未來のエネルギーを考える」カテゴリーアーカイブ

福島原発事故の(メルトダウン)ってなんですか?3-3

どうして水素爆発が起きるの? (フクシマから学ぶ12、14ページ)

1.燃料うぃ入れた管と水蒸気が反応する

原子炉に冷却水を送り込めなくなったことで、それまで原子炉内にあった水の燃料の崩壊熱によって蒸発していき、水がどんどん減りました。水面が下がって燃料棒が水から出てしまうと、自らの崩壊熱で燃料棒の温度は一気に上がります。

ウランに燃料を入れる管(燃料被ふく管)のジルコニウム合金は、1000℃近くになると水蒸気と反応し始めます。この反応はジルコニウム合金が水蒸気(H2O)から酸素(O)をうばい、水素(H2)の気体を発生させます。水素は原子炉圧力容器の中にたまります。

2.圧力を下げるときに水素がもれる

原子炉圧力容器の中の温度が下がって水素気が増えると、どんどん圧力が高くなって容器が破裂する危険が生まれます。そこで圧力を下げるために、弁を開いて水蒸気を逃がします。これを(ベント)=(排気)といいます。しかし、ベントによって水蒸気だけでなく水素も出てしまったのです。

この水素が原子炉圧力容器を囲む原子炉建屋にたくさんたまり、何かのきっかけで一気に燃えて爆発が起きました。これが水素爆発です。

1号機では3月12日、3号機では14日、水素爆発で建屋がこわれ、発電所の外へ放射性物質が大量にもれました。2号機では3月15日に起きた水素爆発によって原子炉建屋が吹っ飛びました。一部の原子炉容器もどこかが壊れたものと思われます。

4号機も温度が上がりすぎて、使用済み核燃料の燃料被被ふく管から発生した水素が15日に爆発を起こしました。(フクシマから学ぶ13ページ図4)

予測出来ない事が起こるからとても危険なのだと考えます。クリーンなエネルギーなのは理解出来るのですが燃やした後の処理が出来ない(核のゴミ)が大きな問題だと思います。自分達の力で解決出来ないのであれば新たなエネルギーに考え方を変える事が大事だと思います。

福島原発事故の(メルトダウン)ってなんですか?3-2

2.止まったのになぜ事故がおきたの?(フクシマから学ぶ12、13ページ)

1.冷やすことができなくて事故に

原発では発電が止まると、外から電気をもらって冷却ポンプを動かして原子炉を冷やさなくてはなりません。ところが、地震で電線の鉄塔が倒れて外から電気を送りこめなくなりました。そこで緊急用に施設内に設置してあったディーゼル発電機が動き出しましたが、これも一時間後の津波に襲われて使えなくなり、ついにすべての電源が失われました。

その結果、原子炉の冷却ができなくなり、原子炉内部の温度が上がりすぎて燃料がとけ、発生した水素が爆発して大量の放射性物資が飛び散る重大事故に進んだのです。

2.なぜ、止めた後に冷やす必要があるの?

しかし、なぜ、熱を発生する核分裂を止めることができたのに、冷やさなくてはならないのでしょうか?それは核分裂とは別のしくみによる熱が発生するからです。この熱を(崩壊熱)といいます。(フクシマから学ぶ13ページ図3)

核分裂のあとにできたものは長い間放射線を出し続け(破壊)するとも言いますが、その間も熱を出し続けます。これはが出す熱です。紙や木などが(燃えた)あとにできるものが(灰)ですが、核分裂反応も熱を出すので(燃える)といい、核分裂後にできるものは(灰)と呼びます。しかし、死の灰は木や紙が燃えた後にできる灰とはまったくちがいます。灰自身が熱を出し続けるのです。しかも、ふつうの灰ならば、まだ燃えきっていなくなって熱を出していても一度水を掛けると熱の発生は止まりますが、死の灰は水をかけても熱の発生は止まることなく、ずっと水をかけ、冷やし続けなければなりません。しかし、福島原発では破壊熱を冷やすための装置がすべてダメになり、その結果、原子炉内部の核燃料の温度がどんどん上がって、ついに(メルトダウン)や(水素爆発)が(水素爆発)が起きたのです。

死の灰、聞くだけでざわっとする言葉です。使い終わった灰がいつまでも熱を発するって考えつかないですがだから思い通りにコントロール出来ないんですね。やはり人間には扱いが難しいエネルギーだと再確認しました。

福島原発事故の(メルトダウン)ってなんですか?3-1

原発事故は起きて2カ月ほどしてから、原子炉内部でメルトダウンが起きていたということがいわれるようになりましたが、それはどのようなことですか。また、事故の結果、人々がどのような影響を受けたのか。(フクシマから学ぶ12ページ)

1.大地震で止まった原子炉

2011年3月11日、マグニチュード9.0の巨大な(東北地方太平洋地震)が発生しました。ほぼ同時に、福島第一原発電所(福島第一原発)でこれまで世界で経験のない重大な事故が発生しました。第一原発には1号機から6号機までありますが、地震が発生したときは1~3号機だけが運転中で4~6号機は定期点検のために運転していませんでした。

運転中だった1~3号機は、地震のゆれを感知して運転を止める装置(制御棒)がはたらき、原子炉での核分裂反応を緊急停止させました。これによって核分裂による熱の発生が止まり、発電を停止しました。(フクシマから学ぶ12ページ図1.図2)

地震が起きてもきちんと作動して緊急停止させたんです。すごいと思います。でも自然を相手に絶対は無いと凄く考えさせられました。

 

 

核分裂とはどのようなことですか?2-5

核分裂のエネルギーはとっても巨大

1.ガスや木が燃える場合の100万倍の熱

私たちは物質から光や熱や電気などのエネルギーを得て、必要に応じて異なるエネルギーに変えて利用しています。原子核は(核エネルギー)を蓄えており、核分裂が起こるとこのエネルギーが放出され、熱や光のエネルギーに変わります。このとき放出されるエネルギーの大きさは、同じ重さの燃料と比べた場合、都市ガスや木などが燃える(化学反応)のエネルギーの約100万倍もあります。同じ重さで比べた場合、物質は小さな世界へ行くほど大きなエネルギーを持っているのです。(フクシマから学ぶ11ページ図6)

2.連鎖反応でエネルギーを取り出す

しかし、人間がエネルギーを利用するには原子核一個が分裂しただけでは少なすぎるので、何個も続けて核分裂をさせなければなりません。これを(連鎖反応)といいます。

核分裂の連鎖反応はウラン235をたくさん近づけておくだけで起きます。ウラン235が近くにたくさんあれば、一つのウラン235が3核分裂を起こしたときに出る2から3個の中性子が近くにある別のウラン235に当たって分裂されます。だから一定量以上のウラン235を集めておくと、そのまま次から次へと核分裂反応が進んでいきます。(フクシマから学ぶ11ページ図7)

このように連鎖反応を起こすのに必要な量を臨界量といいます。

ウランの力は凄いんですね。1cmでポリタンク石油26個分のエネルギーだそうです。だんだん読むのが楽しくなったころでした。

核分裂とはどのようなことですか?2-4

原子核はどうやって割れるの?

ウランも原子核も、ギリギリのところで電気的反発力に耐えている不安定な状態です。ウラン238よりも中性子が3つ少ないウラン235の方が不安定です。そのウラン235に中性子をぶつけると、原子核が2つに割れてしまいます。これが(核分裂)です。(フクシマから学ぶ10ページ図5))

この現象は1938年にドイツのハーンとシュトラスマンが発見しました。割れてできた新しい原子核にはヨウ素131やストロンチウム90などがあります(これらの数字も陽子と中性子を合わせた個数で質量数といいます)。また、原子核が分裂するときに中性子が2から3コ飛び出します。

このように、陽子の個数が多い原子核ほど一般にバラバラになりやすいといえます。ウランより陽子数の多い(超ウラン元素)の中で比較的長い間こわれないで存在するものの一つにプルトニューム239があります。プラス39の原子核は陽子が94個と中性子が145個のかたまりです。この原子核は1941年に発見され、外から中性子を当てると核分裂反応をすることもわかりました。

核分裂って言われるとなんだか難しいことがおきていそうですが図5で見ると解りやすいです。本は凄いなやっぱり…読みなおしてよかったです。

核分裂とはどのようなことですか?2-3

3.陽子どうしは反発するのに、どうして一つの原子核を作るの?

水素以外の原子核には陽子が複数あるため、複数の陽子をつなぎ止める力が必要になります。なぜなら、正の電気をもつ陽子どうしが電気力で反発し合ってバラバラになろうとするからです。電気の反発力に逆らって陽子や中性子を強くひきつける力があり、これを(核力)といいます。つまり中性子がなかだちをして陽子がバラバラになるのを防いでいるのです。(フクシマから学ぶ9ページ図4)

この.核力の研究で湯川秀樹博士が1949年、日本で最初のノーベル賞を受賞しました。しかし、陽子があまり多いと核力の強さを上回って電気的な反発力が大きくなり、バラバラになろうとする不安定な状態になります。地球上では陽子の個数が92個までの原子核しかありません。それがウランです。陽子が93個以上の(超ウラン元素)の原子核のいくつかは、人工的につくる事は可能ですがたいてい短時間で壊れてしまいます。

力と力を結び付けて力を抑制することも出来る。人工的に作っても短時間で壊れてします。未來を生きる人の為に道筋をしっかり決めて進めないといけないです。

 

核分裂とはどのようなことですか?2-2

原子核をつくるさらに小さな粒

小さな原子核はさらに小さな粒がいくつか集まってできています。その粒には2種類あり、一つは(陽子)といって✙(プラス)の電気を持つ粒で、もう一つは陽子とほぼ同じ大きさと重さですが、電気を持たない(中性子)という粒です。

1.陽子の数で原子の種類(元素)が決まる

原子核の中にある陽子の個数によって、その原子核でできている原子の種類(元素)と性質が決まります。原子核が陽子1個でできてた原子を水素原子といい、陽子2個と中性子2個のヘリウム原子、陽子8個と中性子8個の酸素原子などがあります。(フクシマから学ぶ9ページ図2)

2.中性子の個数がちがっても同じ元素?

それぞれの元素には、陽子の個数は同じなのに、中性子の個数が異なる原子核をもっとものがあります。陽子の個数が同じで中性子の個数が異なるものを(同位体)といいます。どのような原子核にも同位体があり、例えば、水素にも、陽子1個と中性子2個がくっついた三重水素(トリチウム.)という原子核があります。(フクシマから学ぶ9ページ図3)どれも水素という科学的性質は同じです。

自然界にはデューテリウムはごくわずかしかなく、トリチウムはもっと少ししかありません。トリチウムは放射性物質で、原子炉で人工的につくられますが、自然界では宇宙船が空気にぶつかることによってつくりだされています。ウランにも、陽子は92個ですが中性子が143個や146個のウランがあり、それぞれウラン235、ウラン238と呼ばれています。235や238は、陽子と中性子を合わせた数で質量数といいます。

ウラン235、ウラン238は陽子と中性子を合わせた数字だったんです。以前に読み進めてわかったときは少し感動しました。少しずつ解る事が増えると読み進めたくなります。皆様もチャンスがありましたら是非手に取って読んでみて下さい。

核分裂とはどのようなことですか?2-1

核分裂を起こす原子核とは目に見えないほど小さな粒と聞きましたが、どのようなものですか。また、また、核分裂とはどのようなことが起きるのですか。

1.原子核って、どんな粒?

原子力発電エネルギー(熱)を得ときに利用する(核分裂反応)とは、ウランの(原子核)が2つに割れることです。(原子核)とは(原子)の中心部分のことです。

(原子)は、身の回りにあるあらゆる物質の基となっているたいへん小さい粒です。私たちの体も木も石も水も空気もプラスチックもハサミもすべて(原子)でできています。原子には一番小さい水素原子から、炭素原子、鉄原子や、もっとも重いウラン原子にいたるまで約90種類が地球に存在します。原子は一億分の1cmほどの直径しかなく、1個では私たちの目にはまったく見えません。それらの原子の中心にはそれぞれ原子核があり、その周囲を電子というもっと小さな粒が回っています。(図1)

原子がちがえば、原子核の種類と大きさもちがってきます。しかし、どの原子核も原子の直径の一1万分の1から10万分の1ほどの大きさで、もちろん個数があっても小さくて目でみることは出来ません。(フクシマから学ぶ8ページ図1)

原子核って小さいんですね。なのになんであんなに大きな力や熱がでるのでしょうか。少し興味が出て来たあたりでした。子供向けの本なのですが理解が出来ないところも出てきます。もっとシンプルにお伝えできれば良いのですが私の力不足です。

 

原子力発電はどのようにして電気を作る?(1-4)

原発製造がはじまったのは約80年前だそうです。核分裂のエネルギーを世界で初めて原発に利用したのは、1954年に旧ソビエト連邦が建造したオぷの発電所オニンクッスの発電所です。すぐにイギリスも原発をつくりました。核エネルギーを爆弾や兵器にだけ使用していたアメリカも対抗して、原子力潜水艦用に開発した原子炉を発電用に作り変えました。

(フクシマから学ぶ6ページ図6)世界で製造されてきた原発の原子炉にはいくつかの型がありますが、どれも核分裂反応の熱を利用する点ででは同じです。日本で最初に茨城県東海村に作った原子炉はイギリスから輸入した(コールダ―ボール型)と呼ばれ、天然ウランを燃料とする原子炉ですが、それ以外の商業用原子炉は全てアメリカから導入した(軽水炉)と呼ばれる型です。軽水炉は天然ウランではなく、ウラン235の割合を多くした(濃縮ウラン)を燃料にします。軽水炉には2種類あり、一つは東日本に多い(沸とう水型)で、もう一つが西日本に多い(加圧水型)です。事故を起こした福島第一原子力発電所の原子炉は(沸とう水型)です。これは炉心(原子炉の中心部分で核燃料を置く場所)通す水を沸とうさせて約280℃の高温水蒸気を作り、直接タービン’(羽)に送ります。これに対して加圧水型は、炉心に通す水(一次冷却水)を沸とうさせないように圧力を約160気圧に高くし、300℃ほどの高温の水に保ち、その熱で別の水(二次冷却水)を沸とうさせて水蒸気を作り、それをタービン’(羽)に送りこみます。炉心を通る水は放射能に汚染されるので、沸とう水型のほうはタービン’(羽)まで放射能に汚染された水蒸気が達します。(フクシマから学ぶ7ページ図7)

複雑なようで以外に簡単な仕掛けが軽水炉なんですね。大きなお風呂を熱い鉄の棒で沸かすイメージだと思います。

原子力発電はどのようにして電気を作る?(1-3)

原子炉は巨大で複雑なシステム

核分裂反応は、私達が日常使う熱に比べ、巨大なエネルギーを生みます。同じ量の石油と比べると、核燃料はおおよそ100万倍の熱を発生させます。

その上に、生命にとって大変に危険な放射性物質が原子炉の中で作られ、溜まっていきます。この巨大な熱と危険な放射能物資を、安全を保ちながらコントロールするために原発の原子炉は大変に大きく複雑な物になってしまいます。

発電能力が100KW(キロワット)ほどの原発で、原子炉の高さは約30mで、原子炉を包む建物(原子力建屋)は高さがほぼ50m以上もあり、そのすぐ横に学校の体育館より大きいタービン(羽)発電機などを設置したタービン建屋という発電機などを設置した建物が隣り合っています。

一つの原発全体は100万個もの部品やパイプで出来ています。大きく複雑であることは、地震で大きく揺れると壊れやすくなることにもつながります。

大きな力を引き出すために大きな機械をを作る。簡単な方法で電気を作るのに大きくすることで難しくする?残念な装置だと思いました。