MIT、ローレンス・バークレー国立研究所、オルレアン大学の研究者は、スイス北部のMont Terri研究施設での実験と、新開発の高性能計算ソフトウェア「CrunchODiTi」を用いたシミュレーション結果が一致したことを発表した。
研究はMIT博士課程学生のDauren SarsenbayevとHaruko Wainwright助教授、Christophe Tournassat、Carl Steefelにより共同執筆され、PNAS誌に掲載された。同研究は地下核廃棄物処分システムにおける放射性核種の長期挙動を予測し、政策決定者と公衆の信頼向上を目的とする。
Mont Terri実験は1996年から開始され、厚い水密なOpalinus粘土層を対象とし、13年前に開始された実験を調査して近年になって正負両方に帯電したイオン混合物を追加し1センチメートル厚の界面「スキン」での相互作用を分析した。CrunchODiTiは粘土鉱物の負電荷による静電効果を考慮した三次元空間における相互作用をシミュレート可能なソフトウェアで、実験データと高精度で整合した。今月後半にさらなる実験データとシミュレーション比較が予定されている。
From: 
Model predicts long-term effects of nuclear waste on underground disposal systems
【編集部解説】
今回のMIT発の研究成果は、核廃棄物処分という人類が長期間向き合わなければならない課題に対して、画期的なアプローチを提示しています。この技術の意義を深く理解するために、複数の側面から解説します。
技術的革新の核心部分
従来の核廃棄物処分モデリングでは、個別の物理現象を別々にシミュレーションすることが一般的でした。しかし、CrunchODiTiソフトウェアの革新性は、粘土鉱物が持つ負電荷による静電効果を三次元空間で同時に計算できる点にあります。またこのソフトウェアは多数の高性能コンピュータ上で同時に並列実行できます。
実世界データとの整合性が持つ重要性
Mont Terri研究施設での実験データとシミュレーション結果が一致したことは、単なる技術的成功を超えた意味を持ちます。核廃棄物処分は数千年から数百万年という地質学的時間スケールでの安全性を保証する必要があるため、短期間の実験データでも長期予測の精度を検証できることは極めて重要です。
産業界と政策への波及効果
この技術は米国が無期限停止している核廃棄物処分場問題の解決に直結する可能性があります。現在、世界各国で原子力エネルギーが気候変動対策の重要な選択肢として再評価される中、処分場の安全性を科学的に実証できるツールの存在は、政策決定者にとって不可欠な判断材料となります。
技術がもたらすポジティブな変化
CrunchODiTiは国際的な核廃棄物管理機関での活用も既に始まっています。これにより、各国が独自の地質条件に応じた最適な処分材料や設計を科学的根拠に基づいて選択できるようになります。
潜在的なリスクと課題
一方で、この技術にも限界があります。モデリングは実際の地下環境を完全に再現できるわけではなく、予期しない地質学的変化や長期的な材料劣化については不確実性が残ります。
規制当局への影響
この研究は核廃棄物処分の安全性評価における新たな標準を確立する可能性があります。従来の保守的な安全評価手法から、より精密で科学的根拠に基づく評価への転換を促すことが予想され、規制当局は新しい評価基準の策定を迫られるかもしれません。
将来への展望と技術発展
研究チームは機械学習技術を組み込んだより効率的な代替モデルの開発を計画しており、計算コストの削減が期待されます。これにより、より多くの研究機関や政策立案者がこの技術を活用できるようになり、核廃棄物処分の科学的理解が加速度的に向上する可能性があります。
今回の成果は、人類が数世代にわたって責任を負う核廃棄物問題に対して、科学技術が提供できる最も確実な解決の道筋の一つと言えるでしょう。
【用語解説】
Opalinus粘土（オパリナス粘土）
スイス・ジュラ地域に分布する厚く水密な粘土岩。水密性が高く、放射性核種の移行を抑制する特性を持つため、核廃棄物の地質処分における天然バリア材料として注目されている。
放射性核種（radionuclides）
放射線を放出する不安定な原子核を持つ核種。核廃棄物に含まれる主要な有害物質で、セシウム137、ストロンチウム90、プルトニウム239など様々な種類がある。地下環境での移行挙動の予測が処分場の安全評価において重要である。
工学的バリア（engineered barriers）
核廃棄物処分場において人工的に設計・構築される防護システム。セメント系材料、ベントナイト粘土、金属容器などで構成され、天然バリアと組み合わせて多重防護システムを形成する。
静電効果（electrostatic effects）
粘土鉱物表面の負電荷と溶液中のイオンとの間で生じる電気的相互作用。従来のモデルでは考慮されていなかったが、放射性核種の移行挙動に大きな影響を与えることが判明している。
【参考リンク】
MIT核科学工学科（外部）
マサチューセッツ工科大学の核科学工学部門。原子力の安全性、経済性、環境適合性の向上を目指す
Mont Terriプロジェクト（外部）
スイス・ジュラ州の地下研究施設。22ヶ国の研究機関が参加する国際共同研究プロジェクト
ローレンス・バークレー国立研究所（外部）
米国エネルギー省傘下の研究機関。エネルギー、環境、生命科学分野の先端研究を展開
オルレアン大学（外部）
1306年設立のフランスの国立大学。国際的な研究協力に積極的で地球科学分野で共同研究実施
【参考動画】
【参考記事】
EuroHPC – Improving the safety and sustainability of radioactive waste management（外部）
OL-STARプロジェクトによる地質処分場の長期安全性確保のための複雑なコンピュータモデリング技術について詳述。LUMI スーパーコンピュータを活用した革新的な数値シミュレーション手法を解説
GFZ – Mont Terri Rock Laboratory（外部）
ドイツ地球科学研究センターによるMont Terri研究施設の包括的解説。1996年開設以来の22ヶ国による国際協力体制と Opalinus 粘土での核廃棄物処分研究の詳細を提供
IAEA – Nuclear waste disposal: Understanding what happens underground（外部）
国際原子力機関による地下核廃棄物処分の科学的基礎を解説。近距離場効果、地下水流動変化、熱-水理-力学-化学連成プロセスの理論的背景を詳述
【編集部後記】
核廃棄物処分という言葉を聞いて、皆さんはどのような印象を持たれますか？遠い将来の話のように感じられるかもしれませんが、実は私たちの生活と密接に関わる現在進行形の課題です。今回ご紹介したMITの研究は、数千年という途方もない時間スケールでの安全性を科学的に予測しようという挑戦的な取り組みでした。皆さんは、自分たちが使う電力がどこから来ているか、そしてその副産物がどう処理されているか考えたことはありますか？もし核廃棄物の安全な処分方法が確立されたら、エネルギー選択に対する考え方は変わるでしょうか？ぜひSNSで、エネルギーの未来について皆さんのお考えをお聞かせください。一緒に考えていければと思います。
