「水棺」の仕組み

質問

福島第一原子力発電所一号機で水棺のための作業が行われています。

そもそも水棺の原理がよくわからないので、詳しい方教えてください。

１．圧力容器ではなく格納容器に水を注入して効果があるのか？
　　効果があるならどんな効果があるのか、できれば定量的な説明をお願いします。

２．圧力容器の壁の厚さを考えると、その外を水で満たしても、圧力容器の中の温度を下げる効果は望めず、意味がないのではないか？

３．注入する水の重みで格納容器が自己破壊してしまう危険性についてどのように評価されているのか？

４．格納容器自体が破損していると思われ、実際に報道によると注水による水位の上昇がみられないことから水をいれてもダダ漏れにならないのか？

５．水棺化に失敗して放射性物質を含んだ大量の水が余分に発生してしまう危険性についてどう評価しているのか？

６．水棺化に成功したとして、何年間くらいその状態を維持し続けようとしているのか？その間新たな地震などにより破損して放射性物質入りの水が漏れたり、水棺による効果が薄れて圧力容器内の温度が上昇して爆発の危険が生じることについてどう評価しているのか？

よろしくお願いします。

回答No.2

noname#132866 · ベストアンサー

格納容器に対しての追加情報です。
（写真も添付しました。）
格納容器は3層構造で、一番内側に鋼鉄の厚さ3センチの内壁があり、
その外側の外壁が鉄筋コンクリート製で厚さ約２ｍあります。
その外に遮蔽外壁があり、鉄筋コンクリート製で厚さ１ｍです。
結構頑丈な作りになっています。

お礼

おお。写真ありがとうございます。

> 結構頑丈な作りになっています。

大気に飛散した放射性物質、特殊なガラスでせき止めた高濃度の汚染水、それらが存在した／するからには、少なくとも格納容器のどこかに穴が空いていることがはっきりしていますし、全部2号機のせいともいえない、まったくわからないということもわかっています。それで水棺というのは危険すぎると改めて思います。

回答No.1

noname#132866

＞１．圧力容器ではなく格納容器に水を注入して効果があるのか？
効果があるならどんな効果があるのか、できれば定量的な説明をお願いします。

まず水棺ですが、格納容器の水位を圧力容器の燃料棒の定位の水位にします。
そうすることで圧力容器内の水は漏れることはありません。
１号機の現状は圧力容器の底とそれに接続された配管より汚染水が漏れ出している可能性大なため、
水漏れがある圧力容器に注水するより水漏れがある圧力容器の水量定位に合わせて格納容器の水位を保ち、外部に熱交換システムを設置して水を循環させたほうが全然効率的です。

人手無しに自動で循環冷却が遂行されます。

東電が考えていることは、１，２，３号機でこの水棺システムが使えれば、
冷温停止まで自動で行うことができるということです。

＞２．圧力容器の壁の厚さを考えると、その外を水で満たしても、
圧力容器の中の温度を下げる効果は望めず、意味がないのではないか？

熱の伝達経路で言えば、圧力容器内の水より１６ｃｍの鋼鉄圧力容器を通して格納容器の水に、そして格納容器の水は外部の熱交換器で冷やされ、また格納容器に流れ込み循環冷却が可能になります。
直接燃料棒を水で冷やすほどの熱発散効率は得られないと思いますが、時間をかければ徐々に低温状態に持ち込めます。

＞３．注入する水の重みで格納容器が自己破壊してしまう危険性についてどのように評価されているのか？

多くの学者の方々が水圧で格納容器が破損するのではないかと危惧されてあります。
おおまかな計算をするとフラスコ状の球形の部分の直径は１８ｍで約３０００トン弱の水が入ります。
フラスコの口の部分の長さが７ｍ、直径１５ｍあるとするとそれぞれあわせるとおおよそ４０００トン近い水量になります。（圧力抑制室は除く）
高さ約２５ｍの格納容器では底辺部分では水圧はおおよそ数百トン/m2位になると思います。
上記の水量、圧力の正確な算出は微積分の計算が必要になりますのでやめます。
（それに微積分計算は忘れました。）
格納容器の鋼鉄厚み幅３ｃｍ位で水圧数百トン/m2で、何年も耐えれるとは思いません。
もし少しの亀裂がこの容器に生ずれば、容器自体が破壊されてしまうことは考えられると思います。
東電は持ちこたえる事ができると信じていますが？早く冷却水の自動循環運転にこぎ付けたいと焦っているのだと推測します。

＞４．格納容器自体が破損していると思われ、実際に報道によると注水による水位の上昇がみられないことから水をいれてもダダ漏れにならないのか？

東電がロボットを投入して確認した限りでは漏れ箇所は見当たらないということです。
ただ亀裂箇所を海水注水でできた塩などがただ塞いでいるだけかもしれません。
水圧が高まれば亀裂箇所から勢いよく漏れ出ることは十分に考えられることと思います。

＞５．水棺化に失敗して放射性物質を含んだ大量の水が余分に発生してしまう危険性についてどう評価しているのか？

格納容器内の高濃度に汚染された数千トンの汚染水が流れ出たら、もうどうしようもないでしょうね。作業員も近づけなくなります。
そういうことで東電も増水に関してはかなり慎重にやっているみたいです。
それにアメリカ、フランスなども水棺に対する予備知識、経験もないのでどうなるかは予測不可能と言っています。
またマークＩ型原子炉の格納容器の設計はあくまでドライ型ですので、水を満たした場合その水圧に耐えうるものか誰にもわからないということが現状のようです。
（何故、設計をしたアメリカのＧＥ社に東電は応援を頼まないのか疑問です？）

＞６．水棺化に成功したとして、何年間くらいその状態を維持し続けようとしているのか？その間新たな地震などにより破損して放射性物質入りの水が漏れたり、水棺による効果が薄れて圧力容器内の温度が上昇して爆発の危険が生じることについてどう評価しているのか？

再度地震が起きて格納容器が破損するような状態になれば＞５．と同じ結果が待ち受けていると思います。ただ圧力容器内の蒸気圧が上がれば、圧力容器内への注水をまた始めるだけです。また初期の状態に戻るだけと思います。
水棺で燃料棒を冷却する場合でも数年は冷却を続行しなければならないとお偉い学者さんは言っています。多分ただ燃料棒が低温になるだけで冷温停止状態にはそれから何年も掛かると思います。

お礼

すべての質問に回答いただいてありがとうございます。
その中でいくつかわからない点があります。

> 格納容器の水位を圧力容器の燃料棒の定位の水位にします。
> そうすることで圧力容器内の水は漏れることはありません。

ここの部分が良く分かりませんでした。
水位を保つのに寄与するのはわかりますが、漏れないということはないのでは？

> 時間をかければ徐々に低温状態に持ち込めます。

これも良く分かりません。
格納容器の中ではつねに発熱が生じ続けています。
新たな発熱が全く無いならどんなに効率が悪くても十分長い時間をかければ低温にもっていけるのはわかりますが、発熱にともなう温度上昇に勝てなければ意味が無いと思います。質問で知りたかったのは、まさにその圧力容器内部の温度上昇を打ち消すほどの強い効果があるのかどうか、というのが含まれます。

冷温停止状態に持ち込むには、格納容器の中ではなくて圧力容器の中に定常的に注水しつづけなければならないのに、どうも納得しがたいです。

> 水を満たした場合その水圧に耐えうるものか誰にもわからないということが現状のようです。

そうであれば、そんなリスクの高い対応策はやめたほうがよいように思うのですが、なぜこの策が採用されているのでしょうか？というのが質問に含まれます。