グーグルとアマゾンとの提携は助けになるかもしれないが、新型原子炉を稼働させるにはさらなる投資と時間が必要である。
スロバキアのモホフツェにある従来の原子力発電所。小型モジュール炉は、こうした従来の原発よりも安価で安全、かつ迅速に建設できることを目指している。画像提供：Janos Kummer/Getty
2023年10月、テクノロジー大手であるグーグルとアマゾンはそれぞれ、カーボンニュートラル目標達成の一環として、「先進的な」原子力エネルギーを支援する協力協定を発表した。
グーグルは、カイロス・パワー社（米国カリフォルニア州アラメダに拠点）が開発する原子炉によって生成される電力を購入すると発表した。一方、アマゾンはメリーランド州ロックビルのX-エナジー・リアクター社に約5億ドルを投資しており、同社が設計し、ワシントン州に建設される予定の原子炉から電力を購入することに合意した。
これらの動きは、AIデータセンターと計算クラスターのエネルギー需要が日増しに高まる中、テクノロジー企業がこの問題に対処し始める中で明らかになった、より壮大なグリーン構想の一部である。これに先立ち、マイクロソフトも、ペンシルベニア州のスリーマイル島原子力発電所の835メガワットの退役炉を再稼働させる計画を持つ公益企業から電力を購入すると発表している。
グーグルとアマゾンが締結した協力協定には、「小型モジュール炉」（Small Modular Reactors, SMRs）の設計を主導するいくつかのスタートアップ企業が関わっている。これらの原子炉は、プレハブ部品から組み立てられる予定で、従来の原子力発電所の原子炉よりも小型で安価、安全かつ迅速に建設できると期待されている。X-エナジー、カイロス、およびその他の数社（米国エネルギー省や欧州委員会などの機関から一部資金提供を受けている）が追求する設計は、既存のエネルギー企業のデザインとは大きく異なるが、実現にはまだ長い道のりがある。
『ネイチャー』誌は、これらの大手テクノロジー企業の投資の意義とその潜在的な影響について、原子力研究の専門家たちと議論した。
これらの協力は原子力産業のイノベーションを推進できるか？
原子力発電所の建設は、複雑な許認可手続き、工期遅延、コスト超過などの問題が常につきまとうため、すでに高い財務リスクを伴う事業であり、未検証の技術に賭けることはさらに不確実である。しかし、グーグルとアマゾンとの提携は、カイロスとX-エナジーに「絶大な」推進力をもたらすと、米国マサチューセッツ工科大学先進原子力システムセンター所長で原子力エンジニアのヤコポ・ブオンジョルノ氏は述べる。彼は「大きな価値は信頼の表明にあり、もちろん資金ももたらされる」と指摘する。この表明は、これらの企業がさらなる資金を誘致する助けとなり、それによって革新的なアイデアが商業的成功へと飛躍するのを阻む「イノベーションの死の谷」を越えることができるかもしれないと彼は言う。
しかし、これらの協定の詳細は不明瞭であり、これらのスタートアップ企業が必要とする数十億ドルもの資金に比べれば、アマゾンとグーグルが提供する支援は「焼け石に水」に過ぎないかもしれないと、米国ワシントンD.C.の憂慮する科学者同盟（Union of Concerned Scientists）原子力安全部門ディレクターで物理学者のエドウィン・ライマン氏は述べる。彼は、「広報機関は全速力で動いているが、民間資本はその種のリスクを負う準備ができていないように見える」と語る。
カナダのブリティッシュコロンビア大学公共政策・地球問題学部長で、元米国原子力規制委員会（Nuclear Regulatory Commission）委員長のアリソン・マクファーレン氏は、コンピューターサイエンスの急速な進歩が提起するもう一つの問題について言及する。「15年後にも、AIのエネルギー消費量は本当にこれほど大きいのだろうか？」
小型モジュール炉はどのように機能するのか？
いくつかのスタートアップ企業、そして東芝やロールス・ロイスを含む老舗企業も、小型炉を開発しており、各社が独自性とその優位性を主張している。ほとんどの企業は、既存の発電施設とは異なる設計を追求している。
ほとんどすべてのタイプの原子力炉のエネルギー源は、ウラン原子の核分裂である。不安定同位体ウラン-235の原子核が中性子に衝突すると分裂し、さらに多くの中性子を放出し、これらの中性子が他の原子核に衝突して連鎖反応を引き起こす。核反応は熱エネルギーとしてエネルギーを放出し、従来の原子力発電所では、冷水を原子炉の炉心に送り込むことでエネルギーを吸収し、加圧された蒸気を生成してタービンを回し、発電する。
X-エナジーの設計は水の代わりにヘリウムを使用し、カイロスは溶融塩の使用を計画している。どちらも従来の核燃料棒を廃し、数千個の球状燃料ペブルを使用している。燃料ペブルは原子炉の上部から絶えず追加され、使用済み燃料ペブルは下部から取り出される。これはガムボールマシーンに似ている。
小型モジュール設計には安全上の利点があるか？
「理論的には、非常に小型の原子炉は高度な受動的安全性を持ちうる」とライマン氏は言う。2011年の東日本大震災後の福島第一原子力発電所事故で溶融した原子炉炉心と比較して、停止時の小型原子炉炉心の余熱と放射能は低い。
これらの企業はまた、提案されているペブルベッド炉は加圧を必要とせず、ポンプなしで冷却材を循環させる設計であるため、それ自体がより安全であると主張している（福島原発の3基の原子炉は、停電によるポンプの故障のために制御不能になった）。
しかし、ライマン氏は、バックアップとして能動的な冷却オプションがない場合、潜在的に予測不能な受動冷却のみに依存することは危険であると主張する。また、原子炉の体積が減少すると、その効率も低下する。別のスタートアップ企業であるオレゴン州のニュースケール・パワーは、当初50メガワットの発電容量を持つ小型モジュール炉（米国原子力規制委員会認定済み）を設計したが、後に77メガワットの大型設計に変更した。ライマン氏は、経済的利益の追求が「受動的安全性の信頼性を損なっている」と指摘する。
小型モジュール炉は追加のリスクをもたらすか？
場合によっては、小型モジュール炉は「実際には原子力をより危険な方向へ押し進める可能性がある」とライマン氏は言い、「先進的だからといって必ずしも優れているとは限らない」と述べる。
ライマン氏は特に、X-エナジーとカイロスが設計したペブルベッド炉が、10〜20%のウラン235を含む高濃度低濃縮ウラン（high-assay low-enriched uranium, HALEU）を使用する必要があることを指摘する。これに対し、既存のほとんどの原子炉（ニュースケール社の原子炉を含む）は、わずか5%の濃縮レベルで十分である。HALEUは依然として低濃縮燃料（核兵器に使用される高濃縮ウランと比較して）に分類されているが、ライマン氏はこの分類が誤解を招くと述べる。2024年6月、彼と共同研究者たち（最初の水素爆弾の設計者である物理学者リチャード・ガーウィン氏を含む）は『サイエンス』誌に寄稿し、わずか数百キログラムのHALEUがあれば、さらなる濃縮なしに核爆弾を製造できると指摘した[1]。
米国バージニア州アッシュバーンにあるアマゾンのデータセンター。テクノロジー企業は、これらの施設の増大するエネルギー需要に対応するため、原子力に投資している。（画像提供：Nathan Howard/Getty）
マクファーレン氏と共同研究者による2022年の研究[2]によると、小型炉はより多くの核廃棄物を生成し、核燃料の利用効率が低い可能性もあるという。フルサイズ原子炉では、ウランの核分裂によって生成される中性子のほとんどが大量の核燃料を通過するため、原子炉の容器壁に衝突したり、周囲の構造に逸散したりするよりも、別の原子核に衝突する可能性が高い。マクファーレン氏は次のように述べる。「原子炉を縮小すると、燃料が少なくなるため、中性子の漏洩が増加します。」これらの漏洩した中性子は、他の原子核に吸収されて放射性になる可能性がある。
ニュースケール社は、この研究が同社が現在放棄した50メガワット原子炉の設計の一部に基づいていると説明したが、マクファーレン氏らは、この問題がほとんどの小型原子炉に適用される可能性があると考えている。
小型炉の建設コストはより安価になるか？
ライン生産方式で部品を製造できることは、原子炉の建設コストを大幅に削減できる可能性がある。しかし、ブオンジョルノ氏は、大型原子炉の建設には固有の規模の経済があることを指摘する。彼は、小型原子炉が安価なエネルギーを生み出すという話を聞いても「盲信してはいけない」と言う。原子力は確かに多くの利点を持っているが、「安価ではない」――そしてそれは大きく変わる可能性は低い。
しかし、ブオンジョルノ氏は、技術が検証され成熟すれば、個々の小型原子炉の建設は従来の大型原子炉よりも安価かつ迅速に行われるはずだと付け加える。これにより、投資家にとって魅力が増し、その導入が加速する可能性がある。
一方、ライマン氏らは、小型モジュール炉技術に関する誇大宣伝と、コスト削減の追求が安全基準を低下させるのではないかと懸念している。例えば、一部の企業は、自社の原子炉は鉄筋コンクリート製の格納容器が不要なほど安全だと主張している。
これらの努力はすべて気候変動への対処に役立つか？
「私たちは既存の原子力発電所を閉鎖すべきではない。私たちはそれらを切実に必要としているし、化石燃料からの脱却も切実に必要としている」とマクファーレン氏は言う。原子力に強く反対する一部の人々でさえ、この点を認めざるを得ない。
しかし、排出量削減を迅速に進めるために新しい原子炉を建設する必要があるかどうかは、依然として議論の的となっている。マクファーレン氏は、太陽光パネルや風力タービンはより迅速に導入できると指摘する。一方、国際エネルギー機関の報告書を含む他の評価では、世界の多くの地域において、大規模なバッテリー貯蔵を併用しても、不安定な太陽光発電と風力発電のみに完全に依存することは高価すぎる可能性があり、原子力などの常時利用可能なエネルギー源は将来のエネルギー供給において重要な位置を占め続けるだろうと示唆されている[3]。