原子炉が核爆弾になる?

Question

物理学カテゴリが適切かよく分かっておりません。違ったらすいません。(化学?)

武田邦彦教授が
http://takedanet.com/2011/03/post_c209.html

原子炉が原爆のようなことになる、と発言しています。上記サイト以外でもインターネット放送などでも。
これはあり得ることなのでしょうか。
なんといいますか、つながりが分かりません。

具体的に、発電所を原爆のようにするというのはどのような手順で可能なのでしょうか。
原子力というと同じような気も素人考えだとありますが、いくら何でもこの2つは違うように思うのですが。

sailor · Accepted Answer

絶対に起こりません。

なぜなら、原爆のような核爆発を起こすにはウラン235やプルトニウム239の濃度が圧倒的に足りないからです。原子炉の燃料で使う濃度では、まったく制御が出来なくなって、好き放題に核分裂が起こってしまっても高熱を発して溶けてしまう事はあっても、爆発に至ることはありません。

もし原子炉程度の濃度の核物質で核爆弾を作れるのであれば、核爆弾を開発しようとして問題になっている国も、無理して高濃度ウランの濃縮施設なんか作りませんよ。核爆弾を作るには、例えばウランではとりあえず核爆発を起こせる最低の濃度でも７０％以上、実際には90％以上のウラン２３５の濃度が必用ですが、原子力発電で使われている燃料のウラン２３５の濃度は2％から5％でしかないんですよ。

この濃度では何をどうやっても核爆発は起こりません。どうしても爆発させるなら、核燃料を取り出してウラン濃縮施設で９０％以上まで濃縮して、高濃縮ウランを作ってから爆弾にする以外方法はありません。従って原子力発電所が原爆になることはありえません。

過去に起こった原子炉の爆発事故も核爆発によるものではなく、すべて他の原因によるものです。

こんなことは原子力や原爆について少しでも基礎知識のある者ならわかることです。いかにネット上の情報がいい加減かが良くわかりますし、また、こういった情報を流して煽って喜ぶ「品性の劣った人間」や「まったく無知な人間」がいることも確かです。

kagakusuki · Answer

>少しだけ気になるのは3号炉がプルサーマルでプルトニウムを使っていたという事ですが、これが関係あるのでしょうか。

　プルトニウムを使っている事が、何に対して関係していると尋ねておられるのか、御質問の意味が良く解りません。


>汚い爆弾と同じく、爆発(核爆発では無く)してしまった場合、プルトニウムの方が危険、という話は聞いたことが有りますが。

　プルトニウムが危険という話は、金属の状態のプルトニウムやウランは燃えやすく、空気中の酸素と化学反応を起こして燃え上がると、生じたウランやプルトニウムの酸化物が、微粒子となって飛び散るのですが、空気中に漂っているその微粒子は、呼吸によって人体に吸い込まれ、肺の内側に付着して、体内から放射線を出し続けるためです。
　ウラン235の半減期は7億380万年であるのにたいして、プルトニウム239の半減期は2万4110年ですから、プルトニウム239が単位時間あたりに放出する放射線粒子の数は、ウラン235の29200倍も多くなりますし、放出する放射線粒子1個が持つエネルギーも、プルトニウム239の方が十数％程度高いため、プルトニウム239の方が放射能が強くなります。
　しかし、これはあくまで核分裂を起こしていない、ウラン235とプルトニウム239だけを比較した場合の話に過ぎません。
　放射能の強さは、一般的に半減期の短い放射性物質の方が強くなる傾向があり、核分裂反応が起きた後には、半減期が数秒～2290兆年の多種多様な放射性物質が生じます。
　例えば、仮に半減期が1年の放射性物質があったとすると、その放射性物質が単位時間あたりに放出する放射線粒子の数は、ウラン235の7億380万倍、プルトニウム239の2万4110倍になる訳です。
　ですから、核分裂反応が起きた後では、ウランやプルトニウム自体の放射能など問題にならない程の放射性物質が生じますから、プルトニウムの毒性だけを問題にする事は少々的外れな話しになります。
　ウラン235とプルトニウム239が核分裂を起こした後に、生成する各放射性物質の量は、確かに異なっていますが、半減期が短い放射性物質が生じる割合は、ウラン235の核分裂の方が多く生成する放射性物質が多い様です。
　ですから、核分裂反応後の毒性は、プルトニウムの方が高いとは言えないのではないかと思います。

　因みに、日本の商業発電用原子炉で使用されている核燃料は、金属ウランや金属プルトニウムではなく、酸化ウランや酸化プルトニウムを固めたものですから、空気中の酸素で燃える事はありません。（燃えた後の灰を固めた様なものです）

komaas88 · Answer

武田邦彦教授は

核爆発は起こらない。
にもかかわらずホウ酸を入れているのはナンセンスである。
核爆発の恐れがあると示唆しているように思えるので、不安をあおるようなものだ。
なぜ入れているのか（東電は）説明せよ。

といっているように私には思えます。

私は、東電がホウ酸を入れているのは、再臨界の可能性を下げるためだろうと思います。

再臨界をしたら、核爆発に近いとまではいえなくも
臨界に入らない場合よりも格段に多量の熱が出て、圧力容器をこわしかねない（水蒸気）爆発などの怖れが増えるから、
それを防いでいるのではないでしょうか。

いずれにせよナンセンスな策ではないような気がします。

cozycube1 · Answer

（文字数オーバーです。続き）

福島では、燃料棒が一部溶けたと考えられます。しかし、スリーマイルほどではないことは状況証拠が語っています。そもそも地震直後に制御棒がちゃんと入れられて核反応が100％未満になっている上、余熱がスリーマイルほどではないのです。

だから安心せよ、ということではありません。スリーマイルのときは安全を保つシステムが、ほぼ完璧に動いていました。今回はそれらが多数機能不全です。政府発表、原子力安全・保安院などの情報を元に冷静に判断していく必要はあります。今後の調査や解明を元に、考えていかなければならないことは多いでしょう。

要は、心配するところを間違えないようにしましょう、ということです。それでも「核爆発」は心配要りません。どんな高度な技術をもってしても、原子力発電炉を「爆縮」できたりしません。やろうとする人間もいないでしょうけど。

問題はひとつです。余熱といいましたが、すでに高温である燃料棒を冷やすことです。これは元から高温であることが主要原因です。副次的な原因としては、燃料棒も放射線があり、100％をはるかに下回るとはいえ、自然な発熱があることです。報道を見ている範囲では、後者の副次的な原因は制御可能な範囲と考えられます。主要原因については、ピークを迎えて制御が難しくなっても、施設周辺に短期的な影響がありますが、長期的、または広範囲の影響はないと考えてよいかと思われます。

kusirosi · Answer

現在の日本の原発では
原爆のような核爆発は、絶対におこりません。

原爆のウランプルトニウムが、ガソリンとすると
原発の燃料のウランプルトニウムは、灯油のようなもので
別物です。

現在の原発の燃料は、原爆には、なりませんが、長期間燃焼させて発電に使えます。
もし原爆のようにできるのでしたら、周辺から全員退避させて原子炉に米軍の超小型原爆を打ち込んで
連鎖反応で核燃料を誘爆消滅させて、あとは放射能の自然消滅を待つことができますが、それはできないのです。
というわけで現在、心配されているのは、原爆のようなことでなく、炉心溶融してチェルノブイリのように
有毒高濃度放射線が流出することです。

※可能性としては、（発電用原子炉では効率悪いので、あまり使わないと思いますが）
原爆の原料と同じ高濃度のウランプルトニウム使用していたら
事故や制御不能、原爆攻撃の誘爆などで連鎖反応起こし核爆発することは
ありますが＼(^^;)...

cozycube1 · Answer

また武田さんですか。
　東海村の事故でも「臨界」が問題だったのであって、詳細不明な第一報を受けても、核爆発の危険を心配した有識者はいなかったですよ。

今回のことと比べて、はるかに危険であったチェルノブイリ事故でも、真相が明らかになるにつれて、核爆発の心配をする人は急速に減っていきました。当初は放射線からして、地表での核爆発を懸念した当事者はいましたが。もちろん前代未聞の大事故でした。周辺各国での放射線量も、核戦争を疑わせるに足るものでした。
　しかし、さすがに現代でした。衛星写真などで中心となっていると思われるチェルノブイリの様子が明らかになるにつれ、大事故ではあるものの、核爆発ではなかったし、その後もその心配はないとする見解で、各国専門家の意見は一致しました。

それでもチェルノブイリの事故は、平和利用原子力としては最悪でした。それは確かです。原子力発電施設において、臨界のレベルを制御できないほどに「暴走」させてしまったのです。

臨界というのは、「どの程度まで核連鎖反応を起こすのか」ということです。核連鎖反応は、ひとつの分裂核反応が何個の同様の他の原子核に同様の核分裂反応を引き起こすかということです。まあ物質中の原子はあまりに数が多いですから、何個とか考えるより何パーセントと考えたらいいでしょうね。100％なら安定、それを超えると温度上昇、それ未満だと温度低下です。

原子力利用においては、まず臨界のレベルを100％より上げて温度を高めておいて、発電に足る温度になったところで、ちょうど100％にさせて安定に運転することになります。放っておいたら温度がが上がり続けてしまいますしね。緩めてしまっては、発電に足る温度が得られません。

100％を超えてもいけないし、下がってもいけない。もし、エクセルなどの表計算ソフトをお持ちでしたら、これは簡単に確かめられます。1に1.01（101％）をかけ続けたり、1に0.99（99％）をかけ続けたらどうなるかがすぐに分かります。前者も後者も最初はゆっくりと数値が増減します。しかし、だんだんと、そして急速に数値が変化していきます。前者は途方もなく増えますし、後者は限りなく0に近づきます。

不安定なことではあるんですが、既に40年以上前に、これを安定に保つ技術があり、原子力発電があるわけです。しかし、この安定を保てなくなったことが、スリーマイル島原子炉の事故でした。このときに起きたのが「メルトダウン」です。燃料棒が自身の高温で大量に溶けて、原子炉下部に溜まり、放射性元素がかなり大量に漏れました。しかし、事故はそれを冷やすことで収束しました。

これよりはるかにひどかったのがチェルノブイリです。スリーマイルとの差は、臨界がどの程度まで上がるか、ということでした。チェルノブイリで不幸だったのは、臨界のレベルが途方もなく高いところまで行ってしまったことです
　チェルノブイリでは原子炉本体が頑丈ではなかったことです。後者は対応する時間を与えてくれませんでした。それと炉に投与された燃料も多すぎました。冷やすことでは足りず、封じ込めざるを得ませんでした。

それでも、これだけ悪条件が重なったチェルノブイリでは核爆発は起きませんでした。起きようがなかったのです。核爆発を起こすには高度な技術が必要なのです。適当にウランやプルトニウムを集めたら爆発できる、なんて簡単な話ではありません。集めれば勝手に爆発するという簡単な話しなら、ウランを埋蔵している地域で勝手に爆発が起こっていたことでしょう。核爆発を起こすには、爆発的な圧力でウランやプルトニウムを圧縮したりと（それも厳密な計算が必要です）、大変に高度な技術が必要です。

人工知能で言われることですが「サルが適当にタイプライターを叩いても、文学作品ができる確率は0に等しい」と言われています。これは核爆発についても言えることです。

原子力平和利用については、「サルがタイプライターを叩いても、意味のあることができない」ように作られています。むやみにタイプライターを叩いても大丈夫であるのに、さらに安全を期しています。

絶対、と断言しますが、核爆発はありません。原子力工学の初歩でも分かることです。

スリーマイルのほうが今回のことについて参考になることは多いでしょうね。既に関係者は学んでいますし、現在も重要事例として参考にしているはずです。実際、近い事例です。スリーマイルの事故の主要原因は「余熱」です。点検中であっても、燃料棒は高温です。常に冷やしていなければ安全は保てません。冷やさなければ、最後には燃料棒が溶けてしまいます。それが炉心下部にたまってしまったのがスリーマイルでした。

kagakusuki · Answer

御質問の核爆発の件ですが、核爆発そのものは、絶対に起こり得ません。
　私は専門家では御座いませんが、その位の事は判ります。
　何故核爆発が起き得ないかと言いますと、核分裂反応による核爆発は、ある程度、纏まった量の核分裂性物質が、一ヶ所に集まる事により、極端に急速な連鎖核分裂反応が始まり、一瞬の間に莫大な熱が発生するため、爆発となるのですが、
仮に、圧力容器の底に溜まった融けて核燃料で、核分裂反応が起きる様な事があるとしても、融けた核燃料が、圧力容器の底に溜まって行く速度は、ゆっくりであるため、爆発する程大量の核燃料が溜まる前に、（爆発的ではない、比較的ゆっくりとした）核分裂反応が始まって、その超高温により、溜まっている核燃料自体が蒸発し、飛散してしまいますから、爆発には到りません。
　尤も、核燃料が蒸発する程の高温になれば、圧力容器や格納容器も融けてしまいますから、核爆発ではないものの、大量の放射性物質が飛散してしまいます。
　しかし、個人的な推測ではありますが、商業発電用原子炉に使用されている、低濃縮ウランでは、一塊になると、返って核分裂反応が停止してしまうのではないかと思います。
　ウラン鉱石から取り出される天然ウランには、中性子を吸収して核分裂を起こし易いウラン235は、僅か0.72％しか含まれておらず、残りの殆ど（99.27％）は中性子を吸収しても核分裂を起こし難いウラン238が占めています。
　このままでは、核分裂させ難いため、濃縮と呼ばれる処理を行って、ウラン238を除去し、ウラン235の割合を高めて、核分裂し易くしたウランが、濃縮ウランと呼ばれるものです。
　濃縮ウランには、用途によってウラン235の割合が異なり、原子爆弾に使われる兵器級ウランは、ウラン235が90％以上に濃縮されていますが、商業発電用の原子炉に使われる低濃縮ウランは、通常は2～4％程度に過ぎません。
　原子核は一般的に中性子のエネルギーが低い方が吸収し易い傾向があるのですが、ウラン238は丁度、ウラン235の核分裂で放出される中性子が持つエネルギーの付近で、中性子を吸収する確率が増える性質があります。
　このため、ウラン238を多く含む低濃縮ウランの塊では、中性子の多くはウラン238に吸収されてしまい、ウラン235の核分裂に使われる中性子の割合が低いため、中性子の数が次第に減ってしまい、核分裂反応が持続し難いのです。
　原子炉では、低濃縮ウランで核分裂反応を持続させるために、ウランの燃料棒を間隔を空けて配置し、その間を水等で満たしています。
　燃料棒から放出された中性子は、水分子を構成している水素の原子核と衝突する事により、効率良くエネルギーを失い、ウラン238の吸収確率が高いエネルギー領域よりも低いエネルギーになり、ウラン235に吸収される割合が増える様になります。（ウランの塊のままでは、中性子が水でエネルギーを失う前に、ウラン238に吸収されてしまう）
　又、水という邪魔ものに衝突した中性子は、簡単には原子炉の内部からは出られませんから、水が無い場合と比べて、再び燃料棒に吸収される割合が増え、中性子の利用効率が増す訳です。
　この様に、水は単なる冷却剤として以外にも、核分裂反応を持続させるためにも重要な役割を果たしています。
　一つの塊となった低濃縮ウランの内部には、水は殆どありませんから、水による中性子のエネルギーを低下させる機構が働きませんから、殆どの中性子はウラン238に吸収されてしまい、連鎖核分裂反応は停止してしまうのではないかと思います。

kato_masa · Answer

確か原子爆弾は反応をいっきに進めて爆発的なエネルギーを生み出すのに対し原子力発電は制御棒などでゆっくりと反応させるようなものだった気がします。
なので原子炉が原爆のようになるというのは熱で溶けてしまっったことにより制御棒が効かなくなりまた核分裂が起きてしまうことではないでしょうか

間違っていたらすいません。

原子炉が核爆弾になる?

絶対に起こりません。

>少しだけ気になるのは3号炉がプルサーマルでプルトニウムを使っていたという事ですが、これが関係あるのでしょうか。

武田邦彦教授は

（文字数オーバーです。

現在の日本の原発では

また武田さんですか。

御質問の核爆発の件ですが、核爆発そのものは、絶対に起こり得ません。

確か原子爆弾は反応をいっきに進めて爆発的なエネルギーを生み出すのに対し原子力発電は制御棒などでゆっくりと反応させるようなものだった気がします。

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