核燃料プールがもし沸騰したら

質問

もし核燃料プールの冷却機能が喪失してプールの水が沸騰したらどうなるのでしょうか？
たぶん水を枯らすわけにはいかないので上から水は足すのでしょうが、どのような被害が想定されるのでしょうか？

主な問題はトリチウムの水蒸気が拡散されることでしょうか？
それ以外にも汚染はあるのでしょうか？

回答No.6

kagakusuki · ベストアンサー

回答No.3に対するコメントが投稿されたのが、回答No.5の回答文を作成している途中の事だったため気づかなかったのですが、御質問の趣旨は

>もし抜きたてほやほやの燃料棒の場合どうなるかを質問したかったです。

という事だったのですね。
　その場合は仰る様に水温が上昇して沸騰する事になると思われます。
　但し、運転停止直後の使用済み核燃料は放射能があまりにも強過ぎて危険なため、運転停止直後に取り出す事は出来ませんので、運転停止からある程度期間を置いて使用済み核燃料の線量がある程度低くなってから取り出しているため、その発熱はメルトダウンを起こした福島第一発電所の核燃料と比べれば穏やかなものになります。
　それに、使用済み核燃料はジルコニウム合金などで作られている燃料棒ケースの中に封入されていますし、ジルコニウム合金は連続運転中の原子炉出口の冷却水温度が325℃にもなる加圧水型原子炉にも使われている事からも明らかな様に、燃料棒内部の発熱で周囲の水温が300度以上になっている状態でも問題なく使用する事が出来るものなのですから、プールの様に大気に接して水面が開放している様な状態では沸騰したところで100度程度にしかならない上に、放射性物質の崩壊熱のみによる発熱では連鎖核分裂が起きている場合と比べてずっと発熱量は少ないものに過ぎまんせから、

>上から水は足すのでしょうが

という事で水が大幅に減る事はないという条件であれば、燃料棒自体には損傷等の異常が発生する恐れはおそらくありません。
　只、使用済み核燃料貯蔵プールはその内部で激しい沸騰や激しい対流が起きる事を想定して設計されているものではありませんので、沸騰や対流によって生じた振動によって、使用済み核燃料棒がプール内の設備に繰り返しぶつかる事で損傷するおそれに関しては、あるのか無いのかどちらとも言えません。　
　ですから、沸騰や対流による振動の問題を別にして、熱の問題だけで、水が無くなる心配もないのであれば使用済み核燃料棒の内部にあった放射性物質が飛散する恐れはありません。(皆無です)
　福島第一原子力発電所の事故のニュースの際に、壊れた原子力建屋を上空から撮影した映像に使用済み核燃料貯蔵プールの水面が映っていた事からも明らかな様に、使用済み核燃料貯蔵プールは密閉されておりません。
　それは何故かと言いますと、あのプールの水には放射性物質が殆ど含まれていないため、水面が解放状態であっても水蒸気とともに飛散する放射性物質は問題になる様な量よりもはるかに少ないので、密閉する必要がないからなのです。
　先述しました様に、使用済み核燃料の中の放射性物質は燃料棒ケースのによって封入されていますから、水の中に漏れ出して来る事はありません。
　では、使用済み核燃料が発する放射線によって、周囲にある水やその他の物質が放射性物質に変わる恐れはどうかと言いますと、全く無いという訳ではないものの、それによって生じる放射性物質の量は極々僅かなものに過ぎないため、生じたとしても果たして検出可能な程の量になるものかすら怪しいところです。
　放射性物質ではない普通の物質を放射性物質に変えるためには、その物質の原子の中の原子核に含まれている陽子と中性子の数を変える必要があります。
　陽子や中性子の数を変えるためには、その原子核に陽子か中性子を含んでいる粒子を衝突させるか、高いエネルギーを加えて原子核を砕く必要があります。
　しかし、放射性物質が発する放射線が持つエネルギーは、元々、その放射性物質が持っていた余分なエネルギーを放出したものなのですから、それが原子核を砕く事が出来る程の高いエネルギーだったのなら、放射線を出す以前に放射性物質の原子核が砕けていた筈で、そうなっていないという事は、放射性物質が発する放射線には原子核を砕く程のエネルギーは無いという事になります。
　一方、放射性物質が放つ放射線にはα線、β線、γ線、中性子線などがありますが、これらの内、α線とβ線は透過力が弱く、アルミの薄板1枚程度すら透過する事は出来ませんから、燃料棒ケースに遮られて燃料棒の外に出て来る事はありません。
　γ線は透過力が非常に強い放射線で、燃料棒の外にも出ては来るのですが、γ線はX線などと同様の電磁波の一種であり、陽子や中性子を含んでいないため、放射性物質が放つ事が可能な程度のエネルギーのγ線では、安定な物質の原子核の陽子や中性子の数を変える事は出来ません。
　それに対し、中性子線はγ線と同様に透過力が非常に強い放射線である上に、名前の通りに中性子そのものなのですから、もし安定な原子核が中性子線を吸収すれば、場合によっては放射性物質に変わる事もあり得ます。
　ですが、中性子線が生じるのは核分裂などの特殊反応が起きた場合だけで、大部分の放射性物質は中性子線を発する事はありません。
　使用済み核燃料から中性子線が放出されるのは、ウラン235やプルトニウム239などの核分裂を起こした際に生じる核分裂生成物の原子核が、核分裂が起きてからある程度の時間をおいて中性子を放出する事によって生じた「遅発中性子」や、ウラン238の原子核等が途中で核分裂を起こさずに10個以上の中性子を吸収する事で出来るカリフォルニウム252などの原子核が、中性子を吸収する事なく突然核分裂を起こす「自発性核分裂」という現象によって中性子が生じる場合です。
　この内、遅発中性子を放出する機構に関係する放射性物質の中で、最も寿命が長いものでも半減期が55秒に過ぎませんから、運転を止めた原子炉から使用済み核燃料を取り出す準備をしている間に、ほぼ全ての遅発中性子は放出され尽くして無くなってしまいますので、使用済み核燃料貯蔵プールに関係して来る事はありません。
　一方、自発性核分裂によって発生する中性子線はそれなりの線量にはなるのですが、それでも尚、原子炉内で連鎖反応が起きていた際の中性子線の線量とは比べ物にならないほど少ないものに過ぎませんし、先述しました様に使用済み核燃料貯蔵プールには中性子を吸収するホウ素入りの合金が使われていますので、生じた中性子線の殆どがホウ素に吸収されてなくなってしまいます。
　加えて、もともと使用済み核燃料貯蔵プールの水の中には、中性子を吸収して放射性物質になりやすい様な物質が殆ど含まれておりません。

　そのため、使用済み核燃料貯蔵プールの水には放射性物質が殆ど含まれていないと考えられますので、その水が沸騰しても放射性物質が問題になるほどの量が飛散する恐れはないと考えられます。

お礼

一次冷却水ほどではないにしても同様に放射化されてるのかと思ってましたが、貯蔵プールの水は検出が難しいレベルですか。
たびたびのご回答ありがとうございます。

回答No.7

todoroki_engi

使用済燃料プールに保管されている燃料は、発熱が崩壊熱だけなので、原子炉で核分裂反応を起こしている燃料に比べて、発熱量はずいぶん小さいものです。
そのため、プールの冷却が停止し、水の補給が絶たれたとした場合でも、プール水の蒸発によって水面がわずかずつ低下しますが、燃料が空気中に露出するおそれのある水位まで低下するのに月単位の長い時間がかかります。
その間に水を補給すれば良いので、プール水の沸騰はまず考えられません。

ご質問はプールの水が沸騰した場合の影響ですが、使用済燃料はドライ保管（水のないキャスク中での保管）も行われているので、露出した使用済燃料のまわりに有効な空気冷却パスが形成される場合は、特に異変が生じないケースもあるでしょう。
個別には、使用済燃料の使用履歴、保管体数、空気冷却パスの形状などによって状況が異なります。

使用済燃料プールの冷却機能が一時的に停止した場合でも、燃料が危険な状態に至るまでには月単位の時間余裕があり、その間に適切な対応をとることができます。
注意を怠らないことが大事です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.5

kagakusuki

もしかしますと水がなくなると核分裂反応が連鎖的に始まると考えておられるのでしょうか?
　もしその様に考えておられるとすればそれは大きな間違いです。
　核分裂が連鎖するためには、核分裂反応が1回起きるごとに2～3個放出される中性子の内、必ず1個以上の中性子がウラン235やプルトニウム239などの核分裂しやすい性質を持つ原子核に吸収される必要があります。
　しかし、核分裂反応の際に放出される中性子は余りにも速度が速すぎるため、原子核に吸収される確率が低いのです。
　それに加えて速度の速い中性子の場合、核分裂しやすいウラン235やプルトニウム239の原子核よりも、中性子を吸収しても殆ど核分裂しないウラン238の原子核の方が、速度の速い中性子を吸収する確率が何十倍も高くなるのです。
　原子炉用の核燃料の中にはウラン235やプルトニウム239は特に多いものでも20%程度までしか含まれておらず、大部分は核分裂し難い上に速度の速い中性子をどんどん吸収してしまうウラン238が占めているのです。
　そのため、ただ単に燃料棒を並べただけでは中性子の大部分はウラン238に吸収されてしまうため、核分裂反応がすぐに止まってしまうのです。
　それでは原子炉を動かす事が出来ませんから、原子炉の内部では中性子の速度を非常に遅くする事で、ウラン238に吸収されやすい速度域では無いようにするとともに、ウラン235やプルトニウム239にも吸収しやすい速度にするという事が行われています。
　どうやって中性子の速度を減速させるのかと言いますと、それは燃料棒を間隔を空けて配置した上で、それらの燃料棒の間を水で満たすのです。
　中性子が水の分子中の水素の原子核に衝突すると、中性子が持っていた運動エネルギーが水素の原子核に移るため、中性子は運動エネルギーを失って速度を落とす訳です。
　速度が大幅に遅くなった中性子は、ウラン235やプルトニウム239に吸収される確率が格段に大きくなるため、連鎖核分裂反応が持続する様になります。
　この水の様に中性子の速度を減速させる働きをしているものを「減速材」と言います。

　つまり、水が無ければ中性子は減速せず、核分裂反応は停止するのですから、水が無くなると核分裂が起きると考えるのは誤りなのです。
　1999年に東海村JCO臨界事故が起きた際には、連鎖核分裂反応を止めるために冷却水を抜く作業が行われた事は有名な話です。

【参考URL】
　東海村JCO臨界事故 - Wikipedia > 2 事故の推移
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%B1%E6%B5%B7%E6%9D%91JCO%E8%87%A8%E7%95%8C%E4%BA%8B%E6%95%85#.E4.BA.8B.E6.95.85.E3.81.AE.E6.8E.A8.E7.A7.BB

　それでは水が満たされた使用済み核燃料貯蔵プールの中で何故核分裂反応が起きないかと言いますと、使用済み核燃料貯蔵プールの中にあるのは水と核燃料だけではなく、中性子を非常に良く吸収する性質があるホウ素を混ぜた合金(ステンレス鋼か或はアルミニウムにホウ素を混ぜた合金)で出来ている大型の金具が、使用済み核燃料棒1本1本の周りに配置されているため、もしプール内で中性子が発生したとしても、大部分はホウ素の方に吸収されてしまってウラン235やプルトニウム239にはあまり吸収されず、核分裂反応が持続する事はないからなのです。
　核分裂反応を促進する性質を持つ水で満たされている状態ですら、核分裂反応を抑え込む事が出来るほどホウ素を混ぜた合金の中性子の吸収力は強いのですから、水が無くなって中性子が減速しなくなれば、尚の事、核分裂反応は起きなくなります。

　ですから、核燃料貯蔵プールの中で連鎖核分裂反応が起きる心配は全くありませんので安心して下さい。

お礼

ご回答ありがとうございました。

補足

いえ核反応が起きるとは思っていませんが、前日まで使っていたような燃料棒なら残された崩壊熱でプールの水が沸騰して、放射化した水蒸気がまき散らされるのかなあとは思ってます。というか、リスクってだいたい想像つかないところにあるのでそういったことを含めての質問です。

回答No.4

kimamaoyaji

>もし核燃料プールの冷却機能が喪失してプールの水が沸騰したらどうなるのでしょうか？
原子炉内部の状態に近い状態です、沸騰した水蒸気でタービンを回して発電するわけですから。
ただ今すぐそうなることはありません、順番が逆で水がある状態では安定していて、温度は上がりませんが、水がなくなると不安定になり核分裂が盛んになり沸騰する温度になると言うものです、ただし、核燃料容器が経年変化でダメージがある状態になれば不安定になります。
だから安全性を考えるなら、容器が使えるうちに原子炉で発電に使い、核廃棄物にして、エネルギー量を減らすのが一番安全です、核廃棄物は放射線はでますが、放置しても爆発や高温になることは無いです。

お礼

核燃料棒はたとえ使用済みでも臨海停止でもしばらくの期間崩壊熱は続きます。

回答No.3

kagakusuki

原子力発電所の使用済み核燃料棒は原子炉の運転を停止してからしばらくの間は極めて強い放射能を持っているため、その放射線のエネルギーによって大量の熱を発しています。
　それにより、使用済み核燃料棒は原子炉から取り出してからしばらくの間は冷却し続けなくては自らの熱で融けてしまうほどの高温となります。
　そのため、使用済み核燃料棒は原子炉から取り出してからしばらくの間は使用済み核燃料貯蔵プールの中の水に浸け込んで、使用済み核燃料を水で冷やし続けるとともにプールの水自体も冷却装置で冷やし続けるという事が行われます。
　しかしそれはあくまである程度の期間においてのみ行われる事に過ぎません。
　放射性物質の原子核は放射線を出すと別の種類の原子核に変わってしまうため、放射性物質は放射線を出せば出すほどどんどん別の物質に変わって行ってしまうものなのです。
　放射性物質が別の物質に変わるのですから、放射性物質ではなくなるという事を意味します。
　つまり、放射性物質は放射線を出し続けるに従って、放射能が弱くなって行くものなのです。
　その事は使用済み核燃料に含まれている放射性物質でも同じですので、年月が経過するに従って放射能は弱まり続けます。
　そして、3～5年程度が経過すると放射能はかなり弱くなり、もう水に浸けていなくても温度があまり上がらなくなりますので、そうなった使用済み核燃料は水から出しても大丈夫という事になりますから、貯蔵プールから取り出されて原子力発電所内の仮置き場や中間貯蔵施設へ送られます。
　仮置き場や中間貯蔵施設では、放射性物質や放射線が漏れ出さないように容器に収められているだけで、冷却水の循環等の積極的な冷却は行われておらず、空気中に自然に熱が逃げるのに任せているだけですが、それでトラブルが起きた事はありません。

　つまり、使用済み核燃料は5年も経てば、例え水無しでも高温になる事はないという事です。
　福島第一原子力発電所にある使用済み核燃料は、東日本大震災が起きるよりも前からプールの中に貯蔵されていたものであり、東日本大震災から経過した年月はもう5年と9ヶ月にもなるのですから、もし仮に、冷却水の循環が出来なくなったとしても、プールの中に入っている使用済み核燃料の現在の発熱量ではあまりにも熱が弱過ぎて、プールの水を沸騰させる事など到底出出来ませんし、例えプールの水を全て抜いてしまったとしても、使用済み核燃料を包んでいる燃料棒ケースに悪影響が及ぶ恐れが少しでもある様な温度になる事は最早あり得なくなっていますから、放射性物質が燃料棒の中から漏れて来る心配はありません。

【参考URL】
　使用済み核燃料 - Wikipedia > 1 概要
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%BF%E7%94%A8%E6%B8%88%E3%81%BF%E6%A0%B8%E7%87%83%E6%96%99#.E6.A6.82.E8.A6.81

　電気事業連合会 > 原子力発電について > 原子燃料サイクル > 使用済燃料の中間貯蔵
　　http://www.fepc.or.jp/nuclear/cycle/chozou/

お礼

ご回答ありがとうございます、今回の福島の燃料棒がたいして発熱してないのは知っておりましたが、もし抜きたてほやほやの燃料棒の場合どうなるかを質問したかったです。

回答No.2

norepe

核燃料プールがもし沸騰したら
心配ない安全だとアホ安部や嘘つき東電やいい加減な原子力委員会は言い出すだろう。
信用するかしないかは貴方がた次第だが。

お礼

ひやかしは要りません(´・ω・｀)

回答No.1

princelilac

原発事故当時に核燃料が崩れ落ちる「メルトダウン」、その燃料が原子炉の底を突き破って流出する「メルトスルー」という言葉が、幾度も聞かれました。

　使用済みの核燃料プールにも、まだ放射能の高い物質が保管されています。水で冷却する以外に上のような暴走をくいとめる方法がありませんので、冷却水がなくなってしまえばやはりメルトダウン、メルトスルーの危険性が残っています。

　完全に水がなくなって、メルトダウンした核燃料が乾燥すると、核物質が粉塵として飛散します。この被害に苦しんだのが東北の原発被災地なのです。

お礼

水が無くなった場合の質問はしておりません(´・ω・｀)