核メルトダウンの仕組み

「核メルトダウン」という用語は、2011 年の福島第一原発事故などの最悪のシナリオを意味します。実際、原子力発電所は広島型の核爆発を引き起こすことができないため、メルトダウンは最悪の事態と同じくらい深刻です。

国際原子力機関 (IAEA) は、核事故を 0 から 7 のスケールで評価しており、安全上重要性のない単なる逸脱 (レベル 0) から、チェルノブイリ事故のような重大な事故 (レベル 7) までの範囲があります。環境破壊が起こり、無人都市や象の足のような破壊のランドマークが生まれます。

IAEAと米国原子力規制委員会は「核メルトダウン」という用語を正式に認めていないが、依然として恐怖の源である。この記事では、原子炉の運転、メルトダウンのリスク、防止策について解説します。

機能する原子炉の内部

原子炉内の熱が適切に制御されると、発電が促進されます。一方、制御不能な熱は原子炉自体を溶かし、危険な放射線で周囲の環境を汚染する可能性があります。

基本的に、熱がすべての違いを生み出します。これは、正常な原子炉がどのように機能するのか、また、損傷した原子炉でメルトダウンがどのように発生するのかを理解するための鍵となります。

まず、基本的な石炭燃焼発電所を見てみましょう。石炭を燃やして熱を生成します。その熱によって水を沸騰させて膨張する加圧蒸気がタービンに向かい、発電機を回転させて貴重な火花を生成します。

原子力発電所も同様に動作しますが、原子炉内で発生する誘導核分裂反応から熱が発生するだけです。核分裂とは、物質の原子が着実に 2 つに分裂し、大量のエネルギーと崩壊熱と呼ばれる熱を放出することを指します。ウランやその他の放射性元素はすでに人間の助けなしに非常に遅い速度で自発的核分裂を起こしています。

原子力発電所では、運転員がウランを充填した燃料棒に以前の核分裂反応からの中性子を照射することで、人為的に核分裂反応を促進または誘発します。これは、水を沸騰させて蒸気にするためのより多くの熱を意味します。

もちろん、原子炉が損傷して有害な放射線が放出されないように、原子炉内の温度が上昇しすぎることは望ましくありません。したがって、原子炉の炉心内の冷却材（多くの場合水）は、核燃料棒の温度を和らげる役割も果たします。

それは自動車を運転するのと同じです。エンジンが過熱すると損傷する可能性があるため、エンジンを過熱させたくありません。ただし、違いは、車両の電源を切ってエンジンを冷やすことができることです。車が熱を発生するのは走行中と、場合によっては走行後の短時間だけです。

原子炉内の放射性物質は別の話です。たとえプラントの運転員がすべての誘発核分裂反応を停止したとしても、ウラン、さらには放射された工具や部品は崩壊熱を生成し続けます。これは数分で完了します。

核メルトダウンの内部

核メルトダウンとは何かについて議論するとき、核メルトダウンではないものについて話し合うことも重要です。核爆発ではありません。また、1979 年の災害映画「チャイナ シンドローム」で有名になったような、炉心溶融事故によって地球の中心に穴が開くようなこともありません。

核メルトダウンでは、原子炉が制御不能に燃え上がり、原子炉自体の熱によって損傷を受ける事態に直面します。通常、これは冷却剤喪失事故 (LOCA) が原因で発生します。原子炉炉心を通る冷却材の循環が遅くなるか完全に停止すると、温度が上昇します。

部分的な核メルトダウン

最初に溶けるのは燃料棒そのものです。この時点で発電所職員が冷却材の循環を回復できれば、その事故は部分的な核メルトダウンとして認定される。 1979 年のスリーマイル島事件は、この分類に当てはまりますが、炉心周囲の保護ケースは無傷のままでした。

核燃料棒の損傷と放射性ガスの部分的な放出はあったものの、原子炉の格納容器構造は、核燃料が原子炉圧力容器を通って溶けて格納容器を突破し、潜在的に大事故を引き起こす可能性のある完全かつ壊滅的な炉心溶融を防ぐことに成功しました。より広範な放射性物質の放出。

実際、スリーマイル島原子力発電所の 1 号炉は、永久に稼働するまで、停止した対応炉の影で発電を続けていました。

この原子炉は 800 メガワットを超える環境に優しい電力を生成する能力があり、最盛期には 600 人以上の労働力に雇用を提供しました。

完全な核メルトダウン

しかし、放っておくと、部分的な核メルトダウンが悪化して全体的な核メルトダウンに至る可能性があります。このような状況では、緊急チームが炉心残骸が保護ケースの層や格納容器そのものを溶かしてしまう前に冷却しようとするため、時間との勝負となる。

1986年、ロシアのチームは、チェルノブイリ原子力発電所の炉心の溶けた残骸を施設の地下に追い込み、原子炉格納容器が燃え尽きて地下水を汚染する前に、そこに水を注ぎ込んで物質を冷却した。

地下室を浸水させることに加えて、放射性物質を閉じ込めて拡散を防ぐために、損傷した原子炉を「チェルノブイリシェルター」として知られるコンクリートの石棺で覆う取り組みも行われた。

2016年、シェルターは損傷した原子炉を包み、放射性物質の放出を防ぐために設計された巨大な構造物（NSC）に置き換えられた。継続的な清掃と解体作業のためのより安全で確実な環境を提供し、現場の危険な遺産の長期的な封じ込めを保証します。

注目すべき核メルトダウン

数十年にわたって発生した以下の事件は、原子力安全規制を形成し、原子力エネルギーに対する国民の認識に影響を与え、厳格な安全対策、緊急時への備え、原子力技術の平和利用における国際協力の必要性を強調しました。

では、どうすれば核メルトダウンの発生や悪化を阻止できるのでしょうか?それでは始めましょう。

核メルトダウンを止める方法

繰り返しになりますが、核メルトダウンは熱と、状態を維持するための冷却システムの稼働が不可欠です。福島第一原発事故は、たとえすべての核分裂活動が停止したとしても、このシステムが重要であることを私たちに思い出させます。

日本のプラントは、地震活動の増加が発生すると燃料棒を自動的に水没させ、10分以内にすべての核分裂反応を効果的に停止させた。しかし、これらの棒は依然として崩壊熱を発生し、機能する冷却システムが必要でした。

これが、照射済みまたは使用済みの原子炉燃料などの高レベル放射性廃棄物が大きな懸念を引き起こす理由でもあります。これらの物質が安全な放射性レベルにまで崩壊するまでには数万年かかります。この期間のほとんどでは、冷却システムや十分な封じ込め対策が必要になります。

そうしないと、中に入れたものはすべて燃えてしまいます。

適切なメンテナンスとモデレータが鍵となります

しかし、過去の原子力発電所の設計ではメルトダウンがさらに起こりやすいことが判明しています。それぞれの事故当時、福島第一発電所とスリーマイル島発電所では水を冷却剤としてだけでなく減速材としても使用していた。

減速材は高速中性子の速度を低下させ、核分裂性燃料成分と衝突する可能性を高め、非核分裂性燃料成分と衝突する可能性を低くします。言い換えれば、減速材は原子炉内で核分裂が起こる可能性を高めます。このような原子炉の炉心から水が排出されると、核分裂は自動的に停止します。

一方、チェルノブイリでは減速材として固体黒鉛が使用された。冷却剤が排出されると、減速材が残ります。そのため、チェルノブイリ型原子炉内の水の損失は、実際に核分裂速度を増加させる可能性があります。

適切な冷却システムの維持

冷却材喪失事故がメルトダウンに発展するのを防ぐために、プラントの運転者は原子炉の炉心を冷却して炉心メルトダウン事故を防ぐ必要があります。これは、過熱した燃料棒を通してより多くの冷却剤を流​​すことを意味します。燃料棒が新しいほど、この冷却は早く発生します。

部分的なメルトダウンが発生し始めると、棒は倒れます。チェックを怠ると、スランプロッドが溶けて炉心の底に大きな溶融スラッジとなって溜まってしまいます。

その放射性汚泥は冷却にさらに大きな課題をもたらすだろう。それは（複数の独立した棒とは対照的に）単一の塊であるだけでなく、その片側が炉心の底部に押し付けられ、生成する熱によって着実に炉心を燃焼させます。

チェルノブイリの場合、緊急チームは原子炉の炉心を冷却するために数百トンの水をポンプで注入した。次に、火災を消し止め、大気中への放射性粒子の上昇を制限するために、ヘリコプターでホウ素、粘土、ドロマイト、鉛、砂を燃えている炉心に投棄した。その後数か月かけて、彼らは廃墟となった工場を、しばしば石棺と呼ばれるコンクリートの遮蔽物で包みました。

繰り返しになりますが、原子力発電所は最終的には熱の発生に帰着し、その維持はその熱の適切な制御にかかっています。冷却システムが故障すると、状況は着実に制御不能になる可能性があります。

原子力の安全性

第二次世界大戦中の広島と長崎への壊滅的な原爆投下後、核兵器の拡散とそれに伴う世界的な軍拡競争のリスクを防ぐことが差し迫った必要性がありました。

1957 年、(IAEA) はまさにそれを目的として設立されました。この機関は、核メルトダウンに対処し、世界規模で原子力の安全を確保する上で重要な役割を果たしています。その関与には次のものが含まれます。