原子力と核エネルギー

Posted: 2011年4月16日 カテゴリー: 雑学

原子力発電所と核分裂についてのお話です。

今回の福島原発の炉心融解事故で、大学の研究室で行っていた卒研を思い出しました。

簡単に言えば、とある特性を持った新素材セラミックスの開発ですが、
作製過程でセラミックスは焼き物と同じで焼き固める工程(焼結)があります。その焼結で使う炉(見た目は電子レンジに酷似)の温度が1300~1700℃設定でしたが、
あるとき、同研究室の仲間が設定ミスで炉心融解させかけたことを思い出しました。たしかその時の温度は1800℃を超えていたような気がします。
(炉内と電子部品の交換で外郭部本体には損壊なし)

今では笑い話ですが、これが原発なら洒落にならないです。
(確か原発の燃料棒の露出・空焚き時は2000℃だったか?)

ここで原子力発電所の簡単な発電方法の説明です。

基本は発電機のモーターを動かすためにタービン(羽)を回して電気を生み出します。
その回す方法が、

水⇒加熱して水蒸気になる⇒管を伝って水蒸気をタービンへ吹き付ける⇒モーターが動く⇒発電

となります。

ここで必要なのが水を蒸発させる熱の燃料。

火力発電所はその名のとおり物を燃やして加熱しています。
その為ゴミ処理施設の可燃処理熱を利用するケースもありますが、
結局が二酸化炭素(CO2)が排出されるので大気汚染に繋がります。

そこで少量の燃料で大規模な熱量を生み出す方法として採用されているのが原子力発電です。

福島の原子力発電は核分裂現象の際得られる熱量を使って水を蒸発させています。その水蒸気でタービンを回して発電しています。

その加熱に使われる燃料棒。
この中に核分裂を起こす物質がペレット状(円柱)にして封入されています。

1㎝四方のペレット⇒約370個積み上げ⇒約4mの金属筒に封入⇒燃料棒1本が完成

燃料棒⇒約80本束ねる⇒それを約580束作る⇒原子炉1基分の燃料集合体

つまり1回の発電(3~4年)に使われる燃料棒は約46400本。
ペレット個数は17168000個。

意味不明な数字ですねw

またペレットはセラミックスと同様で2500℃で焼き固めているので、
それよりも更に高温にならないと溶け出さない仕組み。
しかし燃料棒の金属筒は1300℃くらいで溶け出す素材。

今回は冷却できず空焚き状態の炉心内は2000℃にも達していたらしいので、
ペレットが剥き出しになっていても、ペレット自体が溶け出した可能性は低いと予想されます。

随時、冷却して燃料棒の温度が下げれば大丈夫で、
しかし過去統計から安全温度まで下がるまで約30日はかかるでしょう。

さて核分裂現象ですが、

すべての物質は原子で構成され、原子の中心に原子核があります。

核とは原子核を指し、この原子核は「陽子」と「中性子」で出来ています。

その分裂とは、中性子が原子核に衝突し、原子核が二つに分かれることを言います。

※核融合は核分裂の逆現象。原子同士が衝突して一つに融合する現象。このとき膨大なエネルギーが生成される。(核融合に放射能はありません)

分裂する際に原子核は膨大なエネルギーを放出します。
そのエネルギーが水を蒸発させている熱のことです。

その核分裂が起こっている際中に生成される物質の中に
放射線を出す特性を持った物質⇒放射性物質が生成されます。

ヨウ素131(I-131)も放射性物質です。
通常の無害なヨウ素はI-53で、小学校でも理科実験でもやったデンプンを紫色に染める液体です。
このヨウ素の放射性同位体がヨウ素131になります。
通常のヨウ素より中性子の数が多くなっているということです。

またメディアでよく聴く放射能とは、放射性物質から放射線が出る活性力のことです。

現在、東日本各地からヨウ素131が検出され始めていますが、
ヨウ素131は放射性物質の中でも単体では放射能が比較的小さいものです。

それは半減期が約8日だからです。
半減期とは放射能が半分になるまでの期間のことです。

他の放射性物質では、

マンガン54  ⇒ 半減期312日
セシウム134 ⇒ 半減期2.06年
ラジウム226 ⇒ 半減期1600年
プルトニウム238 ⇒ 半減期87.7年
プルトニウム239 ⇒ 半減期2.41万年
ウラン238  ⇒ 半減期44.8億年

他にもありますが、ほとんどが数十日~数十億年かかります。
それを考えれば、比較的早く除染可能な状況と言えます。
しかしヨウ素131も大量に堆積すればその分回復にも時間がかかります。
(チェルノブイリ原発の封鎖地はそれが理由の一つ)

現状の放射線値が一年以上続けば、健康に害が出るかもしれません。
それが今の規制値の基準です。
しかも原発事故が終息に向かっているので、一時的なのものになるでしょう。
過敏にならないことが大事です。

余談①ですが、

東京電力が推進してきたオール電化住宅。
東京電力管内の全オール電化住宅の消費電力が200万kWらしいですね。
これは原子炉2基分の発電量に相当するそうです。

計画停電で生活に支障をきたしていそうです。
もし原発縮小の動きが活発化すれば、オール電化住宅も見直しを迫られるかもしれないですね。
そうなったら代替エネルギーは…

余談②ですが、

放射線の除染、環境改善にファイトレメディエーションが有効とも言われています。
それはヒマワリを植えて育てることで、土壌の放射線値が減少、
1~2年で約99%の除染に成功した実証結果があります。

なので心配な皆様、ヒマワリを植えましょう!

それだけが言いたかったですw

今日の詞情
「ヒマワリは正義の象徴だ」

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