Vol.30 No.1

原子力バックエンド研究

講演再録

核燃料サイクルとバックエンドの基礎
坂本義昭＊1
原子力発電を行うための一連のプロセス全体を核燃料サイクルと呼ぶが，その各プロセスからは様々な種類の放射性廃棄物が発生する．これらの放射性廃棄物はこれらの一連の施設の操業および廃止措置から発生し，放射能濃度やその性状に応じて適切な処理と処分が行われる．ここでは，基本的な核燃料サイクルの概要およびバックエンドと呼ばれる放射性廃棄物（核燃料サイクル以外の施設での放射性物質の利用による放射性廃棄物も含む）の処理・処分の基礎について概説する．
Keywords: 核燃料サイクル，放射性廃棄物，バックエンド，地層処分，浅地中処分，安全確保

1 はじめに

核燃料サイクルの主体となる使用済燃料の再処理工程では，原子炉内で燃焼した燃料ウランを硝酸で溶解し，TBP

2022 年 7 月，産業革命以来の化石燃料中心の経済・社会，（リン酸トリブチル）によるウランとプルトニウムの抽出

産業構造をクリーンエネルギー中心に移行させ，経済社会および核分裂生成物との分離，抽出されたウランとプルトシステム全体の変革，すなわち，GX（グリーントランスフニウムの分離および精製，脱硝を経て，ウラン酸化物およォーメーション）を実行するべく，必要な施策を検討する

びウラン・プルトニウム混合酸化物が製品となる．その後，GX 実行会議が設置された．2022 年 8 月に開催された第 2

MOX 燃料に加工され，再び原子力発電に使用されること回実行会議では，ロシアによるウクライナ侵攻に起因したにより，一連の核燃料サイクルとなるものである．

世界的な石油・ガス市場攪乱によるエネルギー地政学の抜各プロセスでは様々な種類の放射性廃棄物が発生し，現本的変化，脱炭素に向かうファイナンスと化石依存リスク

在は，それぞれの施設で処理，保管されている．なお，原の増大，2050 年カーボンニュートラルに向けた再エネの伸子力発電所の操業に伴い発生した低レベル放射性廃棄物は，長，原子力発電の見直し，について議論がなされた．原子1992 年から日本原燃（株）の低レベル放射性廃棄物埋設セ力発電については，既存原発の最大限活用，次世代革新炉ンターにおいてコンクリートピット処分がなされている．の開発・建設とともに，再処理・廃炉・最終処分のプロセ
スの加速等の検討が示されたところである[1]．
このような背景を踏まえ，原子力の利用を進めるにあたり，核燃料サイクルの確実な確立とバックエンド対策の着実な実施に向け，発生する放射性廃棄物の合理的かつ安全な処理処分が必要となる．本稿では，核燃料サイクルから発生する様々な放射性廃棄物（核燃料サイクル以外から発生する放射性廃棄物も含め）の処理処分であるバックエンドの基礎について概説する．
2 核燃料サイクルの基礎
図 1 核燃料サイクルの概要（軽水炉サイクル）[2]

核燃料サイクルとは，原子力発電を行うための一連のプロセスであり，図 1 に示すように，ウランの採鉱，製錬，転換，濃縮，燃料成型加工，原子炉での発電，使用済燃料

3 放射性廃棄物の発生の再処理，MOX 燃料の成型加工，MOX 燃料を用いた原子炉での発電に至るプロセス，これらのプロセスで発生する

前述の核燃料サイクル施設から様々な放射性廃棄物が発低レベル放射性廃棄物および高レベル放射性廃棄物の処理生するが，我が国においては「高レベル放射性廃棄物」と処分からなるサイクルである．現行の核燃料サイクルは，「低レベル放射性廃棄物」に大別されている．

軽水炉燃料サイクルであるが，高速増殖炉燃料サイクルの「高レベル放射性廃棄物」は前述したように使用済燃料実用化により燃料ウランの利用効率が大幅に高まることとの再処理工程において発生する高レベル廃液をガラス固化ができるため，エネルギー資源に乏しく自給率の低い我がし た 放 射 性 廃 棄 物 で あ り ， 核 分 裂 生 成 物 （ FP:Fisson

国にとっては，安価で質の高い安定したエネルギーの確保

Products）およびアクチニド（Np, Am, Cm 等および回収さとなるものである．

れなかった U, Pu）を高濃度に含む放射性廃棄物である．

Fundamental aspects of nuclear fuel cycle and waste management by Yoshiaki
SAKAMOTO (sakamoto.yoshiaki@jaea.go.jp)＊1 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 バックエンド統括本部
埋設事業センターJapan Atomic Energy Agency, Decommissioning and Radioactive Waste
Management Head office, Radioactive Wastes Disposal Center〒319-1112 茨城県那珂郡東海村村松 4 番地 49
本稿は，日本原子力学会バックエンド部会 2022 年度バックエンド週末基礎講座における講演内容に加筆したものである．

ガラス固化体 1 本あたり製造時の放射能量はβ・γ核種で約 107 GBq，α核種で約 105 GBq のオーダーである[3]．
「低レベル放射性廃棄物」は，「高レベル放射性廃棄物」以外の全ての放射性廃棄物を指しており，その発生源や放射能濃度範囲は様々である．主な廃棄物は，再処理施設から発生するハル・エンドピース（燃料被覆管および燃料集15

原子力バックエンド研究
合体端末の廃材），廃銀吸着剤，濃縮廃液等および MOX 燃

June 2023

ランス対象として再利用等がなされる．

料加工施設から発生する雑固体等の「TRU 廃棄物」
，ウラ4 放射性廃棄物の処理

ン濃縮および燃料成型加工施設から発生する金属，スラッジ等の「ウラン廃棄物」，原子炉から発生する廃液，金属，放射性廃棄物は，保管時の安定性，輸送時の安定性，処コンクリート，炉内構造物等の「原子炉廃棄物」が発生し分に適した形態とするために，廃棄物の性状を踏まえて，ている．

焼却，圧縮，固型化，封入等および液体廃棄物の蒸発濃縮

核燃料サイクル以外の施設からも低レベル放射性廃棄物や固型化等の処理がなされる．

が発生しており，例えば，試験研究炉での研究に伴う原子炉廃棄物，核燃料物質使用施設等での研究等でのウランの高レベル放射性廃液は，蒸発濃縮後にガラス溶融炉の中使用に伴うウラン廃棄物や使用済燃料の照射後試験に伴うでホウケイ酸ガラスと混ぜ合わせられ，ステンレス鋼製の放射性廃棄物等が発生している．さらには放射性同位元素キャニスターと呼ばれる容器に注入されて，固型化される．
低レベル放射性廃棄物には様々な廃棄物があるため，各の使用施設等および医療機関等からは「RI 廃棄物」も発生性状に応じた分別および処理がなされる．例えば，可燃物している．
「低レベル放射性廃棄物」に含まれる放射性核種としては焼却処理されることにより約 1/100 以下に減容されたり，は，使用済燃料に起因する核種および原子炉の配管内での金属等の不燃物は圧縮処理されることも多い．また，より腐食生成物（CP: Corrosion Products）の放射化による核種，減容効果が高く安定性が高い処理方法として溶融処理が用施設の構造材の放射化により生成する核種が主である．まいられることもある．

た，ウラン廃棄物のようにウランだけを含む廃棄物や放射処分に向けては，容器内の空隙の低減，飛散防止，廃棄性同位元素の利用に伴い特定の放射性同位元素のみを含む物の安定化のためにセメント等の固型化剤による固型化が廃棄物も発生している．発生の形態としては，施設の操業なされる．また，廃止措置で発生する放射能濃度が極めて（設備更新を含む）とともに，施設の廃止措置によっても低い金属やコンクリート等は，そのまま容器への封入（容発生している．このため，図 2 に示すように放射能濃度も器内は砂等で充填も想定される）がなされることもある．

幅広く分布しており，TRU 廃棄物の地層処分から，中深度処分，ピット処分，トレンチ処分対象廃棄物まで含まれる．
さらに，より放射能濃度が低い資材等は，いわゆるクリア

図 2 放射性廃棄物の処分区分と放射能濃度の関係
総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄物安全小委員会規制制度 WG「規制制度ワーキンググループにおけるこれまでの議論のとりまとめ」(2005 年 3 月(平成 17 年 3 月))の資料 4 に基づき[4]，2021 年 10 月現在の原子炉等規制法の政令濃度区分値，第二種埋設事業規則の濃度上限値等に従った修正と加筆をした．なお，トレンチ処分のα核種濃度は，区分値充足性の評価値[5]（低レベル放射性固体廃棄物の埋設処分に係る放射能濃度上限値についての p.17 表 4，平成19 年 5 月(2007 年 5 月)，原子力安全委員会）を用いた．なお，右図は原子力委員会の資料を参考とした[6]．

16核燃料サイクルとバックエンドの基礎度の監視，10 年ごとの定期レビューおよび埋設地の掘削を

5 放射性廃棄物の処分制限する等の管理が 300～400 年程度を目安として行われ放射性廃棄物は，原子力委員会の「原子力利用に関するる．現在，日本原燃（株）の低レベル放射性廃棄物埋設セ基本的考え方」（令和 5 年 2 月 2 日）等において，現世代のンターにおいて，原子力発電所の操業で発生した濃縮廃液責任として，処分を確実に進め，将来世代に負担を先送り等および雑固体を固型化した廃棄体のピット処分が行われしないことやリスクに応じて適切な区分ごとに合理的な処ている．

理・処分を推進すること等の考え方が示されている[7]．
5.3 中深度処分

このような考え方の下，高レベル放射性廃棄物およびTRU 廃棄物のうち放射能濃度の高い放射性廃棄物は，地層放射能濃度が比較的高い放射性廃棄物（廃棄体）を対象処分に向けた取り組みが進められているとともに，低レベとしており，埋設施設は，地表から深さ 70 メートル以上のル放射性廃棄物は，
図 2 に示すように放射能濃度に応じて，地下に設置される．放射性物質の漏出を防止するために人トレンチ処分，ピット処分，中深度処分に向けた取り組み

工バリアを設置する．ピット処分と同様に，埋設地は放射が進められている．以下，各処分方法について概説する．

性廃棄物の埋設の終了から，300～400 年程度を目安として管理がなされる．

5.1 トレンチ処分
極めて放射能濃度が低い放射性廃棄物（廃棄体およびコ5.4 地層処分

ンクリート等廃棄物）を対象とし，埋設施設は，地上また高レベル放射性廃棄物および放射能濃度の高い TRU 廃は地表から深さ 70 メートル未満の地下に設置される．放射棄物を対象としており，埋設施設は，地表から深さ 300 メ性物質の漏出防止機能を有する外周仕切設備は設置されなートル以上の地下に設置される．

いが，廃棄物埋設地を土砂等で覆い，雨水および地下水のガラス固化体の地層処分を例にとると，ガラス固化体，浸入を抑制する機能を有する施設である．埋設終了後は，オーバーパック（金属製の容器），緩衝材（圧密ベントナイ

地下水位，地下水中の放射性物質濃度の監視，10 年ごとのト）からなる人工バリアと長期にわたって物質を閉じ込め定期レビューおよび埋設地の掘削を制限する等の管理がる能力を持つ安定した深い地層である天然バリアを組み合50 年程度を目安として行われる．現在，日本原子力研究開わせた多重バリアシステムにより処分を行うものである．

発機構原子力科学研究所内において，動力試験炉の解体コ

なお，中深度処分および地層処分については，原子力規ンクリート約 1,670 t のトレンチ処分が行われている．また，制委員会は，埋設事業開始前に，廃棄物埋設施設を含む立日本原電株式会社東海発電所でも事業申請が行われている．

体的な区域を指定し，その区域の土地の掘削制限を行うこととされている．

5.2 ピット処分
放射能濃度が低い放射性廃棄物（廃棄体およびコンクリート等廃棄物）を対象としており，埋設施設は，地上または地表から深さ 70 メートル未満の地下に設置される．放射性物質の漏出を防止する外周仕切設備等を設置する施設である．埋設終了後は，地下水位，地下水中の放射性物質濃図 3 放射性廃棄物処分の長期安全評価方法
地層処分研究開発第 2 次取りまとめ[8]を参考に作成

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原子力バックエンド研究
6 放射性廃棄物の処分の安全確保れてから既に 67 年以上が経過しているが，バックエンド対6.1 放射性廃棄物処分の安全評価について施設から発生した物のみの実施に留まっており，未だ実施策に不可欠な放射性廃棄物処分やクリアランスは，一部の放射性廃棄物の処分では，千年から数万年に及ぶ長期のされていない方が多い状況である．今後，原子力の積極的安全評価を行うことになるが，このような長期の安全性をな利用推進を図るには，バックエンド対策は不可欠な課題

直接的に評価することは不可能なため，「シナリオ解析」とであり，関係者の今後の活動に期待したい．

いう手法を用いて評価される．これは将来起こり得る可能性のあるシナリオを抽出し，抽出したそれぞれのシナリオに沿って性能を評価，確認する手法である（図 3）．このようなシナリオ解析結果に基づいた各シナリオに対して影響解析を行うためのモデルが構築され，放射性核種フラックスや被ばく線量が求められる．これらの計算結果に基づいて安全評価がなされ，最終的には安全基準との比較の上，安全性が判断される．ただし，安全性の判断は単に安全評価の結果が基準線量以下であれば良いということではなく，放射性核種ごとの放射能インベントリ評価，シナリオ選定，評価解析に用いる解析方法や各パラメーター等が適切に評価選定された上で用いられていることが必要となる．このため，例えば，地下水移行シナリオでは，放射性物質の移行のパラメーターとなる遅延係数や拡散係数等が根拠を持って提示できること等が必要であり，これらのパラメーターを支配する種々の現象についての科学的な理解が不可欠である．
6.2 その他の方策 ―ウラン廃棄物の例―
上記のような安全評価に基づいて安全性を確認する以外の方策として，ウラン廃棄物への対応が挙げられる．ウランは，放射能減衰に期待できず，数万年経過以降は子孫核種のビルドアップによる放射能の増加の影響が顕著となるため（図 4），不確実性が高い長期の安全評価が必要となる．

図 4 ウラン廃棄物の浅地中処分の安全確保策
参考文献[9]に加筆修正

このため，浅地中処分の場合，埋設段階で埋設地内のウランの放射能濃度を十分低い濃度とすることで，長期的な安参考文献全を確保する方策としている．この十分低い濃度としては，ウランが天然に存在する放射性物質であること等から我が国でのウラン濃度が高い場所や世界的なウランの分布から，埋設地平均でのウラン濃度（U-238, U-235, U-234 の合計）

[1] 第 2 回 GX 実行会議資料, 資料 5. (2022).
[2] 日本原子力文化財団: 原子力・エネルギー図面集.
(2022).

である 1 MBq/t 以下とされている（図 4）．なお，放射能濃[3] 原子力発電環境整備機構: 包括的技術報告書. (2021).

度を規制する観点から，ウラン廃棄物のみの処分の場合，[4] 総合資源エネルギー調査会原子力安全・保安部会廃棄人為事象シナリオでの安全評価が不要とされている．

物安全小委員会規制制度 WG, 資料 4. (2005).
[5] 原子力安全委員会: 低レベル放射性固体廃棄物の埋設

7 おわりに処分に係る放射能濃度上限値について. (2007).
[6] 原子力委員会: 原子力政策大綱, 添付資料. (2005).

バックエンド分野は，核燃料が原子力発電に利用された[7] 原子力委員会: 原子力利用に関する基本的考え方.

以降の工程の全てが対象であり，その対象となる学術・技(2023).

術の分野の幅が広いことに特徴がある．

[8] 核燃料サイクル機構: わが国における高レベル放射性

例えば，再処理の使用済燃料からの核燃料の抽出工程ま廃棄物地層処分の技術的信頼性—地層処分研究開発第ででも金属材料分野から溶液化学，放射化学等の幅広い知

2 次取りまとめ—. (2019).

見が必要となる．さらには，施設の廃止措置マネジメント[9] 坂井章浩: 令和 3 年度土木学会全国大会 第 76 回年次から廃棄物の処理，輸送，保管，処分対策までカバーされ学術講演会 研究討論会「1F 事故廃棄物・汚染廃棄物ている．したがって，多様な技術を統合して機能する複合対策及び L3 廃棄物処分方策の調査報告」報告資料.

科学であり，多様な分野の技術者，研究者の力を結集する(2021).

とともに，継続的な技術伝承と人材育成が必要である．
原子力基本法が 1956 年（昭和 31 年）1 月 1 日に施行さ18