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日本の原子炉事故:米国への警鐘

「日本の原子炉事故:米国への警鐘」
ニューヨークタイムズ記事、2011年5月17日付

May 17, 2011
In Japan Reactor Failings, Danger Signs for the U.S.
By HIROKO TABUCHI, KEITH BRADSHER and MATTHEW L. WALD
This article is by Hiroko Tabuchi, Keith Bradsher and Matthew L. Wald.

専門家および東京電力の関係者によると、米国内の原子力発電所において、仮に原子炉がトラブルに見舞われた場合でも、非常用ベントを解放することによって破滅的な水素爆発を避けることができるというアメリカ政府当局者が長年主張してきたことが、今回福島第一プラントで実地に試され、しかもそれは失敗に終わった。

今回、緊急時に行う非常用ベントの解放がうまくいかなかったという事実は、米国と日本にある似たようなタイプの原子力発電所の安全性に疑問符を投げかけることになった。日本の監督当局によると、福島では非常用ベントがうまく働かなかった後、水素ガスによって引き起こされた爆発が起こり、チェルノブイリ事故の10%に相当するほどの、大量の放射性物質が大気中に撒き散らされることとなった。

3月11日に襲ってきた津波によって原発施設内の冷却システムがすべて壊滅してしまった後、急速に上昇する原子炉内の圧力を下げるために、非常用ベントを稼働させることは緊急を要することだった。冷却機能を失った中で炉心の温度は極めて危険な状態にまで上昇しつつあった。

従来から、アメリカの当局者たちは、仮にこのような危機的状況に直面しても、米国内の原発は安全であるとしてきた。なぜなら、こうしたことも考慮に入れて、新しい、より堅牢なベント・システムをすでに導入済みだからというのである。しかし、東京電力(福島原発の事業者)によると、福島第一プラントではこれと同じベンテト・システムをすでに数年前に導入済みであったという。

政府関係者によると、水素爆発が起きてしまった主要な理由のうちの一つは、この非常用ベントを稼働させるという決断が数時間遅れてしまったことにあるという。その間、東電の幹部たちは、大量の放射性物質を大気中に漏えいさせることにつながる非常用ベントの解放という緊急手段を、実行にうつすべきかどうか苦悶していたのだ。

しかし、今週公表された東電の記録や専門家へのインタビューなどを総合すると、この数時間の遅れという点については、ベント・システムに関わる装置の不具合や、その設計上の問題なども影響を及ぼしていたということが明らかになった。公表された資料には事故発生直後の施設内の絶望的な様子が活写されている。ようやくベント解放の決定が下されて職員がその操作に取り掛かったものの、ベントは作動しなかったのだ。

専門家によると、ベントを解放すれば放射性物質が漏えいしてしまうのは確かだが、その量は、その後三つの原子炉建屋で続けざまに起こった水素爆発の際に放出された放射性物質の量に比べると、はるかに少なくて済んだはずだという。水素爆発によって吹き飛ばされた原子炉建屋は、大事故発生時の第一防御ラインとして設けられたものだった。建屋内に設置された原子炉格納容器に異常が生じて、燃料棒を冷却する事と汚染水の外部への漏出を抑えることが非常に複雑で困難な作業になったのも、この水素爆発が原因だとみられる。

GEによって構築されたこのベント・システムが正常に作動しなかった原因の一つは、システムを作動させるのに必要な電源が、施設内の他の電気系統と同じ電源からとられていたことによる。建屋の地下に設置された非常用電源は、襲ってきた津波に対してあまりに脆弱だった。しかし、東電によると、津波の襲う前に、地震の影響でベントシステムの配管がすでに破損していたことも考えられるという。作業員は手動に切り替えてベントを開こうとしたのだが、それでもベントは作動しなかったのである。

どちらのケースであれ、米国と日本の政府当局者は、似たようなシステムを採用しているGEによって設計された既存の原子炉について、このような過酷事故が起きた場合でも正常に機能が発揮できるように、高価で長期にわたる改善措置の実施や設計変更を行うことが必要かどうか、決断を迫られている。

「日本で起きていることは我々に教訓を教えている」、the Union of Concerned Scientists の David Lochbaum は言う、「もし、ベントが必要な時に、それが働かなかったというのなら、それは改善しなければならない」

この件について、GEの担当者からはコメントを得ることができなかった。

福島原発が危機的な状況になったということは、地震が発生し、津波が防波堤を超えて押し寄せてきた数時間後には明らかになっていた。1号機の圧力容器内の圧力は地震発生の12時間後には設計上の耐圧限度の2倍にも達していた。燃料棒を内蔵した圧力容器が破裂してメルトダウンが起きる恐れが高まっていた。圧力容器内の圧力があまりに高いので、その中にポンプで水を注入して冷却するということは不可能であった。

政府は狼狽し、東電にベントを開始するよう迫った。しかし、こうした状況下であっても、この間の政府の動向に詳しいある人物によると、東電の幹部はまだ議論を続けていて結論を出せなかった。東電の幹部間議論は次第に熱を帯びたものになったという。東電の原子力部門の総責任者である武藤栄副社長と、福島第一原発の吉田昌郎所長との間で、「怒鳴り合い」のやりとりが起きたというのだ。これは何事につけ控えめな日本人の間では極めて珍しいことだ。

吉田所長は一刻も早くベントを行うべきだと主張し、武藤副社長はその効果に懐疑的であったという。この間の事情は匿名を条件にインタビューに答えてくれた人物によって提供された。同氏は現在も政府へのアドバイザーという立場にあるので公に発言するわけには行かないという。「一体どうすればいいのかという点について、ためらいがあり、多くの議論があり、そしてまったくの混乱状態があった」と同氏は言う。

結局東電の幹部はベント開始の指示を翌日の土曜日まで出さなかった。それは現場に津波が襲ってきた時から17時間後であり、政府がベント解放を迫ってから6時間後のことだった。ベント解放という新たな指示を受けてただちに作業に取り掛かった作業員たちは、しかし、次から次へと難問に直面する。

ベント・システムを稼働させる操作は中央制御室から行うようになっているのだが、その操作は失敗に終わった。最も重要なバルブを動かすための電源が失われていたためだ。これらのバルブは手動でも開けることができる設計になってはいたが、東電が明らかにした資料によると、その時にはすでに第一号機の建屋内の放射線量は、作業員が近づくことが出来ないほどのレベルにまで達していたのだ。

一方、2号機では、東電の資料によると、作業員が手動でバルブを開けることを実際に試みたが、その後も圧力容器内の圧力は下がらず、ベントすることに効果があったのかどうか、明らかではなかった。さらに3号機では手動で合計7回、バルブを解放する操作が繰り返されたが、そのたびに毎回、元通りに閉じてしまったと資料には記録されている。

こうして、ベントがうまくいかなかったことがもたらした結果は悲惨なものだった。地震発生の翌日、土曜日に1号機の建屋が爆発した。3号機建屋がそれに続いて月曜日に、そして2号機の建屋は火曜日の早朝に爆発したのである。

これらの爆発によって、放射性物質が大量に大気中に放出された。わずか数日のうちに、原発近隣に居住する数万人もの住民(皆、地震被害の生き残りの人たちである)が避難させられ、農作物が汚染され、放射性同位体の雲が、微量ではあるが、はるかかなたの米国にまで達したのである。福島第一原発の様子を上空から捉えた写真を見ると、1号機と3号機の建屋上部は完全に吹き飛ばれており、2号機の建屋はかなりの損傷を受けていることが分かる。

問題が益々積みあがって行く中、東電と政府は一連の記者会見を通じて、損害の様子を明らかにし始めた。それによると、これらの爆発は恐らく、燃料棒を格納している圧力容器にも損傷を与えたという。圧力容器は、メルトダウンや放射性物質のさらなる大量漏出を防ぐための最後の防御壁の一つである。

東電は最近になって、原子炉の損傷の状況は当初考えられていたよりも実際にはさらに深刻な状態であったことを明らかにした。1,2,3号機の原子炉いずれにおいても、事故発生の数時間後には、燃料棒が完全に溶融するメルトダウンが起きていたようだと認めたのだ。これはもっと破滅的に大量の放射性物質を放出させてしまう危険性が高まるということだ。東電はさらに、最新のデータに基づいて、1号機の圧力容器に損傷があって、そこから放射能に汚染された水が漏れ出ていることを認めた。

福島原発に装備された改良型のベントシステムは、米国で1980年代に「安全性強化プログラム」の一環として導入されたものだ。これは1960年代に開発されたGEの沸騰水型原子炉、マーク1型格納システムを採用している原子炉について適用された。東京電力も米国にならって、1998年から2001年にかけて、この改良システムを福島第一原発に導入した。福島第一原発では、6基ある原子炉のうち、5機がGEのマーク1型原子炉である。

東電は今週になって、2002年に当局へ提出した資料を精査した結果、上記の通り新たなベントシステムが導入されていたこを認めた。新しく強化されたベントシステムは、それ以前に備わっていたベントシステムでは圧力容器内の圧力が緊急時において異常に高くなった場合に、正しく作動しない恐れがあるという懸念を受けて強化、改良されたものだった。

圧力容器内では圧力の上昇にともなって急激に温度も上昇する。そしてそのことが燃料棒を覆うジルコニウム製の被覆管を損傷し、冷却用の水と接触する事によって化学反応が生じて酸化ジルコニウムと水素ガスを発生させることになると予測されていた。

その当時新たに設計されたベントシステムは、各種のフィルターやガス処理システムを通じて格納容器から直接蒸気やガスを放出するようになっている。それらフィルターやガス処理システムは通常通り働けば、ガスの噴出のスピードを抑えると同時に、ほとんどの放射性物質をあらかじめ取り除く効果がある。

しかし、専門家によれば、この非常用ベントシステムには様々なセーフガード(誤作動防止装置)が取り付けられていて、そのうちのいくつかは電動式なので、それを解除するためには電源が必要となるのだった。このことはすべての電源が落ちてしまった場合にはこのシステムは役に立たなくなるということを意味しているという。

そのようなセーフガード装置の中で最も重要なものはバルブの開閉にかかわるものだ。ベントを行うためには、中央制御室の中の鍵のかかった箱の中にあるスイッチを操作して、バルブを開かなければならない。鍵穴の鍵を差し込んで回せば、バルブが開いてベントシステムが働き、内部のガスが勢いよく建屋の外に放出されるはずであった。しかし、東電によれば、福島第一原発では電源喪失のためにこのバルブが作動しなかったという。

このことが示すのは、福島と似たような設計の原発を抱える米国と日本の他の原子力発電所において、津波や河川の氾濫による被害を受けないように、非常用電源(発電装置)をもっと高い場所に移動させることによって、このような深刻な原子炉災害を避けることが出来るかもしれないということだ。

しかし、必要なことはベントシステム自体の設計の見直しなのかもしれない。米国内のいくつかの原子力発電所で経験を積んだ元原発技術者の Michael Friedlander によると、このようなベントシステムの設計になったのは、米国の原子力当局者間にある二つの対立する設計思想の結果であるという。

Friedlander 氏は次のように指摘する。 「NRC(原子力規制委員会)の中には、まず『閉じ込め・隔離派』の連中が居る。この連中はとにかく、何が起ころうと、考えられ得る最悪のシナリオのもとでも、とにかく格納容器の中に閉じ込めろ、の一点張りの連中だ。そしてもう一方に、『原子炉の安定優先派』の連中がいる。この連中は過酷事故が発生した場合、格納容器からのベントは絶対に必要だと言って譲らない。 これは意見が対立する、一筋縄ではいかないシステムなんだよ」

Hiroko Tabuchi reported from Tokyo, Keith Bradsher from Hong Kong, and Matthew L. Wald from Washington.

訳者注:しばらく前の記事ですが、備忘録として・・・、


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May 17, 2011
In Japan Reactor Failings, Danger Signs for the U.S.
By HIROKO TABUCHI, KEITH BRADSHER and MATTHEW L. WALD
This article is by Hiroko Tabuchi, Keith Bradsher and Matthew L. Wald.
専門家および東電によると、米国内の原子力発電所において、仮に原子炉がトラブルに見舞われた場合でも、非常用ベントを解放することによって破滅的な水素爆発を避けることができるという、アメリカ政府当局者が長年主張してきたことが、今回福島第一プラントで実際に試され、そして失敗した。
TOKYO ― Emergency vents that American officials have said would prevent devastating hydrogen explosions at nuclear plants in the United States were put to the test in Japan ― and failed to work, according to experts and officials with the company that operates the crippled Fukushima Daiichi plant.



The failure of the vents calls into question the safety of similar nuclear power plants in the United States and Japan. After the venting failed at the Fukushima plant, the hydrogen gas fueled explosions that spewed radioactive materials into the atmosphere, reaching levels about 10 percent of estimated emissions at Chernobyl, according to Japan’s nuclear regulatory agency.
Venting was critical to relieving pressure that was building up inside several reactors after the March 11 tsunami knocked out the plant’s crucial cooling systems. Without flowing water to cool the reactors’ cores, they had begun to dangerously overheat.
American officials had said early on that reactors in the United States would be safe from such disasters because they were equipped with new, stronger venting systems. But Tokyo Electric Power Company, which runs the plant, now says that Fukushima Daiichi had installed the same vents years ago.
Government officials have also suggested that one of the primary causes of the explosions was a several-hour delay in a decision to use the vents, as Tokyo Electric managers agonized over whether to resort to emergency measures that would allow a substantial amount of radioactive materials to escape into the air.
But the release this week of company documents and interviews with experts provides the most comprehensive evidence yet that mechanical failures and design flaws in the venting system also contributed to delays. The documents paint a picture of increasing desperation at the plant in the early hours of the disaster, as workers who had finally gotten the go-ahead to vent realized that the system would not respond to their commands.
While venting would have allowed some radioactive materials to escape, analysts say that those releases would have been far smaller than those that followed the explosions at three of the plant’s reactors, which blew open containment buildings meant to serve as a first line of defense against catastrophe. The blasts may also have been responsible for breaches in containment vessels that have complicated efforts to cool the fuel rods and contain radioactive leaks from the site.
One reason the venting system at the plant, which was built by General Electric, did not work is that it relied on the same sources of electricity as the rest of the plant: backup generators that were in basements at the plant and vulnerable to tsunamis. But the earthquake may also have damaged the valves that are part of the venting system, preventing them from working even when operators tried to manually open them, Tokyo Electric officials said.
In either case, regulators in the United States and Japan will now need to determine if such systems at similar plants designed by G.E. need to undergo expensive and time-consuming retrofitting or redesign to allow them to function even in severe accidents.
“Japan is going to teach us lessons,” said David Lochbaum at the Union of Concerned Scientists. “If we’re in a situation where we can’t vent where we need to, we need to fix that.”
Officials from General Electric did not comment on Tuesday.
The seriousness of the crisis at the Fukushima plant became evident within hours of the quake and the tsunami that rushed over the plant’s sea wall.
Just 12 hours after the quake, the pressure inside Reactor No. 1 had reached roughly twice the maximum pressure the unit had been designed to withstand, raising fears that the vessels that house fuel rods would rupture, setting a possible meltdown in motion. With the pressure high, pumping in additional cooling water also was not possible.
The government became rattled enough that it ordered Tokyo Electric to begin venting. But even then, Tokyo Electric’s executives continued to deliberate, according to a person close to government efforts to bring the reactors under control. The exchanges became so heated, the person said, that the company’s nuclear chief, Vice President Sakae Muto, and the stricken plant’s director, Masao Yoshida, engaged in a “shouting match” ― a rarity in reserved Japan.
Mr. Yoshida wanted to vent as soon as possible, but Mr. Muto was skeptical whether venting would work, the person said, requesting anonymity because he is still an adviser to the government and is not permitted to comment publicly. “There was hesitation, arguments and sheer confusion over what to do,” he said.
The executives did not give the order to begin venting until Saturday ― more than 17 hours after the tsunami struck and 6 hours after the government order to vent.
As workers scrambled to comply with their new directive, they faced a cascading series of complications.
The venting system is designed to be operated from the control room, but operators’ attempts to turn it on failed, most likely because the power to open critical valves was out. The valves are designed so they can also be opened manually, but by that time, workers found radiation levels near the venting system at Reactor No. 1 were already too high to approach, according to Tokyo Electric’s records.
At Reactor No. 2, workers tried to manually open the safety valves, but pressure did not fall inside the reactor, making it unclear whether venting was successful, the records show. At Reactor No. 3, workers tried seven times to manually open the valve, but it kept closing, the records say.
The results of the failed venting were disastrous.
Reactor No. 1 exploded first, on Saturday, the day after the earthquake. Reactor No. 3 came next, on Monday. And No. 2 exploded early Tuesday morning.
With each explosion, radioactive materials surged into the air, forcing the evacuation of tens of thousands of earthquake survivors living near the plant, contaminating crops and sending a faint plume of radioactive isotopes as far as the United States within days. Aerial photos of the reactor buildings showed No. 1 and 3 had been blown apart and another was seriously damaged.
As the troubles mounted, Tokyo Electric and government officials conducted a series of news conferences that began to suggest the scope of the damage. The blasts, they said, probably caused breaches in containment vessels that are among the final layers of protection against meltdowns and even larger releases of radioactive materials.
Tokyo Electric in recent days has acknowledged that damage at the plant was worse than previously thought, with fuel rods most likely melting completely at Reactors 1, 2 and 3 in the early hours of the crisis, raising the danger of more catastrophic releases of radioactive materials. The company also said new evidence seemed to confirm that at Reactor No. 1, the pressure vessel, the last layer of protection, was broken and leaking radioactive water.
The improved venting system at the Fukushima plant was first mandated for use in the United States in the late 1980s as part of a “safety enhancement program” for boiling-water reactors that used the Mark I containment system, which had been designed by General Electric in the 1960s. Between 1998 and 2001, Tokyo Electric followed suit at Fukushima Daiichi, where five of six reactors use the Mark I design.
The company said that was the case this week, after a review of Japanese regulatory filings made in 2002 showed that the vents had been installed.
The fortified venting system addressed concerns that the existing systems were not strong enough to channel pent-up pressure inside the reactors in an emergency. Pressure would be expected to rise along with temperature, damaging the zirconium cladding on the fuel rods at the reactor core and allowing them to react chemically with water to produce zirconium oxide and hydrogen gas.
The new vents were designed to send steam and gas directly from the reactor’s primary containment, which houses the reactor vessel, racing past the usual filters and gas treatment systems that would normally slow releases of gas and eliminate most radioactive materials.
But the emergency vents were fitted with numerous safeguards, some of which require electricity to work, rendering them useless when all power is lost at a nuclear plant, experts say.
The most important of those safeguards are the valves, operated from a switch under lock and key in the control room, that must be opened for the vents to work. When a key is inserted into the keyboard in the nuclear reactor’s control room and turned, the valves are supposed to open, letting gases rush out of the reactor building.
Tokyo Electric has said the valves did not work at Fukushima Daiichi after the power failed.
That would suggest that operators of similar plants in the United States and Japan could protect reactors by moving generators to higher floors if the equipment is currently in places that could be affected by tsunamis or flooding from rivers.
But a redesign of the venting system itself might also be necessary.
The design is the result of conflicting schools of thought among United States nuclear officials, said Michael Friedlander, a former senior operator at several American nuclear power plants.
Mr. Friedlander said, referring to the Nuclear Regulatory Commission: “You have the N.R.C. containment isolation guys who want containment closed, always, under every conceivable accident scenario, and then you’ve got the reactor safety guys who need containment to be vented under severe accident scenarios. It is a very controversial system.”
Hiroko Tabuchi reported from Tokyo, Keith Bradsher from Hong Kong, and Matthew L. Wald from Washington.


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