福島原発事故について基本的なことを教えて下さい

福島原発事故は悪夢のようですが、それについてのテレビの解説は、肝腎なことに触れられておらず、それがいっそうわれわれ庶民の不安を強めてしまいます。事態をを客観的に説明することが最重要と思われるのに、いたずらに同じような無意味な安全宣言がなされるばかりです。以下の５点につき、どれでもいいですので、ご存知（ないしかなりの確度で判断できる）なら教えて下さい。

（１）放射性降下物が現に出ているわけですが、これはどこから出ているものでしょう。もし原子炉・格納容器が無事なら、そこからは出ていないはずですので、使用済み燃料が損傷し、その水に浸っていない部分が高温になって、そこから飛散しているのが大部分であると理解していいでしょうか？

（２）もし、（１）の推測が正しければ、使用済み燃料プールが水で完全に満たされれば、放射性物質の拡散は、比較的安全なレベルに落ちると考えていいでしょうか。（水漏れによる放射性物質の流出は続くとしてもです。）

（３）逆に、悪い方向に事態が進み、人が原子炉周辺に近づけなくなってくると、拡散が放置されざるを得ないことになりますが、その場合、燃料棒の中で、すでに産出してしまった放射性物質の拡散に留まるのか、今後も無視できないほどの新たな放射性物質が産出されつづけるのか、どちらでしょう。重いウランやプルトニウム自体も飛散する可能性はあるのでしょうか。

（４）そもそも、燃料棒１本あたり、どれだけのウラン、ないし、プルトニウムが含まれているのでしょう。また、１号機～４号機で（使用済み燃料棒を含め）総計何本の燃料棒があるのでしょうか。それは、核物質の総量で言えば、広島（ウラン）型／長崎型（プルトニウム）原爆の何倍と見積もることができるでしょうか。

（５）燃料棒のウラン濃縮率はきわめて低いと聞きました（それでどうして臨界状態までもっていけるのか原理はよく分かりませんが）。そのことは、メルトダウン後の「再臨界」の可能性を低くしていると考えていいでしょうか。（ホウ酸を注入していることも加味して、「再臨界」の現実的な可能性を教えて下さい。先例がないので、分からなければ分からないということでも結構です。）

　以上です。よろしくお願いします。

No.6 ベストアンサー 回答者： kenchin 回答日時： 2011/03/25 14:15

Q5

[結論]
ホボ無いと考えていただいて結構かと思います。

[解説]

難解なので、私の回答では理解できなければ再回答を要求し
てください。（ゴメンナサイ）


先ずは臨界の定義と基礎知識から。（これが難解なんです。）

原子核分裂の連鎖反応が持続する状態を「臨界」といい、臨界
状態を維持するための最小の核分裂物質の最少の質量を「臨
界量」といいます。

原子核分裂の反応によって生成される中性子は、ウラン
プルトニウム等の核燃料物質が核分裂反応（ベータ崩壊）を起こ
したときに発生する「即発中性子」と、核燃料物質が核分裂を起こ
した後に生成される核種がさらに壊変を起こすときに、核種の
分布により一定割合で放出される「遅発中性子」とに分けられます。
臨界に達するのに遅発中性子が必要な場合は遅発臨界と、即発
中性子のみで臨界に達するならばこれを即発臨界と呼びます。

なお原子爆弾は即発臨界によって生まれる中性子を利用して
臨界状態を保ちます。



次に、厳密には正確でないですし、一部には理解しやすいように
敢えて嘘っぽい説明を交えてますが、アウトラインをしっていただく
ために解説を。


原子爆弾についても原子炉にしても、起動には中性子が必要で
核分裂（核分裂反応）のうち、ベータ崩壊で新たな中性子を生み
出す核種を利用すれば、連鎖的に核分裂反応を生み出すことが
できます。（ザックリ言うと以下のような図です。）

　　親核種＋中性子→娘核種＋中性子


で、ある一定濃度のU235なりP239は「ある一定以上の量（密度）」
であれば高速中性子によって核分裂を始め、更に核分裂が進行
することで中性子を出す量2倍ほどに増加して、更に核分裂の速度
を加速させます。（鼠算＋鼠算の加速。2のｘ乗が５のｘ乗になる）

この性質を利用して、火種を入れた親核種を火薬で圧縮することで
瞬時に核分裂を起こす。
これが簡単に説明した改良型原子爆弾の原理です。

広島型と長崎型はまた少し違うんですが、そこまで御理解いただく
のは無理と思うので割愛。興味がありましたら専門書をお読みくだ
さい


西側の原子炉（軽水炉）は主に低速中性子を使います。
高速中性子は原子炉燃料中のU238に多量に吸収されるので、U235
が安定して臨界を保つことができません。
他方、低速中性子（熱中性子）はU238が吸収しにくくU235が効率的に
吸収します。
そこで炉内に減速材（ホウ素を含んだ水）を充填することで、高速中性
子を少し原則して低速中性子にしてやります。

　　　＊：軽水炉の安全性で「何かあって軽水が圧力容器から
　　　　　抜けても核分裂反応は自動的に停止する。」って聞かれた
　　　　　ことは無いですか？　

つまり
　　１、現在ある核燃料をある一定以上の濃度（密度）に保ってやるか
　　２．再度減速材を安定して供給してやり、かつ火種を十分に投入
　　　　してやるか
をしないと再臨界しません。

もちろん、今後の操作等でこういう状態（特に２）にならないとは断言
出来ないんですが、まぁ悪意を抱えない限り再臨界条件は成立しない
のではないかと考えています。

ただし。
今回の状態は私も初めてで、実験用原子炉でも使って敢えてこういう
条件を作り出した経験もないですから、完全に「無い」とは断言でき
ません。

No.5 回答者： kenchin 回答日時： 2011/03/25 13:32

ごめんなさい、下の回答で

＞なお3号機はMOX燃料ですのでプルトニウムが最大９％程度含まれています。

ってのは私の誤植です。
調べたら、3号タイプのMOXはU235と同濃度の
P239を添加したタイプの燃料みたいです。

No.4 回答者： kenchin 回答日時： 2011/03/25 13:28

Q3

[結論]
圧力容器内部の温度等が正確に解らない時点では確定とは言えませんが
既存の娘核種が無視できないレベルで放出される可能性が最も高いですし
燃料に含まれるU235等も崩壊を続けて娘核種を生み出しますので、放出は
ある程度続くでしょう。（ただし、この娘核種は飛散性が小さいので、この部
分だけになれば影響は暫減します。）

　　＊：元の核分裂性物質が核分裂することで生まれた核分裂性
　　　　物質。元の核分裂性物質を親物質と云う。
　　　　今回ならU235等が親、ヨウ素131やセシウム137が娘。

核燃料自体が拡散する可能性も否定できませんが、私個人は、そいういう
シナリオには至りにくいと考えます。

[説明]
核燃料自体が焼き固められています。（燃料ペレットと云います。）
これは非常に強い放射線を出すものの、使用済み燃料を溶解するのに高濃
度の硝酸を大量に使用した強制溶解工程が必要なほど強固に固まっていま
すので、外から何らかの人為的操作（場合によっては放水もそれに該当しま
す。）を加えない限り大丈夫かと思います。
原子炉停止（連鎖的核分裂停止）後2週間ほどが経過しましたので崩壊熱も
大分低下してくる頃ですから、溶融しても恐らく現状なら格納容器底部で止ま
るだろうと見ています。

この様な理由から、核燃料自体が飛散することは少ない、ただし既存の娘
核種（ヨウ素131、セシウム137）はまだ大量にあると思われますから、しばら
くは大量の放射性物質が出ると予想しています。


Q4
[結論]

装荷中燃料（単位：ｋｇ）
　　　　　　1号 　2号 　3号　 4号　 5号　6号 合計
U２３５　　2.07　2.82　2.82　2.82　 0　 0　　10.53
P２３９ 0 0 2.82 0 0 0 2.82

冷却プール内燃料（単位：ｋｇ）
　　　　　　1号 　2号 　3号　 4号　 5号　6号 合計
U２３５　　0.50 1.01 0.88 2.28 1.62 1.51 7.81
P２３９ 0.50 1.01 0 0 2.28 1.62 1.51 7.81

総計（単位：ｋｇ）
U235＝18.34kg（広島型原爆0.4発分）
P239＝10.63kg（長崎型原爆2発分）


ただし
　１）装荷量、冷却水プール燃料は以下の値を使った。
　２）U235濃度は、装荷時3％、使用済み時1％として計算した
　３）3号を除くP239濃度は、装荷時0％、使用済み時１％として計算した
　４）3号についてはMOX燃料であるので、P239濃度は装荷時3％として
　　　計算した。
　５）定期検査中の５～６号機は装荷燃料無しとして計算した。


広島型原子爆弾：U235約50kg
長崎型原子爆弾：P239約5kg


【原子炉】
　　　　　　　　　　　1号機　　　２～５号機　　　6号機
熱出力(万kW)　　　　　138　　　　238.1　　　　　329.3
燃料集合体数(体)　　　 400　　　　548　　　　　　764
燃料集合体全長(m)　　 約4.35　　約4.47　　　　　約4.47
ウラン装荷量(t)　　　　69 　　　94　　　　　　　132
燃料集合体(本)　　　　400 　　　548　　　　　　　764

なお3号機はMOX燃料ですのでプルトニウムが最大９％程度含まれています。
それ以外のプルトニウム量は、使用済み燃料で約１％です。


冷却プール内使用済み燃料の量と健全性
　1号：不明（292体）
　2号：不明（587体）
　3号：損傷の可能性（514体）
　4号：損傷の可能性（1331体）
　5号：健全（946体）
　6号：健全（876体）

No.3 回答者： kenchin 回答日時： 2011/03/25 12:29

Q1について。

[結論]
冷却水プールの使用済み燃料からも出ているでしょうし、原
子炉圧力容器からの蒸気放出でも出ています。
どちらが大きいかは現時点では確定していませんが、私の
考えでは使用済み燃料プールからの漏えいの方が多いので
はないかと推測しています。
ただし、現状は「核燃料自身が飛散している」という状態では
ないかと思います。

[説明]
ウォッチしている範囲でも「ひょっとしたら核燃料自体が飛散
しているのではないか？」と私も一瞬疑いました。
これは核燃料自体が飛散しないと出てこないはずの放射性
物質を発電所敷地境界で検知したという報道からです。
ただ、それ以後安定して測定したという事が言われていませ
んし、構内の放射線レベルや海域の測定結果、昨日の作業
員事故レベルについて報道を見た範囲でも、少なくとも昨日は
漏れている様子が見えませんでしたので、起きていないという
観測に傾いています。

現在出ている物質はヨウ素131とセシウム137です。
これは核分裂反応に伴って出てくる物質で、本来は燃料棒の
内部にある隙間に収まっているはずの物質ですから、燃料棒の
外側（被覆管）であるジルコニウム合金が破損していることは
ホボ確実です。（溶融しているかクラックかは不明）

また放射性量が継続して高いことから、格納容器から継続して
漏水していない限り、また継続して圧力容器等内部の蒸気を
大気放出していない限り、線源は冷却水プール内部の使用済み
核燃料（と、そこから漏出した水等）と判断するのが妥当でしょう。
また、これらの物質は蒸気とともに拡散する性質が強いので
冷却プールから継続して蒸気が大気に放出されている現状も
この観測を補強します。


Q２について。
[結論]
そう考える事も出来ますが、激的に落ちない可能性もあります。

[説明]
「水漏れは除く」と書かれていましたが敢えて。

昨日、原子炉建屋とは別建築物であるタービン建屋地階で作業員
が被ばくしたように、少なくともタービン周辺まで従来観測されてい
た以上の放射性物質を含んだ水が流れ出しています。

もちろん、地階の水はタービン建屋他で外部と遮蔽されていますの
で放射性物質が拡散する恐れは非常に少ないのですが、建屋に
どういう経路で水が浸入したか確定できない限り、構内の他の場所
にも拡散している可能性は否定できません。
これらの水が瓦礫類に付着・乾燥したのちに風に煽られ、ほこりが
大気中に拡散する可能性が否定できません。

また、圧力容器内部の蒸気放出が続く可能性もありますので、激的
に下がらない可能性を否定できません。

更には。
もし冷却水プールが破損しており、そこに大量の水を継続して注水
し、かつ燃料棒の被覆および燃料棒内部の核燃料自体に深刻な
破損が発生して燃料自体を注水が洗う状況になれば、やはり放射
線レベルは低下しない可能性があります。

この回答へのお礼

kenchin様

　懇切なご説明ありがとうございました。おかげさまで、大体の現実的なアウトラインを思い描くことが可能となりました。とくに正味で何トンもあるのではないかと危惧していた、核物質量が、現実にはそれほど多くないことは不幸中の幸いでした。
　とはいえ、これはかなり深刻な事故で、終息にはかなりの時間を要し、被害も少なからぬものが生じるように感じております。1961年のアイダホでの、比較的小規模な原子炉事故の記事（『ニューズウィーク』）を読んでも慄然とします。
　また新たな質問することがあるかもしれませんが、その節はよろしくお願いいたします。
　取り急ぎ御礼まで申し上げます。

お礼日時：2011/03/25 15:08

No.2 回答者： Mokuzo100nenn 回答日時： 2011/03/25 11:55

（１）原子炉圧力容器の内部の温度が上がったので、外部から注水して冷却する必要あります。

外部から注水するためには、内部の圧力よりも高圧で注入する必要がありますが、内部の圧力が高すぎるので、圧力を下げるために内部の気体を放出しました。このことで高濃度放射性物質が外部に拡散されました。したがって、原子炉は損傷していないにもかかわらず、原子炉内部の危険な空気・水蒸気が汚染の原因になっていると思います。使用済み燃料貯蔵プールからの放射性物質とどちらが多いかは不明です。

（２）放射性物質の拡散が比較的安全なレベルに落ち着くには下記の二点を達成する必要がると思います。
１：使用済み核燃料貯蔵プールを海水で満たす。
２：原子炉格納容器の冷却用ポンプを稼働させ、内部の循環によって冷却を可能とする。

（３）核分裂連鎖反応は停止しているので、核反応生成物が新規に生成されているわけではありません。既にある核反応生成物の飛散防止ができれば、拡散は無くなると考えられます。いまやっている対策は全て「事後処理」を完了することです。

（４）判りません

（５）温度が上昇することで核分裂連鎖反応が起きる（再臨界）可能性は無いそうです。ウラン濃度は現場で濃縮が進むことはないので、低濃縮ウランが高濃縮ウランに“変身”することはありません。したがって、核爆弾が出来て核爆発する心配は無用です。燃料棒が溶けて低濃縮ウランが堆積したとしても、高温だからといって低濃度ウランが臨界になることはありません。誰かが外部から熱中性子を打ち込まなければ再臨界の心配は無用です。

この回答へのお礼

Mokuzo100nenn様

　早速のご回答ありがとうございました。冷静なコメントで、不安が大分静まりました。
　また質問することがあるかもしれませんが、よろしくお願いいたします。
　取り急ぎ、御礼まで申し上げます。

お礼日時：2011/03/25 15:21

No.1 回答者： wr_limited2004 回答日時： 2011/03/25 11:43

(1)格納容器の圧力が上がったので格納容器を破損しないようにバルブを開放しました。

　その結果、格納容器内の放射線を大気に放出しました。
(3)臨界はチェルノブイリで発生しました。
　チェルノブイリではロボットを投入して対処しました。その後のコンクリート投入は人海戦術です。
　現状では臨界は発生しないので、水を投入し核が暴走しないように対処しています。
(4)何倍と比較するのは早計です。今は臨界が生じないよう対処中です。
(5)臨界が発生しないように対処中です。日本人は優秀です。核を終息するようコントロールできる範囲内です（現状では）

この回答へのお礼

wr_limited2004

　早速のご回答ありがとうございました。冷静なコメントで、不安が大分静まりました。
　また質問することがあるかもしれませんが、その節はよろしくお願いいたします。
　取り急ぎ、御礼まで申し上げます。

お礼日時：2011/03/25 15:23