4号機 核燃料プールの危険性【1】2012/03/10 15:35

3.11から一年が経とうとしています。
福島第1の現状はどうでしょうか… 日本政府は無理矢理の「冷温停止宣言」を発しましたが、現実は、その言葉からほど遠いものです。
塩ビのパイプやホースをつないだ仮設の循環冷却システムは、あちこちで水漏れ。放射性物質の濾過装置は頻繁に停止。いったいどれほどの水が循環できているのか… 大きな余震(あるいはあらたな地震)に襲われたら、仮設循環冷却システムは、ひとたまりもないでしょう。その時には、原子炉や核燃料プールの暴走が始まり、核燃料溶融・臨界といった最悪の事態に向かいます。

そうした中、国内の良心的な研究者はもとより、世界中がもっとも危険視しているのが、4号機の核燃料プールです(一般には、使用済み核燃料プールと呼ばれることが多いですが、使用前の新核燃料も貯蔵されるので、以下、核燃料プールと記述します)。

これまで当ブログでは、4号機の問題を大きく扱ったことがなかったので、一年を期に、じっくりと見直してみることにしました。そして、調べていくに従って、4号機が抱える危険性は、日本の原発が、いや、世界中にある原発が本質的に抱える問題を象徴しているのだということが分かってきました。

■原子炉と核燃料プール
この話を進める前に、原子炉と核燃料プールの関係を簡単に整理しておきましょう(ここでは、プールの話が中心になるため、図では核燃料プールを実際より大きめに描いています)。

左は運転中の原子炉で、炉心では臨界状態の核燃料が核分裂連鎖反応で発熱し、大量の水蒸気を発生。その力で発電用のタービンを回します。
核燃料プールには、使用済み核燃料と、交換用の新核燃料が貯蔵されています。
圧力容器の上の原子炉ウェルのウェル(well)とは、井戸のことで、ちょうど井戸の底に原子炉を埋め込んだような形になっているので、この呼ばれています。

当然、核燃料には寿命があります。福島第1のような沸騰水型原子炉では、1年に1回、1/3ずつを新しい燃料集合体(燃料棒の束)に入れ替えています。つまり、核燃料の寿命は3年だということです。
使い終えたばかりの核燃料は、猛烈に発熱し、放射線量もきわめて高い状態です。ですから、原子炉と核燃料プールの間の燃料集合体のやり取りは、右図のように、原子炉ウェルを水で満たし、すべてを水中で行わなければなりません。

今回の事故で、「なぜ、核燃料プールを危険な高い場所に設置したのか?」という疑問が出されていますが、少なくとも沸騰水型原子炉では、燃料交換の都合から、核燃料プールは高ところに作らざるを得ないのです。「プールをもっと深くすれば…」という意見があるかも知れませんが、それでは設備に費用がかかる上、燃料交換作業が難しくなり、効率が悪いのです。

プールでは核燃料をただ水につけておけばよいわけではありません。使用済み核燃料は、核分裂生成物の崩壊によって、猛烈な熱を発しています。放っておいたら、プールの水はたちまち沸騰、蒸発し、空焚き状態になって、核燃料はみずから発する熱で溶け出してしまうのです。
そうなったら、環境中に大量の放射性物質と放射線が放出されることになります。

■偶然回避された最悪の事態
4号機は2010年11月30日から定期点検に入っていました。あわせて進んでいたのが、圧力容器内の改修作業(炉心隔壁の交換作業)です。このため、炉心にあった核燃料は、すべて核燃料プールに移された状態でした。
下図の状態です。

この時、原子炉ウェルが水で満たされていたのは、まさに偶然。燃料集合体の移動は終わっていましたから、ウェルに水を張っておく必要はなかったのです。
実際、3.11の4日前、3月7日には、水を抜く予定なっていました。ところが、圧力容器内の改修作業が不手際で遅れたため、ウェルは水を張ったままになっていたのです。

次の図に進みましょう。4号炉で起きた事故の流れを示しています。

地震と津波の影響で全電源喪失。核燃料プール内の冷却水が循環しなくなり、水温は見る見る上昇。蒸発も進み、核燃料が水面に顔を出す直前まで事態は進行しました。②の状態です。
ところが、プールとウェルの間にあるプールゲート(水門)は、常にプールの方が水圧が高いという前提で作られています。その結果、プール側の水量が減るに従い、ウェル側からの水圧に耐えきれず破損したのです。
ウェルから約1千トンという大量の水が核燃料プールに流れ込みました。これは、原子炉の設計上からは、まったくの「想定外」の出来事でした。
この時、ウェルから水が流れ込むことがなければ、ほどなく、核燃料プールは完全な空焚き状態になり、核燃料溶融、さらには臨界という事態になったでしょう。
現在の比ではない大量の放射性物質が撒き散らされ、首都圏からも住民が避難しなくてはいけない最悪の事態に進んでいた可能性が高いのです。それは、間違いなくチェルノブイリを越える人類史上最悪の事故です。

●朝日新聞に関連記事あり

次のグラフは、東電が2011年12月2日に公表した「福島原子力事故調査報告書(中間報告書)」の添付資料にあるものです。

分かり難いグラフなので、要点をかいつまんで説明しましょう。
3月14日あたりから水温が90℃に達しています。核燃料の附近では沸騰状態でしょう。水が大きく減ったのが3月15日。その深夜、プールゲートが壊れ、ウェルから水が流入したようです。これにより、満水からマイナス4メートルから3メートルくらいで、水位低下のスピードが落ちています。
しかしそれでも、水位は徐々に下がっていきました。4月21日の段階では、核燃料の頭頂部から1.5メートルにまで迫っています。その後、これまた偶然なのですが、4月22日に、注水によって高くなったプール側からの水圧によって、プールゲートが閉まったのです(完全に閉まったかどうかは分かりませんが、少なくとも水がプールから流れ出しにくくなった)。これによって、注水された水が、プールにだけ留まるようになったので、水位が上がりやすくなったとされています。その後、砂上楼閣的ではあるのですが、一応、安定した状態にはなっています。

しかし、4号炉が最悪の状態にならないで済むために、いくつの偶然があったでしょうか?
1. 原子炉ウェルに水があったこと。
2. プールゲートが、ウェル側からの水圧で破損したこと。
3. プールゲートが、プール側からの水圧で閉まったこと。
この三つの偶然のうち、一つでも起きなければ、どうなっていたのか?それを考えると背筋が寒くなります。

今、福島で避難している人たち、高線量下での生活を余儀なくされている人たち、あるいは、内部被ばくの恐怖の中で暮らす私たちにとって、「幸い」という言葉があまりに不似合いです。しかし、あえて言いましょう。上記の三つの『不幸中の幸い』があったからこそ、結果的に、福島第1は『人類史上最悪の事故』になるのを辛うじて逃れているのです。
最悪のシナリオまで、あと一歩。まさに危機一髪だったのです。

では、危機は去ったのか?
そうではありません。
長くなるので、この先は、次の記事にすることにします。

4号機 核燃料プールの危険性【2】2012/03/10 16:06

■大量の使用済み核燃料があった理由
下の表は、福島第1の原子炉および核燃料プールにあった燃料集合体の数です。60本から74本の燃料棒を束ねて、一体の燃料集合体にするわけですから、一つの原子炉に数千本の燃料棒があることになります。

表を見ると、4号機の核燃料プールに、1,331本という飛び抜けて多い数の使用済み燃料集合体があったことが分かります。
3年間の使用を終えて、原子炉から出てくる使用済み燃料集合体は、毎年約183本です。今回は、圧力容器の改修作業のために、使用途中のものもすべて取り出していたという事情もありますが、多いのはその分だけではありません。2010年以前に取り出された使用済み燃料集合体が、プールの中に783本もあったことになります。

使用を終えたばかりの核燃料は、放射線量も崩壊熱もきわめて高いので、原子炉の直近にある核燃料プールで貯蔵するしかありません。ただ、そのままではプールがすぐに一杯になってしまうので、一年後を目途に、発電所内にある共有プールに移されます。もちろん、水に漬けたままの移動という難しい作業です。その後、そこで数年間冷やしてから再処理、というのが電力会社と日本政府の目論見でした。

しかし、
●東海村の再処理施設は規模が小さすぎて役に立たない。
●フランスとイギリスに委託していた海外での再処理は契約切れ。
●六ヶ所村再処理工場は、トラブル頻発で稼働の見通し立たず。
…という状態で、使用済み核燃料の行き場がなくなっているのです。ちなみに、六ヶ所村はまったく見通しが立っていないのに、使用済み核燃料の貯蔵量だけは、すでに90%を越えています。また、各原発の貯蔵能力も限界に近づいています。
そういった背景があって、行き場を失った多くの使用済み核燃料が、4号炉の核燃料プールに貯蔵されていたのです。

■使用済み核燃料と新核燃料 その怖さの違い
さて、核燃料プールには、使用済み核燃料と交換するための新核燃料も貯蔵されています。ここでは、使用済み核燃料と新核燃料では、危険性がどう違うのか、それを考えていきたいと思います。

新核燃料は95.9%がウラン238で、残りの4.1%が連鎖的核分裂反応を起こすウラン235です。新しい燃料なので、もの凄い放射線を発していそうな気がしますが、実はそうではありません。ウラン238の半減期は44億6千万年。ウラン235は7億年。少しずつアルファ崩壊はしていますが、その線量は限られたものです(近くに長時間いるのは危険です)。
また、崩壊熱もありません。ですから、新燃料の輸送に使う容器には、水も放射線の遮蔽材も使われていません。
●参照:BWR用燃料集合体輸送容器

では、新核燃料の何が怖いのか…
臨界の起きやすさです。ウラン235の濃度が高いので、使用済み核燃料に比べて、少ない量で臨界に達します。
逆に言えば、臨界を起こさないために、核燃料は細い燃料棒に小分けされているとも言えるのですが、燃料棒の被覆管が壊れて核燃料そのものが一か所に集まったら、あるいは、燃料棒同士の距離が近づきすぎたら、それだけで臨界は起きるのです。

一方、使用済み核燃料の怖さは、崩壊熱と放射線です。たとえば、連鎖的核分裂反応が止まってから数年以内に、循環する水による冷却が止まると、みずから発する崩壊熱で溶け出します。溶け出した核燃料が、ある量、ある形で集まれば、使用済みと言えども、臨界に達する恐れがあります。これは、事故を起こした福島第1にだけ言えることではなく、世界中、すべての原子炉がそうなのです。

比較のために、使用済み核燃料輸送容器の図にもリンクを貼っておきます。
新燃料の輸送容器に比べて、とても厳重に作られているのが分かります。しかし、使用済み核燃料は、使用後最低4年経たないと、この容器にすら入れられません。それ程、危険きわまりないものなのです。
ちなみに、使用済み核燃料が、私たちの暮らしや環境に悪影響を及ぼさなくなるためには、最低でも10万年の時が必要です。

■4号機は崩壊しないのか?
はっきり言って、爆発の影響で4号機は傾いています。また、核燃料プールも支えが不安定な状態になっていて、慌てて補強をしたことはご存じの方も多いでしょう。

では、4号機は大丈夫なのか?
決してそんなことは言えない状況です。
余震などをキッカケに、崩壊する可能性は十分にあります。東電も政府も、そのことが分かっているからこそ、ロードマップの真っ先に、4号機の核燃料プールからの燃料集合体の取り出しを掲げています。しかし、燃料取り出しの開始予定は来年末。間に合うのか…

もし、4号機の核燃料プールが崩壊したり、大規模な水漏れを起こせば、まず、使用済み核燃料が溶融します。
その熱で、新燃料が溶融。溶け出した新燃料がある大きさの塊になれば臨界反応が起きます。とてつもない量の放射性物質と放射線がばらまかれることになります。もはや、東日本に人間が住むことはできなくなるでしょう。

前の記事に書いた通り、幾つかの偶然、「不幸中の幸い」が重なって、今の状態です。そして、このまま収束に向かうのかというと、そんなことはありません。これから、福島第1が人類史上最悪の事故になる可能性も否定できないのです。
誰が、こんな不安を抱えながら生きることを望むでしょうか?
原発がある限り、またいつかどこかで、同じようなことが起きます。少なくとも、福島第1を最後にしなくてはいけない。今ほど、その思いを強く感じたことはありませんでした。

南相馬の黒い物質2012/03/10 21:26

テレビのニュースでも報じられたので、ご存じの方も多いと思いますが、「南相馬の黒い物質」の話です。

南相馬の地元の方が、所々の地表面に広がる黒い物質に線量計を近づけて測ったところ、最大31,682cpm(そのまま換算すると、何と94.9μSv/h!)というきわめて高い放射線量が検出され、一部は、プルトニウム239などの超ウラン元素から出ているアルファ線ではないかと疑われた一件です。

●「南相馬の黒い物質」を報じる海外のニュース

アルファ線の方は、専用の機器で測定したところ、一応、不検出となったのですが、「黒い物質」に放射性セシウムが高濃度で蓄積しているのは、間違いのない事実でした。
神戸大学の山内知也教授が高純度ゲルマニウム半導体検出器を用いて計測したところ、セシウム134が485,252Bq/kg、セシウム137が604,360Bq/kg。放射性セシウムの合計で109万Bq/kg。この100万Bq/kg以上という数値は、ゴミ焼却場から出た焼却灰で言えば、コンクリートに固めても埋設できない高いレベルです。こういったものが、南相馬、いや南相馬だけではないでしょう、福島第1から数十キロ圏内には、たくさんあると考えられます。

この「南相馬の黒い物質」は、東北大植物園の鈴木三男教授によって、「らん藻(らんそう)」であると確認されました。らん藻は生物学的にはバクテリアの仲間。私たちの一般的な感覚としては、細菌と植物の中間のような存在です。普段、「藻(も)」とか「苔(こけ)」と呼んでいるものの多くが、実はらん藻の仲間。観賞魚を飼う水槽の内側に付く緑色の藻も、海で赤潮を起こすのもらん藻です。

この、きわめて日常的に私たちの周りにある「らん藻」に、放射性セシウムが高濃度に蓄積しているのです。理由は、らん藻がみずから生き延びるために、空気中や水中、土中から積極的に栄養分としてカリウムを吸収しようとするからです。生体は、化学的な性質が似ているカリウムとセシウム(放射性であろうとなかろうと)を見分けることができませんから、「らん藻」が生きようとすればするほど、その体内には、どんどん放射性セシウムが溜まっていくのです。

ならば、らん藻に近づいたり、触ったりしなければ大丈夫?話は、そう簡単ではありません。
水がなければ活性化しないのがらん藻です。じゃあ、水が切れたら、土にへばりついて、死んでしまうのか?そうではありません。乾燥状態になると、細かく割れて、風の力で空中に舞い上がり、運良く水のある場所に落ちたら、そこで息を吹き返します。そこに、また放射性セシウムがあれば、さらに蓄積が進むということです。また、胞子によっても繁殖しますので、放射性セシウムに汚染されたらん藻の広がりを抑えることは、事実上、困難です。
そして、空中に舞い上がったらん藻やその胞子を私たちが呼吸によって吸い込むのは、まれな事ではありません。
らん藻の生きようとする力によって、私たちは放射性セシウムによる内部被ばくの恐怖に晒され、さらに、予想もしなかった場所に、あらたなホットスポットが作られていきます。

ここまで書いて、一年間に渡って、すっかり騙されていたことに気がつきました。「セシウムは、土壌との親和性が高いので、地面に落ちると土と強く結びついて、再度、大気中に舞い上がることはない」。国や多くの研究者が言ってきたことです。
まったくの嘘でした!
実際には、放射性セシウムを土より先にらん藻が吸収している場合があるのです。また、一旦、土が取り込んだ放射性セシウムをらん藻が吸い上げ、乾燥が進めば、大気中に舞い上がっていた、いや、今も舞い上がっているのです。
そのらん藻の汚染度は100万Bq/kgレベル!このような場所に、今、南相馬の人たち、いや、福島の多くの人たちが住むことを強制されています。本来ならば、人が住んでよい場所ではありません。いったい、誰がどう責任を取るつもりなのか…
今からでも遅くはありません。福島での対策の中心を除染から移住に切り替えるべきでしょう。

そしてもう一つ…
藻や苔への放射性物質の集積は、生態系全体の汚染の出発点となり、食物連鎖によって、私たちにその恐怖が押し寄せてきます。
河川に生えるらん藻を好んで食べるのはメダカのような小さな魚です。その先は、推して知るべしでしょう。
海では、植物性プランクトンや貝類、甲殻類などがらん藻を餌にします。下図のような流れに乗って、放射性物質がバトンタッチされていくのです。

悲しいかな、生体の宿命として、食物連鎖が上位に行けば行くほど、放射性物質の濃縮が進みます。それは、生体が、放射性物質を栄養分と勘違いして取り込んでいくからです(たとえば、セシウムとカリウムを、また、ストロンチウムとカルシウムを生体は区別することができない)。
私たちは、肉や魚や野菜などの食物から吸収した栄養分を体内で濃縮しています。いや、人間だけではありません。すべての生物がそのなのです。摂取した食物から得た栄養分を体内でより濃縮する。生体濃縮は、まさに生物が生きるためのシステム。その中に、放射性セシウムや放射性ストロンチウムが入り込んできて、生命活動と種の保存の根幹を担うDNAを破壊してしまう。そういう話なのです。






Google
WWW を検索 私設原子力情報室 を検索