福島4号機を考える２　爆発までの時間（２）空だき
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平成24年7月5日　武田邦彦（中部大学）

2012.07.05　武田邦彦　爆発までの時間（２）空だき

今回は福島4号機のプールの冷却ができなくなった時、どのぐらいの時間が経つと水がなくなったり、放射性物質が空気中に出てくるかということを考えてみます。

福島4号機のプールには2010年11月頃に「使用済みになった燃料」と「定期検査のために使用中ではあるが臨時に格納されている燃料」の二つがあります。

いずれもすでに運転を止めてから1年半ぐらい経っているので、かなり崩壊熱（放射性物質が崩壊するときに出る熱）が減って、止めた直後の100分の1ぐらいになっています。もともと崩壊熱は核爆発の熱の10分の1ぐらいですから、原子炉の出力（100万キロワット）の1000分の1、つまり1000キロワットぐらいになっています）。

このような発熱とプールの大きさなどから厳密に計算をするのも良いのですが、このブログに乗せたように発熱グラフや計算はなかなか難しいので、むしろ簡単に考えた方が正確で誰もが自信を持つことができます。

燃料プールには下の方に燃料棒が並んでいて、全体が水につかっています。おおよそプールの高さは燃料棒の3倍ぐらいと考えられます。

先日（2012年6月30日）に4号機の冷却が止まりましたが、これは循環水が止まって、プールにたまっている水の温度があがりました。その様子から1時間に0.3℃上がっています。これは崩壊熱と水の量、比熱、放熱などから原理的にも計算できますが、実績を使います。

仮に4号機の冷却がまったくできなくなり、何らかの事情で人も近づけず、修理もできず、さらには新たな水も注入できなくなったとします。そうすると、1時間に0.3℃上がるので、30℃から100℃まで70÷0.3＝233時間、つまり約10日間で沸騰が始まります。

放射性物質の崩壊は温度によりませんし、温度が上がると放熱や一部の蒸発がありますから、10日間としてそれほど間違いは無いでしょう。

【第一の結論】　4号機のプールが蒸発を始めるまでに10日ぐらいかかります。
・・・・・・・・・

さて、100℃になるといよいよ水の蒸発が始まります。水というのは1グラムの水が1℃あがるのに1カロリーを必要としますが、蒸発の時には1グラムで539カロリーが必要です。つまり、30℃から100℃まで70℃あがるのに1グラムで70カロリーですから、その7.7倍の熱が必要と言うことになります。

燃料プールの水面から燃料棒の頭の部分まで水が沸騰するにはプールの水の3分の２が蒸発する必要がありますから、70℃から100℃までの時間10日に（7.7×2÷3）をかけただけの時間がかかります。
10*(7.7*2/3)=51日
【第二の結論】　　福島4号機の冷却ができなくなった場合、できなくなった時から51日後に放射性物質が漏れ始める。

・・・・・・・・・

52日目から水面の上に燃料棒が顔を出すので、若干の放射性物質が漏れ始めますが、まだ水があるのでそれが沸騰している状態で数日は100℃からそれほどは温度が上がりません。

そしていよいよ60日目（約2ヶ月後）から燃料棒が水蒸気と反応して温度があがり、セシウムなどの揮発性の放射性物質が飛散することになります。ただ上部がすでに何もないので、水素が出ても爆発はしません。

燃料の循環ができなくなって蒸発が始まるまで10日間ありますから、この間に「水を投入する」ということだけは可能になるでしょう。事故後に登場した「鶴首」のような放水装置があればプールに水を注ぐことができます。

必要な水の量は多くないので、外部からプールに水を注ぐことができると考えられます。それもできない場合、2ヶ月後から使用済み核燃料がむき出しになるので、少しずつ放射性物質が飛散することになりますが、空気で冷却されますから燃料棒が融けるほど温度が上がらないと考えられます。

もともと、使用済み燃料棒は原子炉から取り出してから5年後には水冷から空冷に変わりますが、1年半後（今）と5年後では崩壊熱は現在が1.6メガワット、5年後が0.8メガワットと計算されますから、約2分の1になるに過ぎません。つまり、今でもすでに「空冷でもギリギリ大丈夫」というレベルなのです。

【第三の結論】　　4号機に近づけなくてもすでにかなり崩壊熱は低いので、大量の放射性物質が飛散することはない。
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検討するとこのようなことになりますが、「4号機の冷却が止まると関東一円に住めなくなる」と危険だと警告されている方の結論と余りに違い、事故が起こっても2ヶ月ぐらいの余裕があり、さらにその被害は2011年3月に比較して小さいということなので、さらに検討を加えたいと思います。

コメント
01. 2012年7月05日 14:14:07 : FEC1zKK4NY たまたま４号機燃料プールの冷却機能欠陥がおこったから、冷却という 観点だけの危険性を述べておられるが、多くの人びとの心配事は燃料プールの ひび割れや崩壊による水漏れだ。 　＞、「4号機の冷却が止まると関東一円に住めなくなる」 という心配事ではなく、「4号機燃料プールの燃料棒がむきだしになったら、 要員が近づけないため、高濃度放射能汚染に手がうてず、そのため 関東一円に住めなくなる」という心配事だ。 冷却は５０日余裕があるのかもしれないが、崩壊すれば数分の余裕もなくまる。
02. 2012年7月05日 14:48:04 : e0DnzInn3A 4号機が崩壊したら、衝撃でジルコニューム皮膜が破れないのかという疑問がある。 ジルコニューム皮膜が破れたら、すぐに放射能物質の飛散が始まる。 その飛散による汚染で、原発敷地内での作業は可能かという疑問がある。 こういう疑問に数字で答えてくれる専門家が居ないんだよね。
03. 2012年7月05日 15:06:48 : vhm0pvxliM いままでの地震や爆発で、燃料棒が損傷してない前提でしょうか。 私は、損傷してて、水に溶けたりしてると思うんですが。
04. 2012年7月05日 16:05:36 : 8pR1HW6OSE 事故調“地震で損傷の可能性” 7月5日 15時59分東京電力福島第一原子力発電所の事故の直接的な原因について、国会の事故調査委員会は、「安全上重要な機器への地震による損傷がないとは確定的に言えない」として、津波だけに限定すべきではないと指摘するとともに、特に１号機については、「小規模な配管破断が起きた可能性を否定できない」と結論づけています。 福島第一原発の事故の直接的な原因については、東京電力が先月みずからまとめた最終の調査報告で、「想定を超える津波」が主な原因だとして、解析などを根拠に、現時点では安全上重要な機器への地震の影響はなかったとしています。これに対し、国会の事故調査委員会は、専門機関の解析や、当時の運転員の操作状況などから、「安全上重要な機器への地震による損傷がないとは確定的に言えない」として、調査や検証といった実証なしに津波だけに原因を限定すべきではないとしています。 特に１号機については、原子炉の圧力を下げる弁の作動状況などから小規模な配管破断などが起きて原子炉の水が失われる事故が起きるなど、地震による損傷があった可能性は否定できないと指摘しています。 そのうえで、未解明の部分が残っており、引き続き第三者による検証が行われることを期待するとしています。 http://www3.nhk.or.jp/news/html/20120705/k10013361861000.html
05. 2012年7月05日 16:12:07 : vxcPTMP8lk ロケット弾１発食らっただけで、日本が終了っていうのが問題だろう。
06. 2012年7月05日 18:02:02 : 7LkiGXF3eg あくまで、使用済み燃料プールが健全な状態の場合、こんな計算が出来ますと言う事ですね。 プールが傾き、崩壊した場合は別の問題なのですね。
07. 2012年7月05日 18:10:32 : WuBrQwR3n2 ４号機の状態はわかりましたが、それより他の１号機から３号機は野放し状態。 単体ではなく、全体に心配な野田。
08. 2012年7月05日 19:23:00 : 1SpPwgFgp2 隠蔽されているが、福１だけでなく福２も壊れて汚染されているらしい。
09. 2012年7月05日 19:41:17 : ShxP13GCGE 武田さんの被曝に対するさまざまな言動、行動にはとても頭が下がる思いで支持するが、この4号機の問題についてだけは武田さんの考えにどうしても納得することができない。 武田さんははじめの直感が正しいと信じ、意地になるタイプに思えてくる。安易に初期の段階で結論を出しすぎて、自分の結論に絶対的な自信とメンツがありすぎて、ひっこみがつかなくなっているのかもしれない。瓦礫に対しても、最初は、「燃しちゃえばいい。今はいいフィルターがあって全部取れますから」などと言っていた。しかし今はそうは言っていない。今回の4号機についても、最初はもっと短絡的に答えていた。「4号機が崩れてもちょっと核爆発があってもすぐ離れますから現場以外では何も起こりません。水もかけなくてもいいんですけどねぇ」とか、「建屋の地下は水がありますから、それで冷やせます」とか。 どうあっても4号機プールは安全で何も起こらないという結論に強引に導くように見える。 「予防原則」とか万一とか、そういう視点は、4号機に対してはないのでしょうか。仮に4号機倒壊が起こったとして、「武田先生が大したことにならないと言っていたから逃げなかった。その結果大量に被曝してしまった」という人が現れたら責任を取れるだろうか。 もしこんな壊れ方をしたら、という壊れ方はさまざまで、災害というものは誰もが想像していなかったことが起こるものであり、例えばプールが45度傾いて止まるという壊れ方をし、水がすべて抜けた場合、燃料が偏り、燃料ラックが燃料の重量とその衝撃で一部が変形または損傷した結果、燃料同士の距離が近づく部分が増え、そこに大量の雨が降った場合、散発的ではあるが比較的規模が大き核反応が起こる可能性がないとは言えない。水と燃料の距離の条件が揃えば爆発する可能性は十分にある。未使用の燃料も含まれるのでそこで臨界が生じたら、そのエネルギーはとてつもなく大きくなるような気がする。さらには崩壊熱がプールの中でこもり、予想以上に早く高温になるかもしれない。 とにかく水がなくなって大気中にむき出しになったら、もはや誰も近づけないと思ったほうが良い。燃料棒から直接的にくる放射線だけでなく、上空に放出された放射線が空気中の物質に反射して地上に戻る「スカイシャイン」という現象も起こる可能性もあるので、単にプールの方向からの放射線だけを遮蔽すればよいというものではなく、地面以外のすべての方向からより強烈な放射線が注がれる状態になると思う。人間が１ｋｍ圏に近づくのはほぼ不可能となり、放置することによってさらに恐ろしい結果が起こることを懸念し、最悪を想定して逃げる準備を促すことこそが学者や専門家の役割だと思う。4号機が倒壊しても少し離れていれば安全と言うためには、燃料が大気にむき出しになって起こるであろう「スカイシャイン」の発生が、100％ないと言い切るだけの納得ができる説明が必要だ。
10. 2012年7月05日 20:01:42 : Py5Z7phwaA 東京から逃げなくてよいって言ってる時点で、この人をまるまる信じてはダメな人ってわかる。他の人よりも情報だしてくれてるけど、この人だからって信じるのは良くない。 基本的に避難の必要ないって結論になってる。気をつけた方が良い。もともとこの人は御用学者

11. 2012年7月05日 20:07:08 : YUsp65Cqww ガレキ処理始めた時点で、東京も福島宮城茨城なんだけどな
12. 2012年7月05日 20:45:51 : NLAgRrlveg 震度6強まで耐えられる耐震補強を行ったと政府東電は発表している。 つまり震度７が来たら倒壊の可能性があり、震度7以上の余震が来る可能性は十分あります。冷却が停止するだけなら重機による注水で何とかなるでしょうが、倒壊した場合は冷却する手段も、復旧する手段もありません。 燃料プールに水が無くなれば、放射線を遮蔽できるものがなくなり人間は近づくことが出来なくなるからです。 現状日本政府と東電は震度7以上の余震が起こらない事を祈る以外の対策はしていません。
13. 2012年7月05日 21:27:37 : 8pR1HW6OSE ◎国会事故調記者会見〖IWJ：CH3〗 �@http://www.ustream.tv/recorded/23776659 �Ahttp://www.ustream.tv/recorded/23776733 �Bhttp://www.ustream.tv/recorded/23776880
14. 2012年7月06日 03:03:03 : cUFs9Ih4QU それほど単純なものではないと思う。 仮定に基づいて推論するのもあるが、途中で一歩踏み外すとたちまち理屈は崩壊する。 （例） ・コンクリートの隙間から水が漏れると一気に水は無くなる。これは地震でも起こるし温度変化でも起こりうる。常に水があるとの前提自体が成立しない。 ・１−３号機ですでに地中へ潜り込んでいる燃料が４号機に干渉しない影響を与えない保証は何もない。実態は全くわかっていない。
15. 2012年7月06日 05:47:07 : 2BM7vNeXEY 震度６強まで大丈夫という東電の発表を信じる構造の専門家はいないとおもいますよ。 １から４号機までどこも崩壊があれば、おなじ結果になるでしょう。 プールが崩壊すれば、使用済み燃料は重なり合って崩壊熱は上昇し、被覆管は壊れ、放 出された放射能で福島第一の敷地内から退避しなくてはならなくなります。>>09の言う スカイシャインも怖いですが、それがなくとも「悪魔の連鎖」は始まるでしょう。
16. 2012年7月06日 10:20:08 : lqOPOFnyLE ＞０９ 　何かが起こったら、黙ってみているわけはない。なにか対応するだろ。 ＞１２ 　震度７以上の余震：これは少し表現がおかしい。確かに本震を少し下回る余震があるのが普通だが、当然原発当該地でも昨年経験したより揺れが低くなるといえる。また、今回は連動して震度９であるのだから、余震は部分的と思われるので、余震規模がここ１年で経験したように小さくても不思議ではなかろう。 　したがって、「震度７以上の内陸地震が起きたら」と表現すべきである。そしてそれは、さほど高い確率で生じるものではない。
17. 2012年7月06日 10:25:13 : lqOPOFnyLE 16です。↑16の震度９はＭ９と訂正。
18. 2012年7月07日 03:40:26 : H4GoahEtvM >>16 ＞何かが起こったら、黙ってみているわけはない。なにか対応するだろ。 現在１から3号機も何か対応しなくてはならない状態なのだが、線量高くて実質何もしていない。 ＞さほど高い確率で生じるものではない。 地震については、ほとんどなにも確かなことはいえない。３１１の直前の昨１月経産省は今後 ３０年以内の震度６強以上の地震の確率について、福島第一は０．０パーセントと発表していた ことは有名な話です。

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