レーザー技術が核燃料精製に革命をもたらす方法

ケンタッキー州パデューカ郊外に、閉鎖された核濃縮施設から出た廃棄物を封じ込めた巨大な貯蔵タンクが数千基、静かに立ち並んでいる。これらの廃棄物にはウランが豊富に含まれているが、従来の化学処理法はコストが高く効率が低いため、長年にわたって回収・再利用が困難な状況が続いてきた。今、Global Laser Enrichment（GLE）という企業が、レーザー技術を用いてこの「ウラン鉱山」を切り開こうとしている。

核廃棄物に眠る宝

核燃料サイクルにおけるウラン濃縮プロセスでは、大量の劣化ウラン（ウラン235含有率0.3%未満）と、完全に抽出されなかった一部の残滓が生じる。パデューカ施設はかつて米国の核兵器および商業原子力の供給チェーンにおける重要拠点であったが、1990年代に閉鎖された後、約20万トンの劣化六フッ化ウラン（UF6）が鋼製シリンダーに貯蔵されたまま残された。これらは放射性廃棄物ではなく、潜在的な用途を持つ物質であるが、より高度な分離技術を必要とする。

従来の化学的再処理はフッ化法やイオン交換法などを用い、エネルギー消費が大きく二次廃棄物を生じさせる。GLEが開発したSILEX（レーザー励起による同位体分離）技術は、特定波長のレーザーを用いてウラン235原子を選択的に励起し、磁場または気流の中でほかの同位体と分離する。このプロセスには大規模な化学反応が不要で、エネルギー消費とコストはいずれも従来の遠心分離法を下回る。

「レーザーは分子のはさみのようなもので、必要な同位体を精密に切り出せます」とGLE最高技術責任者はインタビューで述べた。「レーザーの周波数を調整するだけで、廃棄物から原子力発電所で使用可能なウラン235を濃縮できるのです。」

実験室から商業化へ

GLEがレーザーによるウラン濃縮を試みる最初の企業というわけではない。1970年代にはすでに米国、日本、オーストラリアが関連研究に着手していたが、技術の複雑さとコストの高さから棚上げとなった。2012年、GLEは米国原子力規制委員会（NRC）からパデューカにレーザー濃縮パイロット工場を建設する許可を取得した。しかしプロジェクトは資金・規制上の問題から一時停滞した。

転機となったのは2024年のことで、米国エネルギー省（DOE）が「廃棄物を燃料へ」戦略を支援するためGLEに1億2000万ドルの技術実証資金を拠出した。同社の最新開示によれば、レーザーシステムはすでにウラン235の抽出効率0.1%を実現しており、2027年までに商業化に求められる1%以上に達する見込みだという。全面稼働となれば、パデューカの廃棄物から年間約500トンの低濃縮ウラン（LEU）を回収でき、100万キロワット級原子炉2基分の燃料交換需要を満たす計算になる。

注目すべきは、GLEがこの技術を、より「汚染度の高い」使用済み核燃料——すなわち原子炉から取り出した高レベル放射性廃棄物——の処理にも応用し、閉じた核燃料サイクルを形成する計画を持っていることだ。

明るい展望と無視できないリスク

レーザーウラン濃縮技術がもたらすのは経済的価値だけではない。環境面では劣化ウランの再利用により長期保管リスクを低減できる。エネルギー安全保障の面では、米国内のウラン資源の再開発によって輸入（特にロシアおよびカザフスタンからの）への依存を減らせる。さらに、この技術は小型モジュール炉（SMR）の燃料サプライチェーンの形成にもつながる可能性がある。

しかし批判者は、レーザー濃縮技術には核拡散リスクも伴うと指摘する。遠心分離機と比べてレーザー装置は小型でエネルギー消費も少なく、秘密裏の濃縮手段として悪用される恐れがある。国際原子能機関（IAEA）はすでに厳格な技術輸出規制の整備を求めている。

編集後記：新技術はしばしば諸刃の剣である。GLEが最初の商業受注を発表した際には、そのスケールアップと規制の枠組みについて慎重に評価する必要がある。しかし気候変動対応と脱炭素化という大きな潮流の中で、「眠れる資源」である核廃棄物を活用することは、人類の知恵の発露といえるかもしれない。核エネルギーの未来は、より多くの原子炉を建設することにとどまらず、いかに賢くすべてのウランを循環利用するかにかかっているのだ。

本稿はMIT Technology Reviewより編訳