燃料プールの冷却に氷は使えないのでしょうか？

質問

福島第一原発４号機の使用済み燃料プールの水温が90度に達しているとのこと。冷却用に氷を投入することは出来ないのでしょうか。投入する水量を上げると汚染水の漏洩量も増えるので、投入量を抑制しているとも報道されていました。単なる水の投入と比べて同じ量での冷却効果は相当に期待出来るはずです。
　今、投入に利用している特殊ポンプ車は、本来、生コンを圧送するものなので、水とクラッシュアイスを混ぜたものなら簡単に送れるのではと思います。固体の投入で燃料棒を破損する危険があるなら、ホースの先にメッシュのカゴをつけて分散する等の工夫で対処出来るのでは？報道されているプールの水の採取風景を見る限り、工夫次第とも思いますが如何でしょう？

回答No.9

noname#132866

使用済み燃料プールに氷を投入して冷やすという考えは、発想の転換でいいと思います。
ただ水は固体、液体、気体と外部からの熱エネルギーを吸収して、
自体の状態を変化させますよね。
もし液体から気体に変わるときに一番熱エネルギーを吸収するのであれば、
その状態を維持して、冷却をするのが一番熱効率が良いと言うことになります。
私は化学専攻で勉強したわけではないので、どの段階が一番熱変換効率が良いのかわかりませんが、
液体から気体への変化が比率的に言って、一番熱を奪う現象が強いのではないかと思います。

氷から水まで１℃ですが、水から水蒸気まで９９℃です。
範囲が広い分、水から水蒸気になるまでの熱発散効率が良いと言うことです。
ちょっと位、疑問の回答になりましたか。

回答No.8

t1568647

前の回答者たちと同様に、氷を入れるのは　反対

おそらく政府側とかも　今しか見ていないが
あそこの常温での水を入れてプール温度が９０度
ではこれから気温上昇の前に　タンク作りさえすればいい
みたいな考えでしょうが・・・

常温の水が例えば３０度なら？当然プールの温度が上がる
で？温度下げるにはどうするのか・・・
たぶんあの人たち的には循環で冷えるから大丈夫とか言いそう

自分的にはこれからするなら　ある意味使い方が違うけど
メインは大型タンクかもしれないが、そこからでも
エアコン付きのコンテナで循環ホースを張り巡らせ　入り口出口をつくる
その横にトラックの荷台に１台電源を置いて、横付けで
コンテナの温度がどの程度下げれるか知らないが、良く輸入食品等がコンテナで来る事を
考えれば水温の温度下げるし循環させれば
水温５度とか３度とかいけるんじゃないか？
仮に可能で循環すればプールの温度が９０度という温度からはもう少しは下げれるとは思うけどね

タンク今から作るにしてもどれだけの時間かかるのよとたまに思うけどね
コンテナ内部のホース張り固定等、すれば時間もそうはかからないだろうし
氷も不要　外気温が多少上がったとしても問題ないだろうとか思ったりするけどね

回答No.7

noname#131480

冷えは理屈ではそうでしょうが、水ならタンクからポンプに直接つなげるのでやりやすいと思います。
氷を持って行く装備がない。現地に氷用の装備を増やすとトラブルが起きたときに手間取る。

水タンクに氷を入れて冷水を注入するくらいならいいと思います。

回答No.6

4490180

使用済み燃料プールへの冷却水の投入は、燃料の崩壊熱で蒸発する熱量に見合った分だけ注入し、水位が減らないように維持しています。

　単に冷たい水で冷やしているのではなく、気化冷却を行っているわけです。エアコンや冷蔵庫と同じ考え方ですね。

　イメージとしては、鍋を弱火にかけて蒸発した分だけ水を足すといったところですか。この水の温度が低ければ、ゆっくり水を足せばいい程度の効果にしかならないという事です。

　それより今問題になっているのは、タービン建屋やトレンチに溜まった原子炉本体から漏れ出ていると思われる高濃度の放射能に汚染された水です。高濃度ゆえに作業員も近づけず、どこから漏れているか未だに分らない状況です。（4/16現在）原子炉本体を冷却するために投入した水が漏れているとみられています。こちらも極力漏れを抑えるために崩壊熱に見合った量の水を用い、生きているセンサーで本体内の圧力と温度を確認しながら、綱渡りの冷却を行っています。

回答No.5

maccha_neko

そうですね。もともと生コン用ですから、シャーベットというのか、スムージーというのか・・細かい氷と水が混ざったようなのは結構良い感じで送れるでしょうね。グジュグジュの氷ですから、何かを痛めるということも気にしなくても良いかもしれません。
でも、電子レンジでは氷が解けない（筒抜けになる）ように、放射線・・特に同じ電磁波のガンマ線の遮蔽という点では不利なのかな？

ただ、なにぶん必要とされる量がすごいですね。わざわざ氷を作る手間とメリットを天秤にかけると、そのまま水を入れたほうが良いやぁっていうところなんでしょう。

回答No.4

parts

一応、否定する要素を探して書きます。この理由によって実施されていないのかどうかは分かりません。

元々冷却が氷によって行われていた施設なら別ですが、水でしていた施設は氷で冷やすには効率が悪いですね。しかも、危険な面も考えなければなりません。
何故か？まず、氷は製氷装置で作らなければなりません。大量の水を氷にする装置が用意できたとして、その過程で作れる氷は、水を大量投入する時より、少量しか作れないはずです。

次に、作った氷を誰がどのようにポンプに入れるのでしょうか？
現場は、外でもガイガーカウンターが反応する危険な場所です。そういった装置や設備を用意するなら、設備の復旧を急いだ方が日本に限らず世界からは評価されるでしょう。

3つ目に、燃料棒が発する熱量は相当な物があります。分かりやすく言えば、ご家庭のホットプレートを最大温度にして、氷を一つ載せてみて下さい。ホットプレートの温度はどのぐらい下がりますか？下がりませんか？
現実を言えば、これではむらが酷くなり、十分な冷却が出来ない場所とで差が生じるのです。
即ち、燃料棒に悪影響となる悪い結果もあるかもしれません。極端に温度差が生じると金属部品は劣化が進みますしね。水を継続的に入れていれば蒸発はしますが、むらは少なくなりある程度、全体を同じ温度で冷やし続けることができます。

さらに言えば、常に監視しずっと水を入れて循環なりさせている状況ではそれほど問題は起きないのですが、途中で切り替えを行う際に水を止めて、別のものを入れた場合、突沸が発生することがあります。突沸とは、内部の水が沸点相当または沸点を超えた場合、周りの水圧によってその沸点に達した水は、蒸発できず閉じこめられた状態にあるのですが、そこに何らかの衝撃を与えると、水圧の弱い部分が発生し、そこから蒸気が一気に噴き出す現象です。
レンジで液体を温めると特にぬるめのお湯の再加熱で発生しやすい現象です。（レンジで必ず発生するものではありませんし、試すのはお奨めしません。）
固体物質でしかも氷は比重が軽く上に蓋をしてしまうため、状況によっては発生率が高まる懸念もあるかもしれません。

他にも施設の状態なども考慮して判断されていることだと思われます。
まあ、いくつも提案はあり我々よりよほど物理学や施設の設計に詳しい人が知恵を出し合っているはずです。もし、それに安全性や有効性が確認され最善策だとなれば近いうちに実現するかもしれません。

実際にこういったネットでの話は以前から沢山出ていますが、実施されていません。それは、少なくとも現段階では、懸念の方が多いからと思われます。懸念が払拭できる状況になればするかもしれませんが、それ自体が当初または検討の早い段階から有効な策とは見なされていない可能性もあります。

お礼

丁寧なご回答、ありがとうございます。

　確かに、検討すべき項目はいろいろありそうですね。皆で知恵を出し合うことは大切ですね。もっと、良いアイデアがあれば、意見交換しましょう。

回答No.3

kanden

どこかで氷を大量に作り、ヘリでピストン輸送して氷水状態で注水する方法が取れそうです。
２～３℃の冷水なら効果抜群だと思います。
その気になれば出来ると思いますので東電かどこかに提案してみたら如何でしょうか？
案外冷却には水と言う固定観念から抜けていないのではないかと思います。

お礼

ご回答、ありがとうございます。

　このようなアイデアレベルの提案を取り上げてもらう方法ってあるのでしょうか。政府や東電はとても無理でしょうが、マスコミやＮＰＯ経由などは如何でしょう。

　もし、ご存知の方がおられたら、転載等をお願いします。

回答No.2

佐藤 志緒（@g4330）

400度を冷却するのに、20度の水と0度の氷で冷却効果は差がありません。
それより氷は隙間が出来て熱の伝達効率が悪くなります。
やけどをした時も氷で冷やすより流れる水で冷やすほうが良いのは同じ理屈です。

お礼

ご回答、ありがとうございます。

　但し、20℃の水1ｇを投入して90℃になるまでに約70カロリーですが、0℃の氷だと融解熱で約80カロリー、0℃から90℃で約90カロリーの合わせて約170カロリー分の効果があると思われます。2倍強です。大量の調達が可能なら、期待出来るのではと思います。
　一方、プールへの注水量は1基当り、1日に20～30ｔの日から、多い日は200ｔ近いようです。ある製氷会社のＨＰでは1日の生産量が200ｔ程でした。バラ氷の輸送が可能なら、注水量の半分程度の氷を混ぜると、全体で1.5倍程度の効果があるのでは？と思います。
　投入方法としては、氷単独ではなく、水と混ぜることで伝導率の問題は無い様に思います。
如何でしょうか？

回答No.1

noname#148625

使えることは使えますが・・・・そもそもその氷をどう用意するのですか？
燃料棒は常に熱を発している以上、継続的に大量の氷を用意しなければなければなりません。
イチイチ氷を作っている手間隙があるなら水を掛けた方が効率的です。

お礼

ご回答、ありがとうございます。

　確かに、極限状態の現場で対応可能な作業効率だけだと、水が良いと思います。ただ、注水量を抑える点を加味すると、可能性が無いでしょうか。他の方へのお礼でも触れましたが、生産量は問題無いと思います。後は、輸送力と被爆のかね合いでしょうか。
　尚、プールだけでなく、圧力容器への注水にも使えると、より、有効な対策になる気もします。但し、こちらは生コン車ではないはずなので、ポンプがもたないかもしれませんね。