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再臨界(核分裂の再現)と高レベル放射能拡散阻止に全力を
http://www.asyura2.com/11/senkyo110/msg/140.html
投稿者 Ryukyuan.isao-pw 日時 2011 年 3 月 15 日 23:55:01: YrP2vZDuHZBQs
 

2011.03.15 再臨界(核分裂の再現)と高レベル放射能拡散阻止に全力を
http://lib21.blog96.fc2.com/blog-entry-1513.html
―福島原発事故  国際的原子力安全専門家の見解―
坂井定雄(龍谷大学名誉教授)

昨日紹介した、国際的原子力安全専門家のS氏は、福島原発事故について、設計基準を超えた、かつて経験したことのない発電用軽水炉事故だと断定した。高レベルの放射能拡散の危険もあるが、同氏は原子炉内に壊れた核燃料や炉内構造物がたまって、再臨界(核分裂の再現)が起こる可能性を指摘している。「ぜひみなさんに知ってもらいたい」と同氏は訴えている。
政府と東電の記者会見やメディア解説では不十分かもしれない。同氏の新たな見解を紹介したい。


原子炉の設計基準を超える重大事故−再臨界の懸念も
国際原子力安全コンサルタント S (March 16, 2011)

(1) 設計基準を超える事故
過酷な事故が起きても、原子力発電プラント(NPP:原発の各原子炉施設)が著しい損傷を蒙らないよう、設計時に、いくつかの代表的な過酷事故が想定されています。NPPを設計するとき、事故が起きても、炉心が健全であるように設計されているはずです。今回のように炉心が露出する代表的な事故として、炉心で冷却機能が無くなる冷却材喪失事故(LOCA:Loss of Coolant Accidents)があります。もしLOCAが起きても、炉心が損傷しないよう、非常用炉心冷却系(ECCS)の設計に際しては、基準を設けて、炉心の健全性を損なわないようにしているのです。今回の事故の挙動は、LOCAの小破断時の挙動と似ています。どこかで漏れていることを疑わせます。1979年の米スリーマイル島原子力発電所2号機(TMI−2)事故と同じように、注水しても、注水しても、炉心の水位が低下して、炉心露出を起こしているからであります。私は当初からから圧力バウンダリー(炉心や配管)のどこかで、決定的な漏れがあると疑っています。TMIの教訓が生かされていない!これが実感です。

(2)ECCS基準の全てを逸脱
今回の事故で運転員は、核分裂生成物からの発熱を効果的に冷却する余熱除去システム(RHR)を起動できなかったので、炉心が露出するような危険が生じたとき炉心に注水するための原子炉隔離時冷却設備(RCIC:Reactor Core Isolation Cooling System)に頼って、炉心への注水を継続して、炉心冠水を維持しようと、努力しているのですが、なかなか安定停止モード(Cold Shutdown)に移行できない状況にあります。強力なRHRに比べRCICは非力なのです。
1、2および3号機で、炉心の大部分が露出するに至って、炉心温度は1200℃を超え、ジルコニウム(Zr)合金を素材とした被覆管の主要成分Zrが水と反応(Zr-水反応:MWR:Metal Water Reaction)して酸化される状況が生じて、相当量の水素ガスが発生したと予測されています。これによって1号機と3号機で相次いで水素爆発が起きています。軽水炉発電の歴史のなかで前代未聞の事態です。

16日午前0時ごろの保安院の説明会では、2号機はRCICで海水を注入し炉心水位は上がったのだが、海水輸送上のトラブルがあって再び低下して、炉心が空焚き状態にあるとの説明がありました。 大量のZr-水反応、水素ガスの生成、被覆管の破損、燃料ペレットの露出、炉心下落、などが起きたと推測されます。この事象の状況評価に適している、非常用炉心冷却設備(ECCS:Emergency Core cooling System)の設計基準に照らしてみると、マグニチュード9.0という巨大地震との遭遇もありましたが、@燃料被覆管表面温度1200℃以下、A被覆管の減肉15%以下、B炉心全体のZr酸化量1%以下、C燃料の冷却可能形状維持(Coolable Geometry)など重要な要求事項を全て逸脱しているのは確かです。これは、強烈な地震の影響も影響していますが、ECCSの設計基準を満たしていなかったということになります。

(3)大破断より小破断が怖い
今回の事故は、原子力災害事故として取り組まれている、最大級の事故、大破断LOCAより厳しい事故だと位置づけることができます。このような視点で捉えると、この事象は、原子炉の型式がBWR(沸騰型)とPWR(加圧水型)の違いはありますが、TMI −2の事象と酷似していると云えます。これまで経験したことのない、3基の原子炉で炉心溶融事故が同時に起きてしまう懸念があります
ECCSの設計では、最悪の冷却系破断を考慮して、精密に設計するよう求めています。しかし、今回は、よく考慮された大破断LOCAではなく、原子炉停止時に、核分裂生成物の崩壊熱による余熱を除去するために設計された、主冷却系統に比べると桁違いに小さな、余熱除去システム(RHR:Residual Heat Removal)が、専用のジーゼル発電機の電源喪失で起動できなくなりました。このような故障が併発すると、適正流量の安定注入ができなくなって、NPPは致命的状態に陥ってしまう恐れがあります。
理論と実験面で十分検討されつくした、最悪破断よりも、原因不明な炉内水位の低下の方が怖いというTMIの教訓が、風化し始めたころに改めて、警鐘を打ち鳴らされたような気がします。今回の事故の原因は、千年に一度という、巨大地震でしたが、現実に起きた以上、TMIの教訓に改めで学ばねばなりません。耐震基準が改定されたばかりですが、今回と同レベルの地震に再度襲われても、炉心損傷を起こさない基準を構築して、既設および新設プラントに適用して、原子力発電所周辺に住んでおられる方々に退避をお願いすることのない、安全な原子力発電を実現していただきたいと願わずにはいられません。

(4)安全系統の動的機器 
今回の事故で大変気になるのは、原子炉の安全系統の一つである、圧力容器格納容器(Dry Well)内圧が危険値に近づいたとき、圧力を低減させるための大気放出弁(MOV:電動弁)を電気モーターで遠隔駆動できず、高放射能レベルの現場に作業員を出して操作させなければならない事態になってしまったことです。米国の原子炉規制当局(NRC:Nuclear Regulatory Commission)は、多くのトラブルを起こした、安全系統でよく使用されている動的機器(MOV)の健全性を抜本的に高めるため、1996年通達(Generic Letter)GL-96 05(通称Periodic Verification)を出して、全NPPに対応を求めました。骨子は、設計基準に関わる事故(DBA)が起きたとき、種々の不確かさや劣化を考慮しても、安全系統に装着されているMOVの駆動力が、このMOVを駆動するための最大予測の必要駆動力より大きいことを、検証するよう求めたのです。政府および産業界は大規模な研究開発を行って、この対応を終了しています。最終的には2012までとういうタイムリミットを設定しています。日本でもNRCと類似の対応を終えていると聞いていますが、米国では安全系統の弁の範囲を空気作動弁(AOV:Air Operated Valve)にも広げ、安全系統の弁一個一個のDBA時の健全動作性を検証しています。来日しているNRCのスタッフは、このあたりの調査もするものと思われます。

(4)再臨界(各分裂の再発)
高速炉は炉心溶融を前提に設計され、メルトダウン(炉内溶融)に備えて、圧力容器下部に堆積した炉内構造物が再臨界を起こさない工夫(Core Catcher))を取り入れています。現在建設が進んでいる欧州型加圧水型炉(EPR:European Pressurized Reactor)でも、メルトダウン対策が考慮されています。日本では、炉心よりも高い位置に大量の水タンクを配して、位置のエネルギーで緊急時の注水をする、受動的(passive)な設計と独立4系統の動的(active)システムなどが考慮されています。
今回の事故では現在、TMIの事故を教訓に類推すると、燃料ペレット、被覆管、中性子吸収材その他の炉内構造物の破片(debris)が炉心下部に堆積した状況が想定されます。心配なのは、これらの堆積物の再臨界です。破損した核燃料や制御棒、可燃性吸収材などが炉心下部に堆積すると、再臨界の可能性があります。それは、なんとしても防がねばなりません。(16日午前記) 以上
 

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コメント
 
01. 2011年3月16日 00:38:51: 64Wk1PmEL2

海水に入れたホウ素では、再臨界は防げないの?

02. 2011年3月16日 01:43:41: E1M7Cz1xVg
数か月から数年冷やし続ければOK(w)なんだそうです。

画像 http://plixi.com/photos/original/84187425

http://plixi.com/p/84187425#

ryugo hayano
|hayano

福島原発の燃料棒はいつまで発熱を続ける? ずっと知りたかった問題を,専門家である親松教授が計算して下さいました(感謝).親松先生の結論【崩壊熱が十分減るまでには数ヶ月から年単位の長期戦になる可能性がある】.
2 hours ago via Echofon

Comments
60

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Soichi Kusaka 日下荘一

自身が熱を発し続けている(崩壊熱)ものを冷まし続けるためには、水をぐるぐるまわして熱をどこかに運び去る必要があります。炉内に水がない<水はあるが巡ってない<水が巡って熱を奪い続けている という順番で危険かと…
3 minutes ago
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koino1031

私の第1感では,「長期戦」というよりも意外に短期なんだなあと思い,若干ホッとしてます。ところで,この計算は燃料棒と制御棒との位置的関係は考慮していない,つまり1本の燃料棒の内部だけを考慮したものでしょうか。
8 minutes ago
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take0m

使用済み燃料のプールも冷却機能を失うと発熱します(F1の4・5・6で発生中)。なので、冷却機能なし(ポンプの燃料切れとか)で安定するには年単位くらい必要なのでは?<年単位
12 minutes ago
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masuyoh

もう燃料棒を冷やすことは不可能なのでしょうか。素人的な疑問ですが。
17 minutes ago
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karakuchi60

基本的な質問で恐縮ですが、β崩壊やγ崩壊の速度というのは、温度には無関係なのでしょうか?化学反応速度は温度に大きく影響されますので。
28 minutes ago
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youoy_kt

通常軽水炉の燃料交換は原子炉停止後数週間で燃料交換が始まっている。ということは、それだけ崩壊熱が下がっているということだから、普通に考えて年単位で待つ理由がよくわからないのですが。。。
28 minutes ago
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youoy_kt

つまり、今温度が微量ながら下がっているってことは、崩壊熱より除熱量が大きいってことでは???
29 minutes ago
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Soichi Kusaka 日下荘一

原発の燃料は核分裂が止まったあとも、分裂でできた物質が更に安定した状態に落ち着くまで、β線やγ線を出しながら徐々に崩壊する。つまり分裂が止まってもゆっくり燃え続けてる訳で、この崩壊熱を長期間冷やす必要がある…
37 minutes ago
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mimika66

時間がかかるとしたら海水をフィルターで塩分抜くとか、真水を入れたポンプ車を使うとか海水以外を利用できるようにならないのでしょうか。ずっと海水というのも心配です。
39 minutes ago
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take0m

自然放置は4号機の使用済み燃料と同じ条件かな。圧力容器は条件違うけど。それで沸騰しないというのは年単位な感覚は間違ってないような。10度くらいの水を循環できるならもっと早く安定するのでは?
59 minutes ago
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katzC4ISR

冷却系の復旧と、海水を真水にできれば運搬の手間が省けるのでは
1 hour ago
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YY_at_CirKit

冷却水の循環が回復すれば、もっと早く冷えるでしょう。実際、同じように運転中緊急停止した第二原発は、冷却が滞らなかったので現在全て冷温停止状態です。


03. 2011年3月16日 03:09:35: FMEgiZ1DkA
再臨界という言葉を使っているが、これは早い話「核爆発」の可能性があるということにならないか。核反応が起こる環境があり、核分裂する物質(ウランまたはプルトニウム)があれば原理的には起こり得る。

物理の基本知識ではこの環境に中性子をいくつか飛ばしてやれば核分裂を誘発し爆発が起こるとある。


04. 2011年3月16日 08:57:19: lEsN7pDUEQ
最近の地震って 原発のところで起きてる気がする
原発って地震とかを誘発する何かがあるのではないだろうか?
マグニチュードも自然災害にしては 巨大すぎるような気がするのだが


05. 2011年3月16日 09:18:17: i7CGvypOTw
> 心配なのは、これらの堆積物の再臨界です。破損した核燃料や制御棒、可燃性吸収材などが炉心下部に堆積すると、再臨界の可能性があります。それは、なんとしても防がねばなりません。

事故を起こした福島の原子炉は中性子を水で減速した熱中性子を核分裂に利用する熱中性子炉である。
ウランやプルトニュウムが核分裂を起こす確率は、減速された遅い中性子では非常に大きいが、減速されない速い中性子では大層小さい。
それ故、例えウランやプルトニュウムが原子炉の下部に落下して塊になっても、水が無ければ中性子は減速されないので、核分裂が増え再臨界になることはあり得ない。

すなわち、福島の熱中性子炉が再臨界事故を起こすことは理論的にあり得ない。
再臨界事故を起こす可能性があるのは、減速剤無しで臨界にして運転する高速炉である。

海水に硼素をいれたのは、再臨界事故を防ぐためではなく、臨界から遙かに離れた現在の状態から更に一層臨界から離すためだと思う。
つまり、臨界から大きく離れていても、非常に僅かな核分裂は起きうるので、その核分裂を更に一層減らすためだと思う。

国際的原子力安全専門家の坂井定雄氏が再臨界事故を心配されるのは、恐らく、熱流体には詳しくても、核反応の物理にはあまり詳しい知識を持っていないからだと
思われる。


06. 2011年3月16日 09:46:41: 64Wk1PmEL2
>例えウランやプルトニュウムが原子炉の下部に落下して塊になっても、水が無ければ中性子は減速されないので、核分裂が増え再臨界になることはあり得ない。

すなわち、福島の熱中性子炉が再臨界事故を起こすことは理論的にあり得ない。
     ------------------------------------------------

05さん、詳しそうなので教えてください。

 今、水はじゃぶじゃぶある状態ではないですか?
 
この水のある状態で徐々に燃料管が破損し、燃料が炉の底に貯まって行ったらどうなんでしょう? 


07. 2011年3月16日 11:56:04: i7CGvypOTw
>>06.
> 今、水はじゃぶじゃぶある状態ではないですか?
> この水のある状態で徐々に燃料管が破損し、燃料が炉の底に貯まって行ったらどうなんでしょう?

水がじゃぶじゃぶある状態では、燃料管は水で冷却されるので、温度が上昇する事はあり得ず、従って燃料管が高温で破損することはなく、燃料が炉の底に貯まって行くことはありません。

問題は、燃料管の中にたまっている放射性物質の発熱で水が沸騰し蒸気となって逃げて行き、水が無くなって燃料管が空気中に露出することです。
この時は燃料管の温度が上昇し、2000度を超えると燃料が溶け被覆管が壊れて放射性物質が放出されることが起きえます。
発電所付近の放射線量の上昇は、恐らくこれが原因だと思います。

兎も角、福島の原発で再臨界事故は起きえません。
大切なことは、燃料管を冷却し、既に貯まっている放射性物質をできるだけ閉じ込めて、放出しないようにすることです。


08. 2011年3月16日 13:27:15: 64Wk1PmEL2
07さん しつこくて済みませんが、もう一度お願いします。
--------------------------------------------------------------------

>水がじゃぶじゃぶある状態では、燃料管は水で冷却されるので、温度が上昇する事はあり得ず、従って燃料管が高温で破損することはなく、燃料が炉の底に貯まって行くことはありません。
-------------------------------------------------------------------------

「燃料棒の上部が水から露出している」とか、「燃料棒の何十%は破壊されている可能性が高い」とか報道されています。
また海水注入後、圧力低下のための蒸気放出と水位確保のための補給を繰り返しているようですが、これに伴い圧力容器内の塩分濃度は相当高くなっていると思われます。それでなくでも、高温の燃料棒の表面には食塩やカルシウム系の塩が析出し、伝熱を阻害することが考えられます。これが進行すれば、一見安全に見える水中でも、燃料棒の破壊は十分起こりうるのではないかと思っているのですが----。



09. 2011年3月16日 14:49:58: i7CGvypOTw
>>08
> 「燃料棒の上部が水から露出している」とか、「燃料棒の何十%は破壊されている可能性が高い」とか報道されています。

燃料棒の上部が水から露出し、高温になって破壊されたのだと思います。

> また海水注入後、圧力低下のための蒸気放出と水位確保のための補給を繰り返しているようですが、これに伴い圧力容器内の塩分濃度は相当高くなっていると思われます。それでなくでも、高温の燃料棒の表面には食塩やカルシウム系の塩が析出し、伝熱を阻害することが考えられます。これが進行すれば、一見安全に見える水中でも、燃料棒の破壊は十分起こりうるのではないかと思っているのですが----。

食塩やカルシウム系の塩による損傷は、専門外なので知りません。
破壊された燃料が水中に落下しても高速炉に比べればは再臨界事故になる確率は非常に低いと思います。
軽水炉が臨界になるためには、水と核燃料が最適の割合になる必要があり、落下した状態が最適の割合になるとは思えません。
より安全のために、注水される水(海水)に硼素を入れて熱中性子を吸収させ、中性子増倍率をより減少させようとしているのだと思います。


10. 2011年3月16日 15:43:33: 64Wk1PmEL2
09さん

コメントありがとうございました。

まだ再臨界が起きてないところを見ると、言われるように水との割合とかホウ素の効果、あるいは制御棒の状態(これも崩れて燃料とうまい具合に混ざってる?)とかで、結果オーライ?

今後いつまで作業が続けられるか大きな疑問がある中で、再臨界だけはなんとか起きないで欲しいと祈っています。


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