原子力発電のメリット・デメリットは？仕組みや課題をわかりやすく解説

原子力発電とは？電気がつくられる仕組み

原子力発電で電気がつくられるまでの流れは、大きく4つのステップに分けられます。ここでは、それぞれの工程と、よく比較される火力発電との違いについて見ていきましょう。

原子力発電は「ウランの核分裂」を利用した仕組み

原子力発電は、「ウランの核分裂」を利用して電気をつくっています。

ウラン燃料に中性子という小さな粒子を当てると、ウランの原子核が2つに分裂し、その際に膨大な熱エネルギーが発生します。この熱を使って水を沸かし、できた蒸気でタービンを回すことで電気を生み出しているのです。

ここからは、燃料から電気が生まれるまでの流れを4つのステップに分けて解説します。

①ウランに中性子を当てて核分裂を起こす

原子力発電の燃料となるのは、「ウラン235」という物質です。このウラン235の原子核に中性子を当てると、原子核が2つに分裂する「核分裂」という反応が起こります。

核分裂が起きると同時に新たな中性子も発生し、それが別のウラン235に当たることでさらに核分裂が起こる「連鎖反応」が続いていきます。

この核分裂が起きる瞬間に発生する膨大な熱エネルギーが、原子力発電の原動力です。原子炉では、この連鎖反応がゆっくりと安定的に進むよう、「制御棒」と呼ばれる装置で中性子の量を調整しながら発電が行われています。

②発生した熱エネルギーで水を沸騰させ蒸気をつくる

核分裂によって生まれた熱エネルギーは、原子炉内の水を温めるために使われます。この熱で水は沸騰し、高温・高圧の蒸気へと変化します。火力発電がボイラーで燃料を燃やして水を温めるのに対し、原子力発電ではウランの核分裂で生じた熱を利用して水を温める点が特徴です。

なお、日本の原子力発電所はすべて、減速材や冷却材に軽水（真水）を使用する「軽水炉」というタイプを採用しています。軽水は中性子の速度を落として核分裂を起こりやすくする役割も担っており、安全性とコストのバランスに優れた方式として世界中で広く採用されています。

③勢いよく出る蒸気でタービンを回し発電する

つくられた高温・高圧の蒸気は、勢いよくタービンに吹き付けられます。この蒸気の力によってタービンが高速で回転し、その回転エネルギーが発電機に伝わることで電気が生み出されます。

実は、「蒸気の力でタービンを回して電気をつくる」という工程自体は、火力発電とまったく同じ仕組みです。原子力発電と火力発電は、その蒸気をつくるための熱源が違うだけで、どちらも蒸気の力を借りて電気を生み出しています。

④使い終わった蒸気を海水で冷やして水に戻す

タービンを回し終えた蒸気は、そのままでは再利用できません。「復水器」と呼ばれる装置の中で冷やし、再び水へと戻す必要があります。水に戻った後は、再び原子炉へ送られて熱せられ、蒸気となる工程が繰り返されます。

この蒸気を冷やす工程では、大量の海水が必要です。そのため、日本の原子力発電所はすべて、冷却用の海水を取り入れやすい沿岸部に建設されているという特徴があります。

火力発電との決定的な違いは「熱源」

ここまで見てきたように、原子力発電は「水を沸かして蒸気をつくり、その蒸気でタービンを回して発電する」という構造で、火力発電とまったく同じ仕組みを採用しています。両者の決定的な違いは、お湯を沸かすための「熱源」です。

原子力発電がウランの核分裂によって生まれる熱を利用するのに対し、火力発電は石炭やLNG（液化天然ガス）といった化石燃料を燃焼させることで熱を得ています。同じ「蒸気でタービンを回す」という発電方式でありながら、熱源の違いによって、CO2の排出量や燃料の調達方法などさまざまな特徴の違いが生まれているのです。

原子力発電のメリット

原子力発電には、環境面や供給の安定性、コストの面でいくつもの利点があります。ここでは代表的な5つのメリットを順番に見ていきましょう。

①発電時に二酸化炭素（CO2）をほとんど排出しない

原子力発電は燃料を燃やしていないため、発電している間はCO2をほとんど排出しません。地球温暖化の大きな原因とされるCO2の排出を抑えられることから、原子力発電はクリーンなエネルギーの1つとして位置づけられています。

ウラン燃料の製造や発電所の建設といった過程では一定のCO2が発生しますが、発電時の排出量はほぼゼロです。そのため、発電量あたりのライフサイクル全体で見たCO2排出量は、ほかの電源と比べても少ないという結論が得られています。

現在の日本では発電量全体の約7割を火力発電が占めており、その分多くのCO2が排出されています。発電時の排出をほぼゼロに抑えられる原子力発電は、地球温暖化対策における選択肢の1つといえます。

②少ない燃料で大量の電力をつくれる

原子力発電のもう1つの大きな強みが、燃料のエネルギー密度の高さです。原子力発電の燃料となるウランは、石油や石炭に比べてごくわずかな量で、桁違いに大きなエネルギーを生み出すことができます。

例えば、100万kWの発電所を1年間運転する場合、火力発電では155万トンの石油燃料が必要ですが、原子力発電では燃料となるウランの必要量は21トン、実に7万分の1以下の燃料です。

このような特性があることから、原子力発電は燃料の輸送や保管にかかるコストや手間を抑えられる傾向にあります。少量の燃料で長期間にわたり安定して発電し続けられる点は、資源の確保が難しくなりやすい有事の際にも強みとなります。

③天候に左右されずエネルギー供給が安定している

太陽光発電や風力発電は、天候や時間帯によって発電量が大きく変動します。一方、原子力発電は天候や昼夜を問わず、一定量の電力を安定して供給し続けられるのが特徴です。

季節や天候に左右されず安定して稼働できる電源は、「ベースロード電源」と呼ばれ、電力の安定供給を支える重要な役割を担っています。日本の電力需要は季節や時間帯によって大きく変動するため、停電などのリスクを減らすうえでも、安定供給力のある電源を一定割合確保しておくことが重要です。

再生可能エネルギーの導入が拡大する中でも、天候に左右されない原子力発電を組み合わせることで、電力システム全体の信頼性向上につながると考えられています。

④日本のエネルギー自給率向上に貢献する

日本は資源に乏しい国であり、エネルギー自給率は2022年度時点で12.6％と、先進国の中でも低い水準にとどまっています。石油や天然ガスのほとんどを海外からの輸入に頼らざるを得ない状況です。

そんな中、原子力発電の燃料であるウランは、オーストラリアやカナダといった政情が安定した国々から輸入できるという特徴があります。さらに、ウランは一度輸入すると長期間にわたって使い続けることができ、使用済燃料を再処理して再利用することも可能です。

こうした特性から、ウランは事実上の「準国産エネルギー」として扱われており、日本のエネルギー自給率向上に貢献する存在と位置づけられています。

⑤電気料金の安定につながる

原子力発電は、発電コストに占める燃料費の割合が、火力発電などほかの発電方法に比べて低いという特徴があります。

火力発電は燃料となる石油や天然ガスの国際価格が変動すると発電コストも大きく左右されてしまいます。一方、原子力発電は燃料費の影響を受けにくいため、コストが比較的安定しやすいのです。

燃料価格の高騰による発電コストの上昇を避けられることから、原子力発電は電気料金の安定にも寄与していると考えられています。

特に近年は、国際情勢の変化によって石油や天然ガスの価格が大きく変動する場面が増えています。燃料費の影響を受けにくい原子力発電の特性は、家庭の電気料金を守るうえでも、一定の役割を果たすといえるでしょう。

原子力発電のデメリットや課題

原子力発電にはメリットが多い一方で、慎重に向き合うべき課題もあります。ここでは代表的な3つのデメリットについて解説します。

①事故が発生した際の被害・影響が甚大

原子力発電の最大の課題として挙げられるのが、事故が発生した場合の被害の大きさです。原子炉で深刻な事故が起きると、放射性物質が外部に漏れ出し、周辺の環境や人々の健康、地域社会に対して長期にわたる影響を及ぼします。

放射線とは、放射性物質から出る粒子や電磁波のことです。放射性物質は、その放射線を出す物質を指し、放射能は放射線を出す力を意味します。原子力発電所の事故では、放射性物質が大気や水、土壌などに広がり、そこから放射線が出ることで、人の健康や環境への影響が長期化する点が問題になります。

過去には、1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故（旧ソ連）や2011年の福島第一原子力発電所事故など、国際原子力事象評価尺度（INES）で最も深刻な「レベル7」と評価された事故が発生しています。このほかにも、1957年のウィンズケール原子炉火災事故（イギリス）やウラル核惨事（旧ソ連）など、世界各国でさまざまな規模の事故が記録されています。

こうした事故は、発電所内だけでなく、周辺地域の避難や土地利用、産業活動にも影響を及ぼします。このような過去の教訓を踏まえ、現在の原子力発電所では、事故を未然に防ぐための対策や、万が一の際の影響を最小限に抑える仕組みづくりが世界各国で進められています。

②使用済燃料（放射性廃棄物）の処理が困難

原子力発電を続ける上で避けて通れない課題が、使用済燃料の取り扱いです。発電に使用したウラン燃料は「使用済燃料」と呼ばれ、人体や環境に影響を与える放射性物質を含んでいるため、慎重な取り扱いが求められます。

使用済燃料は強い放射線を出し続けるため、人体や環境に影響を及ぼさないレベルまで放射能が低下するには、数万年という長い年月がかかります。そのため、その間は人間の生活環境からの隔離が必要です。こうした背景から、地下深くの安定した地層に埋設する「地層処分」が、世界共通の処分方法として採用されています。

日本でも地下300メートルより深い地層への処分が検討されていますが、最終処分地をどこにするかという課題は、いまだ解決に至っていません。将来世代に負担を先送りしないために、今を生きる私たちが向き合うべき重要なテーマの1つといえるでしょう。

③高額な初期投資・維持・廃炉費用が発生する

原子力発電所は、地震や津波、テロといった万が一の事態に備えて何重もの安全対策を講じる必要があるため、発電所の建設には莫大なコストと長い年月がかかります。特に東日本大震災以降は、新たな規制基準への対応として追加の安全対策工事が必要になり、建設コストはさらに増加する傾向にあります。

また、運転を終了した後の「廃炉」にも、長い期間と多額の費用が必要です。一般的な原子力発電所の廃炉には数百億円規模の費用がかかるとされ、数十年単位の長い期間を要します。発電所を新設する段階から、将来の廃炉費用まで見据えた計画が求められる点も、原子力発電ならではの課題といえます。

日本における原子力発電の現状と安全への取り組み

ここまで紹介してきたデメリット、特に事故のリスクという課題に対して、現在の日本ではどのような対策や方針が取られているのでしょうか。ここからは、日本の原子力発電を取り巻く現状と、安全性向上への取り組みについて見ていきましょう。

2026年時点で稼働している日本の原子力発電所の状況

東日本大震災が発生する以前、日本では電力の約3割を原子力発電が担っていました。しかし、2011年の福島第一原子力発電所事故を受けて、国内すべての原子力発電所が定期検査などを経て順次運転を停止することになりました。

その後、原子力規制委員会による新しい規制基準のもとで安全性の審査が行われ、基準に適合し、かつ地元の同意を得られた発電所から順次再稼働が進められています。原子力規制委員会によると、2026年5月時点で運転中の原子力発電所は7発電所11基となっています。

過去の教訓を踏まえた「新規制基準」

福島第一原子力発電所の事故を教訓として、日本の原子力規制は抜本的に見直されました。2013年には、それまでよりもはるかに厳格な「新規制基準」が施行され、すべての原子力発電所に適用されています。

事故前は、地震や津波への対策、そして万が一重大な事故が発生した際の対応の多くが、電力会社の自主的な取り組みに委ねられていました。

新規制基準では、これらが法律によって明確に義務付けられることになり、これまでの想定を大きく超える地震や津波への対策、さらにはテロへの対策までもが必須となりました。既存の原子力発電所であっても、最新の規制基準に適合しなければ運転を続けられない仕組みが整えられています。

こうした規制強化を経て、現在では特定重大事故等対処施設の設置など、万が一の事態への対応力強化にも継続的に力が注がれています。

再稼働の現状と将来の「エネルギーミックス」

現在、新規制基準に基づく審査をクリアした一部の原子力発電所が、地元の理解を得ながら順次再稼働を進めています。

2026年4月には柏崎刈羽原子力発電所6号機が新たに発電・送電を開始するなど、再稼働に向けた動きは着実に進行中です。今後も、安全性が確認された発電所から段階的に再稼働が進んでいくと見られています。

国としては、安全性の確保を大前提としながら、脱炭素社会の実現と電力の安定供給を両立させるため、将来のエネルギーミックス（電源構成）における原子力発電の活用方針を示しています。

2025年に策定された第7次エネルギー基本計画では、2040年度までに再生可能エネルギーを4〜5割程度、原子力発電を2割程度、火力発電を3〜4割程度とする目標が掲げられました。

世界各国における原子力発電の方針・トレンド

原子力発電に対するスタンスは、国によって大きく異なります。ここでは、原子力発電を積極的に推進・維持していく国と、原子力発電からの撤退を選んだ国、それぞれの動向を見ていきましょう。

推進・維持を掲げる国（アメリカ・フランスなど）

世界では、地球温暖化対策やエネルギー安全保障の観点から、原子力発電を引き続き推進・活用していく方針を掲げる国が少なくありません。

2023年に開催された国連気候変動枠組条約締約国会議（COP28）では、日本・アメリカ・フランス・イギリス・韓国・カナダなど22カ国が、「2050年までに世界全体の原子力発電設備容量を2020年比で3倍に増やす」という共同宣言に賛同しました。地球温暖化対策とエネルギーの安定供給を両立させる電源として、原子力発電への期待が世界的に高まっていることがうかがえます。

特にフランスは、発電量に占める原子力発電の割合が約6割と高く、エネルギー自給率の向上と脱炭素の両面で原子力発電を重視する国の代表例といえるでしょう。アメリカにおいても、データセンターの拡大などにともなう電力需要の増加を見据え、原子力発電の活用を後押しする動きが広がっています。

脱原発を選んだ国と方針を見直す国

原子力発電の事故リスクや放射性廃棄物の処理問題を重く見て、原子力発電から距離を置く方針を取った国もあります。その代表例がドイツです。

ドイツでは、2011年の福島第一原子力発電所事故をきっかけに脱原発の方針が強まり、2023年3月には国内に残っていたすべての原子炉を停止しました。現在は、再生可能エネルギーの導入拡大などによって電力供給を補う方針を進めています。

一方、過去に原子力発電から撤退した国のなかにも、近年のエネルギー情勢を受けて方針を再検討する動きがあります。イタリアは1987年の国民投票をきっかけに原子力発電から撤退しましたが、現在は国内の原子力産業を成長させるため、新たな検討プラットフォームを立ち上げています。

このように、原子力発電をめぐる方針は国によって異なります。ドイツのように脱原発を完了した国がある一方で、イタリアのように過去の撤退後、再び原子力発電の位置づけを見直す国もあります。

原子力発電と同様にCO2を排出しない再生可能エネルギー

CO2を排出しないクリーンなエネルギーは、原子力発電だけではありません。太陽光や風力をはじめとする「再生可能エネルギー」も、地球温暖化対策の重要な選択肢として、国を挙げて導入が拡大されています。

なお、原子力発電は再生可能エネルギーには分類されませんが、ここで紹介する電源はいずれも再生可能エネルギーです。それぞれの特徴を簡単に見ていきましょう。

太陽光発電

再生可能エネルギー利用拡大を、一手に担ってきたのが太陽光発電です。太陽光をエネルギー源として直接電気に換えられます。日が当たる場所なら基本的に発電できることが長所ですが、発電出力が時間帯や天候に左右されやすいのが難点でしょう。

事業用の大規模なものだけでなく、一般家庭で手軽に導入できることもメリット。「住宅での自家発電は大半が太陽光」と言っても過言ではないでしょう。屋根上などのスペースを有効活用でき、災害用電源としても機能します。

太陽光で発電した電力は自家消費し、余った分を電力会社に買い取ってもらう方式が一般的です。手間もかかりません。太陽光発電を導入している家庭の多くがFIT制度を利用しており、一定期間終了後は市場価格での電気買取へと移行します。

風力発電

風の力で風車を回し、発電します。風さえあれば昼夜関係なく発電できること、大規模に開発すれば発電コストを火力や水力なみに抑えられることがメリットです。

ただ、日本では風力発電に適した場所が東北や北海道に集中。需要地とのマッチングが合わない課題も。そのため、陸上ではなく、洋上での風力発電に注目が集まっています。

水力発電

水力発電は、河川などの高低差を利用し、落下した水で水車を回す発電方式。日本ではダムを利用した大規模なものが多く、再生可能エネルギーでは太陽光に次いで大きな割合を占めています。

今後、再エネ比率を増やすうえでは、上下水道や農業用水路を利用する中小規模タイプが有望視されています。安定した長期間発電が可能なのが利点ですが、相対的にコストが高いこと、事前調査や権利者・関係者との調整に時間がかかることなどが課題です。

バイオマス発電

バイオマス発電では、動植物由来の生物資源を燃料として発電します。燃焼熱でつくった蒸気でタービンを回す仕組みは火力発電と同じです。ただ、動植物の成長過程でCO2を吸収するため、最終的に吸収するCO2と排出するCO2が釣り合う「カーボンニュートラル」となるのが利点です。

木質バイオマスの他、食品廃棄物、農作物残渣などさまざまな材料がエネルギー源になるのも特徴。資源枯渇の心配がなく、廃棄物の有効活用にもつながります。一方で、現状では原料を安定的に確保するのが難しいことが短所。原料の運搬や収集、管理にコストがかかることも課題です。

地熱発電

地熱発電では、地下にある蒸気や熱水などを利用してタービンを回して電気を生み出します。使用した蒸気は水に戻されるため、環境への影響が控えめ。日本は世界でも有数の火山国であり、未開発の豊富な資源があるとも言われています。

出力が安定しており、大規模開発が可能であること、昼夜を問わず発電できることもポイントでしょう。しかし、開発に多額の費用がかかることが課題。また温泉など周辺施設との調整も必要です。

原子力発電の仕組みやメリット・デメリットを正しく理解しましょう！

原子力発電が電気をつくる仕組みからCO2をほとんど排出しない特徴、メリット・デメリットまで、幅広く解説しました。

原子力発電は、メリットとデメリットの両方を併せ持つエネルギー源です。事故の教訓を踏まえた安全対策の強化が進められている一方で、放射性廃棄物の処理や高額な費用といった課題も残されています。世界各国でも、原子力発電への向き合い方はさまざまであり、唯一の正解があるわけではありません。

私たちの暮らしを支えるエネルギーをどのように組み合わせていくべきか、正しい知識をもとに、考えてみるのもよいでしょう。