制御棒の健全性は？

質問

燃料棒は熱でかなり破損しているようですが制御棒は大丈夫なのでしょうか？
制御棒が健全でなくなれば再臨界になりますか？

回答No.3

pochi2tama

自分も専門家ではないので、厳密な事は実のところわかりません。
確かに温度が低下すると条件は悪くなるでしょうし、圧力容器の底に大量に堆積して総量が増えると中性子を捕らえる確立はあがるかもしれません。（再臨界すると温度が上がりますが）

減速材がない状態＆現状のウラン濃度＆制御棒も溶融した状態で（再）臨界が起きるかどうかは、まだそういう文献を見ていないので私にはわかりません。

＃もう少し図書館のお世話にならなければ…。

いろいろな条件があり、たとえば冷却水が冷えている状態から反応度を一気に上げると冷却水に熱が伝わる前に（＝ボイドが発生するまもなく）暴走出力が発生する（=>ゆっくり制御棒を動かさないといけない）とか、とにかくさまざまな要因で出力を制御しているようですから。

お礼

どうやら2号機が臨界をしたみたいです。恐ろしいことです。

補足

先日も炉内温度が設計温度を超えたと報道がありましたね。停止から一月経つので通常なら崩壊熱も大分下がっているはずです。既に再臨界しているのではと予想されます。私の予想が当たらなければと思うのですが…

回答No.2

pochi2tama

> それでは、制御棒が破損していると仮定して、現在行われている冷却により炉内温度が
> 下がった時に制御棒の効果がなくなり暴走しだす恐れがあるかも。

自分も、制御棒がなくなったらもう終わりなのかと考えていたのですが、最初に書いたように
臨界を継続させるためには中性子の減速が必要で、これは燃料と燃料の間に減速材（水）が必要になります。
発電用の燃料のウラン濃度では単独で臨界になることはない（この濃度で単独で臨界になったら燃料を作ったとたんに臨界状態になるということで、これでは燃料として存在できない）ので、制御棒なしでも「臨界にはならない」ということになります。
臨界というのは継続して核分裂が発生する状態で、崩壊とは異なります。

自分は、
> ほとんど全部の燃料棒が溶解して底にたまっても
濃度が低いので臨界にはならないと理解しました。

燃料棒が破損した状態だと、臨界が起きなくても何らかの理由（崩壊熱など）で圧力容器が破損すると、燃料が外部に放出されるので危険だということです。

＃実際すでにどこか（冷却系の配管？）が破損して高濃度汚染水となって外部に漏れ出しているようですし。

補足

回答ありがとうございます。
前回の補足です。
熱で破損した燃料棒と制御棒の位置関係が均一に破損していればいいのですが、偏って破損をしていたら（制御棒だけ破損のエリアの存在）現在の炉内の一部が制御が効かない状態にある可能性を心配しています。

先の回答により現在は
　=>水は温度が上がると密度が下がり減速作用は減る（安全方向に働く）
　=>さらに温度が上がって沸騰するとボイド（気泡）が発生するのでさらに減速作用は減る
で臨界状態が抑えられているが、その後炉内温度が下がったときに再臨界＆制御不能に陥らないか心配です。

あと、燃料棒が溶けて下にたまった場合、比重の関係で同じ元素が集まって濃度が濃くなる心配はないのでしょうか？プルトニウムはウランより臨界量が少ないと聞くので心配です。

回答No.1

pochi2tama

この数週間で原発関連の書籍を数冊読みました。

・臨界には中性子の減速（この場合、水）が必要
　=>水は温度が上がると密度が下がり減速作用は減る（安全方向に働く）
　=>さらに温度が上がって沸騰するとボイド（気泡）が発生するのでさらに減速作用は減る
・燃料自体の温度が上がると核分裂を起こしにくくなる。（これも安全方向）
・制御棒が融解する温度に達する頃には（燃料を包む）被覆管も破損し、燃料自体も崩壊
・燃料はウランの濃度が低いので、それ自体で臨界は起きない（これが起きたら燃料として存在できないですよね）。原爆の燃料は高濃度ウランなのである一定の量になると一気に臨界になる

ということで、再臨界はないと思いますが、崩壊した燃料から発生する崩壊熱で圧力容器に問題が起きないかが心配です（これで必死に冷やしている）。

にわか知識なので、間違っているかもしれません。

補足

それでは、制御棒が破損していると仮定して、現在行われている冷却により炉内温度が下がった時に制御棒の効果がなくなり暴走しだす恐れがあるかも。

あと、燃料棒数本程度だとそれ自体では臨界は起きないとしてもほとんど全部の燃料棒が溶解して底にたまっても臨界は起きないのでしょうか？それはMOX燃料のようにプルトニウムを含んでいる燃料棒でも同じなのでしょうか？