臨界へ：船舶向け原子力推進の実用化に向けた動き

「臨界に達する」：海運、原子力利用の現実に向けて一歩前進

「臨界に達する」：ノルウェーのNuProShip II実現可能性調査や各地での一連の小型原子炉実証実験により、長年のアイデアが短期的なエンジニアリングプログラムへと変わり、海運業界は今週、原子力利用の現実へと一歩近づいた。ここで「臨界に達する（going critical）」という言葉には二重の意味がある。原子炉物理学においては、炉心が自立的な核分裂連鎖反応を達成する瞬間を指すが、業界の用語としては、研究所での設計やコンセプトペーパーの段階から、試作、資金調達、乗組員の訓練を計画するプロジェクトへの移行を捉えている。最新のプロジェクト報告書、政府の補助金、民間の意向表明書は、海運セクターがもはや原子力を単なる脱炭素の空想として語っているのではないことを示唆している。各チームは、今後数十年の間に設計のライセンスを取得し、建造し、航行できるよう、具体的な原子炉の選択、変換サイクル、エネルギーバッファリングシステムをテストしている。

「臨界に達する」：海運、DP船とオフショア作業をターゲットに

NuProShip IIの研究では、軍事スタイルの加圧水型原子炉から第4世代小型モジュール炉（SMR）へと移行し、TRISO燃料を使用したヘリウムガス冷却炉心と超臨界CO2（sCO2）動力サイクルを組み合わせた構成などがテストされた。エンジニアによれば、その結果、工場で製造された小型の電力変換装置に供給可能な、コンパクトで高温の熱源が得られるという。原子炉は急激な出力調整を行うよりも安定して稼働するため、このコンセプトでは熱電池（熱バッファー）を組み込んでベースとなる熱を吸収し、要求に応じてスラスターにサージ電力を供給する。この設計により、原子炉の制御システムを安定かつシンプルに保ちながら、船舶がDP2/DP3の冗長性と即時応答の要件を満たすことが可能になる。

技術的選択：ヘリウム炉心、TRISO燃料、sCO2、そして熱電池

NuProShip IIや同様の研究における技術的選択は意図的なものであり、海軍用原子炉と新しい民間SMRセクターの両方からの教訓に応えるものである。ヘリウム冷却高温ガス炉は、加圧水型と比較して低圧での運転と高い熱効率を可能にする。核分裂生成物を保持するセラミック被覆粒子であるTRISO燃料は、事故シナリオ下での堅牢な挙動と受動的格納特性から支持されている。超臨界CO2サイクルは、蒸気タービンよりもはるかに小さなパッケージで熱を動力に変換し、商船の船体における機器や乗組員のスペースのためのデッキ下容積を削減する。

業界はどの程度実現に近いのか？パイロット、試作機、そして国家SMRプログラム

現在、業界は大量導入ではなく、実証および初期の設計検証段階にある。NuProShip IIはコンセプト設計と技術ロードマップを作成しており、産業化のタスクを、2026年から2034年まで運営されるSFI SAINT（Sustainable Applied and Industrialised Nuclear Technology）に引き継ぐ予定である。SFI SAINTは、9,600万ノルウェークローネの公的資金と2億ノルウェークローネの民間投資に支えられた8年間のセンターである。この資金は、技術コンセプトを試作ハードウェア、サプライチェーンの形成、乗組員の訓練へと進めるためのものである。タイムライン通りに進めば、支持者たちは2030年代に初の原子力推進オフショア建設船の起工を想定している。

海運以外では、海運のタイムラインに関わる、陸上ベースおよび軍事関連のアクティブなパイロットプロジェクトが存在する。TerraPowerのNatrium、Kairos PowerのHermes、その他のProject Peleといったマイクロ原子炉の取り組みなど、米国のアドバンスドSMRプロジェクトは、実証またはライセンス取得の段階に進んでいる。これらのプロジェクトは、2つの現実を浮き彫りにしている。1つは、規制当局と国立研究所が新しい燃料（高純度低濃縮ウラン（HALEU）を含む）への適応を求められていること、もう1つは、民間用SMRとその海事用バリアントを国際的に普及させるためには、サプライチェーンと濃縮能力を拡大しなければならないということである。

依然として大きな課題：規制、港湾、保険

テクノロジーは問題の一側面に過ぎない。原子力商船に関する既存の国際的な枠組みは、受動的安全SMR、TRISO燃料、現代の格納思想以前の1981年のコードに遡る。このコードは、現在提案されている第4世代のガス冷却および工場生産のコンセプトには適していない。商業的に運航するためには、原子力商船は、絡み合った一連の障害をクリアしなければならない。それには、入港に関する国際条約レベルの承認、調和された船級協会規則（DNVなどはすでに設計保証に参加している）、港湾の緊急時対応計画、通常のP&I保険を超える責任および保険体制、そして船舶が検査や整備を受ける地域のコミュニティや当局による受け入れが含まれる。

現実的な疑問としては、どの当局が船載原子炉のライセンスを供与するのか（国の原子力規制当局か、旗国か、あるいはIMO基準に関連付けられたハイブリッド体制か）、多くの管轄区域を通過する可能性のある船舶の緊急時計画区域をどのように定義するのか、そして船舶の退役後に使用済み燃料や放射性廃棄物をどのように処理するのか、といったことが挙げられる。これらすべてにおいて、新たな国際交渉が必要となる。合意された基準や港ごとの受け入れがなければ、原子力商船は寄港地が制限されることになりかねず、それは船主にとって耐え難い商業的リスクとなる。

安全性の枠組み：「臨界」の意味と海上での原子炉の安全確保

原子炉物理学において「臨界に達する」とは、炉心が中性子増倍率1に達した状態、つまり各核分裂が平均して別の一つの核分裂を引き起こす中性子を1つ生成し、連鎖反応が自立している状態を意味する。船舶の設計者や規制当局にとって、エンジニアリング上の目的は臨界を避けることではなく（それが原子炉が熱を生み出す仕組みであるため）、あらゆる想定されるシナリオにおいて炉心の挙動を予測可能、制御可能、かつ安全にする受動的および工学的なシステムを設計することである。

現代のSMRコンセプトは、受動的な安全性を強調している。これは、冷却材が失われた場合に自然に停止したり熱を放散したりする物理現象や材料に加えて、過酷な条件下でも放射能を保持するように設計されたTRISOのような燃料形態を組み合わせたものである。船載用の設計には、海軍の伝統（コンパクトな遮蔽、区画化、堅牢な格納）と海事の冗長性の慣行が加えられている。それにもかかわらず、安全性のトレードオフは、セキュリティや核拡散のリスク、特に燃料の種類や再処理によって廃棄物ストリームが変化する可能性と併せて検討されなければならない。

なぜ重要なのか：排出量、航続距離、および商業的機会

海運は、世界のCO2やその他の汚染物質の大きな割合を占めている。燃料補給のロジスティクスと航続距離が重要となるオフショア運用において、原子力推進は運用時の排出量ゼロと、実質的に無制限の航続距離を約束する。これは、現在ディーゼル発電機の艦隊を稼働させ、大量の燃料を積載しているオペレーターにとって、非常に魅力的な価値提案である。より広い商船艦隊については、状況はより複雑である。原子力がニッチなクラス（オフショア支援船、砕氷船、フェリー、そしておそらく一部のコンテナ船やRO-RO船）で化石燃料を代替する可能性がある一方で、アンモニア、水素、メタノールなどの他の燃料が、より短距離または低出力のセグメントを支配する可能性がある。

商業的には、工場生産の発電プラントや船舶用原子力システムの市場は、新しい産業チェーンや熟練した海事原子力乗組員を生み出す可能性がある。しかし、それは設計者、保険会社、港湾国が安全で再現可能な基準に合意し、投資家が単発の試作機ではなく、収益性の高いプロジェクトへの道筋を見通せる場合に限られる。

今後の展望と現実的なタイムライン

2020年代後半から2030年代にかけて、活動が加速することが予想される。NuProShip IIは2026年にSFI SAINTでの産業化へと移行し、各国のSMR実証プロジェクトはライセンス取得と燃料供給の作業を推進する。最初の試作機が建造される場合、業界と規制当局が並行して交渉する必要のある、更新された規則の下で船級登録と検査が行われることになる。控えめに見積もっても、最初の遠洋航行原子力商船またはオフショア建設船が登場するのは2030年代になるだろう。それは物理学が新しいからではなく、入港許可、法的枠組み、燃料ロジスティクス、および国民の同意を先に解決しなければならないからである。

出典

• Information Technology and Innovation Foundation (小型モジュール炉に関するITIFレポート)
• ノルウェー科学技術大学 (NTNU) / NuProShip IIプロジェクト資料およびSFI SAINT資金提供発表
• 国際原子力機関 (IAEA) 規制およびSMRガイダンス
• アイダホ国立研究所 (INL) および米国エネルギー省の技術・実証プログラム