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東芝の元原発設計者 「再臨界」が起こる条件を解説する

2011.04.11 16:00

連日福島原発に関する報道が多数だが、ことばの意味がよく分からない人もいるのでは。たとえば、「再臨界」とは地震直後に停止した核分裂連鎖反応が再び起きることを指す。 核燃料であるウランやプルトニウムは、核分裂する際に巨大なエネルギーと中性子を放

連日福島原発に関する報道が多数だが、ことばの意味がよく分からない人もいるのでは。たとえば、「再臨界」とは地震直後に停止した核分裂連鎖反応が再び起きることを指す。

核燃料であるウランやプルトニウムは、核分裂する際に巨大なエネルギーと中性子を放出する。エネルギーは発電に使われ、中性子は別の燃料(原子)にぶつかって、次の核分裂を引き起こす役目を担う。

その「核分裂→中性子放出→核分裂」という連鎖反応が続く(すなわち、1回の核分裂が1回以上の核分裂を引き起こす)状態を「臨界状態」と呼ぶ。正常運転している原子炉内は臨界状態に保たれており、それにより巨大なエネルギーが発生し続けるのである。

その際に多くの放射線が放出されるが、通常は圧力容器や格納容器で遮られ、ほとんど外部には漏れない(ただし微量は漏れる)。これが大量に外に出るような事故が起きると大ごとだ。

地震が発生すると、原子炉には「制御棒」が挿入されて臨界が止まる。制御棒は、臨界を起こす中性子を吸収する性質のある「ハフニウム」を原料としており、それが燃料棒の間に入って核分裂を止めるのである。

再臨界の可能性は、大きく分けて2つある。

●制御棒が抜け落ちて、原子炉が運転状態に戻る。
●燃料棒が溶けて流れ、制御棒のない圧力容器下部や格納容器下部に溜まり、そこで臨界に達する。

最初のケースだが、制御棒が抜け落ちると臨界になるのだろうかといえば、実際は違う。

事故後、圧力容器内には、やはり中性子を吸収する効果が高いホウ素(ホウ酸)を混ぜた水が入れられている。水自体が制御棒と同じ役割をするので、これに満たされた状態では臨界状態になる可能性は低い。

その水が抜けたとしても再臨界は難しい。東芝の原子力事業部で30年間にわたり設計や安全解析に従事した吉岡律夫氏の説明は非常に具体的だ。

「原子炉内の水は、中性子の『減速材』としての役割もある。減速されない中性子は核分裂を起こしにくいからです。その水が抜けてしまえば、それだけで再臨界は起きなくなる。 炉心で臨界を起こすには、燃料棒が1.5cmの等間隔に配置されていること、水で満たされていること、制御棒が抜かれていることの3つが必須で、どれが欠けても臨界は起きません」

では、燃料が溶けて集まるケースはどうか。すでに1~3号機では燃料棒が溶けていると見られている。

「その場合、制御棒も熱で溶ける可能性が高く、溶けた燃料にはハフニウムやホウ素など臨界を止める物質が混ざる。その溶解物では臨界は起きないでしょう」(別の原子炉技術者)

※週刊ポスト2011年4月22日号

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