1938年にオットー・ハーンとリーゼ・マイトナーによって発見されて以来、原子力は非常に波乱に満ちた歴史を歩んできました。広島と長崎は、原子核の核分裂がもたらす巨大な破壊の象徴となりました。しかし、第二次世界大戦直後には、世界のエネルギー需要を満たすために原子力の平和的利用という可能性があるということで、大きな熱狂を呼びました。臭い燃焼ガスがなく、エネルギーが事実上無限にあり、いつでも安定した電力が得られる--当時の人々にとっては、あまりにも素晴らしい話でした。
ウランを使った軽水炉などでは、半減期が非常に長い高濃度の放射性廃棄物が発生するため、その安全な保管や軍事目的での利用を早急に検討する必要があると、当初から研究者たちは警告していました。しかし、政治的な理由を含めた様々な理由により、革新的な代替炉技術は大規模に確立することはできませんでした。ウランを使った軽水炉技術は、長い間、原子力の平和利用において主導的な役割を果たしてきましたが、その結果、長時間放射性の崩壊物が問題となっています。
この種のエネルギー生成では、核燃料にもともと含まれていたエネルギーのわずか4％しか使用されないため、発生する「核廃棄物」には、まだ96％もの使用可能な核エネルギーが含まれているという驚くべき事実があります。この核廃棄物は、世界中の原子炉で年間約12,000トンも発生しています。崩壊生成物の中には核分裂可能なものが含まれており、新たなエネルギー生産に再利用できるということで、増殖技術は希望の光として期待されていましたが、近年、各国で増殖炉が放棄されたことにより、核廃棄物の最終的な保管方法の問題がより切実になっています。問題は、核分裂生成物が危険な放射線を発しないようにするためには、適切な保管場所が約100万年間安定していなければならないという事実である。これは、現在までの人類の全歴史よりも長い時間である。
核廃棄物の保管場所が必要になるのは間違いないでしょう。しかし、従来の埋立地と同様に、そこに何を保管するかによって大きな違いが生まれます。例えば、有機性廃棄物を処理するコンポスト施設は、ペンキなどの化学物質を処理する有害廃棄物処理場に比べて、はるかに少ない安全対策で済むでしょう。そのため、研究者たちは、放射性の高い核廃棄物を「除去」したり、完全にリサイクルしたりするための新しい技術に熱心に取り組んでいます。
その中でも特に期待されているのが「核変換」というプロセスです。中世の錬金術では、水銀などの卑金属を金などの貴金属に変換することを意味していましたが、現代では、使用済みの原子炉燃料棒に高エネルギーの中性子を照射し、半減期の特に長い核種（プルトニウム、ネプツニウム、キュリウムなど）を半減期の著しく短い同位体に分割することを意味しています。確かに、核廃棄物の質量に占める超ウラン元素の割合は比較的小さいです。しかし、重要なのは、これらの核種は、特に大量の放射性物質を長期間にわたって放出するという点で、最も問題があるということです。もし、これらの物質の持続可能なリサイクル方法が見つかれば、核廃棄物処理の問題を大きく前進させることができます。核廃棄物の半減期は、核変換によって1,000年以下になると推定されています。人間の世代数で考えるとまだ多いですが、先ほどの数百万年に比べればはるかに扱いやすいでしょう
これまでに、加速器を用いたシステムと原子炉を用いたシステムという、2つの有望な核変換技術が登場しています。これらは主に、核変換に必要な高速中性子をどのように発生させるかという点で異なります。
加速器駆動システム（ADS）では、核変換施設は基本的に、高速中性子を発生させるための陽子加速器と、放射性廃棄物に中性子を照射するための原子炉で構成されています。では、陽子加速器からどうやって高速中性子を発生させるのか、不思議に思われるかもしれません。それは「核破砕」という言葉です。このプロセスでは、まず陽子ビームを光速近くまで加速し、ターゲット（例えば液体鉛合金の入ったタンク）に向けます。鉛の原子核は陽子によって励起され、1つの原子核につき20〜30個の高エネルギー中性子を「振り落とす」ことができます。
核分裂といえば。核破砕のもう一つの利点は、連鎖反応ではないことです。陽子ビームを停止させれば、それ以上、中性子は放出されません。これが、核破砕技術が比較的制御しやすい理由の一つです。近年、ADSの開発が盛んに行われているのも当然のことで、ADSシステムも技術的に実現可能な領域に入ってきました。
日本のJ-PARC加速器センターでは、大規模なADS実験施設の建設が進められており、出力の異なる陽子ビーム（10W～250kW）を用いて、核変換の基本的な物理的特性を調べる予定です。ベルギーを拠点とする欧州の研究プロジェクトMYRRHA（Multi-Purpose HYbrid Research Reactor for High-Tech Applications）でも、ADSによる核変換のアイデアが取り上げられています。この目的のために特別に開発された分離プロセスを用いて、長寿命の超ウラン元素を使用済み燃料棒から分離し、その後、核変換によって短命の同位体に分解するのです。2026年にはMYRRHAの原型炉1号機と、核破砕中性子を発生させる100MeVの陽子加速器の運転が予定されており、核変換研究をさらに発展させる理想的な環境が整いつつあります。
一方、原子炉駆動のシステムでは、高速中性子は、原子力発電の過程で発生する核分裂の副産物です。先に述べた増殖炉では、原理的には核分裂の際に放出された中性子を、残った超ウラン元素の核変換に直接利用することができます。特に興味深いのは、核変換の際に放出されるエネルギーが従来の原子炉内で行われるため、有用なエネルギーとして利用できることです。
出典：J-PARC http://j-parc.jp/uploads/2019/genri_800.jpg
核変換により、放射性廃棄物の毒性が減少し、処分場の大きさや寿命が数桁減少する可能性が高いと考えられます。では、なぜ実現できていないのでしょうか？核変換が問題解決の糸口になると思われているにもかかわらず、核変換はまだ初期段階にあります。これまでのところ、小規模な実験施設しか実現しておらず、技術的な疑問点はまだまだたくさんあります。また、核変換技術が経済的にスケールアップできるという確証も得られていません。専門家によると、最初の核変換プラントが通常運転を開始するまでには、少なくとも20年はかかると言われています。とはいえ、この技術は着実に進歩しており、近い将来、その名を知られるようになるでしょう。
高エネルギー物理学の分野では、核変換実験の条件が非常に厳しいため、高真空が必要です。あとは、高温と強い放射性物質の影響で、使用する部品にはすべてが要求されます。温度や放射線に非常に強いこと、物理的に不活性な挙動を示すこと、汚染を可能な限り防ぐことなど、様々なことが求められます。VATのオールメタルバルブは、長年にわたってこの点で標準品とされてきました。
例えば、48.2シリーズのXHVオールメタルゲートバルブは、300℃までの高い周囲温度のUHVおよびXHVアプリケーションにおける信頼性の高いシャットオフ用に設計されており、108Gyまでの放射線に耐えることができます。特筆すべきは、ハードオンハードのシーリング技術VATRINGが採用されていることです。従来の金属対金属のシーリングシステムとは異なり、VATRING技術では非常に多くの閉鎖サイクル（100,000回以上）が可能です。シールとシールシートは共にステンレススチール製で、変形はあくまで弾性変形の範囲内に留まります。さらに、この技術では比較的低い軸力で非常に強いシール力が得られます。これにより、摩耗を最小限に抑え、ハーメチックシールの信頼性を永続的に高めることができます。このようなカスタマイズされたソリューションにより、VATは世界中の様々な核変換研究プロジェクトをサポートしています。
VATのセールスマネージャーであるEvert van der Wielは、「VATでは、真空に関するあらゆるノウハウを駆使して、核変換を真のサクセスストーリーにしていきたいと考えています」と語り、今後の展望を語っています。