経産省原子力安全・保安院が、福島第１原発1号機の原子炉系配管に事故時、地震の揺れによって0.3平方センチの亀裂が入った可能性のあることを示す解析結果をまとめていたことが分かった。
東電は地震による重要機器の損傷を否定し、事故原因を「想定外の津波」と主張しているが、保安院の解析は「津波原因説」に疑問を投げかけるものだ。政府の事故調査・検証委員会が年内に発表する中間報告にも影響を与えそうだ。

これまでの東電や保安院の説明によれば、3月11日午後2時46分の地震発生後、1号機では、非常時に原子炉を冷やす「非常用復水器(IC)」が同52分に自動起動。運転員の判断で手動停止するまでの11分間で、原子炉内の圧力と水位が急降下した。この後、津波などで午後3時37分に全交流電源が喪失し、緊急炉心冷却装置(ECCS) が使えなくなったため、炉心溶融が起きたとされる。
一方、経産省所管の独立行政法人・原子力安全基盤機構が今月上旬にまとめた「1号機IC作動時の原子炉挙動解析」は、IC作動時の原子炉内の圧力と水位の実測値は、ICや冷却水が通る再循環系の配管に0.3平方センチの亀裂が入った場合のシミュレーション結果と「有意な差はない」と結論付けた。圧力と水位の急降下は、0.3平方センチの配管亀裂でも説明できるという。0.3平方センチの亀裂からは、1時間当たり7トンもの水が漏えいする。        全文  (18.1KB)

ハワイと米国西海岸でウランの微粒子が、原発敷地内ではプルトニウムが検出されました。北東部ニューイングランドではアメリシウムが検出されています。これらの物質は超ウラン元素と呼ばれ、ウランよりも重いのが特徴です。そして、その核種の検出は、福島原発で核燃料が損傷して揮発した可能性があるということです

爆発後の3号機の画像を見ると、建屋の大部分、特に南側がなくなっています。しかし、赤外線写真を見ると爆発後も南側に熱源が確認できます。このデータから、3号機の格納容器、原子炉は損傷していないことは確かです。不思議です。原子炉に損傷はないのに、建屋は吹き飛んでいる。なぜでしょう。縦15×横15×深15mの使用済み燃料プールの水は空の状態だったと私は思っています。そこにガスが充満し、上方に吹き飛び爆発した。プール上部には蓋がなく、側面には壁があるため、その構造が上方への爆風を起こした。説明を付け加えるならば、燃料プールは上に向けられた銃口のようなもので、上に向けて発射された訳です

映像を見ると、爆発後に多量の破片が落ちてくるのが見えます。それらは、燃料棒を含む燃料集合体で、ウランやプルトニウムの破片でしょう。原発施設から数km離れたところからウランやプルトニウムが検出されているのが納得できます
その他としては、噴煙の黒さでしょう。その黒さは、ウランやプルトニウムが揮発したことを意味します。それらはエアロゾルと呼ばれる非常に細かな微粒子となり、太平洋を越えて、ハワイ・西海岸・ニューイングランドにまでも到達したのです

では、何が上昇のエネルギーをもたらしたのでしょうか
ただの水素反応だったと仮定すると、水素が酸素と結合して水を作る化学反応 (水素爆発) です。その化学反応が起きた時はdeflagrationで衝撃波は音速を超えません。これは1号機で起きたことです。1号機は爆発的ではありません
何が3号機の爆発を引き起こしたのでしょうか
明らかに3号機は爆発です。噴煙がかなりの高さまで立ち昇っていること。赤い閃光が建屋の側面で光ったこと。deflagrationは閃光は伴いませんが、detonationは閃光を伴います

何がdetonationを引き起こしたのでしょうか
水素と酸素の化学反応 (水素爆発) だけではdetonationは起こりません。それ以外の何かがなくてはならないのです。なぜかというのはまだ明らかにされていませんが、適切であろう理由は、
(1) 水素と酸素の化学反応が始まり (水素爆発が起こり)
(2) それによって燃料棒が激しく動いて歪むような衝撃波が生じた
(3) 使用済み燃料プールでの燃料棒が動いて変形し、即発臨界による核反応を引き起こした
(4) その核反応が、プールから燃料棒・核燃料集合体などを吹き飛ばし、噴煙を噴き上げる爆発のエネルギーと、3号機での凄まじい光景を作り出した

この仮説を確かめるには、噴煙に含まれる核種の同位体を調べることです。現在、米軍機がサンプルを採集していますから、研究所で分析中でしょう。キセノン(Xe)には2種類の同位体がありますが、それらの比率を調べることによって、使用済み燃料プールで即発臨界が生じたかどうかが分かります。つまり証拠はあるのですが、まだ私たちに公開されていない。おそらく、米国政府は証拠を持っていると思います

3号機の炉心周囲の水が熱せられ水蒸気となり、その水蒸気が核燃料を密封する被覆管のジルコニウム合金と化学反応を起こし大量の水素が発生した。
発生する水素量は温度と反応時間、反応表面積で決まるが、3号機は燃料集合体の数が多いために表面積が大きく、反応時間も長かったことから、水素発生量が多かったと考えられる。東電や原子力安全・保安院は3号機での水素の発生を数百kgと見積もっていたが、最終的に540kgの水素が発生したと解析された。
水素は酸素と反応すると爆発し、空気中の水素濃度が18％を超えると爆轟現象が起きやすくなるという(新エネルギー・産業技術総合開発機構の資料によると、水素の爆轟は空気中濃度が15.5〜64.1％で発生するとされる)。3号機の原子炉建屋最上階での水素濃度は約30％となり、注水停止から約32時間後の14日11:01に火炎の伝播速度が音速を超える「爆轟(ばくごう)」現象が生じた。爆轟には衝撃波の背後に火炎を伴う構造をしている。燃焼時間はわずか0.02秒。水素の燃焼に伴い発生する圧力を求めたところ、建屋内の圧力は瞬間的に約60気圧に達した。そして、建屋上部が吹き飛んだ。

これと比較して、1号機は「爆燃」と呼ばれる爆発現象であった。3月12日に爆発した1号機原子炉建屋では、上部のオペレーションフロアで水素濃度が約15％に達していたという解析が得られている。3号機の2分の1の値。このため、「爆轟」ではなく「爆燃」が生じたと見られ、火炎の伝播速度は音速を超えない。
1号機は冷却停止から爆発までの時間が約24時間で、炉内の燃料棒も3号機より少なかった。
水素発生量は270kg、建屋最上階での濃度は15％、水素の燃焼は数秒間続き、建屋の壁が壊れて煙が噴き出した。オペレーションフロアの壁と屋根は鉄骨にパネルを張った簡素な構造だったため、容易に破壊された。これは、3号機のような「破裂」ではなく、「壁を中から徐々に強く押していったイメージ」という。

東電は27日に、隣接する3号機の蒸気を逃がす「ベント」の際に4号機側に水素が流入したことを裏付ける痕跡を見つけたと発表した。
3号機と4号機の原子炉建屋は非常用ガス処理系という配管でつながり、3号機と4号機の排気管は共通の排気筒に入る手前で合流している。この合流地点から4号機の原子炉建屋までの配管にある「放射能除去フィルター」の放射線量を8月25日に測定。3号機の配管との合流地点に最も近い部分は6.7mSv/hと高かったが、4号機建屋に近づくにつれて0.5mSv/h、0.1mSv/hと低くなっていた。3号機から水素が流れ込んだ可能性が高まったという。
ただ、原子炉建屋が水素爆発した1号機では同じ構造の配管の排気の合流部分で5Sv/h以上と極めて高い線量が計測されている。4号機の測定値が低い理由については、今後検討する。

4号機のプールには、事故を起こした1〜4号機の中で最も多い1535本の燃料棒が入っていた。東日本大震災発生当時、定期検査で運転停止していたが、津波で電源を喪失。冷却機能が失われ、地震発生から4日後の3月15日に爆発した。
水素爆発を起こした1、3号機では原子炉内にあった燃料棒が損傷し水素が発生したとされるが、4号機の燃料棒に目立った損傷はなかった。東電は排気筒を共有する3号機から水素が流入して、4号機の水素爆発にいたったと推定している。
しかし、チームは3号機と4号機の爆発に約20時間の差があることに注目し、他の要因があると推測。フラスコ内の水を室温、97度、沸騰状態の3段階にして、放射線を照射。発生した水素の濃度を調べたところ、97度で室温の1.5倍、沸騰状態で100倍となることが分かった。
水素は空気中の濃度が4％を超えると爆発の危険性が出てくる。建物上部にたまった水蒸気は壁で冷やされて水に戻るが、水素は気体のままで空気中に占める割合が高まったとみられる。
チームの勝村庸介・東大教授 (放射線化学) は「3号機からの流入に加え、放射線分解が重なったのではないか。今後、実際の原子炉建屋やプールの規模で起こるのかを検証したい」と話す。
東電は「理屈上はありうるが、爆発させるほど水素が大量発生するかどうかは不明」としている。