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4号機の燃料プールの計算・・・危険か安全かを科学のレベルで議論しよう!

 4号機のプールが危険だという人が多いのですが、その根拠が学問的に示されず、ただ「危険だ」、「人類の終わりだ」ということが先行しています。ここで「4号機の問題を科学で考える」ことを試みます。もしご異論がある方は科学的な反論を期待します。

 

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原子炉は停止すると核爆発は止まり、その後、最初は短寿命核種が崩壊してその崩壊熱が高いが、短寿命核種は早い時期に崩壊するので、どんどん崩壊熱は低くなる。

 

 

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東北大学流体力学研究所がネットに一般公開している論文(この図)によると、この図のように原発を停止してから3日ぐらい経ったときに、約8メガワットぐらいの出力がある。もともと運転中は核爆発による質量欠損を加えて800メガワットで、そのうち10%が崩壊熱とされているので、停止の時が80メガワット、さらに3日後にその10%の8メガワットになっている。

 

さらに原子炉の方は1年後には、さらにその10分の1の0.8メガワットになっている。つまり原子炉は、運転中:停止直後:停止3日後:停止1年後=1000:100:10:1 となっていることがわかる。

 

一方、使用中および使用済み核燃料の方は短寿命核種がないので、崩壊熱も徐々にしか減らない。たとえば4号機は事故の時に4メガワットだったが、1年後はその2分の1の2メガワットにしかなっていない。つまり、かつては1号機から3号機の方が崩壊熱が高かったのに、今では4号機のプールがもっとも崩壊熱が高いことになる。これが「4号機が危ない」ということになっている原因と思われる。

 

ところで、エネルギー換算では1キロワット時は860キロカロリーだから、動力単位で2メガワット(メガは10の6乗)は2000キロワット(キロは10の3乗)、つまりエネルギー単位で1時間で2000キロワット時になるので、それをエネルギー単位のカロリーで表現すれば172万キロカロリーである。燃料プールの中の水が突如として無くなり、空だきになったときには、毎時172万キロカロリーの熱が出ることになる。

 

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一方、20℃で1キロの水を燃料プールの投入すると、それが100℃まで上がる時の熱(顕熱)80キロカロリーと100℃で蒸発するときの潜熱539キロカロリーの合計だから、1キログラムの水で619キロカロリーの熱を奪うことができる。つまり、172万キロカロリーを619キロカロリーで割ると2779キログラム=約3トンの水ということになる。

 

1時間あたり3トンの水を4号機に投入できれば、4号機の燃料プールは100℃にすることができる。蒸気がでるので少し気持ちが悪いけれど、セシウム化合物の沸点より低いし、ヨウ素などの気体の放射性物質はすでに少なく、かつ100℃では燃料の被覆に使われているジルコニウムなどが水と反応するような高温ではない。

 

つまり若干の放射性物質が出る可能性もあるが、「すべてが終わり」というような状態とは全く違う。だから問題は1時間3トンの水を4号機のプールに入れることができるかということだが、2011年3月20日、つまり事故直後に消防車が4号機に注いだ水が1時間80トンだったから、その20分の1以下の水量だから、十分過ぎるほどで、水の蒸発はほとんど無く4号機のプールから放射性物質が大量にでることはないことがわかる。蒸気の計算に20倍の甘いところがあっても大丈夫ということになる。

 

また、プールが崩壊して燃料棒が4号機の床に落下してもその上から水をかければ良いので、これも同じである。従って、4号機のプールが破壊して燃料棒が落下しても、プールは破壊せずに水だけが抜けても、若干の消防車が駆けつければ冷やすことができる。燃料同士がバインドされていないので、大規模な臨界に達することもない。

 

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このような計算をすると、「4号機が危ない」ということにならないのだが、計算が複雑だから私が間違っているかも知れない。読者の方のチェックを期待します。

 

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