小型モジュール炉

小型モジュール炉（SMR）の概要

小型モジュール炉（SMR：Small Modular Reactors）は、従来の大型原子力発電所と比べて格段に小型化された原子炉です。大型炉が1基あたり100万キロワット級の発電能力を持つのに対し、SMRは30万キロワット以下、または熱出力1000MWth未満と定義されます。送電インフラが未整備の地域でも発電が可能なほか、必要に応じて複数のSMRを連結することで、大規模な電力供給も実現可能です。

SMRの大きな特徴は、工場で製造され、完成品として設置場所へ輸送される点にあります。日本の三菱重工業が開発中のマイクロ炉などは、トラックで輸送可能なほど小型です。これにより、現地での建設工事を大幅に削減でき、放射性物質や放射線の漏洩リスクを抑制し、安全性を向上させることが期待されています。

さらに、人間の介入を最小限に抑える受動的安全性機能を採用する設計も多く、従来型原子炉に比べて運用に必要な人員も削減できる可能性があります。これらの特徴から、SMRは、大型炉の建設を阻む資金面や安全面での課題を克服できる技術として注目されています。

SMRという名称は、そのサイズ、容量、モジュール構造を指すものであり、原子炉の種類や核分裂反応のメカニズムは特定しません。設計も多様で、既存の原子炉を小型化した設計から、第4世代原子炉に分類される革新的な設計まで存在し、熱中性子炉、高速中性子炉、溶融塩原子炉、ガス冷却原子炉など、様々なタイプが提案されています。

SMRの背景

従来、原子炉は経済性から大型化が追求されてきました。しかし、チェルノブイリ原子力発電所事故や福島第一原子力発電所事故などの大規模事故をきっかけに、原子力発電に対する世間の見方は一変。世界的な開発停滞、資金削減、原子炉の閉鎖が相次ぎました。

この状況を踏まえ、より小型、より安全、より低コスト、かつ迅速な建設を可能にするSMRの開発が加速することになりました。規模の経済効果は減少するものの、モジュール式建設と短工期化によって資金調達が容易になると期待されました。

SMR支持者は、標準化されたモジュールを工場で製造できるためコスト削減が可能だと主張しています。一方で、経済性の面では課題も残ります。いくつかの研究では、SMRの総コストが大型炉と同等になる可能性も指摘されており、特にモジュールの輸送コストに関する情報は限定的です。また、大量生産によるコスト削減効果は、SMRのコストが高止まりしている現状では限定的であるとの指摘もあります。

安全性に関しても賛否両論があります。支持者は、実証済みの技術に基づいており、小型化によって安全性がさらに向上すると主張します。しかし、反対意見として、核燃料や廃棄物の輸送量が増加することによるリスク増大、新技術の採用に伴う安全性の未検証などが指摘されています。

SMRの特徴

ライセンス

同じ設計のSMRを複数建設する場合、最初のユニットのライセンス取得後、後続ユニットのライセンス取得は簡素化されます。

スケーラビリティ

発電所の規模は、必要に応じてモジュールを追加することで柔軟に拡大できます。初期投資を抑えることが可能です。また、SMRは電力需要の変動に対応できる負荷追従運転が可能な設計が多く、電力需要が少ない時間帯は発電量を調整できます。

立地・インフラストラクチャ

SMRは設置面積が小さく、従来型原子炉と比較して必要な土地面積を大幅に削減できます。そのため、遠隔地や電力需要の少ない地域への設置が適しています。小型であることから送電網への依存度も低減できます。

安全性

SMRは、放射性物質の封じ込め効率を高め、事故リスクを低減する設計となっています。例えば、圧力解放弁にばね機構を採用することで、圧力上昇時に冷却材の流れを自動的に増加させるなど、受動的な安全性機能が利用されています。また、温度上昇によって燃料が溶けて原子炉から排出され、臨界状態を回避する機構も検討されています。

ドイツ連邦核廃棄物管理安全局（BASE）の報告では、高出力原子炉と比較して、SMRは原子炉あたりの放射性廃棄物が少ないため、潜在的な安全上の利点があるとされています。しかし、同じ発電量を得るにはより多くの原子炉が必要となり、全体的なリスクは増加する可能性も指摘されています。

核拡散

SMRの安全性に関わる懸念として、核拡散があります。しかし、多くのSMRは、低濃縮ウランの使用、燃料の燃焼度向上、燃料サイクルの長期化など、核拡散リスクを低減する設計を採用しています。また、燃料の遠隔地輸送や、長期間燃料交換が不要な設計も、核拡散リスクの低減に貢献します。

種類

SMRは、熱中性子炉と高速中性子炉の2種類に大別されます。熱中性子炉は、減速材を用いて中性子を減速させ、ウラン235を燃料として使用します。高速中性子炉は、減速材を使用せず、高速中性子を直接利用します。高速中性子炉の中には、ウラン238をプルトニウム239に変換する増殖炉も含まれます。

技術

SMRは冷却材として水、液体金属、ガス、溶融塩などを使用できます。冷却水需要が低いことは、立地選定の自由度を高めます。また、熱エネルギーを直接利用するコージェネレーションも可能です。地域暖房、海水淡水化、水素製造などが考えられています。

人員配置

一部のSMRは、最小限の監視で運転できるよう設計されています。

廃棄物

多くのSMRは、燃料の燃焼度を高め、廃棄物量を削減する設計となっています。また、トリウム燃料サイクルを採用することで、長期廃棄物の放射能毒性を大幅に低減できる可能性もあります。

経済性

SMRの経済性は、工場製造による規模の経済効果に期待が集まっていますが、大型炉と同等の資本コストとなる可能性も指摘されています。また、SMRは出力規模が小さいため、単位出力当たりの人件費が高くなる傾向があります。

ライセンス

SMR導入の大きな課題の一つに、ライセンス取得の複雑さがあります。従来の原子炉向けに整備されたライセンス制度では、SMRの迅速な普及を阻害する可能性があります。

核拡散

SMRの小型化と設置場所の分散化は、核物質の不正な流出リスクを高める可能性があります。しかし、低濃縮ウランの使用、燃料の長期化、燃料交換の省略など、核拡散リスクを低減する様々な設計が検討されています。

各国のSMR導入状況

カナダ、中国、ポーランド、イギリス、アメリカなど、多くの国でSMRの開発や導入が進められています。カナダでは、複数の州が共同でSMR開発を進めており、オンタリオ州では2028年の完成を目指したSMR建設プロジェクトが始動しています。中国では、世界初の商用陸上SMRの運転開始が2026年末に予定されています。ポーランドでは、日立のSMR導入計画が進んでいます。イギリスでは、ロールスロイスがSMRの開発と建設を推進しており、アメリカでも、いくつかの州でSMRの設置計画が検討されてきました。ただし、2023年11月、ニュースケール・パワー社は、世界的なインフレや資材の高騰により、アイダホ州でのSMR建設計画を中止しました。

結論

SMRは、小型で安全で、多様な用途を持つ次世代原子炉として期待されていますが、経済性や安全規制、核拡散リスクといった課題も存在します。これらの課題をクリアし、SMRが原子力発電の未来を担う技術となるためには、更なる技術革新と国際的な協力が不可欠です。

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