たった1%の綱渡り2011/10/05 15:22

3.11以来、原子力発電の危険性に多くの人が気がつきました。しかし、いまだに推進派からは「より安全な原発を…」とか「原発が無くなったら日本経済は沈没する」といった発言が続いています。もう一度シビアアクシデントが起きたら、それこそ日本が沈没するのに…
今回は、「安全な原発はあり得ない」というお話です。

臨界とか臨界反応とか言いますが、これは連鎖的核分裂反応のことです。一つの原子に中性子が飛び込むことで、その原子が核分裂。その時に飛び出す中性子が、次の原子に飛び込んで… という反応が続きます。連鎖的核分裂反応を起こす物質は、ウラン235とプルトニウム239だけです。

上の図が、連鎖的核分裂反応の仕組みです。基本原理は原爆も原発も同じで、原爆の場合は、連鎖的核分裂反応が1億分の1秒という短い時間に起き、原発の場合は、反応速度を調節して、ギリギリ連鎖的核分裂反応が起きる状態(臨界状態)で、ゆっくりと反応を進めます。
図のように核分裂物質(ウラン235またはプルトニウム239)が二つに割れる時に出る中性子を即発中性子【prompt neutron】と呼びます。

臨界以下の状態では、生まれる中性子の数が足りず、連鎖的な反応は起きません。ところが、核分裂物質の「濃度」「大きさ」「形状」が、ある条件を満たすと臨界に達します。そうなると、今度は一気に反応が進むのです。マッチで花火に火を点けようとしても、なかなか点かないことがありますね。しかし、ある瞬間、一気に火が噴き出します。そんなイメージです。
「形状」で言うと、球がもっとも臨界に達しやすい形です。理由は、表面から逃げる中性子の数が少ないから。原爆では、通常爆薬の爆発力でウラン235やプルトニウム239を球形の一塊にし臨界点を超えさせ、急激な連鎖的核分裂反応(=核爆発)を起こします。

さて、原子炉を考える時、即発中性子だけで臨界に達してしまうと、問題があります。即発中性子は速度が速い上に、臨界を越えると一気にその数が増えます。即発中性子の数や、この時に起きる連鎖的核分裂反応を人間が制御することは不可能なのです。
逆に言うと、即発中性子だけで臨界点を超えてしまうと、原子炉は暴走し、そう簡単に止めることはできません。ガスレンジの火だけならガス栓を閉めれば止まりますが、その火が天ぷら鍋に入ってしまうと、そう簡単には消せません。それと同じです。

通常運転中の原子炉の中で飛び交っている中性子の99%は即発中性子です。では残りの1%は?
遅発中性子【delayed neutron】と呼ばれるものです。
核分裂によって生まれる核分裂生成物の中には、崩壊する時に中性子を放出する元素があります(バリウム87など現在までに45種類が知られています)。この中性子の放出は、核分裂から0.2秒~1分くらい遅れて起きるので、遅発中性子と呼ばれます。

核燃料(燃料棒の束)の中には、出し入れの出来る制御棒があります。材料は、中性子を吸収しやすいカドミウムなど。遅発中性子は速度が遅いので、その数を制御棒によってコントロールできるのです。

もし、制御棒を引き抜き過ぎてしまうと、即発中性子だけで臨界点を超えてしまいます。これを即発臨界と呼んでいますが、要するに原子炉暴走。チェルノブイリは、まさにこの状態になりました。

いや、チェルノブイリだけではありません。人類はこれまでに少なくとも37回の臨界事故を引き起こしています。
過去の臨界事故例1
過去の臨界事故例2
そのほとんどが、即発臨界だったと考えられます。なぜなら、意図せずに起きる臨界状態で、「即発中性子の数が、臨界量に対して99%以上、100%未満」という狭い範囲に納まるのは、余程の偶然が重ならない限りあり得ないからです。

もちろん原爆も即発臨界なのですが、核燃料では、ウラン235の濃度が低いため、原爆のような核爆発までは起きません。しかし、大量の中性子線と放射性物質が短時間の間に生成されます。

分かりやすいように具体的に見ていきましょう。

まず、1999年に東海村で二人の命を奪い、多くの住民を被ばくさせたJCO事故。高速増殖炉の研究に使う核燃料の製造工程で、ウラン溶液が臨界を越えてしまいました。国もJCOも正式には認めていませんが、最初の段階で即発臨界を起こしたのは間違いありません。この図で、「最初のバースト」と書かれているのが、即発臨界です。

即発臨界は、長い時間は続きません。次々と核分裂が起き、ウラン235の数が、あっと言う間に減って、濃度が下がっていくからです。
そして、臨界量に対して、即発中性子が99%、遅発中性子が1%程度になったところで、原子炉内と同じような遅発臨界状態に。JCO事故では、ウラン溶液の周りに冷却水があり、これが遅発中性子をはね返し、外に逃げる中性子が少なかったため、20時間という長い時間に渡って臨界状態が続きました。即発臨界のピーク時に比べて、遅発臨界の状態では、核分裂反応の回数は千分の一になっています。それでも、事故現場の中性子線量がとても高く、臨界を抑えるための作業は命がけでした。小さな原子炉が裸の状態で運転を続けているのと一緒ですから。

福島第1の事故では、3号炉で「即発臨界爆発」が起きたのではないか?と騒ぎ立てる向きもありますが、これは正確ではありません。
まず、即発臨界爆発とは核爆発のこと。核燃料のウラン濃度やプルトニウム濃度では核爆発は起きません。
一方、1号炉から3号炉まで、いずれも地震直後に制御棒が全挿入され、一旦は、核分裂連鎖反応が止まっています。その後、冷却水が止まったために、炉心溶融が起きるのですが、溶け出した核燃料が、一部で「濃度」「大きさ」「形状」の条件を満たして、再臨界を起こした可能性は否定できません。もし起こしていれば、ほぼ間違いなく最初は即発臨界に達したはずです。大きな熱エネルギーが出ますから、さらに炉心溶融は加速。水素の発生も促進されたでしょう。ですから、再臨界(即発臨界)が、より大きな水素爆発を引き起こした可能性はあります。
さらに、プルトニウム239はウラン235よりも即発臨界に達しやすいとされていますので、MOX燃料を使っていた3号炉で、1号炉より大きな水素爆発が起きた理由とも考えられます(現在までに、福島第1で再臨界が起きたとは確認されていません)。

話を戻しましょう。
通常の運転か、原子炉暴走かの境目は、たった1%です。ちょっとしたトラブルや操作ミスで、即発中性子が臨界量を越えた途端に原子炉は暴走します。この暴走は簡単には止められません。かと言って、99%を切ると連鎖的核分裂反応が維持できません。

よくこんな危険な技術に、「人類のエネルギーの夢を託す」なんて言ってきたものです。人類が原子炉を初めて作ったのは1942年の事。原爆を作るためでした。それから69年。もう、『たった1%の綱渡り』から、私たちは足を洗う必要があります。

コメント

_ 塩爺 ― 2011/10/06 14:59

私の身近な反原発、脱原発派の中でも即刻臨界爆発(即発臨界爆発のこと?)で3号機は「水蒸気爆発だった!」とか、「核爆発だ!」(原爆?水爆?)とか言って煽っている方が多くいます。(私は、3号機水素爆発説ですが、、。)
煽り屋さん(誤解してる方)には、この度の貴殿のブログを、よーく読んで学習して頂きたいです。

私は非常に勉強になりました。
冷静かつ、科学的理性を感じる貴ブログのアプローチに感謝します。

_ 南相馬市 大山弘一 ― 2011/10/06 23:42

お世話になっております。
是非、241についてお教え下さい。
よろしくお願いします。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/07 09:10

>大山さん
プルトニウム241ですね。
原子炉内でプルトニウム239が二つの中性子を捕獲して生成されます。従って、ウラン炉よりもMOX炉の方が、たくさんのプルトニウム241を抱え込んでいます。半減期は14.4年。
使用済み核燃料の中では、プルトニウム241はプルトニウム239の1/6程度存在します(重量比)。http://cnic.jp/modules/radioactivity/index.php/23.html

同じベクレル数のプルトニウム241とプルトニウム239が存在する時には、放射線量は同じですが、半減期が短い分、プルトニウム241の方が早く減衰します。
ただし、プルトニウム239はアルファ崩壊、プルトニウム241はベータ崩壊です。

さて、プルトニウム241はベータ線だけ見ておけばよいかというと、そう簡単にはいきません。プルトニウム241は、たくさんの放射性元素を経由した末に安定する4つの崩壊系列のうちの一つ、ネプツニウム系列の起点となる放射性物質です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8D%E3%83%97%E3%83%84%E3%83%8B%E3%82%A6%E3%83%A0%E7%B3%BB%E5%88%97

ベータ崩壊してアメリシウム241になります。これがアルファ崩壊してウラン237に。最終的にタリウム205で安定するまで、何度もアルファ崩壊とベータ崩壊を繰り返します。
ということは、もし、プルトニウム241が体内に入ってしまうと、延々、アルファ線とベータ線による内部被ばくを受け続けるということになります(途中で半減期の長い元素が絡みますが、それでも少しずつ崩壊は進みます)。

プルトニウム241の化学的な性質は、プルトニウム239と同様なので、もっとも心配なのは、肺に入った場合だと思われます。肺ガンの発症率が上がると考えられます。

PS.
大山さんのブログ http://mak55.exblog.jp/14702034/
福島第1からの放出量について、「その量は1,2兆Bqで最も多く(他の)3種合計の約70倍だ」と書かれていますが、この裏は取れませんでした。よかったら教えてください。

_ 大山弘一 ― 2011/10/10 01:18

有難うございました。
大変参考になりました。

>裏は取れませんでした
 ブログ内に保安院の表がありまして238と239それに240も足した値で241の量を割りますと 47倍でした。間違えました。

>使用済み核燃料の中では、プルトニウム241はプルト>ニウム239の1/6程度存在します(重量比)。
241の放出は2号機からが一番多いようですが
このことはどう解釈したらいいのでしょうか?

また 2,4日で239になるネプツニウムもこの表に大量に載っていますが 文科省はこちらも触れていないようですが 何処へ行ったたのでしょう?

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/10 08:46

>大山さん
いつもコメントありがとうございます。
プルトニウム239と241ですが、半減期が1667培違いますので、同じ重量が存在する場合は、ベクレル数で見ると241が1667倍大きくなります。
一方、使用済み核燃料(2年使用後)の中で重量比は正確には5.34:1。ということは、使用済み核燃料でベクレル数を見るとプルトニウム241が約300倍あることになります。
http://cnic.jp/modules/radioactivity/index.php/23.html
の結果と一致しています。

一方、3号炉のMOX燃料の影響ですが、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A6%8F%E5%B3%B6%E7%AC%AC%E4%B8%80%E5%8E%9F%E5%AD%90%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB%E6%89%80%E4%BA%8B%E6%95%85%E3%81%AE%E7%B5%8C%E7%B7%AF
で見ると、3号炉にあったMOX燃料は、32本(548本のうち)だったようです。ですから、MOX燃料の影響は、それほど大きくなかったのかも知れません。
しかしながら、お訊ねの「241の放出は2号機からが一番多いよう」の理由は判断できません。この情報のソースを教えていただけると嬉しいです。今の時点で考えられるのは、燃料の使用時間が影響している可能性があるということくらいです。

2.4日でプルトニウム239になるネプツニウムとは、ネプツニウム239のことですね。
超ウラン元素の生成や崩壊は非常に複雑で、割と知られている「トリウム系列」「ウラン系列 (ラジウム系列)」「アクチニウム系列」「ネプツニウム系列」の4つの崩壊系列だけで語れるものではありません。
ネプツニウム239は、【ウラン238+中性子 → ウラン239 → β崩壊 → ネプツニウム239 → ベータ崩壊 → プルトニウム239】という流れの中で生成されます。基本的に、運転中(臨界中)の原子炉の中でしか作られませんので、短い半減期のせいで、すべてプルトニウム239に変わってしまったと思われます。
ご指摘の「この表」も、参考のためソースを教えてもらえると嬉しいです。

よろしくお願いします。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/10 09:22

>大山さん
追記です。
プルトニウム239はアルファ崩壊、プルトニウム241はベータ崩壊なので、単純比較はできません。電離作用が20倍違うし、アルファ線とベータ線では、体内での透過距離が大きく異なります。
また、239も241も、その娘核種や孫核種が次々とアルファ崩壊・ベータ崩壊を繰り返します。従って、核種そのもののデータ以上に、もっともっと恐ろしい存在なのだということにご留意ください。

_ 大山弘一 ― 2011/10/10 13:15



ご丁寧な解説、まことにに有難うございます。

>>ブログ内に保安院の表がありまして
すみません。言葉足らずでブログ内にURLを貼り付けてある保安院の6月6日発表の IAEA報告書の元になる推定値・・・です。下のURLです。

>この情報のソースを教えていただけると嬉しいです
http://www.meti.go.jp/press/2011/06/20110606008/20110606008-2.pdf
13枚目の表5です。
9月30日の文科省発表ではPu241については全く触れていませんし Np239が変化したであろうPu239の値が非常に小さいのです。

よろしくお願いします。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/10 17:11

>大山さま
ご紹介いただいた資料、ザッとは見ていたのですが、細かいところまで掌握していませんでした。勉強になりました。

で、さっそく、解析してみました。
まず目を引くのは、超ウラン元素、特にプルトニウムに関しては、2号炉からの放出がメチャクチャに多いです。ゼロの数で2桁違いますね。
セシウム134・137、ヨウ素131も2号炉が一番多いです。他を見ると1号炉が一番多いものもあれば、3号炉が一番多いものもあります。

原子炉によって、核種ごとの放出量の比率が異なるのは、施設の壊れ方が、大きく影響していると思います。圧力容器や格納容器の上部が破損しているかどうかで、かなり違うのでは… また、2号炉は、一応、建屋が吹っ飛んでないので、他の2つとは違う傾向を見せているのでしょう。一方、その2号炉からの超ウラン元素の放出が桁違い多い理由は、東電に聞いてみたい思いです。

「241の放出は2号機からが一番多いよう」については、プルトニウム239とプルトニウム241の放出量の比率を計算してみると、1号炉で407倍、2号炉で387倍、3号炉で400倍となります。これは誤差の範囲でしょう。○乗の部分に注意して計算してみてください。

文科省の9月30日の発表
http://radioactivity.mext.go.jp/ja/distribution_map_around_FukushimaNPP/0002/5600_0930.pdf
で、プルトニウム241に関して、まったく触れてないのは、確かに変です。福島第1からは、プルトニウム239の約400倍出ていますから。これは、何かを誤魔化そうとしている可能性があります。

検出されたプルトニウム239の量を多いと見るか少ないと見るかは、難しい問題ですが、プルトニウムは、ほんの少しでも肺に入ったら、肺ガン発症の可能性が出てくる恐ろしい物質です。エアロゾルとかホットパーティクルとか言われますが、そういった微粒子1個や2個を吸い込んだだけでも危険とされています。
http://nucleus.asablo.jp/blog/2011/09/30/6119711
に書いた通りです。

比重が重いので、他の放射性物質に比べて遠くまで飛びにくいのは事実です。しかし、他の物質と一緒に微粒子を形成したり、その微粒子が気泡を含んでいたりすれば、間違いなく遠くまで飛びます。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/10 17:19

>大山さま
保安院6/6の資料を検証するために、簡単なエクセルの計算表を作りました。よかったらダウンロードして、ご使用ください。
http://www.ne.jp/asahi/nonukes/home/files/plutonium.zip

興味のある方は、どなたでもダウンロードどうぞ!配布・拡散自由です。

_ 南相馬市議 大山弘一 ― 2011/10/12 01:32

お世話になっております。ありがとうございます。
とうとう横浜で原発由来のストロンチウム90が検出されましたね。
 子供たちを逃がしたいと活動を続けてまいりました。
「放出31核種を調査しろ!」と3か月拒否されながらも市長にのべ5千名の署名とリコールの脅しも突きつけ漸く9月議会で9月14日、首を縦に振らせましたが
調査依頼先が 「国」とは唖然。そして避難準備区域解除と文科省発表となったのです。
 発表の中に「随時核種についてはわかり次第報告」とは B書いてありますが もうすでにわかっていることでも3か月後が実態です。
 すでにわれわれ福島人の肺には 相当の沈積があるでしょうが 責任のない子供たちには 一粒たりとも
吸入させたくないと思います。
長くなりましたので いったんここで 閉じさせていただきます。

_ 大山弘一 ― 2011/10/12 02:35

プルトニウム241もさることながら
ネプツニウム239の量はPu239の2400倍72兆Bqあり こちらも行方不明。ーーーー心配です。

というよりも 最早、心配している場合ではない・・・のは 気がついていましたが 
311以来ここにいると
「見えないために現実感がわかない」ことが 今、身を以てわかりました。
これまで自分も「何でみんなわからないのだろう?」などと不思議に思っていましたが 実際、親や子供たちを疎開させ 7か月単身赴任で忙殺されながらの生活で 市内の復興特需や住民生活の中にいると 感性や理性のバランスが麻痺しています。

文科省発表のPu238,239,240の総計に対し PU241とネプツニウム239の壊変分を合わせた比率は1:約3,000.
3千倍のプルトニウムはどこへいったか?
77兆のプルトニウム(241が1,2兆、Np239が76兆)の何割が陸上に飛来したとして・・・南相馬で住めますか?

学校や幼稚園が再開してます。急いで解決しないいと
いけません。
どのように考えたらいいのでしょうか?
よろしくお願いいたします。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/12 10:31

ネプツニウムとプルトニウムの問題ですが、二つに分けて考える必要があります。

まず、大気中に放出された総量の問題です。
ネプツニウム239は半減期が2.4日と短いので、放出された76100ギガベクレル(76兆ベクレル)のほとんど全てがベータ崩壊してプルトニウム239に変わっています。
プルトニウム239の半減期はネプツニウム239の366万倍ですので、ベクレル(=1秒あたりの崩壊数)で見ると1/366万になって、0.02ギガベクレルのプルトニウム239が、新たに生まれたことになります。もともとプルトニウム239として放出された分=3.23ギガベクレルにこれを加えた3.25ギガベクレルが、今あるプルトニウム239の分量となります(半減期が2万4千年なので、これはほとんど減らない)。

次に被ばくの問題です。
ネプツニウム239を比重は20.45。プルトニウム(19.8)とほぼ同じで、重い原子です。エアロゾルとかホット・パーティクルとか呼ばれている微粒子状態で飛散したと考えられます。ベータ崩壊なので、外部被ばくよりも内部被ばくが問題です。半減期が2.4日とは言え、大量に出ていますので、事故直後には、福島第1敷地内および至近の地域では、呼吸によってネプツニウム239を体内に取り込んでしまった人はいるはずです。
プルトニウムについては、放出された大半が福島第1敷地内にあるとは考えられますが、本ブログで既報の通り、西海岸のシアトルや東京にも飛散していることは事実です。単純に距離に反比例するわけではありませんが、南相馬に東京の何倍ものプルトニウムが落下したことは間違いないでしょう。
大山さんご指摘の通り、プルトニウム239はもとより、1251ギガベクレル(1.251兆ベクレル)も放出されたプルトニウム241の行方が心配です。

_ 大山弘一 ― 2011/10/14 01:58

有難うございました。お陰様で昨日の記者会見で
オシドリマコさんが質問の運びとなりました。
本日の会見が見ものです。

http://www.ustream.tv/recorded/17848878

政府側は
昨夜の森副大臣への回答と同じことを言っておりまして
昨夜から何も進展していないようです。

これまでの戦い「詰み」に向かっての攻防、まさに「天王山」かもしれません。

プルトニウム241の
汚染状況が 悲しいかな われわれフクシマ県人の避難および移住にとっての頼みの綱です。

_ 私設原子力情報室 ― 2011/10/14 20:47

>大山さま
苦汁の日々が続いているかと思います。どうか、パワーを持ち続けてください。
プルトニウム241の情報について、「悲しいかな」なんて仰る必要はありませんよ!原子力基本法の原点は「民主・自主・公開」です。原則に基づいて、全ての情報を公開せよ!ということだと思います。
個人的には、マスメディアも脱原発派も、「民主・自主・公開」を口にしないのが、もったいない感じがしています。
「民主・自主・公開」は、確かに、正力松太郎と中曽根康弘に、いいように誤魔化され、玉虫色にはなっているのですが、そこには、当時、ギリギリまで頑張った、日本の良心的科学者達の思いが詰まっていることも事実です。
「民主・自主・公開」は、いわば、推進派も認めた原子力の憲法です。東電一社の利潤追求とか、知的財産の保全に対して、間違いなく優先するものです。経産省・保安院の守秘義務に対しても優先します。

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