（MA）と長寿命核分裂生成物（LLFP*）の両者を核変換により低減させる必要• MAは燃料として活用できるため、核燃料サイクル研究として進展（JAEAのADS-PJ）• LLFPは核のゴミとしてガラス固化され、地層処分することが唯一の選択肢だが、立地の問題がある*LLFP：Long Lived Fission Products, セシウム（Cs）-135、パラジウム(Pd)-107等

LLFPについても研究を進め、廃棄物の処分について国民に新たな選択肢を提示したい
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High Level Waste (HLW) for Zero
• Minor Actinide（MA）and LongLived Fission Products (LLFP*）
should be reduced.
• MA is made progress in theresearch of Nuclear Fuel Cycle
because of use for Nuclear fuelby ADS-PJ JAEA.
• LLFP in HLW is treated byvitrification for deep disposal.
But HLW has the issue of final
disposal site.
*LLFP：Long Lived Fission Products, Cesium（Cs）-135, Palladium (Pd)-107 etc.

New alterative option for Japanese people
should be shown for HLW disposal by researchof LLFP.

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高レベル放射性廃棄物の資源化• 高レベル放射性廃棄物に含まれるLLFPにはレアメタルなど有用元素が多く含まれる• 有用元素の分離回収を目指したが、放射能が含まれるため、実用化が困難• 核変換については、１９８０年
代に研究を開始したが、技術検討に足るデータを取得する手段がなく、進展しなかった

自動車用触媒やネオジウム磁石の需要高レベル放射性廃棄物から回収が見込める量
1520136208（単位：t）

白金族 希土類元素
元素

資源化には分離回収と核変換の両方の技術が不可欠
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High Level waste (HLW) for resource recycle• LLFP in HLW contains raremetals for variable elements.
• Rare metals were recoveredfrom HLW but it is impossible
to recycle for use because therare metal contains
radioactive materials.
• Transmutation research has
been started since 1980 butthe various data could not be
got because the facility had
not yet installed.

Amount of available resource recycle be recoveredfrom HLW.
Amount of demand to Platinum group metals in1520136

Platinumgroup metals

208（unit: t）

Rare metals

Both partitioning and transmutation arenecessary to recycle for natural materials.

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科学の進展と現状• 近年、世界最高性能の加速器が完成し、核物理学の革新的手法により効率的な核データ取得が可能• 我が国には優れた核反応シ
ミュレーションソフトや評価済みの核反応データベースが存在

分離技術と組み合わせ、世界初の核変換システムの開発が可能

RIビームファクトリー（RIBF)

J-PARC9IEEJ: May 2015. All Rights Reserved.

Scientific Progress and present situation• Recently , the most powerful RI
beams (x 100 of any otherfacilities at present) has been
completed and any kind ofnuclear data is possible to beavailable by innovativetechnique.
• The excellent simulation softwareand evaluated nuclear data baseare useful in Japan.

The new nuclear transmutation
system is possible to be
developed by combination
with partition technique

RI Beam Factory（RIBF)

J-PARCPHTIS included physical model

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研究開発プログラム全体構成
再処理工場

貯蔵施設等

高レベル
放射性廃棄物

ガラス固化体分離回収ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ1

アルカリ金属元素 アルカリ土類金属元素
白金族元素
希土類元素
安定核にして処分を資源化を目指すもの
目指すもの★世界一の施設により世界初データ取得が可能に

ｾｼｳﾑ135(230万年*)

ｲｯﾄﾘｳﾑﾓﾘﾌﾞﾃﾞﾝ
有用元素

短寿命核のみを含む元素

核反応データ取得の例
RIビームファクトリー

磁石材料等
自動車用触媒
ﾊﾟﾗｼﾞｳﾑ
ﾈｵｼﾞｳﾑ ｼﾞｽﾌﾟﾛｼｳﾑ
ﾛｼﾞｳﾑ

核医療

安全な廃棄物

ｷｾﾉﾝ

ﾊﾞﾘｳﾑ ｼﾞﾙｺﾆｳﾑ

ﾙﾃﾆｳﾑ

ｽﾄﾛﾝﾁｳﾑ ｾﾚﾝ

有用ＲＩ

核変換プラント社会実装~2050

パイロットプラントを使った実証~2030

プロセス概念検討（提示）~2019（*半減期）
安定核または短寿命核種

ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ5

中性子
不安定核を含む多種多様な原子核ビーム利用

中性子、陽子、光子との逆反応

セレン79(30万年*)
J-PARC／理研RAL

ミュオン原子核捕獲反応
パルスミュオンビーム、中性子ビーム利用

新しい核反応制御法
ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ2の提案

光子ﾊﾟﾗｼﾞｳﾑ107(650万年*)
ｼﾞﾙｺﾆｳﾑ93 (153万年*)＜課題の例＞• 凝縮系核融合• 共鳴核変換• 中性子生成のための有効な反応やシステム• 物理学の基本原理に基づいた全く新しい核変換法（物理的制御）
・ 新規生成物の組成
・ 反応断面積データ

高速・低速中性子変換

核変換システムと要素技術開発
合理的なコスト及びエネルギー収支を実現できる
LLFP専用核変換システムを検討（ビーム種、強度、エネルギー、標的性能、FP標的材など）

ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ4

核反応理論モデル、シミュレーション

フィードバック バルクでの核変換反応をシミュレーション

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ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ3

新しい核変換反応により長寿命核分裂生成物(LLFP)を安定核種もしくは短半減期核種に変換し、資源に利用する。

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Overall Program Configuration
High
ReprocessingLevel
Waste
Plant

Storagefacility

Glass
solid

Project 1
Separation and Recovery

Alkali metals
Alkali earth metals
Platinum group metals Rare earth metals
Stable isotopes for
Resource recycle
disposal

Nuclear data for transmutation

Palladium NeodymiumDysprosium

Beam contained
various atomic
nuclides including
unstable nuclides

Useful elements

Short Lived FP

Reverse reaction withneutrons, protons, photons

Se-79(0.3 million years*)
J-PARC／RAL
Use of Pulsed,
muon beam andneutron beamMuon, Neutron Capture

Pd-107(6.5 million years*)
Zr-93 (1.53 million years*)

Fast neutron, slow neutron reaction※I-129 and Tc-99 have already beenpromised transmutation by(n,γ) reaction.

Stable waste

Xenon

BariumZirconium

Useful RIStrontium Selenium

Transmutation plant for practical use~2050（*half life）

Stable nuclides or
short lived nuclides
NeutronPhoton

Nuclearmedicine

Yttrium Molybdenum Rhodium Ruthenium

Cs-135(2.3 million years*)

RIBF

Magnetic
materials

Automobile
Catalysts

Pilot plant for demonstration~2030

Conceptual S&T System~2019

Project 2 New control ofnuclear reaction･Transmutation incondensed matter･Resonant nuclear
transmutation･Effective reactions andsystems for neutrons
generation･Nuclear transmutation
based on physical control

・ Composition of new products
・ Cross section dataFeedback

Project 5Transmutation
system andelementaltechnologies

LLFP transmutation
systems of reasonable
cost and energybalance (BeamSpecies, Strength,Energy region,FP target materials)

Project 4
PHITS. Reaction Model
12

Bulk Nuclear Simulation
Project 3

The long-lived fission products (LLFP) will be converted through new nuclear
transmutation into short-lived nuclides or stable nuclides for recycle into materials of
automobile catalysts or rare metals.

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Thank you for your attention!

Contact: report@tky.ieej.or.jp