On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

第二次世界大戦さなかの12月、シカゴのある午後

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

科学者たちはウラン原子の中心にある原子核を分裂させ

and turned nuclear mass into energy over and over again.

核の質量をエネルギーへと何度も変換した

They did this by creating for the first time a chain reaction

彼らは史上初めて連鎖反応を作り出すことでこれを実現した

inside a new engineering marvel, the nuclear reactor.

その舞台は工学の驚異、原子炉だった

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

以来、ウラン核から莫大なエネルギーを取り出す技術は

has led some to bill nuclear power as a plentiful, utopian source of electricity.

原子力を理想的で無尽蔵な電力源だと持てはやす声を生んだ

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

現代の原子炉は燃料わずか1キログラムで

to power an average American household for nearly 34 years.

平均的なアメリカの家庭を約34年間動かせる電力を生む

But rather than dominate the global electricity market,

しかし世界の電力市場を席巻するどころか

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

原子力の割合は1996年の過去最高18%から

to 11% today.

今では11%まで低下している

And it's expected to drop further in the coming decades.

そして今後数十年でさらに下がると見られている

What happened to the great promise of this technology?

この技術に寄せられた大きな期待はどうなったのか

It turns out nuclear power faces many hurdles,

実は原子力には数々のハードルがある

including high construction costs and public opposition.

建設費の高さや世論の反対もその一つだ

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

そしてその背後には、独特な工学上の課題が横たわっている

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

原子力はウラン核の核分裂に依存し

and a controlled chain reaction that reproduces this splitting

その分裂をより多くの核で再現する

in many more nuclei.

制御された連鎖反応に支えられている

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

原子核には陽子と中性子がぎっしり詰まっており

bound by a powerful nuclear force.

強力な核力によって結びついている

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

ほとんどのウラン原子は陽子と中性子を合計238個持つが

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

およそ140個に1個は中性子が3つ少なく

and this lighter isotope is less tightly bound.

この軽い同位体は結合がより弱い

Compared to its more abundant cousin,

より豊富に存在する仲間と比べると

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

中性子の衝突はU-235の核を容易に分裂させ

into lighter radioactive elements called fission products,

核分裂生成物と呼ばれる軽い放射性元素へと変える

in addition to two to three neutrons,

そのとき2〜3個の中性子に加えて

gamma rays,

ガンマ線

and a few neutrinos.

そしてわずかなニュートリノも放出される

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

核分裂の過程で、核の質量の一部がエネルギーに変わる

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

その一部が高速で動く中性子の運動エネルギーとなり

and if some of them strike uranium nuclei,

それらがウラン核に衝突すると

fission results in a second, larger generation of neutrons.

核分裂によってさらに多い第二世代の中性子が生まれる

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

この第二世代の中性子がさらにウラン核に衝突すれば

more fission results in an even larger third generation,

分裂はさらに増え、もっと多い第三世代が生まれる

and so on.

こうして連鎖が続いていく

But inside a nuclear reactor,

しかし原子炉の内部では

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

この暴走しかねない連鎖反応が制御棒によって抑えられている

made of elements that capture excess neutrons

制御棒は余分な中性子を吸収する元素でできており

and keep their number in check.

中性子の数を一定に保つ

With a controlled chain reaction,

連鎖反応が制御されることで

a reactor draws power steadily and stably for years.

原子炉は何年にもわたり安定して電力を生み出せる

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

中性子による連鎖反応は原子力を動かす強力な仕組みだが

but there's a catch that can result in unique demands

そこには落とし穴があり、燃料の生産に

on the production of its fuel.

特有の要求を生み出すことになる

It turns out most of the neutrons emitted from fission

実は核分裂で放出される中性子の大半は

have too much kinetic energy to be captured by uranium nuclei.

運動エネルギーが高すぎてウラン核に捕まえられない

The fission rate is too low,

そのままでは核分裂の割合が低すぎて

and the chain reaction fizzles out.

連鎖反応は立ち消えてしまう

The first nuclear reactor built in Chicago

シカゴに建てられた最初の原子炉は

used graphite as a moderator to scatter and slow down neutrons

黒鉛を減速材として使い、中性子を散乱させて減速させた

just enough to increase their capture by uranium

ちょうどウランに捕まえられやすくなる程度まで

and raise the rate of fission.

そうして核分裂の割合を高めたのだ

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

現代の原子炉では通常、精製水を減速材に使うが

but the scattered neutrons are still a little too fast.

それでも散乱後の中性子はまだ少し速すぎる

To compensate and keep up the chain reaction,

それを補い連鎖反応を維持するため

the concentration of U-235 is enriched to four to seven times its natural abundance.

U-235の濃度は天然存在比の4〜7倍に濃縮される

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

現在この濃縮は、気体状のウラン化合物を

through centrifuges to separate lighter U-235 from heavier U-238.

遠心分離機に通し、軽いU-235を重いU-238から分ける方法で行われることが多い

But the same process can be continued to highly enrich U-235

しかし同じ工程を続ければU-235を高濃縮し

up to 130 times its natural abundance

天然存在比の130倍にまで高め

and create an explosive chain reaction in a bomb.

爆弾として爆発的な連鎖反応を起こすことも可能になる

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

そのため遠心分離のような技術は厳しく規制される必要がある

to limit the spread of bomb-grade fuel.

兵器級の燃料が拡散するのを防ぐためだ

Remember, only a fraction of the released fission energy

思い出してほしいのは、放出された核分裂エネルギーのうち

goes into speeding up neutrons.

中性子の加速に使われるのはごく一部だということだ

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

原子力の大部分は核分裂生成物の運動エネルギーとなる

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

それは原子炉内で冷却材によって熱として回収される

usually purified water.

冷却材には通常、精製水が使われる

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

この熱はやがて蒸気となり、発電タービンを回すのに使われる

just outside the reactor.

原子炉のすぐ外側でのことだ

Water flow is critical not only to create electricity,

水の流れは発電のために不可欠であるだけでなく

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

原子炉事故の中で最も恐れられる事態を防ぐためにも重要だ

the meltdown.

それがメルトダウンである

If water flow stops because a pipe carrying it breaks

配管の破損で水の流れが止まったり

or the pumps that push it fail,

ポンプが故障したりすると

the uranium heats up very quickly and melts.

ウランは急速に加熱され、溶け始める

During a nuclear meltdown, radioactive vapors escape into the reactor,

メルトダウンが起きると放射性の蒸気が炉内に漏れ出し

and if the reactor fails to hold them,

原子炉がそれを封じ込められなければ

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

鋼鉄とコンクリートの格納建屋が最後の砦となる

But if the radioactive gas pressure is too high, containment fails,

しかし放射性ガスの圧力が高すぎれば格納は破られ

and the gases escape into the air,

ガスは大気中に漏れ出し

spreading as far and wide as the wind blows.

風の吹くまま広範囲に拡散していく

The radioactive fission products in these vapors

この蒸気に含まれる放射性の核分裂生成物は

eventually decay into stable elements.

やがて安定した元素へと崩壊していく

While some decay in a few seconds,

数秒で崩壊するものもあれば

others take hundreds of thousands of years.

数十万年かかるものもある

The greatest challenge for a nuclear reactor

原子炉にとって最大の課題は

is to safely contain these products

これらの生成物を安全に封じ込め

and keep them from harming humans or the environment.

人や環境に害を与えないようにすることだ

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

封じ込めの重要性は燃料を使い切った後も消えない

In fact, it becomes an even greater storage problem.

むしろ、さらに大きな保管の課題として立ちはだかる

Every one to two years, some spent fuel is removed from reactors

1〜2年ごとに使用済み燃料の一部が原子炉から取り出され

and stored in pools of water that cool the waste

廃棄物を冷やす水のプールに保管される

and block its radioactive emissions.

その水は放射線の放出も遮る

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

照射済みの燃料は、分裂しなかったウラン

fission products, and plutonium,

核分裂生成物、そしてプルトニウムが混ざったもので

a radioactive material not found in nature.

プルトニウムは自然界には存在しない放射性物質だ

This mix must be isolated from the environment

この混合物は環境から隔離しておかなければならない

until it has all safely decayed.

すべてが安全に崩壊し終わるまで

Many countries propose deep-time storage in tunnels drilled far underground,

多くの国が地下深くにトンネルを掘る長期保管を提案しているが

but none have been built,

実際に建設された施設はまだない

and there's great uncertainty about their long-term security.

長期的な安全性についても大きな不確実性が残る

How can a nation that has existed for only a few hundred years

存在してわずか数百年の国家が

plan to guard plutonium through its radioactive half-life of 24,000 years?

半減期2万4千年のプルトニウムをどう見守り続けられるだろうか

Today, many nuclear power plants sit on their waste instead,

今では多くの原発が、代わりに廃棄物をその場に留め

storing them indefinitely on site.

敷地内で無期限に保管している

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

放射能だけでなく、使用済み燃料にはさらに大きな危険がある

Plutonium can sustain a chain reaction

プルトニウムは連鎖反応を持続させることができ

and can be mined from the waste to make bombs.

廃棄物から取り出して爆弾を作ることも可能だ

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

したがって使用済み燃料の保管は環境への安全リスクであるだけでなく

but also a security risk for nations.

国家にとっての安全保障リスクでもある

Who should be the watchman to guard it?

それを見張る番人には誰がふさわしいのか

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

原子力時代の黎明期に活躍した先見の科学者たちは

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy inside an atom

原子内部の膨大なエネルギーを確実に引き出す道を切り開いた

as an explosive bomb and as a controlled power source

それは爆発的な兵器としても、制御された電力源としても

with incredible potential.

驚くべき可能性を秘めていた

But their successors have learned humbling insights

しかし後を継いだ者たちは、謙虚にならざるを得ない教訓を学んできた

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

その技術には、理想とは程遠い産業上の限界がある

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

亜原子の世界を掘り下げるのは、複雑で高価、そしてリスクの高い工学だ