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福島原発に次々と襲いかかる新たな脅威:米国政府の見方

「福島原発に次々と襲いかかる新たな脅威:米国政府の見方」
ニューヨークタイムズ記事、2011年4月5日付

April 5, 2011
U.S. Sees Array of New Threats at Japan’s Nuclear Plant
By JAMES GLANZ and WILLIAM J. BROAD

米国の原子力規制委員会(Nuclear Regulatory Commission)がまとめた極秘の評価報告書によると、米国政府が日本で起きている危機に対応して派遣した技術者たちは、問題となっている福島原発は今後永遠に続くことになるかもしれない様々な新しい脅威に直面しつつあって、しかも、それらのうちのいくつかは、今、まさに採用されて実行中の緊急対策によって、かえってより悪い結果をもたらす恐れすらあると警告しているという。

3月26日付のその報告書で指摘されている今後予測される新たな脅威のうちの一つは、原子炉を冷却するための大量の水が絶えず投入され続けている格納容器の圧力が増してきており、今後の余震などの影響で破裂してしまう恐れがあるということだ。同報告書では、原子炉の冷却用水として注入されている海水が、水素と酸素を放出することから、格納容器内部で爆発が起きる可能性も指摘しており、また、部分的に溶融しているとみられる燃料棒と海水に含まれる塩の堆積物が、炉心冷却用の水の流れをどのように阻害しているかについての詳しい分析なども示されている。

ここ数日間、現場の作業員は炉心冷却のための緊急作業にともなって副次的に生じた事態の対応にも追われている。高い濃度の放射線に汚染された水漏れ対策や、その水に触れて放射線によるやけどを負った作業員への対応などである。この報告書や状況に明るい政府関係者へのインタビューを通じて示されたことは、作業員の安全や原子炉の長期的安定の回復について、実は今投入されている大量の水が、新たな非常に複雑な難問を投げかけているということだ。

格納容器は、炉心から放射線が大気へ放出されるという最も重大な事故を防ぐための最後の砦である。報告書は、問題となっている原子炉のうちの一つまたはいくつかの格納容器を損壊させてしまうような、今後の余震の影響や、新たな爆発の可能性について、予測を示しているわけではない。ある原子力専門家によると、もし仮に燃料棒の冷却がうまく行かず、引き続き高温のまま徐々に溶融が進むとすれば、放射線濃度の極めて高い溶融物の塊りが、きわめて長期にわたって、ずっとそのままそこに留まり続けることになるだろうという。

ニューヨーク・タイムズ社が独自に入手したこの報告書は、福島第一原発で燃料棒がこれ以上溶融しないように必死で格闘している日本人に向けて、日本政府が提供している「判じ物(分かりにくい説明)」に比べると、より詳細にわたる技術的評価を含んでいる。もっとも報告者が分析に使用した元データについては、そのほとんどを日本側から提供されたものに頼っていることは明らかだ。

他の多くの問題点とともに、報告書が指摘している疑問の一つは、充分に機能する冷却水の循環システムが存在しない中で、ただ、外部から大量の水をかけ続けるということが、一体いつまで可能なのかといいうことだ。専門家は、日本は、原子炉が安定するまで、今後何カ月もの間、長期間にわたって燃料棒を冷やし続けなければならないという。しかし、同時に、ポンプで燃料棒に水をかけ続けるということがもたらす新たなリスクについて、これまでとはまったくカテゴリーの異なる難問が立ちはだかってきていることに皆、気がつき始めてきた。これは世界中の原子力業界にとって、初めて認識し始めたばかりの新たな問題なのだ。

報告書はさらに、原子炉建屋内の上部に設置されたプールに保管されている、使用済み核燃料から放出された放射性物質が、「少なくとも現場から1.6km離れた場所」で観測されたとしている。さらに、隣接する二つの原子炉の間の地面に、極めて放射線濃度の高い放射性物質が舞い落ちており、現場作業員たちを危険から守るため、「ブルドーザーを使って地面を覆い尽くす」必要があると指摘されている。先に起きた水素爆発の際に起きたと思われる放射性物質の大気への放出は、極めて高い放射線汚染にさらされている使用済み核燃料保管プールの損傷が、これまでに公表されてきたものよりも、はるかに大きいものであるということを示している。

the Union of Concerned Scientistsのセーフティー・プロジェクトを指導しているデビッド・ロクバウム氏は、かつてGEに在籍した原発技術者で、福島の原発と同じようなタイプの原発に数多く携わった経験をもつ。同氏によれば、報告書によって明らかにされた三基の原子炉についての様々な諸問題は、とりあえずうまくいったように見える結果についてまで、より不透明なものに変えてしまったという。

「もちろん完全に危機から脱したとは思っていなかったが、かなりの程度そこから脱しつつあると自分は思っていたんだ」とロクバウム氏は言う。同氏はこの報告書の作成には関わっていない。「しかし、この報告書を見てみると、全然異なる絵が見えて来るね。事態は想像していたよりもっとずっと悪いようだ。今後についても、もし、こういう対策が思惑通りの効果をもたらさなければ、さらにもっと大きな損害を発生させるような事故が起きる可能性もある」

原子力規制委員会から示された対策案には、不活性ガスである窒素を格納容器に注入するということが含まれている。そうすることによって、格納容器内の水素と酸素の結合を阻止して爆発するのを防ごうというのだ。報告書はさらに加えて、炉心の再臨界を防止するために、冷却水の中にホウ素を加えることを今後も続けるよう勧告している。

だからといって、この報告書の作成に携わった技術者たちは再臨界の危機が目前に迫っているとは考えていない。 報告書作りに参加した技術者の一人、the Electric Power Research Instituteの副社長、 Neil Wilmshurstは、報告書の内容についての我々の質問に、「再臨界が起きているという証拠を示すデータは、まったく見られなかった」と答えた。

この報告書は委員会のReactor Safety Teamのために準備された。Reactor Safety Teamは日本政府及び福島原発の所有者である東京電力に対して必要な支援を提供している。報告書は様々な日米両国の関係機関や企業などから入手された「最新の利用可能なデータ」に基づいて作成されたものとされている。それらデータ入手先には、原発事業者、 the Japan Atomic Industrial Forum, the United States Department of Energy, General Electric and the Electric Power Research Institute,などが含まれる。

報告書に含まれているのは6基の原子炉それぞれについての詳細な分析・評価と、それぞれに応じた対応策である。報告書について詳しい専門家は、内容は定期的にアップデートされているが、この3月26日版の内容は、全体的に見て現時点での考え方にかなりの程度反映されているという。

報告書には1、2、3号機それぞれの炉心の損傷の様子が細かく描かれた新しい図が添付されている。1号機については下に溶け始めた燃料と冷却用に投入された海水の塩が、恐らく冷却水の循環系統を塞いでしまっているため、内部の水の流れは「きわめて深刻に制限されているか、完全に止められているとも考えられる。」という。そして、炉心内部の水位については、「まったく水がない状態である可能性が高い」と指摘されている。従ってその結果、「投入される水のうち、どれほどが実際に燃料棒にまで届いているのか、きわめて判定が難しい」というのである。同様の問題が、その深刻さこそ1号機ほどではないものの、2号機と3号機についてもあると報告書は述べている。

先週、海水の投入が打ち切られ、真水の投入に切り替えたことによって、固着した塩のいくらかは洗い流されただろうと専門家は指摘する。

格納容器内の水位を上げることは燃料棒を水面下に浸して冷却する手法として、しばしば議論にのぼってきた。しかし報告書は「格納容器内が水浸しになるような場合、大量の水の重さに格納容器が耐えられるかどうか、特にその耐震性について」慎重でなければならないと警告している。

原子炉の構造設計についての専門家によると、この警告は、内部の水量が増すにつれて格納容器にかかってくる非常に大きな圧力に関わるものだという。より多くの水を容器内に入れれば入れるほど、大きな余震によって容器が破損しやすくなる可能性が高くなるということだ。

かつてGEで原子炉の設計を担当していたマーガレット・ハーディングは余震のリスクについて警鐘を鳴らす。「もし私が、今回の件の担当者だったとしたら、地震後の格納容器の損傷具合の確認や、強度検査などが行われてもいない今の段階で、何十トンとも知れない大量の水を容器内に投入することには、きわめて慎重にならざるを得ませんね」

報告書は鉄とコンクリートで出来た格納容器の中に「危険なガス」が充満している可能性についての憂慮も表明している。極めて高い濃度の放射線の中で、海水から放出された水素と酸素が混ざり合っているかも知れないからだ。

初期段階で起こった水素爆発はいくつかの原子炉建屋を破壊し、そのうちの一つでは格納容器にまで損傷が及んでいると見られている。報告書は日本側に対して、一刻も早くこうした危険な気体を格納容器内から取り出す能力を復旧させて、もっと安定した窒素ガスを注入することができるようにすべきだと要請している。

原子力の専門家によると、炉心から出る放射線は、水の分子を二つに分解させて水素を放出させる。3月26日付のこの報告書以来、多くの技術者がどの程度の水素が発生したか計算を試みてきたが、その結果はさほど大きな量ではなかったと、Mr. Wilmshurstは言う。一方、ノートル・ダム大学の物理学者 Jay A. LaVerneは、少なくとも燃料棒のすぐ近くでは水素が発生しているはずだとして、それが酸素と反応してしまうことは充分あり得るという。「もしそうなら、それが意味するところは、爆発する可能性の高い、極めて危険な化合物が、燃料棒のすぐ近くに生じるということだ」

ここ数日、多くの専門家は、格納容器の外に配置されている使用済み核燃料の保管プールの方が、原子炉内で溶融しつつある炉心よりももっと大きな危険性を秘めていると警告している。原子炉建屋内の上部に置かれた保管プールは、使用済み核燃料を水に沈めて冷却するという役割を担っているのだが、その冷却システムはとうに失われている。

4号機の保管プールは水素爆発が起きたときの影響で、「major source term release」と呼ばれる大量の放射線が大気に放出される事態を引き起こしたと見られている。

4号機の保管プールについて専門家が危惧しているのは、水素爆発によって建屋の屋根が吹き飛ばされており、放射性物質が大気にさらされているからである。この状態に比べれば原子炉は強固な格納容器に覆われているので、炉心溶融によって生じる放射線を格納容器内に留めておけるチャンスは高い。

「世界一うまいジャグラーだって、一度に放り上げる玉を多くし過ぎれば失敗するだろう」ロックバウム氏は福島原発が同時多発的に直面する様々な問題についてこう述べた。「これからも、嫌になるような、なんとかしなければならない問題がいくらでも起こってくるだろう。そして、そういう中では、たった一つのミスがその後の状況をとてつもなく悪化させてしまうといったことが起こり得るのだ」


Henry Fountain contributed reporting from New York, and Matthew L. Wald from Washington.

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April 5, 2011
U.S. Sees Array of New Threats at Japan’s Nuclear Plant
By JAMES GLANZ and WILLIAM J. BROAD

United States government engineers sent to help with the crisis in Japan are warning that the troubled nuclear plant there is facing a wide array of fresh threats that could persist indefinitely, and that in some cases are expected to increase as a result of the very measures being taken to keep the plant stable, according to a confidential assessment prepared by the Nuclear Regulatory Commission.

Among the new threats that were cited in the assessment, dated March 26, are the mounting stresses placed on the containment structures as they fill with radioactive cooling water, making them more vulnerable to rupture in one of the aftershocks rattling the site after the earthquake and tsunami of March 11. The document also cites the possibility of explosions inside the containment structures due to the release of hydrogen and oxygen from seawater pumped into the reactors, and offers new details on how semimolten fuel rods and salt buildup are impeding the flow of fresh water meant to cool the nuclear cores.

In recent days, workers have grappled with several side effects of the emergency measures taken to keep nuclear fuel at the plant from overheating, including leaks of radioactive water at the site and radiation burns to workers who step into the water. The assessment, as well as interviews with officials familiar with it, points to a new panoply of complex challenges that water creates for the safety of workers and the recovery and long-term stability of the reactors.

While the assessment does not speculate on the likelihood of new explosions or damage from an aftershock, either could lead to a breach of the containment structures in one or more of the crippled reactors, the last barriers that prevent a much more serious release of radiation from the nuclear core. If the fuel continues to heat and melt because of ineffective cooling, some nuclear experts say, that could also leave a radioactive mass that could stay molten for an extended period.

The document, which was obtained by The New York Times, provides a more detailed technical assessment than Japanese officials have provided of the conundrum facing the Japanese as they struggle to prevent more fuel from melting at the Fukushima Daiichi plant. But it appears to rely largely on data shared with American experts by the Japanese.

Among other problems, the document raises new questions about whether pouring water on nuclear fuel in the absence of functioning cooling systems can be sustained indefinitely. Experts have said the Japanese need to continue to keep the fuel cool for many months until the plant can be stabilized, but there is growing awareness that the risks of pumping water on the fuel present a whole new category of challenges that the nuclear industry is only beginning to comprehend.

The document also suggests that fragments or particles of nuclear fuel from spent fuel pools above the reactors were blown “up to one mile from the units,” and that pieces of highly radioactive material fell between two units and had to be “bulldozed over,” presumably to protect workers at the site. The ejection of nuclear material, which may have occurred during one of the earlier hydrogen explosions, may indicate more extensive damage to the extremely radioactive pools than previously disclosed.

David A. Lochbaum, a nuclear engineer who worked on the kinds of General Electric reactors used in Japan and now directs the nuclear safety project at the Union of Concerned Scientists, said that the welter of problems revealed in the document at three separate reactors made a successful outcome even more uncertain.

“I thought they were, not out of the woods, but at least at the edge of the woods,” said Mr. Lochbaum, who was not involved in preparing the document. “This paints a very different picture, and suggests that things are a lot worse. They could still have more damage in a big way if some of these things don’t work out for them.”

The steps recommended by the nuclear commission include injecting nitrogen, an inert gas, into the containment structures in an attempt to purge them of hydrogen and oxygen, which could combine to produce explosions. The document also recommends that engineers continue adding boron to cooling water to help prevent the cores from restarting the nuclear reaction, a process known as criticality.

Even so, the engineers who prepared the document do not believe that a resumption of criticality is an immediate likelihood, Neil Wilmshurst, vice president of the nuclear sector at the Electric Power Research Institute, said when contacted about the document. “I have seen no data to suggest that there is criticality ongoing,” said Mr. Wilmshurst, who was involved in the assessment.

The document was prepared for the commission’s Reactor Safety Team, which is assisting the Japanese government and the Tokyo Electric Power Company, which owns the plant. It says it is based on the “most recent available data” from numerous Japanese and American organizations, including the electric power company, the Japan Atomic Industrial Forum, the United States Department of Energy, General Electric and the Electric Power Research Institute, an independent, nonprofit group.

The document contains detailed assessments of each of the plant’s six reactors along with recommendations for action. Nuclear experts familiar with the assessment said that it was regularly updated but that over all, the March 26 version closely reflected current thinking.

The assessment provides graphic new detail on the conditions of the damaged cores in reactors 1, 2 and 3. Because slumping fuel and salt from seawater that had been used as a coolant is probably blocking circulation pathways, the water flow in No. 1 “is severely restricted and likely blocked.” Inside the core itself, “there is likely no water level,” the assessment says, adding that as a result, “it is difficult to determine how much cooling is getting to the fuel.” Similar problems exist in No. 2 and No. 3, although the blockage is probably less severe, the assessment says.

Some of the salt may have been washed away in the past week with the switch from seawater to fresh water cooling, nuclear experts said.

A rise in the water level of the containment structures has often been depicted as a possible way to immerse and cool the fuel. The assessment, however, warns that “when flooding containment, consider the implications of water weight on seismic capability of containment.”

Experts in nuclear plant design say that this warning refers to the enormous stress put on the containment structures by the rising water. The more water in the structures, the more easily a large aftershock could rupture one of them.

Margaret Harding, a former reactor designer for General Electric, warned of aftershocks and said, “If I were in the Japanese’s shoes, I’d be very reluctant to have tons and tons of water sitting in a containment whose structural integrity hasn’t been checked since the earthquake.”

The N.R.C. document also expressed concern about the potential for a “hazardous atmosphere” in the concrete-and-steel containment structures because of the release of hydrogen and oxygen from the seawater in a highly radioactive environment.

Hydrogen explosions in the first few days of the disaster heavily damaged several reactor buildings and in one case may have damaged a containment structure. That hydrogen was produced by a mechanism involving the metal cladding of the nuclear fuel. The document urged that Japanese operators restore the ability to purge the structures of these gases and fill them with stable nitrogen gas, a capability lost after the quake and tsunami.

Nuclear experts say that radiation from the core of a reactor can split water molecules in two, releasing hydrogen. Mr. Wilmshurst said that since the March 26 document, engineers had calculated that the amount of hydrogen produced would be small. But Jay A. LaVerne, a physicist at Notre Dame, said that at least near the fuel rods, some hydrogen would in fact be produced, and could react with oxygen. “If so,” Mr. LaVerne said in an interview, “you have an explosive mixture being formed near the fuel rods.”

Nuclear engineers have warned in recent days that the pools outside the containment buildings that hold spent fuel rods could pose an even greater danger than the melted reactor cores. The pools, which sit atop the reactor buildings and are meant to keep spent fuel submerged in water, have lost their cooling systems.

The N.R.C. report suggests that the fuel pool of the No. 4 reactor suffered a hydrogen explosion early in the Japanese crisis and could have shed much radioactive material into the environment, what it calls “a major source term release.”

Experts worry about the fuel pools because explosions have torn away their roofs and exposed their radioactive contents. By contrast, reactors have strong containment vessels that stand a better chance of bottling up radiation from a meltdown of the fuel in the reactor core.

“Even the best juggler in the world can get too many balls up in the air,” Mr. Lochbaum said of the multiplicity of problems at the plant. “They’ve got a lot of nasty things to negotiate in the future, and one missed step could make the situation much, much worse.”

Henry Fountain contributed reporting from New York, and Matthew L. Wald from Washington.

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