燃料棒を冷やすのに5年もかかると言いますが何故、そんなに時間がかかるのですか?使用をストップし冷水に浸けておけば5年もかからないだろう?と周りでは騒いでいます。解りやすく解説して下さい。宜しくお願いします。

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A 回答 (4件)

・経験上、5年は少しマージンを取りすぎに感じますが、最低3年は冷やし続ける必要があります。



ウランなど原子量の多い重たい元素は、すべて、不安定な元素で、時間の経過と共に、自己崩壊し安定な元素に変化しようとします。
ウラン238の場合は、α崩壊とβ崩壊を繰り返し、最後の最後は、自然界に存在する安定物質「鉛」になります。
http://www.houshasen.tsuruga.fukui.jp/c0480982.h …

ここからが、ご質問の回答になるのですが、、、
ウラン燃料は、この自己崩壊の際に、放射線を放射しながら【発熱】する性質があります。
自己崩壊が進行すると、だんだん発熱量も少なくなってきます。

ペレット(発電所の燃料で、大きさが単三電池の半分ほど)一個では、高温になることはありません。
ですが、ペレットを詰め込んだ燃料棒などを、燃料集合体として一カ所に大量にまとめておくと、地球上のほぼすべての物質を溶かす数千℃まで加熱してしまいます。
そうなると、鋼鉄製の原子炉圧力容器、原子炉格納容器、分厚いコンクリートまでも溶かし、その際に、水などに触れれば、激しく反応し、猛毒のプルトニウムなどを撒き散らす危険性があります。

この、発熱する反応は、水中ではユックリした反応で、人間にも管理しやすくなります。
ですが、大気中では激しく反応するため、非常に管理しづらくなります。
このため、必死になって、水を掛けて冷却しています。
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原発運転中の核分裂は、ビリヤードの玉が、次の球、次の球、と次々当たって行く様に反応して、たくさんの熱出すので、発電に使えるようです。



福島原発のように、原発の運転を中止すれば、次々と当たっていくこと無くなりますが、すでに、散らばったビリヤードの玉そのものが、次々と姿をかえて、熱を発するようです。

この散らばったビリヤードの玉が、熱を出しながら、赤色、青色、と色を変えていく姿を想像すればいいと思うのですが、このビリヤードの玉に例えた、核生成物というものは、熱を出しながら、いろいろと姿を変える(崩壊する)ようで、運転停止直後は、1000種類ぐらい種類があるそうです。

たとえば、ビリヤードの玉の命(半減期)が、数分と、短いものは、、1年以内に、現れては安定し、現れては安定し、を繰り返して、熱を出しながら、安定して行くようです。

1000種類もあるものが、どのように姿を変えていくところまでは知りませんが、3~5年で、変身趣味も落ち着いて、温度が下がるようです。
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今盛んにテレビで言われていますよね、『放射性』ヨウ素や『放射性』セシウムがドンだけ検出されたと



その放射性何々が、より安定した元素に変化する際に、放射線と共に熱を放出します。
その発熱を崩壊熱と言います。

例えば、放射性ヨウ素なら半減期(放射線を出して安定化する期間)が8日だったかな?
つまり1ヶ月も経過すれば、元の1割ぐらいに放射性ヨウ素が減ってしまうのでそれ以上の発熱は無い。

しかし、原子炉内にはその様な短期間で変化するモノだけでは無く、何年何十年と日数を過ぎないと安定化しないモノも多数存在します。
つまりそれだけの間は、崩壊熱が出続けるので冷却を続けなければ成らない。

原子炉内の様々な元素の種類やその量を計算すると、少なくとも数年は冷却しないと安定化しない。

長期間余熱がず~っと続く仕組みなのだと考えてもらえば。
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よく鍋に焼けた石を入れて沸騰させるのってありますよね。



燃料棒は、あれと同じです。

ただ石はすぐに冷えますが、燃料棒はずっと熱を発しています。

そうすると、水は蒸発して燃料棒が露出しちゃうわけですね。

燃料棒が水から露出すると、自分の発する熱で溶け始めます。

これが「炉心溶融」です。

そうならないように、当初は海水を注入してまで冷却に専念していたわけです。

つまり、この燃料棒が熱を発しなくなるまで、冷やし続けなければなりません。

この期間が5年というわけです。(8年という専門家もいます。)
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