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諸外国での高レベル放射性廃棄物処分

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米国 米国における高レベル放射性廃棄物処分

米国における高レベル放射性廃棄物処分

全体構成(章別)


2. 地層処分計画と技術開発

2.1 処分計画(ユッカマウンテン計画)

ポイント

  • 米国では、1987年に法律によりネバダ州のユッカマウンテンが高レベル放射性廃棄物の唯一の処分候補地としてサイト特性調査が行われ、2002年に法律で処分場サイトとして指定されました。ユッカマウンテン計画では、商業用原子力発電所から発生する使用済燃料、エネルギー省(DOE)が保有する国防活動関連等から発生する高レベル放射性廃棄物(ガラス固化体)及び使用済燃料の3 種類を、地表から200 ~500mの深さに地層処分する方針です。ただし、2009 年に発足した現政権は、ユッカマウンテン計画を中止し、代替案を検討する方針です。
  • このように、米国の高レベル放射性廃棄物の処分の最終的な計画はまだ定まっていない状況ですが、以下ではこれまで進められてきたユッカマウンテン計画について、処分場の建設認可に係る許認可申請書の情報なども含めて示します。

3種類の高レベル放射性廃棄物を地層処分

ユッカマウンテンで処分予定の高レベル放射性廃棄物の量
ユッカマウンテンで処分予定の
高レベル放射性廃棄物の量

ユッカマウンテンで処分予定の高レベル放射性廃棄物は3種類あります。①商業用原子力発電所から発生した使用済燃料が63,000トン(重金属換算、以下同じ)、②DOE保有の使用済燃料(研究炉や海軍の船舶炉などから発生するもの)が2,333トン、③核兵器製造及びかつて実施された商業用原子力発電所からの使用済燃料の再処理によって発生した高レベル放射性廃棄物が4,667トンです。合計で70,000トンです。

処分形態

廃棄物パッケージの種類
廃棄物パッケージの種類
source:DOE, ユッカマウンテン安全性説明書

処分対象の高レベル放射性廃棄物は、外側がアロイ22と呼ばれるニッケル基合金、内側がステンレス鋼の二重構造の廃棄物パッケージに封入して処分されます。外側の合金が腐食に耐える役割を、内側のステンレス鋼が力学的な荷重に耐える役割を担います。

商業用原子力発電所で発生した使用済燃料の約90%は、発電所で輸送・貯蔵・処分(TAD)キャニスタに収納してからユッカマウンテンに輸送する計画であり、残りは処分場においてTADキャニスタに収納する計画です。このTADキャニスタを上述した二重構造の廃棄物パッケージに封入して処分します。

廃棄物パッケージは、収納する廃棄物の種類に応じて、民間の使用済燃料を収納したTAD廃棄物パッケージ、軍事用の高レベル放射性廃棄物を収納したもの、船舶用の使用済燃料を収納したものなどの6種類があります。

TADキャニスタ
輸送・貯蔵・処分(TAD)キャニスタ
source:DOE, Draft Supplemental EIS (Oct 2007)

処分場の概要(処分概念)

ユッカマウンテン処分場の全体レイアウト
ユッカマウンテン処分場の全体レイアウト
DOE ウェブサイトより引用


ユッカマウンテン処分場予定地のレイアウト
ユッカマウンテン処分場予定地のレイアウト
DOE 補足環境影響評価書案よりより引用


定置坑道と廃棄物パッケージの概念図
定置坑道と廃棄物パッケージの概念図
DOE ウェブサイトより引用

処分場は、地表から200~500mの深さ、地下水面より平均約300m上部に建設することが考えられています。こうした地質構造の特徴に加え、放射性廃棄物を環境から長期間隔離するための人工バリアによる多重バリアシステムによる処分概念が考えられています。処分場の規模は、総面積が約5km2、処分坑道の延長距離は約64kmと予定されています。

処分場は、地上施設と地下施設から構成されており、地上施設の主要な構成要素としては、輸送・貯蔵・処分(TAD)キャニスタに収納された使用済燃料を輸送用キャスクから取り出して処分または貯蔵に振り分けるための「受入施設」、輸送キャスクにそのままの状態で運ばれてきた使用済燃料などをTADキャニスタに収納するための「湿式取扱施設」、TADキャニスタなどを処分用の廃棄物パッケージに収納するための「キャニスタ受入・密封施設」、使用済燃料を冷却貯蔵するための「貯蔵施設」などがあります。


また、地下施設の主要な構成要素としては、直径約5.5mで11,000本の廃棄物パッケージを定置する「処分坑道」、定置される様々な形態の「廃棄物パッケージ」、廃棄物パッケージの上部に設置されて処分坑道壁面からの液滴・岩石の落下から防御する「ドリップシールド」があります。なお、ドリップシールドは、閉鎖時に設置される計画となっています。

廃棄物パッケージは、収納される放射性廃棄物の種類に応じて、民間の使用済燃料を収納したTAD廃棄物パッケージ、軍事用の高レベル放射性廃棄物を収納したもの、舶用の使用済燃料を収納したものなどの6種類があり、処分坑道に設置されたパレットに定置されます。

また、処分場は段階的な建設が考えられており、地下施設については、初期段階の建設が完了した時点で操業許可を受けて廃棄物の受け入れが開始されます。残りの部分については、廃棄物の定置と並行して建設が進められる予定です。

処分場の建設予定地の地質構造

ユッカマウンテン周辺の岩盤は、約1,100~1,400万年前の一連の噴火によって生じた火山灰が堆積した凝灰岩です。年間の降水量が少なく蒸発量が多い砂漠地帯にあって、地下水面が地表から500~800mと深いところにあります。

ユッカマウンテン地質
ユッカマウンテンとその周辺地域の東西方向の地質区分
(上図は、下図のB~B’の区間の断面を表す)


ユッカマウンテンでの処分実施計画

ユッカマウンテンでの処分に関する経緯
ユッカマウンテンでの処分に関する
スケジュール及びマイルストーン

米国における高レベル放射性廃棄物処分の基本方針は、1982年放射性廃棄物政策法に定められており、同法第301条では、DOEはプログラムの包括的な計画を示した「ミッション・プラン」を作成することが規定されています。

1985年のミッション・プランでは、処分場の操業開始を1998年に計画していました。しかし、その後、1987年に1982年放射性廃棄物政策法が修正され、サイト特性調査活動をユッカマウンテンのみに限定することになり、1987年のミッション・プランの修正版では、操業開始は5年遅れの2003年とされました。その後、1989年にさらに7年の遅れが発表され、2000年に公表された「民間放射性廃棄物管理プログラム・プラン第3版」では、操業開始を2010年と計画していました。

約20年間の調査研究の後、ユッカマウンテンの大統領へのサイト推薦が2002年に行われ、連邦議会の承認を経て最終処分場サイトとして決定されました。

その後、予定からは遅れたもののユッカマウンテンの建設認可に係る許認可申請の準備作業が進められ、DOEは、2008年6月3日に許認可申請書(約8,600ページ)、及び同月中に最終補足環境影響評価書など原子力規制委員会(NRC)に提出し、2008年9月8日にNRCが正式に受理しました。安全審査は一時中断があったものの審査が行われ、2015年1月29日までに、安全審査の結果を取りまとめた5分冊からなる安全性評価報告(SER)が作成されています。


サイトの適合性の確認

TSPAの方法
トータルシステム性能評価(TSPA)の方法
ユッカマウンテン・サイト適合性評価書より作成

エネルギー省(DOE)は、ユッカマウンテン・サイト適合性指針(10 CFR Part 963)に従って、処分場閉鎖前及び閉鎖後の期間でのサイト適合性を判定することとなっています。この指針では、処分場閉鎖前の期間については、処分場が本来の機能を果たし、発生確率が1万分の1以上の事象による影響を防止あるいは軽減できるかを、ユッカマウンテンに適用される安全基準に照らして評価することが規定されています。また閉鎖後の期間については、トータルシステム性能評価(TSPA)を用いて評価することが定められています。

このTSPAでは、右図に示されるように、処分システムによる廃棄物の隔離性能に対して影響を与え得る水文地質学、地球化学、熱、力学等のさまざまなプロセスモデルを組み込み、サイト特性調査で得られたデータ等を用いて、1万年を超える長期間にわたる処分場の性能について不確実性を考慮に入れた上でのシミュレーションが行われます。結果は、適用される安全基準との比較により、定量的に評価されています。

なお、サイト推薦に向けてのTSPA(2002年12月版)は、経済協力開発機構(OECD)の原子力機関(NEA)による国際的なピアレビューも受けています。レビューチームからは、このTSPAは改善の余地はあるものの、サイト推薦の十分な根拠を与えるものだとの結論が示されています。

TSPAのためにモデル化されたプロセス
トータルシステム性能評価(TSPA)のためにモデル化されたプロセスの概略
source:ユッカマウンテン科学・工学報告書改訂第1版


ユッカマウンテン・サイト適合性指針(10 CFR Part 963)

ユッカマウンテン・サイト適合性指針では、処分場システムの性能にとって重要なプロセスに対応した適合性基準として、以下のものが示されています。

サイト特性(地質学、水文学、地球物理学、地球化学)
不飽和帯での水の流動特性
ニアフィールドの環境特性
人工バリアシステムの劣化特性
廃棄体の劣化特性
人工バリアシステムの劣化と水の流動、放射性核種の移行に関する特性
不飽和帯での水の流動と放射性核種の移行特性
飽和帯での水の流動と放射性核種の移行特性
生物圏の特性

また、ユッカマウンテン・サイト適合性指針では、以下の3つのシナリオについて評価することも定められています。

ⅰ)起こることが予測される「通常シナリオ」
ⅱ)起きる確率は低いが潜在的に有意な影響をもたらす「破壊的シナリオ」
(火山活動、地震、核的臨界等)
ⅲ)探査目的の掘削による「人間侵入シナリオ」


TSPAの結果

2008年6月にNRCへ提出されたDOEの許認可申請書には、NRCの10 CFR Part 63の改定案での規定内容に従って実施されたトータルシステム性能評価(TSPA)の結果が示されています。

処分場閉鎖後のトータルシステム性能評価の結果
処分場閉鎖後のトータルシステム性能の結果
(ユッカマウンテンの許認可申請書及び40 CFR Part 197・10 CFR Part 63最終版より作成)



2.2 ブルーリボン委員会の勧告を受けた処分計画

ポイント

  • 米国では、2009年に発足した現政権が、ユッカマウンテン計画を中止し、代替案を検討する方針を示し、大統領の指示によりエネルギー長官が設置した特別委員会(ブルーリボン委員会)で放射性廃棄物管理を含むバックエンド対策の代替案が検討されました。
  • この代替案の実施には法律の改正が必要であり、連邦議会による検討も行われています。以下では、このブルーリボン委員会勧告を受けた処分計画について示します。

政権交代によるユッカマウンテン計画の中止 ~バックエンド対策の代替案の検討

ブルーリボン委員会の最終報告書(2012年1月)
ブルーリボン委員会の最終報告書(2012年1月)
www.brc.gov

これまで立地が進められてきたユッカマウンテン計画について、政権交代後の民主党による現政権は、計画を中止し、代替案を検討する方針です。これを受けて、エネルギー長官は、放射性廃棄物管理を含むバックエンド政策の代替案を検討する「米国の原子力の将来に関するブルーリボン委員会」(以下「ブルーリボン委員会」という。)を2010年1月に設置しました。2年以内での最終報告書の提出に向け、原子炉・核燃料サイクル、輸送・貯蔵、処分の3つの小委員会を設置して検討を進めました。

2011年5月13日には各小委員会の勧告案、引き続いて2011年5月末から2011年6月初頭にかけて各小委員会のドラフト報告書が公表され、意見募集が行われました。さらに、ブルーリボン委員会は、2011年7月29日に、1年半以内に提出が求められていたドラフト報告書を公表しました。このブルーリボン委員会の全体としてのドラフト報告書には、各小委員会のドラフト報告書に対する意見募集により得られた意見が反映されています。

ドラフト報告書が公開された以降は、2011年10月31日まで意見募集が行われ、この期間中には全米の5カ所でパブリックミーティングも開催されました。提出期限の2年以内に当たる2012年1月26日には、ブルーリボン委員会の最終報告書が公表され、8項目の勧告が行われました。

ブルーリボン委員会が行った8つの勧告

  1. 将来の放射性廃棄物管理施設の立地のための同意に基づく新たなアプローチ: 適応性があり、段階的で、同意に基づき、透明性があり、基準及び科学に基づいて、放射性廃棄物管理及び処分施設のサイト選定を行い、開発するための新たなアプローチ
  2. 廃棄物管理プログラムの実施のみを目的とし、成功を遂げるための権限及び資源を与えられた新たな組織: 国内での放射性廃棄物の輸送、貯蔵及び処分のため、集中的で、統合されたプログラムを開発し、実施するという単一の目的を有する新たな組織
  3. 原子力発電の消費者が放射性廃棄物管理のために提供している資金の利用権:放射性廃棄物基金の積立金と毎年の拠出金から放射性廃棄物管理プログラムに必要な資金が供給されること
  4. 1つまたは複数の地層処分施設を開発するための迅速な取組み: 使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物の安全な処分のための1つまたは複数の地層処分施設を開発するための可能な限り迅速な取組
  5. 1つまたは複数の集中貯蔵施設を開発するための迅速な取組み: 核燃料サイクルのバックエンドの管理のための計画の一部として、1つまたは複数の集中中間貯蔵施設を開発するための可能な限り迅速な取組
  6. 集中貯蔵施設・処分施設が利用可能になった時点で使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物を最終的にその施設に大規模に輸送できるようにするための迅速な取組み: 輸送量の拡大に対する公衆の懸念を払拭するための輸送基準等の更新、地方政府に対する技術支援・訓練資金の提供
  7. 原子力エネルギー技術における米国の技術革新の継続と人材の育成のための支援: 先進的な原子炉及び核燃料サイクル技術に関する研究開発・実証のための安定した長期的なサポート
  8. 安全性、廃棄物管理、核不拡散及び安全保障上の懸念に対処するための国際的取組みにおける米国の積極的リーダーシップ: 全世界の原子力施設及び核物質の安全性及びセキュリティを向上させるための国際的なリーダーシップ

地層処分の基本方針は不変

ブルーリボン委員会の勧告では、同意に基づくサイト選定プロセスなど、これまで進められてきたユッカマウンテン計画とは異なる処分場開発、中間貯蔵施設開発の進め方が示されています。しかし、どのような燃料サイクル政策を採用したとしても地層処分は必要との結論が示されています。また、地層処分のオプションとしては、従来進められてきた坑道型の地層処分場は妥当な選択肢とした上で、超深孔処分も有望な選択肢として研究開発を進めるべきと勧告しています。

また、処分場の母岩については、これまで研究が進められてきた岩塩、結晶質岩、粘土質岩、頁岩、凝灰岩、玄武岩など様々な岩種で処分が可能であり、岩種自体よりも地質環境と定置方法の選択が重要との見解が示されています。

エネルギー省(DOE)の処分戦略

DOE戦略:貯蔵・処分システムの想定パス
DOE戦略:想定される貯蔵・処分システムのパス
source: DOE, Strategy for the Management and Disposal of Used Nuclear Fuel and High-Level Radioactive Waste (2013)

ブルーリボン委員会の最終報告書を受け、連邦議会の指示に基づいて、DOEは、2013年1月11日に『使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物の管理・処分戦略』(以下「DOE戦略」という)を公表し、2025年までに使用済燃料の中間貯蔵施設が使用可能となるようにサイト選定と許認可を実施すること、2048年までに地層処分場を実現するように処分場のサイト選定とサイト特性調査を進めることなどのスケジュールを中心とした右図のような戦略を示しました。

このDOE戦略では、廃止措置した原子力発電所で貯蔵されている使用済燃料の早期の引取りなどを進めるため、中間貯蔵のパイロット施設の開発を進めることとされています。

連邦議会での法案の検討

ブルーリボン委員会の勧告を実現するためには、ユッカマウンテンを最初の処分場候補地として定めている1982年放射性廃棄物政策法の改正が必要になるため、連邦議会でも法案の検討が行われています。上院に提出された「2015年放射性廃棄物管理法」の法案では、ブルーリボン委員会の勧告にほぼ沿った形で、新しい放射性廃棄物管理組織の設置、同意に基づくサイト選定プロセス、中間貯蔵施設の早期実現に向けた制度、新たな基金の創設などが織り込まれています。

エネルギー省(DOE)が管理する高レベル放射性廃棄物の処分

DOEが管理している高レベル放射性廃棄物については、これまでは民間の原子力発電所から発生する使用済燃料等と一緒に処分することとしていましたが、これとは切り離して独立した処分を行うことが計画されています。DOE管理の高レベル放射性廃棄物の独立した処分計画は、2015年3月24日に、大統領も法律に基づいて是認するとした覚書を出しています。



2.3 研究開発・技術開発

ポイント

  • エネルギー省(DOE)の民間放射性廃棄物管理局(OCRWM)は、1982年放射性廃棄物政策法に基づいて、ユッカマウンテンのサイト特性調査を行い、処分場としての適合性を評価するための研究を行いました。また、DOE/OCRWMは、ユッカマウンテン・サイトに探査研究施設(ESF)を建設して、地層の岩石学的性質や水文地質学的特性を把握するため、熱や水の移動などに関する試験を行いました。

研究機関

1982年放射性廃棄物政策法では、エネルギー省(DOE)が処分場を開発すると定めており、また、DOEの中に民間放射性廃棄物管理局(OCRWM)を設置することを規定しています。このOCRWMが実際の処分計画を遂行し、サイト特性調査を行い、処分予定地としての適合性を評価するための研究を行いました。DOEが地下での試験・評価施設の建設、操業及び保守を実施することも規定されています。

OCRWMは、米国内の研究機関や管理・操業契約者(M&O)への委託等によって、処分技術や安全評価などに関する研究を進めました。2006年1月には、主導的研究所としてサンディア国立研究所が指定されました。また、カナダ、日本、フランス、スウェーデン、スイス、スペインの各国と放射性廃棄物処分に関する情報交換や共同研究を行いました。

研究計画

1982年放射性廃棄物政策法の第211条は、エネルギー長官が高レベル放射性廃棄物及び使用済燃料の重点的かつ統合的な研究開発プログラムを作成しなければならないことを規定しています。この計画には、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究を実施し、そのための技術を統合的に実証するための施設の開発も含まれています。

地下特性調査施設

ヒーターテストの様子
ヒーターテストの様子
DOE ウェブサイトより引用

原子力規制委員会(NRC)が定めた高レベル放射性廃棄物処分基準(10 CFR Part 60)では、DOEがユッカマウンテン地層処分場の建設認可に係る許認可申請を行うに当たり、地下試験の実施を義務づけていました。探査研究施設(ESF)の建設は1992年に開始され、1997年に完成しました。ESFの深度は約300mであり、本坑の全長は約7.9kmとなっています。ESFでは、ユッカマウンテンにおける地層の岩石学的性質や水文地質学的特性を把握するために、熱や水の移動に関する実験などが行われていました。


ブルーリボン委員会の勧告に対応したDOEによる「使用済燃料処分等プログラム」(UFDプログラム)

2013会計年度のエネルギー省(DOE)の予算要求資料において、ブルーリボン委員会の勧告への対応に関連した研究開発として「使用済燃料処分等プログラム」(UFDプログラム)が実施されていることが示されています。

2012会計年度のUFDプログラムにおいては、短期的な優先事項として、①標準的な輸送・貯蔵・処分コンテナの開発及び許認可のサポート、②処分場の地層の特性調査、③サイトに依存しない地層処分に関する研究開発、④貯蔵オプション及びそれぞれの利点の評価、⑤有力なパートナーシップの仕組みを含め、使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物の代替管理方策の評価の開始、⑥使用済燃料の貯蔵の安全性に関連した課題へのDOE の評価能力の強化のような研究開発を実施しているとされています。

2013会計年度のUFDプログラムでは、①集中中間貯蔵及び輸送の課題の評価(最初は廃止措置された原子炉サイトを対象)、②産業界と協力して使用済燃料管理アプローチの標準化、③使用済燃料貯蔵の長期化をサポートするため材料試験の実施、④使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物の安全輸送に関する全米科学アカデミー(NAS)レポートのレビューによって特定された実施作業の開始、⑤代替環境での地層処分の研究の開始(システムモデル化、天然バリア、人工バリア、設計概念の評価及び試験)のような研究開発を行うことが示されており、2014年1月16日に可決した2014年包括歳出法案によるUFDプログラムを含む燃料サイクル研究開発プログラムに係る歳出予算として実施されるものとなります。

なお、DOEは、超深孔処分のフィールド試験の実施を計画して実施者の公募を2度行い、2016年12月19日に、候補の4社を選定したこと、提案された候補サイトがテキサス州、ニューメキシコ州、サウスダコタ州にあること、最終的に1サイトに絞り込むことを公表しました。

UFDプログラムの予算項目
会計年度 活動内容 予算要求額
(千ドル)
2011
  • 長期貯蔵のサポートに必要となる使用済燃料の評価を規定するギャップ分析、使用済燃料の貯蔵の必要性を評価するための概略計画の作成
  • 研究開発活動の優先付けのための処分研究開発ロードマップの作成
  • 乾式貯蔵している使用済燃料の準備として輸送のためのデータベース開発
  • 一般的な人工バリアシステム(EBS)及び天然バリアシステムに係る情報を使用した、一般的な性能評価モデル化の継続、データベース及びソフト抽出の開始
32,535
2012
  • 最初の集中中間貯蔵、標準的なコンテナの使用、輸送の効率向上を含めたシステム解析の開始
  • 乾式及び湿式貯蔵の安全性に関連する問題点の評価を含む、使用済燃料の長期化した貯蔵に関する研究開発の実施
  • 長期化した貯蔵に続く使用済燃料の輸送に関する研究開発の実施(特に、高燃焼度燃料に関連)
  • 代替環境での地層処分に関する研究開発の実施(例えば、システムモデル化、人工バリア、天然バリア、設計概念の評価、試験)
  • 岩塩を含めた、可能性のある地層処分の母岩の原位置特性調査の開始
59,650
2013
  • 集中中間貯蔵、標準的なコンテナ、輸送に関するシステム解析の継続
  • 使用済燃料の長期化した貯蔵に関する研究開発の継続
  • 使用済燃料の長期化した貯蔵のための技術基盤をサポートするための試験検証複合施設の計画完了
  • 使用済燃料の輸送に関する可能性のあるステークホルダーとの交流の拡大
  • 使用済燃料及び高レベル放射性廃棄物の安全輸送に関する全米科学アカデミー(NAS)レポートのレビューによって特定された実施作業の開始
  • 代替環境での地層処分に関する研究開発の継続。超深孔処分概念のための研究開発プラン及びロードマップの完成。
59,668
2014 使用済燃料処分等研究開発(3千万ドル)
  • 使用済燃料の長期化した貯蔵を支援する研究開発
  • 代替環境での処分の研究開発(モデル化、評価、試験)
  • 発熱性廃棄物処分のための岩塩処分場のフィールドテスト
  • 超深孔処分の研究:深部結晶質岩の水理地質化学、物理地質学、構造地質学、地球物理学的状態、工学的特性に関する研究開発の進展
  • 国際的知見の活用のための使用済燃料処分に関わる国際組織等への参画
  • 長期貯蔵に続く使用済燃料の輸送を支援する研究開発:輸送中の現実的な輸送物の評価のためのフィールドテスト

高レベル放射性廃棄物管理・処分システムの設計活動(3千万ドル)

  • 同意に基づくサイト選定プロセスの計画策定の継続
  • 廃止措置した原子炉サイトからの初期使用済燃料輸送の解析:人員、ルート、調達、運用、セキュリティ、品質保証、緊急時対応、訓練、ロジスティクス、サイト役務、動員、運用準備、サイト役務スケジュールなど。
  • 一般的な地層処分施設と輸送システムの概念設計の継続
  • 様々な使用済燃料管理システムのシステム構造と運用評価:集中/地域貯蔵施設、様々な再封入シナリオと受入速度、輸送・貯蔵システムモデル更新、コストのデータベース構築
  • 貯蔵・輸送、処分も含めた標準コンテナの評価継続
  • 州の地域グループと輸送問題について協力作業を継続
  • 廃止措置した原子炉サイトから一般的集中中間貯蔵施設への初期輸送に対応する形で全米輸送計画を更新
60,000





全体構成
米国
hlw/us/chap2.txt · 最終更新: 2017/10/27 18:42 (外部編集)

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