メルトダウン後の再臨界およびそれを原因とする核爆発は起きないのか 解説 マキノさん(2013.4.27作成)

まとめました。
震災 原発 再臨界
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Jun Makino @jun_makino
メルトダウン後の再臨界とかそれによる爆発は起こりえない、っていって る人はどういう物理的根拠でいってるんだろう?まあ、実際の 3 号機の爆発と かが再臨界によるものだというのはすごくありそうなわけではないと思うけど。
Jun Makino @jun_makino
思うだけであんまり根拠はないけど、中性子がうかったとかそういう、 再臨界であることを示唆するデータはないから。
Hideyuki Hirakawa @hirakawah
@jun_makino 「核爆発レベルの臨界」になる可能性は相当に低いんじゃないですかねぇ。水蒸気爆発起きるくらいの発熱が局所的でスパイク的な再臨界で起きる可能性はそれなりにありそうですが。
Jun Makino @jun_makino
@hirakawah 「核爆発」が広島原爆レベルのことなら、実際に臨界事故をやったチェルノブイリでももちろんそこまではいってないし、あれだけ大量の連鎖反応を、とびちる前にすます仕掛けがいるので、そこまでいかない、というのはそうでしょう。
Jun Makino @jun_makino
松浦さん : https://t.co/6fnwDYLlD0 去年こういう記事を書きました。原子力発電を考える
Jun Makino @jun_makino
http://t.co/HHotesq1mC 「核爆発をなめるな」 とのことなのですが、まあ色々な事実誤認があるような気がのでその辺簡単に。
Jun Makino @jun_makino
引用 : 3 号機建屋爆発が核爆発である可能性は、今現在、福島第一の敷地内に人が入って収束作業を行っている事実で簡単に否定される。核爆発が起きるとするならそれは、核燃料が核分裂反応を一気に起こしたということだ。
Jun Makino @jun_makino
引用 : だから確実に核燃料の破片が爆発の及ぶ限り周囲に飛び散ることになる。核燃料には大量の放射性同位体が含まれているので、破片は非常に強い放射線を発している。
Jun Makino @jun_makino
これらは、具体的な量が全く不明なので特に情報があるものではない。 まあ、こういう理屈だとチェルノブイリで実際に起こった臨界も否定される ( 人がはいって作業はしてるから ) わけで、その意味ではこれはおかしい。
Jun Makino @jun_makino
引用 :  事故から 1 年以上がたった今年の 3 月 27 日、東京電力は 2 号機の格納容器内にカメラと放射線測定センサーを挿入し、内部の様子を観察した。格納容器の底から 4.2m のところでは毎時 72.9 シーベルトという非常に強い放射線が観測された。これは人が 10
Jun Makino @jun_makino
分も浴びたら死に至るほどの強い放射線だ。
Jun Makino @jun_makino
引用 :  もしも 3 号機原子炉建屋の爆発が、核爆発であったならば、これと同レベルの強力なホットスポットが 3 号機周辺にいくつもできて、とても人が近づくことはできなくなっていただろう。
Jun Makino @jun_makino
これは、この「毎時 72.9 シーベルト」がどれくらいの広さで発生しうる か考えてないので、正しい推論かどうか疑問である。実際に大雑把に見積もっ てみよう。
Jun Makino @jun_makino
原子炉 1 基の核燃料の総発熱量を 1MW とする。そうすると、これは例え ば 1000 トンの水に全部吸収されれば 1W/kg = 3600Gy/h なので、 100Sv/h になるため には 4 万トンの水に吸収されればいい。
Jun Makino @jun_makino
そのために、厚さ 20cm くらいの水の球 殻で線源を覆うことを考える。表面積は 20 万平米となり、半径 150m 程度、地 上で 100Sv/h を超える面積は 5 万平米くらいである。
Jun Makino @jun_makino
つまり、全ての核燃料物質が建屋からほうりだされて、自己遮蔽が起き ないような理想的な形状におかれたとして、 100Sv/h になる面積はやっと数万 平米である。
Jun Makino @jun_makino
実際には、核爆発が起こったって全ての核燃料物質がばらまかれる必然 性はない。まあそもそも全ての核燃料物質がばらまかれるためには建屋を完全 にふきとばす程度のエネルギーは必要だし、その規模ではなかったことはわかっ ている。
Jun Makino @jun_makino
引用 :  また、発電所外部の放射線モニタリングによって、大規模な放射性物質漏洩が起きたのは、 3 月 15 日と 23 日であることが分かっているので、 3 号機建屋の爆発が起きた 3 月 14 日の時点では、少なくとも格納容器はまだ閉じ込めという機能を保っていたと推定できる
Jun Makino @jun_makino
引用 : 格納容器内部で核爆発が起きていたとしたら、 14 日に大規模な放射性物質漏洩が起きているはずだ。
Jun Makino @jun_makino
もちろん現在では、 12-14 日の間に大規模な放射性物質漏洩が起きていたことが MP データからもわかっている。松浦さんがこれ書いた時点では MP データは公開されてなかった かもしれないが、 12-14 日の間に放出があったことを示唆するデータは色々あった。
Jun Makino @jun_makino
松浦さんは、そういうデータを全てデマであると無視した、ということであろう。
Jun Makino @jun_makino
https://t.co/GLh26kAYjw 小さ い核爆発を起こすことは、とても難しいのだ。
Jun Makino @jun_makino
これは、実際に例えば JCO 事故で起こった臨界の規模を考えるとかなり 意味不明な発言である。バケツで溶液を沈殿槽にいれただけで臨界は起こせる。
Jun Makino @jun_makino
もちろん、原爆級、つまり TNT10 キロトンとかの爆発を起こすためには 条件を整える必要があるが、もちろんそんな爆発はおこっていない。
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コメント

夢乃 @iamdreamers 2013年4月27日
参考【http://togetter.com/li/381474/猿でもわかる!? 原発で核爆発が起こりえない理由】
T.U.Yang @tadatsome3 2013年4月27日
この人本当に理系の研究者か?そりゃ専門外かも知れないが、臨界と核爆発を同列に話すというのは信用に関わるほどに基礎教養を疑われるレベルだぞ。
カオル @moegikaoru 2013年4月27日
まさかと思うけど、この人たち「核爆発」の事を「普通の爆発より威力の強い爆発」としか思ってないんじゃない? うん、まさに猿以下w 
ニジノスキー@巫女萌え @Niji_zero 2013年4月27日
爆縮レンズなしで核爆発が起こせるんなら、核爆弾が実戦で使われたのが二回で済むはずがないだろwww
ちんあなご(オイスターライツ) @hy_cl 2013年4月27日
我々が見ている福島第一原発は3DCGなんだよ__核爆発でクレーターになっていることを隠蔽しているんだ___!
小川靖浩 @olfey0506 2013年4月27日
moegikaoru むしろ「核爆発」を「核物質が原因で起こる爆発」と解釈、じゃないかと。あれは不完全燃焼とそれによる「炉を熱とそれによる水素膨張による破壊」であって、核爆発の必須条項である「瞬間的な急激な反応」が欠けているんだよなぁ。爆縮レンズとかも如何に瞬間的な反応を得るための技術なんだし。正直、ダーティボムと核兵器の区別ができてるのか疑問
ひかる(工学趣味) @hiruandon89 2013年4月27日
>「実際の3号機の爆発とかが再臨界によるものだというのはすごくありそうなわけではない」 3号機の爆発は再臨界ではない その可能性は低い と否定されているツイートですからね。念のため補足。
ひかる(工学趣味) @hiruandon89 2013年4月27日
>「JCO事故で起こった臨界の規模を考えるとかなり意味不明な発言である。バケツで溶液を沈殿槽にいれただけで臨界は起こせる」 東電福一事故原子炉でも条件が重なれば臨界は理論上有り得る。一定量のウラン燃料、減速材の水ほか微妙な条件が必要なので起きにくいとされてますが。
Piatti @Cymbal_22 2013年4月28日
臨界には明確な定義がある。核反応が連鎖して起き続けることだ。核爆発には定義がない。強いて核爆発を定義するなら、核反応をエネルギー源とする爆発現象、だ。もちろん、核爆発が発生した時点で元にあった核燃料は全て吹き飛んでしまい、跡には強力な放射線や熱線により発生した痕跡ぐらいしか残らない。簡単に言うなら、核爆発をなめるな、ってとこか。
E-WA/いーわ @ewa4618 2013年4月28日
ああ御用学者リスト関連の人だっけ。この程度かw
言葉使い @tennteke 2013年4月28日
不特定多数に質問を呟くことと、詳しい人に直接質問することの違いは、どこにあるんだろう?と読んでて思った。
great @ggg_great 2013年4月28日
jun_makino君 の平常運転ですね。
うにら @riafeed 2013年4月28日
核を持ちたい国が何のために必死になって遠心分離機を大量調達したり実験を強行してるのか考えれば原子力発電レベルでは使えない=起こり得ないことは分かりそうなものだが
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
マキノさんが理解していないなんてことはないと思いますが、未だに誤解している人も多そうなので一応指摘しておくと、原子力発電所は臨界させるのが仕事なので臨界=事故ではありません。JCOの事故は臨界してはいけない設備で臨界を起こしたから事故なわけで。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
核分裂の連鎖反応で臨界というのは、反応度が1の状態です。1を超えれば超臨界、1未満だと未臨界です。ただ、原子炉が起動した後徐々に出力を上げていく課程では反応度が1を僅かに上回っていますが、その状態を超臨界とは普通言いません。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
軽水炉というのは「最大反応度運転」で設計されています。どういうことかと言うと、反応度が最大になっているのが通常の運転状態、つまり何か条件が変われば反応度は小さくなって、核分裂の連鎖反応が維持できなくなる、出力が下がって停止するということです。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
事故が起きれば通常運転状態から何らかの条件が変わってしまうので、何もしなくても未臨界になって連鎖反応は止まります。1Fの事故でも運転中の全ての炉で地震発生後速やかに未臨界となっていて、その後再臨界した形跡はありません。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
チェルノブイリのような黒煙減速炉は条件によっては反応度が1を大きく超えて添加される過剰反応度事故があり得ます。運転マニュアルでそうした条件になる操作は禁止されていましたが、マニュアルを無視した操作をできなくするような設計にはなっていませんでした。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
黒鉛減速炉ですね。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
軽水炉では、過剰反応度事故は原理的に起きません。これは軽水炉のメリットの一つで、現在では世界中の発電炉の大部分が軽水炉になっています。なお、何も対処しなくても(あるいは間違った対処をしても)仕組みとして安全な方向にしか行かないような性質を、受動的安全性と呼んだりします。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
軽水炉の過酷事故では、再臨界というのはそれほど大きなリスクではありません。可能性があるとすれば、BWRでは冷却水が無くなって炉心が過熱し、制御棒が溶融した後炉心が溶け始めるまでの僅かな時間にちょうど注水によって冠水する、というタイミングに限られます。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
一旦炉心が溶け落ちてしまえば、落ちて集まった先で臨界が可能な形状に再配置されるなんて事はまずありません。例えるならば、プールに投げ込んだ100枚の1円玉がプールの底で10枚ずつキレイに重なって等間隔で並ぶくらいの偶然が起きなければ再臨界は不可能です。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
しつこいですが改めて理由を説明すると、軽水炉は最適に燃料を配置して、減速材の軽水(水)がその間にあるという状態でようやく臨界を維持できるので、配置が少し入れ替わるとそれだけで未臨界になってしまうような、「臨界しにくい」構造だからです。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
以上は再臨界の話ですが、核爆発については全く次元の違う話になります。定義を確認しておくと、核爆発というのは反応度がどんどん高くなっていくのでもちろん超臨界なのですが、「即発」超臨界であり、原子炉の中で起きる「遅発」臨界とは全く別のものです。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
「即発」とか「遅発」というのは中性子のことで、原子炉で使われる低濃縮ウランの核分裂連鎖反応に寄与するのは遅発中性子です。核分裂の瞬間に放出される即発中性子は高速中性子とも呼ばれるようにエネルギーが高すぎ、当たっても弾き飛ばすだけで補足されません。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
一方、分裂で生じた核分裂生成物の一部がβ崩壊した後さらに壊変する際に放出する遅発中性子は速度が遅く、減速材で更に減速することで補足しやすい熱中性子になります。臨界状態とは、1つの核分裂で生じた熱中性子が平均して1つの核分裂を起こす状態なのです。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
なお、熱中性子ではなく高速中性子で臨界を維持するように設計された原子炉を高速中性子炉、または高速炉と呼びます。高速増殖炉のもんじゅは高速炉の一種です。高速炉では減速材は必要ないので、冷却材には減速作用のない液体ナトリウムなどを使います。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
軽水炉の燃料では、何をどうやっても即発中性子(高速中性子)で超臨界はおろか、臨界を起こすこともできません。核兵器では飛び散る前に少しでも反応を進めるため即発臨界が必須なので、ウラン235の濃縮度を9割以上にした高濃縮ウランを用います。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月28日
つまり、エネルギーの大小に関わらず核爆発(即発超臨界)は原理的に起こりえず、熱中性子による再臨界も炉心が損傷した後ではあり得ません。これは軽水炉の設計から自明ですし、1F事故でもそれらを疑うような証拠は全くありません。
酋長仮免厨 @kazooooya 2013年4月28日
「チェルノブイリで実際に起こった臨界も否定される」って誰か否定しているの?松浦さんは核爆発の話しをしていたのでは?ちなにみチェルノブイリでは水蒸気爆発と水爆発とされている。http://j.mp/ZPmKDr
undo(俺の花だよ月見草) @tolucky774 2013年4月28日
マキノ氏は専門以外のことは黙ってた方がいいと思った
オニダルマオコゼ @gm5osaka 2013年4月28日
核(になんか関係がありそうな感じのする)爆発のことではないでしょうか
酋長仮免厨 @kazooooya 2013年4月28日
kazooooya 水蒸気爆発と水素爆発の間違い(>_<) → ”水爆発”
山本祥寛 @yoshihiroyama 2013年4月28日
本文は読み飛ばしていいけど、f_zebraさんのコメント欄での解説は必見。
Jun Makino @jun_makino 2013年4月28日
f_zebra 若干細かいですが、これだと遅発中性子だけから熱中性子が生成され、それで臨界が維持されている、と読む人がでそうです。そういう意図でかかれていますか?
ひろ@猫もふ欠乏症 @hiro_h 2013年4月28日
解るまでの過程、確認、検算等をつぶやいてるのを、いちいち晒しあげなくてもいいとおもうの…(解説はGJと思うけどw
酋長仮免厨 @kazooooya 2013年4月28日
コメントデザインされる前に、このコメント欄におけるFlying Zebraさんの丁寧な解説抜き出してみましたw→ http://j.mp/166lM9V
うさ学 @ottwo 2013年4月28日
マキノ先生は実際に核爆発が起きたと思ってるわけじゃなくて、証明が片手落ちだって言いたいだけでしょ
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月28日
f_zebra 溶けて固まった核燃料は均一に固まるものなんでしょうか? http://twitpic.com/cml31e
酋長仮免厨 @kazooooya 2013年4月28日
粘着ぷりりんって切れ痔なのかとおもたw(´Д`)
カオル @moegikaoru 2013年4月29日
・・・・可愛いじゃないか・・・ww 
ニジノスキー@巫女萌え @Niji_zero 2013年4月29日
kazooooya ぷりりんはアレな界隈に向けて尻穴広げて誘ってるようなので、切れ痔の原因はお察し下さいw
Jun Makino @jun_makino 2013年4月29日
f_zebra 「最大反応度運転」という言葉で検索すると f_zebra さんの書いたものしかみつからないのですが、出典等を示していただくことは可能でしょうか?
酋長仮免厨 @kazooooya 2013年4月29日
f_zebraさんが仰りたいのはこの事ではないでしょうか?→ 反応度 (原子力) - http://j.mp/YfZFeK
mockmoon @mockmoon2000 2013年4月29日
72Sv/h云々で証明しようとする松浦さんの論に反論されたのでしょうが。基本的に炉が破壊されたチェルノブイリにおいては原発から2km南西のところで事故当初は空間線量1Sv/hを超える場所(放射線で森林が枯れたのでレッドフォレストと呼ばれた場所です)が発生したそうです。
mockmoon @mockmoon2000 2013年4月29日
福島においては原発から2km地点では高くても1mSv/hレベルかと思われますし、また放出された核種の分析結果でも融点、沸点の高いものはあまり周辺で観測されていなかった事を持ってチェルノブイリとは違い、炉の崩壊はなかったと推測はできます。
mockmoon @mockmoon2000 2013年4月29日
松浦さんの論というのは、核爆発が起こったならば炉は完全に破裂したことを意味し、そうすれば周辺の線量も途方も無いものになる。よってその可能性はない、という大まかな文脈かと。確かに72sv/hの部分だけ抜き出せばそういう反論はできるとは思うのですが、大きな文脈までは否定はできんのかと。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月29日
jun_makino 「最大反応度体系」で検索するともう少し色々出てくると思います。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月29日
pririn_ ここも皆さん誤解の多いところで、原子炉(圧力)容器だの原子炉格納容器だの似たような言葉が沢山あるので仕方がないのですが、核燃料があるのは原子炉容器で、メルトダウンするとまずは原子炉容器の底に溜まります。さらに制御棒駆動装置などの貫通部から原子炉容器の外に出ると、そこは原子炉格納容器です。原子炉格納容器の底はコンクリートの床になっていて、格納容器全体の「底」にあたる鋼製の部材はその下にあります。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月29日
1Fの事故では炉心損傷に至った1~3号機の少なくとも一部では溶融炉心が原子炉容器を貫通して原子炉格納容器の床に落下してコンクリートを一部溶かしていますが、その下の鋼製の底まではおそらく達していません。実際にどこでどうなっているかが明らかになるのはまだ10年以上先の話でしょうが、様々な解析や温度などの測定結果から、燃料が格納容器の中に留まっていることはまず間違いないと見られています。
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月29日
ちなみに、格納容器のさらに下はそのまま原子炉建屋の基礎になっています。ご存じの通り日本では原子炉建屋は耐震性の観点から堆積層には建設できず、必ず岩盤に直接基礎を打つことになっています。そのため、原子炉建屋の基礎の下は岩盤層、つまり不透水層です。もっと何十mも下の方には帯水層もあるかもしれませんが、原子炉建屋の真下にすぐ地下水があるわけではありません。
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月29日
そうなんだ。ならなぜ建屋地下が浸水したり、それを防止する為に井戸を12本も掘ったりしているのかがおいら良く解らないです>>原子炉建屋の基礎の下は岩盤層、つまり不透水層です。原子炉建屋の真下にすぐ地下水があるわけではありません。
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月29日
核燃料が1cm角のペレットで長い筒状に減速材のジルコニア被膜内部に保たれている状態とメルトダウンしてコンクリートを溶かしてある体積で溜まっている状態とは、各核物質の分布が正常状態と異なるので局所的に反応が加速するのではとおいら思いました。水にも浸されてしまうし。物理学者さん達はナンセンスって言ってたから、そうなんだって思ったけど、どっちかまだよく解らないです
Flying Zebra @f_zebra 2013年4月29日
建屋の周囲の、岩盤層と地表の間には地下水がありますよ。地下室に浸水する場合、普通は底からではなく側面からです。1Fの原子炉建屋周りがどうなっているかは知りませんが、普通に考えると側面の、地表に近いところからの浸水じゃないでしょうか。
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月29日
f_zebra 湧水侵入経路はわからないけれど、地下水は汚染されている。格納容器は破損してるから仕方ないけど、最も損傷してる確率が高いのは、ぶ厚い鋼鉄の原子炉容器を貫通する様な高温のメルトダウンした燃料にさらされた格納容器底部じゃないかな?っていう推測はヘンテコですか?
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月29日
地下貯水槽が汚染されるということは地下水が漏出する位の海抜より低い場所に格納容器の損傷箇所が有るということで良いような気がするんです。ヘンテコかな? http://desktop2ch.tv/wildplus/1366425206/
🌸🍀眞葛原雪🍀🌸 @pririn_ 2013年4月29日
格納容器は水深何センチくらいには最低なれてるのでしょうか?その水深位置が破けてる位置っておいら思うだ http://thenavypress.up.d.seesaa.net/thenavypress/image/reactorblueprint.jpg f_zebra
Jun Makino @jun_makino 2013年4月30日
f_zebra あ、ありがとうございます。f_zebra さんの表現だと、制御棒を引きぬいても反応度が増えない、と読めますが、そういう意味ではない、という理解で正しいでしょうか?
Jun Makino @jun_makino 2013年4月30日
f_zebra あと、よろしければこちらにもご回答いただければ幸いです。http://twitter.com/jun_makino/status/328450843479257088
Flying Zebra @f_zebra 2013年5月1日
即発中性子も十分に減速すれば熱中性子になり、臨界に寄与します。ここでの議論には関係ありませんが。それと、ホウ酸濃度(PWR)や再循環流量(BWR)による出力調整は化学反応で言えば平衡状態をシフトするようなもので、一時的に反応度が1から上下しても臨界状態は維持されます。制御棒は起動・停止時くらいしか使わず、定格出力運転中は全引抜きです。
Jun Makino @jun_makino 2013年5月1日
f_zebra あ、回答ありがとうございます。すみません、確認ですが、「議論に関係ない」というのは、臨界に寄与する即発中性子の割合は少ないので関係ない、というご主張でしょうか?それとも、多いけれども主張には関係ない、ということでしょうか?
Jun Makino @jun_makino 2013年5月1日
f_zebra このような場合、「一時的に反応度が1から上下しても臨界状態は維持され」るためには例えばホウ酸濃度の変化量がある範囲に収まっている必要があるのではないかと思うのですが、そのようなことはないでしょうか?
Jun Makino @jun_makino 2013年5月4日
遅発中性子と即発臨界についてはこちら http://oceangreen.jp/kaisetsu-shuu/chihatsu-chuuseishi.html が参考になるかと思います。元東京工業大学原子炉工学研究所所長の小川氏によるものです。
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