先進的な原子炉がテロリストの爆弾の燃料になる可能性はあるか？

2050 年までに発電による炭素排出量を実質ゼロにするためのさまざまなシナリオは、再生可能エネルギー、送電網の強化、その他の分野における非常に野心的な取り組みの成功にかかっています。おそらく、従来の原子炉よりも小型の先進技術原子炉によって推進される原子力発電の復活という構想ほど大胆なものはありません。

これらの原子炉の多くに共通するのは、高濃縮ウラン（HALEU）と呼ばれる種類の燃料を使用することです。その組成はさまざまですが、発電用では、典型的な混合物には、高核分裂性同位体ウラン235（U-235）が質量比で20％弱含まれています。これは、質量比で3％から5％のU-235を含む従来の原子炉燃料や、わずか0.7％のU-235を含む天然ウランとは対照的です。

しかし、現在、 科学 同誌は、この核兵器の選択肢に重大な欠陥があることを指摘した。HALEU 燃料は理論的には核分裂爆弾の製造に使用できるということだ。論文の著者らはこの事実を利用して、この物質の入手と輸送に関する規制の強化を主張している。「高分析低濃縮ウランの兵器としての潜在能力」と題されたこの論文の 5 人の著者の 1 人は、IEEE 終身フェローのリチャード L. ガーウィンである。ガーウィンは、1952 年に実験された熱核爆弾の設計の立役者だった。

の 科学 この論文は、HALEU燃料の核拡散リスクの再評価を主張した最初の論文ではない。昨年、全米科学アカデミーが発表した報告書「さまざまな核燃料サイクルと技術オプションの利点と実現可能性、および先進原子炉の廃棄物の側面」では、HALEU燃料のリスクに1章の大半を割いている。この論文は、 科学 記事では、規制を強化する必要性についてそこまでの勧告はなされていない。

HALEU 燃料が懸念されるのはなぜですか?

従来、ウラン 235 の濃度が 20 パーセント以下だと爆弾には使えないと考えられていた。しかし、「1984 年にロスアラモスの理論部門の責任者から、10 パーセントまで使えると基本的に確認された証言が見つかりました」と、この論文のもう一人の著者である MIT の R. スコット ケンプ氏は言う。「つまり、遠心分離機さえ必要なく、それがここで本当に重要なのです」

遠心分離機を非常に丹念にカスケード状に並べることは、ウランを爆弾級の物質に濃縮するための標準的な手段であり、その運用には希少で高価な資源、専門知識、および資材が必要である。実際、このようなカスケードを産業規模で構築および運用することの難しさは、何十年にもわたって核兵器製造者にとって効果的な障壁となってきた。したがって、濃縮を回避した核兵器への道は、間違いなくより容易な代替手段となるだろう。ここでの疑問は、どれだけ容易になるかということである。

「これはあまり良い爆弾ではないが、爆発してあらゆる大混乱を引き起こす可能性がある」

この問題の緊急性を高めているのは、米国政府が何年にもわたって静かに支援してきたHALEUへのゴールドラッシュが予想されることだ。米国エネルギー省は、この燃料の生産拡大に数十億ドルを費やしており、その中には、米国で唯一ウランをHALEU濃度まで濃縮している民間企業であるセントラス・エナジー社の子会社に2022年に授与される1億5000万ドルも含まれている。（米国以外では、ロシアと中国だけが大量のHALEUを生産している。）政府の支援は、HALEUを使用する原子炉を建設する企業にも及んでいる。最大の原子炉スタートアップ企業2社、テラパワー（ビル・ゲイツが一部支援）とX-Energyは、HALEU燃料の形で稼働する原子炉を設計し、先進原子炉実証プロジェクトと呼ばれるDOEプログラムの下で数十億ドルの資金提供を受けている。

HALEU に基づく爆弾製造の難しさは、核兵器設計の具体的な技術や実践の多くが機密扱いされているため、曖昧な問題である。しかし、標準的なタイプの核分裂兵器である爆縮装置に関する基本情報は、ずっと以前から公に知られている。(最初の 2 つの爆縮装置は 1945 年にトリニティ実験で、もう 1 つは日本の長崎で爆発した。) 爆縮装置は、核物質の中空の球体に基づいている。現代の兵器では、この物質は通常プルトニウム 239 だが、ウラン同位体の混合物であることもあり、その場合 U-235 の割合は 100% から、どうやら 10% 程度までさまざまである。 球体は成形された化学爆薬に囲まれており、これらの爆薬は同時に爆発して衝撃波を発生させ、球体を物理的に圧縮します。これにより原子間の距離が縮まり、原子核から放出された中性子が他の原子核に遭遇して分裂し、より多くの中性子が放出される可能性が高まります。球体が縮小するにつれて、中性子が原子核を分裂させて他の中性子を生成する連鎖反応が持続できない亜臨界状態から、持続できる臨界状態に移行します。球体が圧縮され続けると、超臨界状態に達し、その後、注入された大量の中性子が超高速の暴走連鎖反応である核分裂爆発を引き起こします。これらはすべて 1 ミリ秒未満で発生します。

著者らは 科学 論文は、兵器の設計についての詳細を明らかにしすぎないことと、HALEU をベースにした爆弾を製造するという課題の範囲を明確に示すことの間で微妙なバランスを取らなければならなかった。著者らは、第二次世界大戦中に広島を破壊した爆弾とほぼ同じ威力の 15 キロトン爆弾に必要な HALEU 物質の量が比較的多く、数百キログラムだが 1,000 キログラムを超えないことを認めている。比較すると、適度に洗練された核分裂爆弾を製造するには、約 8 キログラムの Pu-239 で十分である。HALEU 爆弾はどれもそれに応じて大きくなるが、それでも「飛行機、配達用バン、または都市の港に入港した船を使用して」運搬できる程度には小さいと著者らは書いている。

また、著者らは、HALEU を使って爆弾を作ろうとしている兵器製造志望者にとって、重要な技術的課題である事前起爆についても認めている。この物質に含まれる U-238 の量が多ければ、多くの中性子が生成され、核連鎖反応が早すぎるタイミングで起こる可能性が高い。その結果、その後に引き起こされる暴走連鎖反応のエネルギーが奪われ、爆発力が制限され、核爆弾業界で「不発弾」と呼ばれる状態になる。しかし、「事前起爆は設計によって影響度合いが異なるが、事前起爆に敏感な設計でも、破壊的な爆発力を生み出す可能性がある」と著者らは結論付けている。

言い換えれば、「これはあまり良い爆弾ではないが、爆発してあらゆる種類の大混乱を引き起こす可能性がある」とミシガン大学の原子力工学名誉教授ジョン・リーは言う。リーは、HALEU燃料のリスクも考慮し、米国の核融合研究センターの報告書と同様の政策提言を行った2023年の全米科学アカデミー報告書の寄稿者でもある。 科学 紙。

この論文を批判する人々は、HALEU 爆弾の製造は困難だが、克服できないものではないとしながらも、非国家組織にとっては妨げになるだろうと主張している。そして、その困難を克服するだけの資源を持っていると思われる国家兵器計画は、その限界と相対的な信頼性の低さから、そのような爆弾には興味を持たないだろう。

「だからIAEAは [International Atomic Energy Agency]「彼らは賢明にも『これは直接使用できる物質ではない』と言った」と、原子力工学コンサルタントで、専門団体であるアメリカ原子力協会の元会長であるスティーブン・ネスビット氏は言う。「核兵器への現実的な道筋ではないのだ。」

の 科学 著者らは、米国議会がエネルギー省の国家核安全保障局（NNSA）にHALEU燃料がもたらすリスクの「新たな見直し」を行うよう指示することを勧告して論文を締めくくっている。 IEEE スペクトラムNNSAの広報担当者クレイグ・ブランソン氏は次のように答えた。「ネットゼロ排出目標を達成するため、米国は先進的かつ小型のモジュール炉を含む先進的な原子力技術の設計、開発、導入を優先してきました。多くの国がHALEUを利用して、より小型の設計、より長い運転サイクル、そして現在の技術よりも高い効率性を達成するでしょう。これらは、増大するエネルギー需要を満たしながら脱炭素化を図る私たちの取り組みに不可欠なものとなるでしょう。これらの技術が前進するにつれ、エネルギー省とNNSAは、意欲のある産業界のパートナーと協力してリスクを評価し、設計の安全性、セキュリティ、および保護策を強化するプログラムを持っています。」

の 科学 著者らはまた、米国原子力規制委員会（NRC）とIAEAに対し、HALEU燃料の分類方法を変更するよう求めた。NRCの現在の分類では、大量のHALEUでもカテゴリーIIとみなされ、セキュリティ対策は盗難の早期発見に重点が置かれている。著者らは、兵器関連の量のHALEUを、爆弾製造に十分な量の兵器級プルトニウムや高濃縮ウランと同様にカテゴリーIに再分類することを望んでいる。カテゴリーIでは、盗難防止に重点を置いた、はるかに厳しいセキュリティが必要となる。

ネスビット氏は、おそらく1トンの核物質を盗むことの難しさを理由に、この提案をあざ笑う。「核兵器の防衛に伴う負担をすべて盲目的にこのようなことに当てはめるのは、あまりにも行き過ぎだ」と同氏は言う。

しかし、1980年代にHALEU燃料の実験を行ったリー氏は、同僚の意見に同意している。「ディック・ガーウィンとフランク・フォン・ヒップル [and the other authors of the Science paper] 「彼らは、NRC がもっと予防策を講じるべきだと言っています。私もそれに賛成です」と彼は断言する。