炉心溶融

炉心溶融（メルトダウン）

炉心溶融とは、原子炉内部で核燃料が過熱され、制御棒やステンレス製の支持構造物を含む燃料集合体が溶解することを指します。この場合、融解した核燃料の破片が過熱によってさらに危険な状態となる可能性があります。炉心溶融は、原子力事故において非常に重大なプロセスとされており、現象が進行すると、核燃料が原子炉外に漏出することがあり、放射能汚染を引き起こす恐れがあります。

概要

原子力発電は、低濃縮のウランなどの核燃料を臨界状態にし、そこで発生する熱を利用して電力を生成します。通常、制御棒によって核分裂の連鎖反応が安定的に維持されています。しかし、定期点検や緊急時にはこの反応を停止させる必要があります。燃料内には、核分裂によって生成された崩壊熱が残り、これが冷却されない場合、炉心温度が上昇して、最終的に燃料が溶解することになります。

冷却が行われないと、二酸化ウランなどが溶け出し、さらにジルコニウム合金製の燃料棒が高温で水と反応し、爆発的な熱を発生させるという悪循環に陥ります。これが「炉心溶融」として知られる現象です。

原子炉には、燃料集合体や制御棒が集まる「炉心」が存在し、この部分が温度上昇にさらされると、深刻な事態を引き起こす可能性があります。使用済み核燃料プールに保管されている燃料も同様に、冷却が行われなければ過熱の原因となります。

炉心溶融のプロセスとメルトダウン

炉心溶融と類似の概念としては、燃料棒の損傷や炉心損傷などがあります。日本においては、福島第一原発事故の際、「メルトダウン」という語の使用を巡ってさまざまな議論がありました。東京電力は、燃料損傷が5%を超えることでメルトダウンが発生するとの定義を持っていましたが、事故が発生した際の政府の認識は異なっていました。このような混乱は、情報の不透明さと核事業における用語の理解不足を示しているといえるでしょう。

原因と対策

炉心溶融は、主に以下の原因によって引き起こされます：

• - 原子炉冷却材の異常な減少や喪失
• - スクラムの失敗（制御棒の挿入による緊急停止の失敗）
• - 温度上昇や異常な状態の変化
• - 大地震や物体の落下による物理的損傷
• - 冷却水の流路の閉塞

事故を未然に防ぐためには、冗長性を持たせた冷却システムや緊急炉心冷却装置（ECCS）を整備することが重要です。また、事故時における冷却、廃炉作業を助けるためのシミュレーション技術の開発も進められています。

被害の深刻さ

炉心溶融が進行すると、融解した核燃料は高温で炉圧容器や格納容器に損傷を与え、最終的には外部への漏出を引き起こすリスクがあります。特に1986年のチェルノブイリ原発事故では、圧力容器が融解して内部の高温燃料が周辺を溶かしながら流れ出しました。この現象は「ゾウの足」として知られるヨロイ状の塊を形成しました。
その後のメルトスルー（炉心貫通）やメルトアウト（建屋を越えて漏出すること）の可能性も考慮されるため、事態が悪化する前に適切な対応を取る必要があります。

再臨界のリスク

炉心溶融により放出された燃料が崩壊熱を持った状態では、再び核反応が始まるリスクも存在します。これにより、さらなる放射線や熱が発生する可能性があるため、移動可能な中性子吸収材の投入などが重要になります。

過去の例

過去には、アメリカのスリーマイル島や1986年のチェルノブイリでの事故、そして2011年の福島第一原発事故などが、炉心溶融の具体的な事例として挙げられます。これらの事故は、核エネルギーの安全管理において、非常に重要な教訓を提供しているのです。

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