転載「福島原発事故解説」前編

 

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転載「福島原発事故解説」前編 (　転載のそのまた転載です(^_^;)　)

2011-03-14 23:36:33 | Weblog・福島原発事故-簡潔で正確な解説

2011/3/13 Barry Brook 投稿(http://bit.ly/gc9jeH)
2011/3/14 山中翔太訳。

この記事はBarry Brook 様のご厚意により日本語に訳させていただきました。
誤訳情報はtwitter のアカウント(@shotayam) へ。
意訳しており多少原文と意味が違うところがありますのでご注意を。目に余るミスがある場合ご連絡を。

ここ数日、あまりにも原発報道が加熱しているところがあると感じており、専門的で客観的な意見が欠如していたように感じます。そのときRT で流れて来た記事がこれでした。この記事は専門的な知識を使い解説していてかなり長い文章ですが、かなりわかりやすく読みやすい文章です(訳が下手なのは本当に申し訳ないです)。これをきっかけに、数名でもいいので、宮城で起こっていることに関して少しでも安心して様子を見ていただければと思います。
意外と安全ですよ。不安に感じるのは知らないだけだと思います、本当に。
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IAEA やWNN 等信頼が置ける情報によると、現在福島原発の状況についてインターネットやメディアでは信じられない量の誤った情報が流れているようです。
BNC の記事"Discussion Thread - Japanese nuclear　reactors and the 11 March 2011　earthquake"とそのコメントでは多くの技術的に詳細な状況が提供されています。

しかし、その要旨とは？どのようにして多くの人が今起こっていること、その理由、そして今から起こることについて情報を得るのでしょうか。

以下に私はMIT research scientist のDr Josef Oehmen による状況の要約を再掲します。

彼は博士であり、彼の父はドイツの核工業で多くの経験を積んでいます。
これはJason Morgan により今宵はじめ(現地時間) に投稿されたもの(http://bit.ly/gUN6WX) であり、彼はここの再掲を快く了承してくれました。この情報が広く共有されることが重要だと私は考えています。

こちらを読むこともお忘れなく。
今ほど役にたつときはありません。
http://bit.ly/gqBKB8
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私はこの文章を3/12(現地時間) に書いており、日本の事故に関して安心してもらおうと思っています。

まず、状況は深刻ですが、管理下にあります。そしてこの文章は長いです。
しかしこの文章を読んだ後、あなたは全てのメディア記者よりも原子力発電所について理解することとなるでしょう。

重大な放射能の放出は、今までもありませんし、これからも「ありません」。

「重大な」とは、長距離の飛行や元々高いレベルの放射線がある地域で作られたビールを飲むことで受けるレベルの放射線より被曝量が多いことをいいます。

私自身地震がおきてから全てのニュースを読んでいます。
しかし、今まで一つとして正確で誤りのないレポートはありませんでした(この問題の一部は日本危機通信の弱点の一部でもありましょう)。

「誤りのないものがない」とは偏った非核報道(最近は極普通ですが) をさしているのではありません。

「誤りのないものがない」というのは物理や自然法則に関する目に余る間違いであり、原発の建てられ方と制御方法についての基本的な理解の欠如による事実の大きな誤解でもあります。

私はCNN の3 ページにわたるレポートを読みましたが、その一つ一つの段落にはそれぞれ間違いが含まれていました。

 

今何が起こっているかを説明する前に、少し基礎をさらいましょう。

■福島原発の構造について福島の原発はBoiling Water Reactor(BWR) 沸騰水型反応炉とよばれるもので、いわばこれは圧力鍋と同じ仕組みのものです。

核燃料が水を熱し、水は蒸気をつくり、蒸気はタービンを回し電気を作り、そして蒸気は冷やされ凝縮され水にもどり、戻された水はまた核燃料により熱せられます。

核燃料とは二酸化ウランです。二酸化ウランとは一種のセラミックスであり、摂氏２８００ 度というかなり高い融点をもちます。

燃料はペレット(レゴブロックの小さい円柱っぽいもの) 状に成形されます。これらはジルカロイ(融点１８００度) という合金で作られた長い管に詰められ密閉されます。これは燃料棒と呼ばれます。

この燃料棒は束ねられて、より大きなパッケージとなり、そのパッケージがいくつも反応炉に入れられます。これらを総称してコア（炉心）と呼びます。

ジルカロイのケースは最初の防護容器です。これは他の空間から放射性燃料を分離しています。

コアは圧力容器に入れられます。

これは前いっていた圧力鍋です。
圧力容器は二番目の防護容器です。これは一つの頑丈なポットであり、数百度のコアを安全に格納できるよう設計されています。

核反応炉の全体のハードウェア＝圧力容器およびそこにつながれる全てのパイプ、ポンプ、冷却剤(水) 装置は三番目の容器に格納されています。
この三番目の容器は密閉されており、最強の鉄で作られたとても厚いドームとなっています。

三番目の容器はある一つの目的のために設計、建設、試験されています。
完全な核のメルトダウンを内部で受け止めるという目的です。

この目的のため、大きく厚いコンクリートの”たらい”が圧力容器(二番目の容器) の下に位置し、黒鉛で充たされています。三番目の容器の内部全てがです。

これがいわゆるコアキャッチゃーです。

もしコアが解け圧力容器が爆発し(そして最終的に溶け) ても、なお溶けた燃料諸々を捕えられます。
これは核燃料が(訳注:おそらく容器内で) 拡散するように作られているため、冷温停止も出来ます。

この三番目の容器は格納建屋に収められます。建屋はただの雨避けのようなものです(これが爆発によって損傷した部分ですが、詳細は後述します)。

■核反応の基礎ウラン燃料は熱を核分裂により生み出します。

大きなウラン原子が小さい原子に核分裂します。
この際、熱に加え中性子(原子を作る粒子の一つ) を生み出します。

中性子が別のウラン原子にぶつかったとき、さらにウラン原子が分裂し、より多くの中性子を出し続けます。これが核連鎖反応と呼ばれるものです。

ところで、ただ多くの燃料棒を隣り合わせて詰めるだけでは速やかに過度の熱が発生し45 分後には燃料棒が溶けてしまいます。

それでもここで重要なのは、反応炉の核燃料は「決して」核爆弾のような核爆発を起こすことだけはないということです。
核爆弾を作るのは実際とても難しいのです(イランに聞いてみてください)。

チェルノブイリ事故の場合、爆発は過度の圧力上昇、水素爆発そして全ての容器の破裂、溶けた核物質を外界に放出したことにより起こりました(これはいわゆる"dirty bomb"です)。

ではなぜチェルノブイリ同様の事が日本では起こらないのでしょうか。

下で説明します。

核連鎖反応を制御するため、反応炉オペレーターは制御棒を使います。
制御棒とは中性子を吸収し、即座に核分裂連鎖反応を止めるためのものです。

核反応炉はこの流れを遂行できるよう設計されており、通常運転時には全ての制御棒は引き抜かれています。
冷却剤である水が反応熱を持ち去り(そして蒸気や電気を作ります) 同じ割合でコアは熱を生み出し続けます。

そして通常の250 度での運転ではまだたくさんの安全上のゆとりがあるのです。

問題は、制御棒を入れて核連鎖反応を止めた後でも、コアが未だ熱を生みだしつづけているところにあります。

ウランそのものは連鎖反応を止めています。

ただ大量の放射性中間生成物が核分裂反応中にウランによって作り出されています。
これら放射性中間生成物のうちもっとも多いものはセシウムとヨウ素同位体です。

これらの放射能を持つ中間生成物も分裂崩壊し、最終的にはもはや放射能を失ってしまったただの小さい原子に変わっていきます。
それまで放射性中間生成物は核崩壊し続け、熱を生みつづけます。

もっともこれらは最早ウランから新たに生成されることがないので(ウランは制御棒を入れた後即座に崩壊を止めています)、この中間物質は核崩壊によってどんどん減ってゆき、数日かけて使い果たされるとコアは自然に冷温停止します。

それまでこの残った熱が今からの頭痛の種となります。

つまり、放射性物質の最初の「種類」は燃料棒の中にあるウランであり、加えてウランが分裂して生じる放射性中間生成物も一緒に燃料棒の中にあるわけ(セシウムやヨウ素など)です。

燃料棒の外には、これらとは別に二次的な放射性物質が存在します。

燃料棒の内外にある物質には大きな違いがあります。すなわちこの二次的な放射性物質はとても短い半減期を持っているのです。
つまり、これらの放射性物質はとても早く崩壊し、早急に放射能のない通常の物質に変化していくのです。
早くとは数秒ということです。

つまり、もしこれらの放射性物質が外界に放出されても、そう、放射性物質が放出されてもです、危険ではないのです！全くです。
なぜでしょう。
"R・A・D・I・O・N・U・C・L・I・D・E"(放射性核種) と発音している間に、もうそれらは無害になっているのです。
なぜなら放射能のない物質に分解してしまうからです。

この放射性物質とはN-16＝空気中の窒素の放射性同位体です。
他にはキセノンのような希ガスがあります。

しかし、これらはどうしてできたのでしょうか。

大きなウラン原子が分裂するとき、多くの中性子を生み出します。
中性子のほとんどは他のウラン原子にあたり、核連鎖反応を維持させます。
しかしいくつかは燃料防護管を突き抜け、外部の水分子やその水中にある微量元素にあたります。そこで放射性のない物質が中性子を吸収し、放射性を持つようになります。

しかしこれは上で述べたように速やかに(数秒以内に) 中性子を放出し、直ちに元の綺麗な物質に戻ります。

この二次的な放射性物質は外界に放出された放射能に関してとても重要です。

■福島で起きていること主要な事実について纏めたいと思います。

日本で起こった地震は原発が想定した最悪な地震の16 倍です(リクタースケールは対数スケールであり、想定された8.2 と起こった9.0 は16 倍であり、0.8 ではありません)。

よって最初の一撃に全てが耐えられたことは、まず日本工学技術の賞賛に値するところです。

M9.0 の地震が起こったとき、全ての核反応炉は自動停止しました。
地震が始まって数秒以内に制御棒はコアの中に入れられ、ウランの核連鎖反応は止められました。

今、冷却システムが放射性中間生成物の生み出す熱を取り去らなければなりません。
余熱の負荷は通常運転の３％程度です。

地震の直撃は核反応炉の外部電力供給システムを破壊しました。
これは原発にとってもっとも深刻な事故であり、ために原発の停電についてはバックアップシステム設計時にかなり考慮されています。

電力は冷却剤ポンプを動かしつづけるために必要です。原発は停止したので、もう自力で電気を作り出すことはできません。

今回は発生後一時間ほどで第一段階の対処はうまくいきました。
複数ある緊急ディーゼル発電機の内の一つが稼働し、必要な電力を供給しました。

そして次に津波が来ました、それは原発を建てたとき人々が予想だにしなかった大きさのものでした(上述、16 倍)。
津波は複数あった全てのディーゼル発電機を持ち去っていきました。

原子力発電所を設計するとき、技術者は多重防御と呼ばれる哲学に従います。
つまり、まず想像できる範囲でもっとも壊滅的な被害に耐えられるだけのものを設計し、加えてありえないと思うようなシステムの故障が起こったときもまだ制御が可能なように発電所を設計します。

津波が全てのバックアップ電力システムを一度に持っていく、というのがこのありえないと思われることです。

最終防御線は全てを三番目の容器の中(上述)に閉じ込めることです。

これは制御棒が入っても入っていなくても、コアが溶けても溶けなくても、全てを反応炉の中に保持するよう設計されています。

ディーゼル発電機が流されてしまったとき、反応炉オペレーターはただちに緊急バッテリー電源に切り替えました。
バッテリーはコアを８時間冷やす電力を供給する、バックアップのためのバックアップの一つとして設計されていました。
そしてそれらは確かに稼働しました。

その８時間以内に、別の電源が見つかり原発に繋がれました。

配電網は地震のため使用出来ませんでした。
ディーゼル発電機は津波により壊されました。
よって可搬性のディーゼル発電機が運び込まれたのです。

ここから事態が悪くなりました。

外部発電機が原発につなげられなかったのです(プラグが合いませんでした)。よってバッテリーが使いきられたあと、残りの熱は最早取り除けなくなりました。

ここでオペレーターが冷却不可能な場合の緊急時手順に従い始めます。

再度、多重防御に従った手順です。

圧力鍋の電源は想定される限り完全に落ちないように設計されていますが、今回は落ちました。

よって彼らは次の防御線へ後退しました。

私たちにとっては衝撃的ですが、この全てを含め一連の手順はオペレーターがコアのメルトダウンに対処するために行う日々のトレーニングの一部です。

コアのメルトダウンについての話が出始めたのはこの段階です。

冷却剤が注入できなければ、この日の最後にはコアが溶けてしまい(数時間、数日後)、最後の防衛線(コアキャッチャーと三番目の容器) がその役割を果たすしかなくなるかも知れませんでした。

しかしこの段階のゴールは温度が上がりつつあるコアを制御することであり、最初の容器(核燃料を入れるジルカロイ管) を維持することであり、また二番目の容器(圧力鍋) は傷つかず操作可能で、技術者には冷却装置を直すための時間が十分ありました。

コアの冷却はこの様に困難なことなので、反応炉は多くの冷却装置を持っており、それぞれがシステムを持っています(反応炉冷却水浄化システム、反応熱除去装置、反応炉コア隔離冷却装置、代替液体冷却システム、緊急コア冷却システム)。

これらの状態については明らかでありません。

ここでストーブの上の圧力鍋を想像しましょう。火力は小さいですが、たしかに点けてはあります。
オペレーターはできるだけ熱を取り除くため冷却システムの機能を何でも使います、しかし圧力が高くなり始めました。

現在の最優先事項は、二番目の容器(圧力鍋) もですが、最初の容器＝ジルカロイ管を保つことです(融点の１８００ 度以下に温度を抑えることです)。
圧力鍋(二番目の容器) の健全性を保つために圧力を時々抜かなければなりません。

緊急事態にそれをする能力は重要なので、反応炉には11個の圧力開放バルブがついています。
そこでオペレーターは圧力を制御するため蒸気を時々逃し始めました。
温度はこの時点で約550 度でした。

このとき、放射線漏れの報告が入り始めました。
既に私は上で蒸気を逃すことが理論的に放射能を外界に逃すことを意味し、またなぜそれを実行し、それが危険でもないのか、を説明できたと思います。

希ガス同様放射性窒素は人の健康には脅威にはならないのです。

この蒸気開放におけるある段階で、爆発が起きました。

爆発は三番目の容器の外で起きました(私たちがいう「最後の防衛線」の「外」です)。
つまり建屋です。

しかし建屋が放射線防御に関して設計上なにも役割を果たしていないことを思い出してください。

何が起こったのかまだ完全に明らかにはなっていませんが、これがありえそうなシナリオでしょう。

オペレーターは蒸気を圧力容器の外へ、直接外界にではなく建屋と三番目の容器の間に、開放することを決めました。
蒸気中の放射能が崩壊するのに十分な時間を与えるためです。

問題はこのときコアが達していた高い温度でした。
水分子は酸素と水素に分解します。これは爆発性の混合気体です。

そしてこれが三番目の容器の外で爆発し、建屋が損傷しました。

爆発は以上のようなもので、(下手に設計され、オペレーターにより適切に制御もされなかった) チェルノブイリの爆発のような、圧力容器の中でではありませんでした。

だからチェルノブイリの危険性は福島には絶対にありません。

水素-酸素生成の問題は発電所を設計するにあたり重要な問題ですので(ソ連でない限り)、よって反応炉は水素爆発が容器の中で起こることが出来ないように建てられ操作されます。
事実、爆発は外で起きました。

それは意図したものではありませんが、想定の範囲内であり、まったく問題ありません。
なぜならば爆発により容器にリスクが生じることはないからです。

そして圧力は管理下に置かれ、圧力は開放されました。

今は、もしもまだ圧力鍋を熱し続けている状態なのであれば、問題は水位がどんどん下がっていることです。

コアは露出するまで数時間、数日かかるよう数メートルの水で被われています。
一旦燃料棒の頭が出た場合、露出した部分は45 分で１８００ 度の融点に達します。
これが最初の容器、ジルカロイ管が壊れるときです。

そしてこれが起き始めました。

冷却剤が再充填される前に幾らかの(かなり限られたものだが、あることにはある) ダメージがいくつかの燃料棒に与えられました。
核燃料棒それ自体はまだ傷ついていません（融点２８００度です）が、まわりのジルカロイ管（融点１８００度）は溶け始めました。

そこで今起きていることは、ウラン崩壊による副生成物(放射性のセシウムやヨウ素) が少し蒸気に混ざり始めたということです。

二酸化ウランの燃料棒は２８００ 度に達しない限り問題ないので、大きな問題(ウラン) は依然制御下にあります。

かなり微量なセシウムとヨウ素が大気中に放出された蒸気中で観測されたことも確認されています。

これがプランB への"ゴーサイン"だったようです。

観測された少量のセシウムで、オペレーターは最初の容器＝ジルカロイ管のどこかが壊れそうだということを推測しました。

プランA はコアを通常の冷却システムで冷却するものでした。

プランAが失敗した一つのもっともらしい説明は、津波が通常の冷却システムに必要な精製水を全て持っていったか汚染したか、ということでしょう。

冷却システムで使われる水はとても綺麗で、ミネラルが除かれ(蒸留水のようなもの) ています。
純水を使うのは、ウランからの中性子による上述のような反応があるからです。

（ 純水はそこまで激しい反応を起こさないので、実質放射能をもつことが出来ません。それに対して汚れた水、若しくは塩水は中性子を素早く吸収し、より放射能を持ちます。）

しかしそのことはコアには影響がありません。
それが何で冷やされるかは問題ではないのです。

もっともオペレーターや機械工にとっては、わずかならずも放射能を持った水を扱う作業に、命の危険が伴うようになります。

そしてプランA は失敗しました。
冷却システムが機能しなかったか、精製水が切れてしまったのです。

よってプランB が使われました。

以下はそこで予想されることです:

コアのメルトダウンを避けるため、オペレーターはコアの冷却に海水を使い始めました。
圧力鍋(二番目の容器) を海水で満たせたかは分かりません。
また三番目の容器を満たせたか、圧力鍋を水に浸せたかも分かりません。

しかしそれは問題ではありません。

重要なのは核燃料がクールダウンしたことです。

連鎖反応がかなり前に止まったので、今はただ放射性中間生成物の生み出すほんの僅かな余熱が作られているだけです。
大量の冷却水はその熱を取り除くのに十分です。
大量の水があるので、コアは深刻な圧力上昇を引き起こすだけの十分な熱をもはや生み出すことは出来ません。

また、ホウ酸が海水に加えられました。ホウ酸は「液体制御棒」です。
セシウムやヨウ素などのどんな核崩壊反応がいまだに進んでいても、ホウ素はそこから出る中性子を捕まえ、コアの冷却を加速します。http://blog.goo.ne.jp/adlum99v3t/e/b828677d7dec153bab929b9583eed6ef

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