水蒸気爆発

蒸気爆発について



蒸気爆発(すいじょうきばくはつ、英語: phreatic explosion)とは、が高温の物質と接触することにより即座に気化し、爆発的に膨張する現象のことを指します。この現象は、身近な例として熱したフライパン滴を落とすことに例えられ、多量のが瞬時に蒸発することで、体積が約1700倍に増加することが特徴です。この急激な体積増加が爆発を引き起こす原因となります。

分類


蒸気爆発は主に2つのタイプに分類されます。

界面接触型


このタイプでは、熱い細粒物質(例えば金属の溶融体)がに落下すると、その周囲に薄い蒸気の膜が形成されます。この状態を「粗混合」と呼びますが、何かの要因でそれが不安定になると、衝撃波を伴って膜が破壊されます。この現象は、原子炉で炉心溶融が発生した際に高温物質が冷却に落下するときに見られます。

全体反応型


全体反応型の蒸気爆発は、封じ込められたが高温によって急激に気化し、圧力が増加することにより、周囲の物質が一挙に破砕されることで発生します。例えば、地殻内にある帯層にマグマが侵入すると、大量の蒸気が急激に発生し、爆発を引き起こすことがあります。この場合、マグマも一緒に放出され、「マグマ蒸気爆発」と呼ばれます。その際の噴煙の形状は「コックス・テール・ジェット」と称される独特な形状をしています。また、蒸気爆発は大規模な火山活動の一部としても見られ、噴火の際に少量の火山灰が放出されることもあります。

事例


日本での著名な蒸気爆発の例としては、1888年磐梯山噴火1973年西之島新島の噴火があります。磐梯山では蒸気爆発が山体の内部で発生し、その結果山が崩壊、さらに岩屑なだれが起こりました。この出来事により477人が犠牲になり、いくつかの湖沼が形成されました。一方、西之島新島では深の浅い海面近くで海マグマが接触し、多量の蒸気が発生して爆発が引き起こされたのです。

原子炉の危険


原子炉においては、燃料被覆管に使用されるジルカロイが高温に達すると溶融し、冷却に落下することで蒸気爆発を引き起こす可能性があります。また、ジルコニウムが900℃以上でと反応し素を生成、さらに素と酸素が反応すると爆発を引き起こす危険もあります。

その他のシナリオ


蒸気爆発は、硫酸を注ぐ際や、が燃えた際にをかけることでも危険を引き起こします。不適切な対応によっては、その状況がさらに危険なものになることがあるのです。例えば、硫酸を直接加えると大量の熱が発生し、が飛び跳ねることがあります。このような危険性があるため、慎重に取り扱う必要があります。

蒸気爆発は非常に危険な現象ですが、自然界や工業プロセスのさまざまな場面で発生し得る事象でもあります。そのため、そのメカニズムや予防策についての理解を深めることが重要です。

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