１〜３号機の核燃料(メルト)の状態を観測する方法

　　　　目　　　次

１．　はじめに
２．　観測の目的
３．　観測の方法
４．　観測の成果とその利用
５．　問題点
６．　その他

１．　はじめに

　震災から半年が経過したが、福島第一原発の原子力事故は
終息の見通しが立たない状況にある。
　特に問題なのは、１,２,３号機の原子炉内部の状態、核燃料（メルト）が
どこにどのような状態で存在しているのかが、確認できないことである。

事故直後に核燃料はメルトダウンし、相当量が原子炉格納容器へ
メルトスルーし落下したものと推定されているが、確認はされていない。
いま循環冷却を行ってはいるが、果たして冷却水がメルトに届いているのか、
一部で指摘されるメルトアウト（チャイナシンドローム）が起きていないのか、
核燃料の状態を確実に把握することが必要である。

１,２,３号機の核燃料の状態を確認するには、原子炉のふたを開けて
内部を直接観察する方法があるが、きわめて強い放射線のため
ふたを開ける事は不可能である。

そこで本論では、原子炉のふたを開けずに原子炉内部と核燃料（メルト）の
状態を間接的に観測する方法について考察し、提案を行う。

２．　観測の目的

　観測の目的は、次の通りである。

　　１）　原子炉内部の状態、特に核燃料(メルト)が現在どのような状態
　　　　　（位置と形状）で存在しているのかを、原子炉のふたを開けず、
　　　　　安全に十分配慮しながら観測する。

　　２）　観測の結果から、現在行っている循環冷却が果たして有効に
　　　　　機能しているのか、メルトアウトは起きているのか、メルトの位置や
　　　　　形状は時間変化しているのかを考察し、今後の事故対策検討の
　　　　　資料とする。

３．　観測の方法

　観測の方法としては、強い放射線等の苛酷な現場環境に対応するため、
リモートセンシング（遠隔の物理探査）を採用する。

　　１）　リモートセンシングの原理

　　　　　リモートセンシングは、弾性波(地震波)・電磁気・重力・宇宙線などの
　　　　物理量を観測することによって、地中内部のような、直接目で見えない
　　　　固体内部の状態を把握する観測方法である。
　　　　　リモートセンシングの例としては、地震波の伝わり方を利用した
　　　　地球の内部構造の解析をあげることが出来る。

　　　　http://www.5nb.org/media/agpibHViaXRibG9ncg0LEgVNZWRpYRj5vQgM/1.jpg
　　　　http://www.fidelio.jp/Nihongo/siryou/tigaku2003/GAZOU/3_10.jpg
　　　　http://www.anu-university.com/university/research/images/MS00606.png
　　　　図１　地震波の解析によって明らかにされた地球内部の構造

　　　　もうひとつの例は電磁波を用いて地中の状態を観測する地中レーダである。
　　　　地中レーダは土木や遺跡調査、地雷の探査などによく用いられる方法である。

　　　　http://www.pwri.go.jp/team/geosearch/images/wadai_11_img04.jpg
　　　　http://www.atk-dk.co.jp/business/plant/purification/img/purification_pic4.jpg
　　　　図２　地中レーダによる探査

　　　２）　リモートセンシングの具体的方法

　　　　ａ）　ミューオグラフィー

　　　　　　　ミューオグラフィーは宇宙線の一種であるミューオンを観測して
　　　　　　その透過量から、地中の密度分布を把握する方法である。
　　　　　　　原子炉内部の核燃料は天然ウランが原料であるが、ウランの
　　　　　　比重は約１９で、周囲の鋼鉄やコンクリート、岩盤と比べて非常に大きい。
　　　　　　原子炉内部を通って透過してくるミューオンの量を観測すれば、
　　　　　　核燃料の位置と形状がレントゲンのように撮影可能である。　　　　　　
　　　　　　問題は環境放射線の強度が大きいことであり、ミューオン検出器が　　　　　　
　　　　　　誤作動を起こす可能性がある。

　　　　　　http://www.u-tokyo.ac.jp/public/pdf/210811.pdf
　　　　　　資料１　ミューオグラフィーの原理
　　　　　　http://www.atomin.go.jp/img/material/topics/topics-03_01ph.jpg
　　　　　　http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/magazine/parity-back/parity2011/2011_04/1104_img/1104_fig1.jpg
　　　　　　http://www.geocities.jp/horiuchihiroe/academy/a081120/a81120420.jpg
　　　　　　図３　ミューオグラフィーによって撮影された活火山内部の映像

　　　　ｂ）　磁気探査

　　　　　　　原子炉内の核燃料は溶融し、その中心温度はおそらく２千℃以上の
　　　　　　高温になっていると考えられる。
　　　　　　　つまり金属や岩石が磁性を失うキュリー点（鉄で770℃、ニッケルで360℃）
　　　　　　を超えており、核燃料は磁性を失った状態と考えられる。
　　　　　　この性質を利用して、磁気探査で磁性を失った領域を探し、核燃料（メルト）の
　　　　　　位置と形状を推定する。

　　　　　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%A5%E3%83%AA%E3%83%BC%E6%B8%A9%E5%BA%A6
　　　　　　資料２　キュリー点
　　　　　　http://www.aist.go.jp/GSJ/FIG/aeromag.gif
　　　　　　http://www.higashiaichi.co.jp/today_news/100617t/100617p/10061702.jpg
　　　　　　図４　高密度空中磁気探査および陸上磁気探査


　　　　ｃ）　比抵抗探査

　　　　　　　核燃料（メルト）は溶融した状態にあるので、周囲のコンクリートや岩盤よりも
　　　　　　電気抵抗が小さい状態にあることが推定される。
　　　　　　　そこで比抵抗探査によって、核燃料(メルト)の位置と形状を推定する。　
　　　　　　なお他の探査方法も同様であるが、核燃料（メルト）の形状を捉えることが
　　　　　　目的であるので、高密度比抵抗探査の方法を用いる。

　　　　　　http://www.ess-jpn.co.jp/wordpress/wp-content/uploads/2010/09/30-30_007.png
　　　　　　図５　高密度比抵抗探査によって把握された地中の裂罅か（破砕帯）

４．　観測の成果とその利用

　リモートセンシングの観測データにより、核燃料の存在する位置と形状
（原子炉格納容器内に留まっているのか、それともメルトアウトしているのか、
球形なのかパンケーキ状なのか等）が推定できる。

　また核燃料(メルト)の位置と形状が推定できれば、現在行っている水を用いた
循環冷却がうまくいっているのか、核燃料に冷却水が届いているのかを
推定することが出来る。

　さらにリモートセンシングを用いた観測を継続的に行うことで、核燃料の
位置と形状が時間的に変化しているかどうか（メルトアウトが進行して地中に
沈降し続けているのか）を推定することが出来る。

５．　問題点

　現場の環境放射線はきわめて強く、作業に当たっては作業員の安全を
確保することが重要である。
　また、リモートセンシングの観測機器は精密なセンサであるので、放射線により
故障することがない様に作業計画を立てなければならない。
　たとえば、原発の周辺に次図の様な観測孔を掘削し、孔の中に観測機器を
設置することで、放射線から防護する方法も考えられる。

　http://www.miyakokensetsu.jp/blog/wp-content/uploads/RIMG0632.JPG
　http://www.miyasaka-cc.co.jp/gijutsu2/img/daikoukei01.jpg
　図６　観測孔のイメージ


６．　その他

　今回発生した原子力事故は、レベル７の大事故であるにもかかわらず
民間企業の東電１社にほぼすべての対応が任されているが、速やかな
事故の終息を図るためには、日本と世界のすべての専門家の知見やアイデアを
最大限活用して、オールジャパンの体制で取り組む必要がある。

　たとえば本提案のリモートセンシングについては、物理探査学会や
応用資質学会、土木学会などの研究機関の協力を仰げば、核燃料（メルト）の
状態を把握するためのさまざまなアイデアを得ることが出来るはずである。

　現在の事故対応の仕組みは不十分であると言わざるを得ず、より効率的で
効果的な体制を組むことが望まれる。

以上

推敲して書き直し

表題　：　福島第一原子力発電所１〜３号機の核燃料
　　　　　　(メルト)の状態を観測する方法について

企画書

平成23年　9月

　　　　目　　　次

１．　はじめに
２．　観測の目的
３．　観測の方法
４．　観測の成果
５．　問題点
６．　その他

１．　はじめに

　　震災から半年が経過したが、福島第一原発の原子力事故は、依然として終息の見通しが
　立たない状況にある。
　　事故の終息に当たっては、１,２,３号機の原子炉内部の状態、　核燃料（メルト）がどこに
　どのような状態で存在しているのかを把握する必要があるが、未だに把握できていない。

　　原子炉１〜３号機では事故直後に核燃料がメルトダウンし、相当量が原子炉格納容器へ
　メルトスルーし落下したものと推定されている。
　　また、１〜３号機では浄化した汚染水を使って原子炉の循環冷却を行ってはいるが、
　冷却水がメルトに届いているのか、効率よく冷却できているかどうかは確認できていない。

　　８月中旬には岩手県と東京都の下水処理場において、汚泥からヨウ素１３１が検出されて
　おり、これが福島第一原発由来だとすると、核燃料のメルトアウト（チャイナシンドローム）が
　発生している可能性も考えられる。

　　１,２,３号機の核燃料の状態を確認するには、原子炉のふたを開けて、内部を直接観察する
　必要があるが、きわめて強い放射線のため、ふたを開ける事は不可能である。

　　そこで本企画書において、原子炉のふたを開けずに原子炉内部と核燃料（メルト）の状態を
　間接的に観測する方法について、提案を行う。

２．　観測の目的

　　観測の目的は、次の通りである。

　　１）　１〜３号機の原子炉内部の状態と、核燃料(メルト)の状態（位置と形状）を観測して、
　　　　　冷却水注入等、原発終息のための対策検討の資料とする。

　　２）　核燃料（メルト）の状態を経時的に観測し、位置や形状に変化があるかどうか、
　　　　　メルトアウトの危険性がないか等を監視し、警戒体制検討の資料とする。
　
　　３）　なお観測に当たっては現場の過酷な作業環境に対応し、作業員の安全を十分確保する。

３．　観測の方法

　　観測に当たっては、次の通りの核燃料(メルト)の特性に着目する。

　　・核燃料のウランは高密度である（液体の金属ウラン17.3 g/・cm3、固体の酸化ウランは
　　　　10.97 g/cm3）。
　　・核燃料は発熱し、その中心温度はおそらく2000℃以上の高温である。
　　・溶融しているため、電気抵抗は小さいと考えられる。


　　観測の方法としては、上記の核燃料の特性を利用し、かつ強い放射線等の苛酷な環境
　に対応するため、リモートセンシング（遠隔の物理探査）を採用する。

　　１）　リモートセンシングの原理

　　　　　リモートセンシングは、弾性波(地震波)・電磁気・重力・宇宙線などの物理量を観測
　　　　することによって、地中内部のような、直接目で見えない固体内部の状態を把握する
　　　　観測方法である。
　　　　　リモートセンシングの例としては、地震波の伝わり方を利用した地球の内部構造の
　　　　解析をあげることが出来る。

　　　　http://www.5nb.org/media/agpibHViaXRibG9ncg0LEgVNZWRpYRj5vQgM/1.jpg
　　　　http://www.fidelio.jp/Nihongo/siryou/tigaku2003/GAZOU/3_10.jpg
　　　　http://www.anu-university.com/university/research/images/MS00606.png
　　　　図１　地震波の解析によって明らかにされた地球内部の構造

　　　　もうひとつの例は電磁波を用いて地中の状態を観測する地中レーダである。
　　　　地中レーダは土木や遺跡調査、地雷の探査などによく用いられる。

　　　　http://www.pwri.go.jp/team/geosearch/images/wadai_11_img04.jpg
　　　　http://www.atk-dk.co.jp/business/plant/purification/img/purification_pic4.jpg
　　　　図２　地中レーダによる探査

　　　２）　リモートセンシングの具体的方法

　　　　ａ）　ミューオグラフィー

　　　　　　　ミューオグラフィーは宇宙線の一種であるミューオンを観測してその透過量から、
　　　　　　地中の密度分布を把握する方法である。
　　　　　　　原子炉内部の核燃料は天然ウランが原料であるが、酸化ウランの密度は約11
　　　　　　g/cm3で、周囲の鋼鉄やコンクリート（2.35g/cm3)、岩盤(2.5〜2.7g/cm3程度)と
　　　　　　比べて非常に大きい。
　　　　　　原子炉内部を通って透過してくるミューオンの量を観測すれば、核燃料の位置と
　　　　　　形状がレントゲンのように撮影可能である。　　　　　　
　　　　　　この方法の問題点は、現場の環境放射線量が大きいことであり、その影響で
　　　　　　ミューオン検出器が誤作動を起こす可能性が考えられる。

　　　　　　http://www.u-tokyo.ac.jp/public/pdf/210811.pdf
　　　　　　資料１　ミューオグラフィーの原理
　　　　　　http://www.atomin.go.jp/img/material/topics/topics-03_01ph.jpg
　　　　　　http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/magazine/parity-back/parity2011/2011_04/1104_img/1104_fig1.jpg
　　　　　　http://www.geocities.jp/horiuchihiroe/academy/a081120/a81120420.jpg
　　　　　　図３　ミューオグラフィーによって撮影された活火山内部の映像

　　　　ｂ）　比抵抗探査

　　　　　　　核燃料（メルト）は溶融した状態にあるので、周囲のコンクリートや岩盤よりも
　　　　　　電気抵抗が小さい状態にあることが推定される。
　　　　　　　そこで比抵抗探査によって、核燃料(メルト)の位置と形状を推定する。なお他の
　　　　　　探査方法も同様であるが、核燃料（メルト）の形状を捉えることが目的であるので、
　　　　　　高密度比抵抗探査の方法を用いる。

　　　　　　http://www.ess-jpn.co.jp/wordpress/wp-content/uploads/2010/09/30-30_007.png
　　　　　　図４　高密度比抵抗探査によって把握された地中の裂か（断層破砕帯）


　　　　ｃ）　その他の観測方法

　　　　　　　上記以外に、弾性波探査、磁気探査などの方法も考えられる。

４．　観測の成果

　　リモートセンシングの観測データにより、核燃料の存在する位置と形状（原子炉格納容器
　内に留まっているのか、それともメルトアウトしているのか、球形なのかパンケーキ状なのか
　等）が推定できる。
　　また原子炉内部には海水冷却の結果、塩の結晶が大量に溜まっているものと推定されて
　いるが、この塩がどこに堆積しているかを把握できる可能性もある。

　　核燃料(メルト)の位置と形状が推定できれば、現在行っている水を用いた循環冷却がうまく
　いっているのか、核燃料に冷却水が届いているのかを推定することが出来る。

　　さらにリモートセンシングを用いた観測を継続的に行うことで、核燃料の位置と形状が時間
　的に変化しているかどうか（メルトアウトが進行して地中に沈降し続けているのか）を推定する
　ことが出来る。

５．　問題点

　　現場の環境放射線はきわめて強く、作業に当たっては作業員の安全を確保することが
　重要である。
　　また、リモートセンシングの観測機器は精密なセンサであるので、放射線により故障する
　ことがない様に作業計画を立てなければならない。
　　たとえば、原発の周辺に次図の様な観測孔を掘削し、孔の中に観測機器を設置すること
　で、作業員や観測機器を放射線から防護する方法も考えられる。

　　http://www.miyakokensetsu.jp/blog/wp-content/uploads/RIMG0632.JPG
　　http://www.miyasaka-cc.co.jp/gijutsu2/img/daikoukei01.jpg
　　図５　観測孔のイメージ


６．　その他

　　今回発生した原子力事故は、レベル７の大事故であるにもかかわらず民間企業の東電１社に
　ほぼすべての対応が任されているが、速やかな事故の終息を図るためには、日本と世界の
　すべての専門家の知見やアイデアを最大限活用して、オールジャパンの体制で取り組む必要
　がある。

　　たとえば本提案のリモートセンシングについては、物理探査学会や応用資質学会、土木学会
　などの研究機関の協力を仰げば、核燃料（メルト）の状態を把握するためのさまざまなアイデア
　を得ることが出来るはずである。

　　現在の事故対応の仕組みは不十分であると言わざるを得ず、より効率的で効果的な体制を
　組むことが望まれる。

以上

板違いですので移動をお願いします。

環境・電力
http://kamome.2ch.net/atom/