福島原発の核燃料はいつまで冷やし続けるの？

質問

現在、福島原発の汚染水の問題が深刻ですね。

そもそも汚染水がどうして発生するのかといえば、核燃料棒を水で冷やし続けているからだとか。
しかし、原発事故からはや２年半。
福島原発は（当たり前だが）運転停止しているはずなのに、どうして未だに冷やし続けなくてはならないのですか？

核燃料棒を取り出して処理することはできないのでしょうか？
また、それができない場合、具体的にあとどれくらいの年月冷やし続けなくてはならないのでしょう？

東電もマスコミも政府も、どこか核心を避けたような説明ばかりなので、どなたか教えてください。

回答No.7

noname#246942 · ベストアンサー

簡単に説明します。

通常、原発の核燃料の寿命は「約３年」と言われています。
ここが重要なんですが、これはあくまでも「正常運転」をしていた際の寿命と言う事になるんですよね。

「原発の正常運転」とは、福島原発を例に考えた場合、通常は核分裂を起こす核燃料に「制御棒」を用いて、その反応をコントロールしながら、その際に発生する熱を利用し水を沸騰させています。
そしてその水蒸気を使ってタービンを回し、発電させているという事になりますね。

タービンを回すのに必要だった水蒸気は、その後また海水によって冷やされ、水に戻り、再度同じ事を繰り返すというのが、原発の正常運転と言う事になります。

冒頭で説明しました「約３年」の寿命とは、このような正常運転を経た場合に初めて言える寿命となります。
その後、役目を終えた使用済み核燃料は、原発を動かせるまでの能力は無いとしても、まだまだ崩壊熱を出し続けますので、その後何年間は原発施設内にある貯蔵プールに入れて冷やし続けられると言う訳です。
この間、約３～５年間となりますが、その後も適正な処理を行わなければ危険である為に、外国に輸送して再処理してもらうか、高レベル放射性廃棄物として保管されるという流れになります。

ここまではよろしいでしょうか？

問題は、今の福島原発の現状です。

津波によって電源を喪失した福島原発は、制御棒を使って核分裂をコントロールする術を失い、暴走した核燃料は格納容器の底まで溶かし、結果メルトダウンしてしまいました。

つまり、「まだ寿命を終えていない現役の核燃料」が、制御棒もないままの状態でそこにある、と言う事です。
これではいけないと、制御棒の代わりに水を使って冷やし続けているというのが今の現状と言う訳です。

＞それができない場合、具体的にあとどれくらいの年月冷やし続けなくてはならないのでしょう？

正常の運転が出来なかった現役核燃料ですので、具体的にあとどれくらいの期間と言うのは未知数ではありますね。
とりあえず、「貯蔵プールに入れて置く事が出来るぐらいの温度まで」と言うのが最初の目安になるとは思いますが。。。

いずれにせよ、今の汚染水の問題は、「冷やし続ける水」ばかりでなく、破損した原発内に流れ込んでくる「地下水」の問題もあるのです。
まずはこの地下水の流入を止めなければなりません。

今、氷の壁を使って、それをやろうとしているようですが、それがもし成功すれば、今後流れ出る汚染水の量は減らす事は出来るかも知れませんね。

参考程度まで。

お礼

回答ありがとうございます。

具体的な数字を提示されていたので、一番参考になりました。

回答No.6

noname#184049

もっと東電福島第一原子力発電所事故について勉強して下さい。♪♪♪
こんなこと小学生でも知っていますよ。♪♪♪
勉強もしないで、知識が無いのに政府や東電を批難したり、ここで質問する資格はありませんよ。♪♪♪
メルトダウンした原子炉の溶解核燃料が現在どういった状態にあるのか放射能が多くて調べられませんので何時まで冷却するかは言えません。
東電福島第一原子力発電所の原発廃炉には50年は掛かるそうですから50年冷やし続けねばならない可能性は大きいです。

お礼

回答ありがとうございます。

普通に小学生は知らないと思いますよ♪♪♪
自分で勉強すればいいと言い出したら、そもそもこのサイトの存在意義も、あなたが会員である意義もありませんね♪♪♪

50年という根拠も希薄ですし、分からないなら回答しなくて結構ですよ。

回答No.5

takechan5757

no.3さん、ちょっと間違いがあるように思います。
>水が無くなると「冷えなくなる」のではなく、反応が急激に進んで熱くなる、というのが正解なのです。

水は、冷却材ですが、中性子の減速材でもあります。
水によって、中性子を高速中性子から、熱中性子に減速し、ウラン235の原子核に捕獲されやすくします。
したがって、水が無くなれば、核分裂は起こり難くなります。
軽水炉では、熱により核燃料棒の周りに気泡ができます。
気泡は、中性子を減速しないので、反応を抑えます。
地震で、気泡がなくなってしまうと、反応が急上昇します。
参考：オクロの天然原子炉
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%81%AE%E5%A4%A9%E7%84%B6%E5%8E%9F%E5%AD%90%E7%82%89

天然原子炉では、ウランに富んだ鉱床に地下水が染み込んで、
水が中性子減速材として機能することで核分裂反応が起こる。
核分裂反応による熱で地下水が沸騰して無くなると反応が減速して停止する。
鉱床の温度が冷えて、短命の核分裂生成物が崩壊したあと、地下水が染み込むと、
また同じサイクルを繰り返す。このような核分裂反応は、連鎖反応ができなくなるまで数十万年にわたって続いた。
水があるほうが核分裂は進むのです。

高速増殖炉は、例外的に高速中性子を使います。
高速増殖炉では、
プルトニウムは高速中性子でも分裂できること、
ウラン238は中高速中性子を吸収すること、
から、中性子が減速しないように、減速材、冷却材に中性子を減速させにくいナトリウムを使います。

>どうして未だに冷やし続けなくてはならないのですか？
汚染水を増やすだけで、なぜ冷却水を投入するか不思議です。
もう手遅れかもしれませんが、
チェルノブイリみたいに、初期段階で鉛や錫をぶちこんで、石棺にしたほうがよかったのでは、
と思います。

お礼

回答ありがとうございます。

・・・ん？
今までの方の意見とは違って水は必要ないということでしょうか？
というより、水が無くなれば反応は止まると？

なんだか、科学「２」の私には難しすぎる問題ですね。

回答No.4

dragon-man

震災から２年半。ずいぶんナイーブなご質問ですね。

＞どうして未だに冷やし続けなくてはならないのですか？

メルトダウンした核燃料が高熱を発していて、そのままにしておくと危険だからです。

＞核燃料棒を取り出して処理することはできないのでしょうか？

メルトダウン、つまり溶け出してドロドロになっているからです。原子炉容器を壊して、柄杓で汲み出せばいいのですが、放射能が高すぎて人間が近寄れません。近寄ったら即死です。だから出来ないのです。そのうちバキュームカーロボットが出来たら、汲み出せるでしょう。

＞にあとどれくらいの年月冷やし続けなくてはならないのでしょう？

後少なくとも１０万年ぐらいです。

お礼

回答ありがとうございます。

要するに核燃料の温度というのは、いったん常温以下に下がっても、放っておけば半永久的（語義に対するツッコミはやめてくださいね）に急上昇してしまうものなのですね。

回答No.3

phj

そもそもなぜ核燃料を冷やさなければ生らないか、というと水を使わないと核分裂がどんどん進んでしまうからです。核分裂が進むということは、大量の熱を生み比較的ゆっくりなら反応容器や格納容器を壊して放射性物質を大気中に放出させ、これが極端に短時間に反応が大量に起これば核爆弾になります。

核分裂を連鎖的に起こすには、最初に核分裂を起こした原子の中性子が回りに飛び散り、近くの原子を壊すことを繰り返すことになります。
このときに、原子同士があまりにも離れていたり、原子と原子の間に壁があれば核分裂はそこで止まってしまいます。また逆に壁を作ったり無くしたりすることで、反応を制御できるようにしているのです。

この制御用の素材はいくつか種類があり、チェルノブイリは黒鉛を使っており、日本やアメリカ・フランスなどは水を制御用に使っています。

つまり、水が無くなると「冷えなくなる」のではなく、反応が急激に進んで熱くなる、というのが正解なのです。もちろん水の場合は、反応を制御するだけでなく、熱をうまくコントロールするためにも利用されています。

本来の原子力発電所であれば、この水は密閉された容器の中を循環して利用され、水も放射性物質で汚染されるのですが、これをもらさないようにしています。

３．１１の際に「ベントしないと冷却できない」と言われたのは、水が循環しなくなったため沸騰し、冷却材としても制御材としても機能しなくなったため、密閉を壊してでも冷たい水を容器に入れる必要があったためです。

現在の状況は、ドロドロに溶けてしまった燃料棒を強制的に冷やす（制御する）ために、水を補給しその水が漏れているので、どんどん溜まってしまうのです。

この状況を改善するには、格納容器の底でドロドロな状態で固まっている燃料棒を取り出し、小分けして反応しないレベルにし、密閉して放射性廃棄物として保管するしかありません。
この放射性廃棄物が無害なレベルになるには、一番長いもので１０万年かかります。

しかし、ドロドロな燃料棒は当然ながらものすごい放射能を発しており、人間が近づくことができません。
つまり「福島原発の核燃料はいつまで冷やし続けるの？」という問いについては、まったく目処すらついておらず、最悪なら１０万年冷やし続ける必要がある、ということになります。

少なくとも何十年という単位で処理に時間がかかりますし、現在は「なんとか反応しないように無理やり押さえ込んでいる」とう状態であって、とても「収束」した状態とはいえません。

お礼

回答ありがとうございます。

想像以上に難しい問題ですね。
つまり現在は、どうしようもないからひたすら水をかけて冷やし続けているという状態なのですね。
せめて循環できればいいのでしょうが、それすらもできないと。

まさか画期的な技術が開発される数十年後まで、同じことを続けてなければいいのですが。

回答No.2

princelilac

核燃料棒が自分の出す熱で溶けてしまい(メルトダウン)、それが炉心を突き破って漏れているのです(メルトスルー)。炉心から漏れた水が地下水に混ざって流出しているのです。

炉心の水を抜いてしまったら、また高温になり爆発するかもしれません。炉心の爆発は燃料棒が粉末になって飛散することを意味しますので、水蒸気爆発の建屋とは比べ物にならない被害がでます。

通常であれば、使用済みの核燃料は機械で操作して交換し、保存します。が、原発が破壊されてしまったので撤去はおろか、中の様子の確認すらできないのです。確認できないので、メルトスルーだと断定していないのです。断定せずに、被害を過小評価し、緩慢な対応しかしていないのです。

※このくらいの情報は事故直後からたくさんありました。

お礼

回答ありがとうございます。

要するに、放っておくと勝手に核反応を起こしてしまうのですね。
ただ、それがいつまで続くのかを指摘される方がいなかったので質問させていただきました。

回答No.1

maiko0318

核燃料棒だったらよかったんだけど、溶けて容器の底を突き破り、
どろどろの状態です。

これを取り出すのは世界初。どうやって取り出すか、間違えられない難問です。

お礼

回答ありがとうございます。

なるほど、溶けて取り出せない状態なのですね。