福島の原発を考える | 考える力を身に付けよう

第17回：質問特集　その3

2011.05.17

菅首相が「浜岡原発の停止」を中電に要請し、中電も要請を受け入れたと発表があったのう。

浜岡原発は、以前から「活断層の上にある」と指摘されてきた。

それから考えると、やむを得ない処置じゃろう。

浜岡に関しては、設計上の問題を指摘する声もあったようじゃ。
それについては、次回の「もんじゅ」特集で特別講師に語ってもらおうとしよう。
それでは、特別講師、今回の解説もよろしく。

質問への回答を書いている途中に次々と新しいニュースが入り、その解説も考えたりして、原稿書きが進みませんでした。
それで、今回は、質問への回答と現状の解説を一体にしてみました。

【原発での作業時間】

原発で作業されている方が1名亡くなった。痛ましいことである。
現地での作業は1日3時間と聞くが、防護服を着ての作業時間としては長時間である。
あの防護服は、サウナ服のようで、暑くて動きづらい。

私の経験でも、汗が服の中にたまり、とても不快であった。
当時の私は30歳になったばかりであったが、1時間ぐらいの作業でも苦しくなった。
防護マスクで呼吸をするには、肺の力を必要とする。
疲れてくると、肺の筋肉がへたり、徐々に呼吸困難に陥る。
息を吸おうとしても、肺が動かなくなるのである。
無理な作業を連続して行った結果、呼吸不能になり、危うく死にかけたこともある。放射線よりよほど怖い。
現地の方の健康管理が心配である。

【政府が非公開とした映像】

NEWSポストセブンより以下の写真が公表された。政府が非公開を決めたという3号機の写真である。
鉄骨は折れ曲がり、圧力容器の上蓋を開ける装置も壊れているようだ。
4号機では無事だった天井クレーンも崩落しているので、下にある燃料プールの損傷が懸念される。
「水素爆発」自体は、想定されていたが、その爆発力は予想を大きく超えていたようだ。

しかも、4号機と同様、燃料プールへの注水が断たれた結果、水の蒸発で水位が下がり、プール内での水素爆発も重なったと推定される。
「爆発音が2度した」との証言があるように、原子炉から漏れた水素の爆発とプール内の燃料棒が高温になって発生した水素の爆発が、ほぼ同時に起きたのであろう。いわば、1号機の爆発と4号機の爆発が3号機で同時に起きたようなものである。
この写真はそのことを裏付けている。

以前、3号機に関して、以下の質問をいただいていた。
なかなか回答が書けなかったのであるが、この写真に関連して、回答を以下に記す（遅くなって申し訳ありません）。

【質問15】
3号機が3月14日11時1分に水素爆発？しましたが、1号機の水素爆発とは明らかに爆発の仕方と規模が違います。
3号機の爆発は、実は水蒸気爆発と水素爆発が同時に起きたと考えられませんか？
（3号機爆発の際、爆発音は2回～3回聞こえました。
日本のTVは音声なしで報じましたが、海外メディアの音声ありで聞こえました。
また、3号機爆発の際、爆発で赤い火が出ていました。）

【質問16】
3号機の建屋から黒煙が立ち昇っているのをＴＶで何度も見ました。
原子炉内はもちろん、冷却プールについても黒煙を出す可燃物があるとは思えません。
おそらく燃料が溶融し、厚さ16センチある鋼鉄製の圧力容器の底に穴を開け、格納容器の下にか
なり落ちていると考えられませんか。それが格納容器の底に穴を開け、外部の物質と接触し燃やしてしまった可能性があるのではないですか。

【回答】
ご質問をいただいた当時は、情報に乏しく、可能性の話しかできませんでしたが、１号機の様子と合わせて考察すると、かなりの程度、ご質問の懸念は当っていたと思われます。
１号機と同様、3号機も燃料の完全溶融が起きていた可能性が高いです。
燃料の酸化ウランの融点は2700℃で、圧力容器の鋼鉄の融点は1550℃です。
燃料が溶けて圧力容器の底部に溜まれば、圧力容器本体は耐えても、制御棒の貫通口などの溶接部はとても耐えられません。そこに亀裂が生じ、汚染水が漏れていると思われます。

改めて3月14日の映像を見てみると、3号機から立ち上っていた水蒸気が二筋ありましたが、一つは冷却プール、一つは格納容器の底部からと考えられます。
原子炉建屋の配管やケーブル管などを通してタービン建屋まで汚染水が漏れてきた事実、さらに、
原子炉の内部圧力が大気圧とほぼ同じになっている情報と合わせて考えれば、圧力容器の密閉は崩れ、放射性物質が格納容器の外にまで漏れたことは確実です。

ただ、ご質問にあった「水蒸気爆発」は起きていないと思われます。起きていたら、原子炉建屋は完全に吹き飛び、チェルノブイリ級の惨事になったと思われるからです。

（注）水蒸気爆発
似たような名称の「水素爆発」は、燃料被覆管のジルカロイが水と反応し発生した水素が大気中の酸素と化合して起こる化学反応です。これに対し、「水蒸気爆発」とは、溶融した高温の燃料が、下部に溜まった水の中に落ち爆発を起こすことです。
チェルノブイリではこれが起き、放射性物質が成層圏にまで吹き上げられました。
福島では、これまでそれは起きていないと言ってよいでしょう。

【福島第1原発：収束工程表見直しへ　細野補佐官が謝罪】

本コーナーの「第6回」【東電の工程表は信用できるのか？】で、本工程に対する懸念を述べた。
また、【水棺（すいかん）で冷やす！　そんなこと可能なのか？】で、水棺（すいかん）への疑念も述べた。不幸にしてこの予測が当ってしまったようで、残念である。

細野首相補佐官は5月13日の会見で「認識が甘かった」と謝罪し、工程表を見直す見解を示した。
（5月16日現在、管首相は「工程表は見直さず」と発言しました。どうなっているのでしょうか）

東電によると、1号機の格納容器の水位は現時点で不明。
目論んでいた冷却システムの構築も、格納容器を水で満たす「水棺」も、実現が危ぶまれる状況と言ってよいであろう。
報道各紙によれば、現在の1号機の様子は、下図のように推定されている。

むき出しになった燃料棒は溶けて崩れ、圧力容器の底部に溜まっている様子。
これまで東電が発表していた下図は、幻想にすぎなかったようである。

【炉心溶融は起きていたのか？】

かなり早い段階で1号機の燃料棒は溶け、圧力容器の底に溜まっていたようである。
水素爆発の後、京都大学の小出裕章助教授が「1号機は再臨界している可能性がある」と指摘された。
本コーナーの第6回で、小出先生のこの指摘に対する質問があり、私は、以下のように回答した。

「燃料の溶融が進めば再臨界はあり得るが、現在は確認できない状態です。
また、たとえ再臨界が起きても、小規模で、一定時間後、臨界停止になると思います。」

実態は、だいたいこのようだったと推定される。
1号機の炉心溶融について、細野首相補佐官は5月13日の会見で「溶融していると思っていたが、圧力容器の底にほぼたまっているとは想定していなかった」と釈明。「既存の計測器の（温度や圧力などの）値が正しいか検証し、工程表に反映させる」と述べた。（報道各紙）

【では、いつ炉心溶融が起こったのか？】

東電のデータがどうも信用できないので、米ニューヨーク・タイムズ紙に出ていたグラフを拝借した。

福島第一原発のゲート近くの計測値ということである（米国の無人機による観測データらしい）。
これを見ると、15日から16日にかけて、3回の大きな放射能の放出が計測されている。

しかし、各号機の水素爆発のタイミングから少しズレているので、以下の如く推理してみた。
1、3号機は、爆発で圧力容器の配管接合部などに損傷をきたし、そこから冷却水が漏れた。
やがて冷却水が失われ、燃料棒がむき出しになった。その後の注水で燃料棒は冷やされはしたが、水をかけているだけで浸かっていないため、燃料棒の温度は上昇。
やがて燃料は溶けだし、圧力容器の下部に溜まり出す。
皮肉なことに、容器内の水は底部に少ししかなかったことと、燃料溶融がゆっくりと進行したことで、水蒸気爆発は起きなかった。

しかし、溶融した燃料の温度は約2700℃に達する一方、圧力容器の鋼鉄の融点は1550℃。
それでも16cmの厚みは大きい。容器本体は耐えたと思うが、底部には制御棒を出し入れするための穴がたくさん開いている。
この配管接合部の溶接は、長時間の高温に耐えることができない。
ここから容器の外へ漏れ、やがて建屋外に放出された放射性物質が観測されたのが、15日～16日のデータではないかと思う。

【質問20】
1号機は再臨界が起きたと思うのですが、核爆発は大丈夫なんでしょうか。

【回答20】
再臨界が起きた可能性はありますが、今となっては不明です。
推定ですが、溶けた燃料は、塊（かたまり）となって圧力容器の底部に溜まりました。
この塊（かたまり）が一定の量に達した時に、再臨界が起きた可能性があります。

ただ幸いなことに、底部で塊（かたまり）となった燃料棒の残骸は、底部の水に完全に浸かった格好になり、また、大量の水を上から注水した効果により冷やされ、いったん起きたかもしれない再臨界も停止したものと思われます。

冷却装置が稼働しなくても、注水を続けている限りは、再臨界は起きず、従って核爆発はないでしょう。
大量に出る汚染水の処理は、また別問題ですが・・

【質問17】
1号機のD/W放射線量が、4月7日夜の最大余震後100Sv/hを示したあと、データが取れなくなっていますが、これは現在どのような状態になっていると考えられますか？

再臨界が考えられますか？機器の故障でしょうか？
保安院からも東京電力からも説明はないし、情報も開示されませんが、何か隠しているのでしょうか？
（注：D/W＝圧力容器、Sv＝シーベルトです）

【回答17】
回答が遅くなって申し訳ありません。ご質問は、下図のデータのことですね。

これは、保安院のデータですが、3月下旬～4月上旬にかけての1号機の放射線量の推移を示したものです。
横軸が日付、縦軸が放射線量を表わし、単位はシーベルト／ｈです。
赤い線が「圧力容器」内、黄色の線が格納容器下の「圧力抑制室」内を表わしています。
たしかに、4月8日に圧力容器内の放射線量が、いきなり100シーベルト／hに跳ね上がっています。
しかし、この後（つまり、9日以降）は、データが公表されませんでした。

このことと、クロル38が検出されたことで、京大の小出先生は、再臨界を疑ったようです。
しかし、「圧力抑制室」の放射線量（黄色い線）が増えていないことと、中性子が未検出だったこと。
また、先のニューヨーク・タイムズ紙に掲載されたモニタリングポストのデータも異常がない事を考えると、再臨界ではなく、計器の故障だったのではないかと思います。

このような疑いに対して、知らん顔する（説明できない？）ことが、不安を助長しています。
関係者は真剣に考慮すべきと思いますが。

【圧力容器、格納容器の強度】

政府は、当初「圧力容器、格納容器とも無事」を強調してきた。
そのことで、安心していた人も多かったはずである。
ところが、汚染水の漏水がはっきりしてきた頃から、「損傷があるかもしれない・・」とトーンが鈍ってきた。
これはウソを言い張っていたわけではなく、広報を務めた枝野官房長官らの知識が乏しかったせいだと思う。
原子炉の構造に関して、先月、質問をいただいていた。他の記事を書くことに時間を取られ、なかなか回答が出来ませんでした。申し訳ありませんでした。
遅きに失したとは思いますが、まとめて以下に解説します。

【質問18】
格納容器は厚さ2メートルの鉄筋コンクリートで覆われているということですが、もし圧力容器内または格納容器内外で、水素爆発もしくは水蒸気爆発が起きた場合、圧力容器と格納容器は、どの程度耐えられるものでしょうか？
(大型旅客機が激突しても大丈夫という説もありますが）

【質問19】
原子炉の構造を示す図が、圧力抑制容器がドーナツ状になっている図（この場合、格納容器の下に水はないですよね？）と、格納容器の下がプールになっていて水が入っている図と、２パターンあり、ニュースや解説ではごちゃまぜに出てきます。

【回答】
いままで、ニュースやＮｅｔでさんざんご覧になったと思いますが、1号機の構造図を以下に掲載します。

また、炉心（燃料棒集合体）を内包する圧力容器の構造図と模型写真を以下に掲載します。

いずれも、東電発表。

圧力容器は厚さ16cm（1号機の場合）の鋼鉄製であり、炉心溶融にもかなりの時間持ちこたえられる性能を持っています。
しかし、図を見ればお分かりのように、たくさんの接続口があり、外部のさまざまな機器とつながっています。
その数は、底部の制御棒の出し入れ用の穴を含めれば、およそ100箇所にも及びます。
ここの溶接部の強度は本体ほどありません。
今回も、燃料棒が溶けて高温の塊（かたまり）になった熱で、溶接部の損傷は相当多岐にわたっているものと思われます。

一方、格納容器は厚さ3cm程度の鋼鉄製ライナーですが、周囲を2メートルのコンクリートで固められており、さらに下の部分は人工の岩盤（マンメイドロック）が敷き詰められています。
ですから、万が一、溶融した燃料棒の塊（かたまり）が落ちてきても、ここを突き抜けることは考えにくいと思います。

最後に、福島を含む主な原発で使われている原子炉の型と簡単な構造図を以下に示します。

福島第一原発の１～５号機は一番古いMARK-Ⅰ型です。浜岡の１、２号機もそうです。
格納容器が小さく、熱が逃げにくい構造であることが分かると思います。
MARK-Ⅰの改良型、およびMARK-Ⅱ型は、この欠点を補うように格納容器の容量を多く取っています。
MARK-Ⅲ型やABWR型は、複数のチャンバ室を持つ全く新たな設計の炉です。

【建屋内で2000ミリシーベルト＝地下に水、格納容器から漏出か】

原子力安全・保安院は5月14日、1号機の原子炉建屋内を13日午後にロボットで調べたところ、最大で毎時2000ミリシーベルトの線量が観測されたと発表した。(時事通信)

4月26日時点で「格納容器に10,700ｍ3の窒素を注入したが、一定以上に容器内の圧力が上がらない」と発表されていた。
格納容器の容量は約6,000ｍ3だから、圧力は2倍近くになってよいはずだ。
それが上がらないということは、注入した窒素が容器から漏れていることになる。

窒素が漏れているなら、水は当然漏れている。推定で4,000トン以上の水が漏れている計算になる。
このことと、建屋内で2000ミリシーベルトの高濃度汚染が検出されたことを合わせて考えれば、溶けた燃料棒の放射性物質が、原子炉建屋内にまで拡散したと考えるほうが自然である。
もはや、水棺作業は風前のともしびとなった。

以前、本コーナーで紹介した、右図のように建屋全体を水に浸す案（質問者からの提案）が必要かもしれない。
しかし、全体を覆う構造物の建設、および耐震まで考えた強度が保てるかなど、技術的な問題は多い。

【半減期とは？】

以前から、「半減期のことを詳しく教えて」というご質問を、何人かの方から受けていた。ここで、まとめてお答えする。

【質問21】
放射線物質には「半減期があるので…」とよく耳にしますが、時間が経てば消えていく物なのでしょうか？
化学反応によって生成された物質がなくなると言われてもよく解りません。
例えば（あり得ませんが）「ヨウ素は空気中の水素と反応して形が変わる」と言われればわかりますが、半減期になったらどうなるのでしょう？
学生の頃、理科の時間で、「物体は形を変えるけれども無くなることはない。」と習った気がします。
（例えば水が氷になったり水蒸気になったり）
人工的に作られた物質（放射線元素？）が消えて無くなるとは思えないのですが。

【回答21】
以下に、原子炉で生成される放射性物質とその半減期を一覧表にしました。

放射性物質とは、不安定な元素で、自然に崩壊し、その時に放射線（α線、β線など）を出す元素を指します。
この放射線を出す能力が半分になる時間を「半減期」と言います。
ここで勘違いして欲しくないのは、物質が半分に消えるわけではありません。
放射線を出す能力が半分になるだけで、物質の量は変わりません。

厳密に言えば、ごくごく僅かな質量が消えてエネルギーに変わります。これが「原子力」です。
このエネルギー量が、E=m×C×C（m＝質量、C＝光速度）という途方もない量であることを発見したのが、アインシュタインというわけです。

ご質問者の『学生の頃、理科の時間で「物体は形を変えるけれども無くなることはない。」』と聞いたことは「エネルギー不滅の法則」といって、正しい知識です。
このことが「減る質量＝エネルギー量」の等価式を経て、原子力の発見につながったわけです。

放射線を出す元素が「崩壊する」という言葉をよく使いますが、これは「消える」という意味ではなく、「別の元素に姿を変える」のです。

ご質問者が、『例えば（あり得ませんが）「ヨウ素は空気中の水素と反応して形が変わる」と言われればわかりますが、』と言われていますが、「あり得る」のです。
ただし、これは「化学反応」ではなく「原子核反応」なのです。

たとえば、毎度おなじみになったヨウ素131ですが、β（ベータ）線を放出して、放射性のキセノン-131m（131Xe）に変わります。

さらに、放射性キセノン131m（半減期11.84日）は、γ（ガンマ）崩壊によって安定したキセノン131に変わり、もう崩壊しなくなります（つまり、放射線を出さなくなります）

ですから、水道水などに含まれるヨウ素131は、計算上19.861日ぐらい（実際にはもうちょっと早いでしょう）で、安定キセノン131になって無害化していきます。

【質問22】
半減期で放射能が半分なくなるのなら、半減期の２倍で全部なくなるのではないのですか？
ところで、どこまでいったら放射能はゼロになるんですか？

【回答】
半減期の2倍の時間が経過しても放射能はゼロになりません。2倍の時間が経過するということは、1/2－1/2＝0ではなく、1/2×1/2＝1/4　になるのです。その後も、1/4×1/2＝1/8となって、加速度的に放射能は減っていきますが、永遠にゼロにはなりません。

しかし、先の1/2を掛け続ける計算を進ませていくと、1.0を下回る時がきます。
100個の原子があった場合、半減期の7倍くらいの時間で、0.78125と1.0（事実上のゼロ）を下回り、核崩壊は止まります。
原子の数が1000個の場合は、半減期の10倍くらいで1.0を下回ります。
このように、最初の量によって、ゼロになる時間は変わってきます。

ただし、上記の計算は単純化してあります。実際は「放射性物質がいつ崩壊するか？」は確率で決まる現象です。
半減期とは「これだけの時間が経過したら、崩壊している原子の確率が50％」という時間なのです。
確率的な現象ですから、崩壊数が50%より多いこともあるし、逆に50%より少ないこともあるわけです。
だいたい、半減期の10倍くらいの時間が経過すると、放射能は最初の1/1000ぐらいまで減少します。

【質問23】
ヨウ素131はキセノンになると聞きましたが、キセノンの危険はどうなのでしょうか。

【回答23】
キセノンは、「希ガス」という、他の元素と化合しにくい元素で、毒性はありません。
確かにキセノン131ｍは放射性物質ですが、内部被曝しても滞留時間はごくわずかで、半減期を待たずに体外に放出されます。
人間は、生体ですから、「必要なものは取り込み、不必要なものを排泄する」という機能を持っています。
まったく心配は要りません。