地層処分

地層処分とは

地層処分とは、原子力発電所から発生する使用済燃料の再処理に伴い生じる高レベル放射性廃棄物やTRU廃棄物を、地下深くの安定した地層に埋設する最終処分方法です。これらの廃棄物は、放射能濃度が高く、半減期の長い放射性物質を含むため、人の生活環境から長期間隔離する必要があります。浅地中処分とは異なり、地層処分はより深い地層への埋設を意味します。

放射性廃棄物隔離の必要性

原子力発電や核兵器開発などの過程で発生する高レベル放射性廃棄物は、生物にとって非常に危険なため、生物圏から隔離する必要があります。地層処分は、20世紀後半から実用的な手段として検討されてきました。この処分方法では、人類を含む生物の生活環境から廃棄物を遠ざけることを最優先とし、多重の防御（バリア）を設けて埋設します。具体的には、高レベル放射性廃棄物をガラスで固化し、オーバーパックという金属容器に密封し、地下深くに埋設します。安全性を確保するため、人工バリアと天然バリアを組み合わせた多重バリアシステムが採用されています。

放射性廃棄物の処分方法

放射性廃棄物の主な処分方法には、地層処分と浅地中処分があります。

多重バリアシステム

日本では、地層処分において以下の4段階の遮蔽措置（バリア）が検討されています。

第一バリア： ステンレス容器に封入されたガラス固化体。使用済核燃料の再処理工場から出る高レベル放射性廃棄物をガラスと混ぜて固化させ、ステンレス製のキャニスターに密封します。このキャニスターは、貯蔵期間中の腐食を考慮して作られています。ガラス固化体は、30〜50年間冷却のために地上施設で管理された後、地層処分されます。
第二バリア： オーバーパック。ガラス固化体を入れたステンレスキャニスターを、さらにオーバーパックと呼ばれる金属製の容器に収納・密閉します。オーバーパックは、炭素鋼、チタン、銅などの材料が検討されており、1000年間の遮蔽を目指しています。
第三バリア： 緩衝材。オーバーパックの周囲を、厚さ約70cmの粘土製の緩衝材ブロックで囲み、地下水や放射性物質の漏出を遅らせます。
第四バリア： 天然バリア。地下数百メートルの岩盤による遮蔽。第一、第二バリアが破損しても、地層が放射性物質の拡散を長期間にわたって抑制します。

地層の選択

地層処分の候補地としては、岩塩層、泥岩層、花崗岩層などが検討されています。岩塩層は、可塑性による亀裂修復効果が期待されますが、同時に不安定性や耐水性の問題があります。泥岩層も、展延性による亀裂修復効果が期待されます。花崗岩層は、岩塩層や泥岩層に比べて堅牢で安定していますが、亀裂修復は期待できません。

処分地の管理

地層処分地は、一定期間、立体的保護区として監視され、特定行為の制限などの対策が講じられます。時間の経過とともに管理の度合いを段階的に減らし、最終的には人間の管理から離れることが目標です。高レベル放射性廃棄物は、30〜50年間の中間貯蔵の後、深地層埋設処分されます。埋設地の選定、施設の建設、数十年間の操業（廃棄物の搬入）を経て、操業終了後に施設は埋め戻されます。しかし、埋設地周辺の管理はその後も長期にわたって継続される予定です。

高レベル放射性廃棄物の放射能は時間とともに減衰しますが、無害レベルまで崩壊するには数万年以上かかります。地層処分の不確実性によるリスクは、期間の増大とともに増大します。地層処分が検討され始めた当初は、施設封鎖後1000年間程度の情報管理が必要と考えられていましたが、現在では「可能な限り長期間」という、より長い努力目標に変わっています。

放射能の経時変化

日本のステンレス製キャニスター1本に入ったガラス固化体の放射能は約4x10^15ベクレルで、時間とともに減少します。50年後には約半分、100年後には1/10、1000年後には1/400、1万年後には1/2000、10万年後には1/6000、100万年後には1万分の1まで減少します。

高レベル放射性廃棄物の在庫

2009年の時点で、日本国内には日本原燃・再処理事業所に1445本、東海研究開発センターに247本のガラス固化体が保管されていました。また、東海研究開発センターには、ガラス固化処分待ちの380立方メートルの高レベル放射性廃液がありました。

処分地に関する記録の保存

将来世代が処分地に意図せず接触することを防ぎ、接触するかどうかの意思決定を支援するために、長期間保存可能な記録媒体の開発や、考古学的な視点を含めた記録保存の研究が行われています。保存されるべき情報のレベルは、初歩的な情報、警告情報、処分場に関する基本情報、処分場に関する総合情報、さらに詳細な情報に区分されます。

日本における地層処分

地層処分の研究開発は1976年から実施されています。1992年には、動力炉・核燃料開発事業団（現：日本原子力研究開発機構）が地層処分の技術的可能性を示しました。その後、地層処分基盤研究施設や地層処分放射化学研究施設が建設され、研究が進められてきました。また、幌延深地層研究センターや瑞浪超深地層研究所などの施設で、実際の深部地下環境に関する研究が行われています。

高レベル放射性廃棄物は、1996年3月時点でガラス固化体に換算して1万2千本相当が溜まっており、2030年には7万本相当になると試算されています。地層処分施設には5.6〜7km2の用地が必要と見積もられています。

日本の地層処分研究

日本では、地震や火山噴火に耐えうる強固な施設が求められており、地下水の汚染を防ぐため、地下300mの深さに多重バリアを設置する手法が提示されています。しかし、場所の選定から困難な状況です。原子力委員会は、ウラン鉱脈を持つカナダでの事例から、ガラス固化体の放射能がウラン鉱と同レベルになる1万年を管理期間としていましたが、アメリカでは100万年、ヨーロッパでは10万年とされており、国際的な動向も考慮されています。

処分地の選定

地層処分施設の選定は、文献調査、概要調査、精密調査の3段階で進められます。文献調査では、研究論文や地質図を使い、地下の状態を把握し、活断層や火山活動の影響を受ける場所を除外します。概要調査では、ボーリングで岩石の分布や地下水の流れを調べます。精密調査では、トンネルを掘り、地下施設を建設します。事業全体には100年以上かかるとされています。2000年に最終処分法が施行され、原子力発電環境整備機構(NUMO)が発足しました。2002年には、NUMOが処分地の公募を開始しましたが、自治体の応募や取り下げ、住民の反対などがあり、処分地の選定は難航しています。2017年には、経済産業省が「科学的特性マップ」を公表し、地層処分の適地を示しましたが、実際の処分地決定には至っていません。

各国の施設

深地層への放射性廃棄物保管は、20世紀後半から各国で研究・試験が行われています。アメリカでは、カールズバッド核廃棄物隔離試験施設（WIPP）でTRU廃棄物の埋設が実施されています。また、ユッカマウンテン[[放射性廃棄物処分場]]（計画凍結）は、高レベル放射性廃棄物の処分場として計画されていましたが、地元住民の反対などにより凍結されています。フィンランドでは、オンカロ廃棄物貯蔵施設が最終処分地として決定され、2020年に操業を開始する予定です。ドイツでは、岩塩坑道を利用した処分施設がありましたが、地下水浸出や岩塩ドームの崩落が懸念されています。フランスでは、ムーズ・オート＝マルヌ地層研究所で地下試験施設を建設中です。また、スウェーデンでは、オスカーシュハムンとエストハンマルでサイト調査が行われています。

参考文献

島崎英彦・吉田鎮男・新藤静夫編『放射性廃棄物と地質科学 - 地層処分の現状と課題』東京大学出版会、1996年。
鳥井弘之『どう見る、どう考える、放射性廃棄物』エネルギーフォーラム、2007年。
土井和巳『そこが知りたい放射性廃棄物 −用語解説付−』日刊工業新聞社、1993年。

関連項目

原子力発電
放射性廃棄物
ドライキャスク
核廃棄物隔離試験施設
核燃料サイクル
六ヶ所低レベル放射性廃棄物埋設センター
100,000年後の安全 - ドキュメンタリー
その後 - オンカロ処分場が取り上げられた回がある。

外部リンク

放射性廃棄物の適切な処分の実現にむけて（経済産業省資源エネルギー庁）
独立行政法人日本原子力研究開発機構
原子力発電環境整備機構
概要調査の調査・評価項目に関する技術資料（産総研）
「放射性廃棄物の処理、処分」（原子力百科事典 ATOMICA）
「深地層処分」（原子力百科事典 ATOMICA）
「フランス、ベルギー、スイスに於ける放射性廃棄物処理・処分の動向」（原子力百科事典 ATOMICA）

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