THE ROLE OF FAST REACTORS AS A
SOLUTION FOR CLIMATE CHANGE AND
NUCLEAR WASTE IMPLICATIONS
核廃棄物及び気候変動対策における高速炉の役割とその含意

Allison Macfarlane
March 10, 2023
US-Japan Nuclear Energy
Cooperation on Fast Reactors
アリソン・マクファーレン「日米による高速炉開発を問う」

WHY CONSIDER NUCLEAR POWER FOR
CLIMATE CHANGE?

なぜ原子力が気候変動対策になると考えられているのか？
We’re in an energy transition and we desperately need carbon-free energy resources
Provides an alternative to fossil sources and renewables
 Diversity of supply important
But is it a near-term (or mid-term) solution?
私たちはエネルギー転換期にあり、温室効果ガスを排出しないエネルギー源が切実に求められている化石資源と再生エネルギーの代替を提供

 エネルギー供給源の多様化が重要
しかし原子力は短期的（あるいは中期的）な対策になりえるのか？

ECONOMICS CHALLENGES: CAPITAL COSTS
経済的課題：資本コスト

But what about factory built modules? That will solve the cost problem.
Will it?
工場でモジュール（部材）生産して現地で組み立てるモジュール工法
ではどうか？それによりコスト問題は解決されるだろう。
そうだろうか？
VC Summer, South Carolina
Vogtle, Georgia

VCサマー原発、サウスカロライナ州

ボーグル原発、ジョージア州

Abandoned, July 31, 2017 2017年7月31日 建設中止

MODULAR FABRICATION EXPERIENCE
IN US
米国におけるモジュール炉建設の経験

Shaw ModularSolutions
Plant, Lake Charles,
LA
ショー・モジュラー・ソリューション工場、レイクチャールズ、
ルイジアナ州

Welding and Rewelding at Vogtle
ボーグル原発での溶接、再溶接

Westinghouse bankruptcy, March 2017
ウェスティングハウスの経営破綻、2017年3月

ECONOMICS CHALLENGES:MEGAPROJECTS
経済的課題：巨大プロジェクト

Majority of these reactors exist on paper only – no demonstration models yet
これら原子炉の大半は紙の上だけの存在 ―実証モデルは未だない
Engineering model: design – build prototype – redesign – build full-scale model –redesign – deploy = high costs
construction of these megaprojects is challenging – whether factory-produced or not –procurement and project management issues (costly and time-consuming)

工学モデル：設計−原型モデルの建設−再設計−本格モデルの建設−再設計−市場展開＝高コスト
こうした巨大プロジェクト建設は、モジュールを工場生産しようとしまいと、部材の調達やプロジェクトの管理が難しい（費用と時間がかかる）

ECONOMICS CHALLENGES: OTHER COSTS
経済的課題：その他のコスト

Utilities want energy technologies that can do load-following. Nuclear can do this by adding energy storage – ata cost.
Most fast reactors plan to use HALEU (high assay low enriched uranium) – need additional security andsafeguards = more costs
For reactors that reprocess their spent fuel – need additional security and safeguards = more costs
For those plants whose spent fuel is not stable for repository disposal there will be additional processing costs
電気事業者は負荷追従運転*が可能なエネルギー技術を好む。エネルギー貯蔵設備があれば原子力でも可能 ―費用がかかる*訳者注：出力調整運転
高速炉の殆どがHALEU（高純度低濃縮ウラン）の使用を計画―セキュリティと保障措置の強化が必要＝コスト増大使用済燃料を再処理する場合―セキュリティと保障措置の強化が必要＝コスト増大
使用済燃料が不安定で直接処分できない場合、前処理に追加コストがかかる

WHY THINK ABOUT THE NUCLEAR WASTE?
なぜ核廃棄物について考えるのか？
Direct and significant implications for:
 Cost Security
 Proliferation/Safeguards
 Public Acceptance
直接的かつ重大な影響を及ぼす・コスト・セキュリティ
・核拡散 /保障措置・社会的受容
Like Security by Design and Safeguards by Design
 Better to consider during reactor R&D than as an add-on later「セキュリティ・バイ・デザイン」「セーフガード・バイ・デザイン」*と同様・あとからアドオン（追加）するよりも、原子炉のR&D（研究及び開発）段階で検討する方が望ましい*訳者注：セキュリティ対策や保障措置を設計段階から組み入れる

NUCLEAR WASTE ISSUES
核廃棄物問題For all reactors:
Spent Fuel Storage/Transportation
Processing/Reprocessing?
 Extra processes needed?
High level waste Disposal

Low and intermediate level waste disposal
Security, safeguards, safety

すべての原子炉において：

What’s different with fast reactors?
 Chemically exotic fuels Metallic Na, Metallic U, UF4
 Exotic coolant - sodium Use of reflectors, shields, due to smaller reactor size Waste streams from processing
高速炉は何が特殊なのか？
・化学的に特異な燃料・金属ナトリウム、金属ウラン、四フッ化ウラン

使用済燃料の貯蔵／輸送・特殊な冷却材―ナトリウム処理／再処理？

・原子炉が小型であるために用いられる反射体や・追加処理が必要？
高レベル廃棄物の処分
低・中レベル廃棄物の処分
セキュリティ、保障措置、安全性

遮蔽体・処理によって生じる廃棄物の流れ

NEUTRON LEAKAGE FROM SMALL
MODULAR REACTORS
小型モジュール炉からの中性子漏洩
Neutron leakage from small reactors has implications for waste management

References

Generally, for a smaller reactor, there will be more leakage

参考文献

Can reduce leakage with use of reflectors, increasing enrichments, changing
moderator, and playing with batch loading and burnup

Bottom line: Due to neutron leakage, Small modular reactors will generate
more spent fuel and more LILW than large energy-equivalent PWRs
小型炉からの中性子漏洩は、廃棄物処理に影響を及ぼす
一般的に原子炉は小型になるほど漏洩が多くなる

反射体を使用したり、燃料の濃縮度を高くしたり、減速材を変えたり、燃料交換のバッチ数や燃焼度を調整することで漏洩は低減できる
結論：中性子漏洩のために、小型原子炉は、同じ出力規模の大型加圧水型原子炉（PWR）よりも、使用済燃料及びLILW（低レベル及び中レベル廃棄物）の発生量が多くなる

Brown, Worrall, Todosow,
2017, Annals of Nuclear
EnergyKrall, Macfarlane, andEwing, 2022, Proceedingsof the National Academyof ScienceWASTE IMPLICATIONS FOR FAST REACTORS
高速炉の廃棄物がもつ含意

Sodium-Cooled fast reactors
 Sodium-bonded Uranium metal fuel will need processing prior to disposal Neutron reflectors and shielding – will be low and intermediate level waste
 Sodium coolant – will be contaminated by 22Na activation product and Cs
isotopes from ruptured fuel elements
 Sodium-bonded fuels are pyrophoric, need to be processed into a stablewaste form for disposal

Processing Implications
 Additional waste streams that requiredisposal Additional facilities that need licensing Additional supply chains that need to beestablished = Additional Costs

ナトリウム冷却高速炉・ナトリウムと結合したウラン金属燃料は廃棄処分の前に処理が必要処理が意味するもの

・中性子反射体および遮蔽体・処分を必要とする廃棄物の流れが増える―低・中レベル廃棄物となる・ナトリウム冷却材 ―放射化生成物ナトリウム22と、破損燃料要素からのセシウム同位体で汚染される・ナトリウムと結合した燃料は自然発火性なので、廃棄処分の前に、状態を安定化させるための処理が必要

・許可を必要とする施設が増える
・新たなサプライチェーンの構築が必要＝コスト増大SECURITY/SAFEGUARDS ISSUES
セキュリティ／保障措置問題
HALEU spent fuels may require special packaging
for storage, transport, and disposal and may
entail additional security/safeguards issues
Any processing or reprocessing that separates
actinides will require both additional security
and safeguards measures

HALEU（高純度低濃縮ウラン）の使用済燃料を貯蔵、輸送並びに処分するにあたっては特殊なパッケージと、セキュリティ／保障措置 の強化が求められよう
アクチニド分離のための処理ないし再処理
は、セキュリティと保障措置の両方の強化が必要となるだろうLOW IMPACT FOR CLIMATE CHANGE OVER NEXT FEW DECADES
今後20-30年の間、気候変動対策としての有効性は低い
Actual costs of reactors are unknowable at this time Cost of plant Cost of fuel
 Cost of waste, energy storage, etc
Length of build uncertain
Supply chain issues
Project management
It will take at least 10-20 years or longer to sort this out
現時点では原子炉の実際のコストは不可知
・原子炉のコスト
・燃料のコスト・廃棄物、エネルギー貯蔵等のコスト
建設期間が不確か

サプライチェーン問題
プロジェクト管理これらの問題を解決するには、少なくとも10年から20年、あるいはそれ以上の時間を要する