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なぜ原子炉の冷却に長い時間がかかるのか

正しく怖がる放射能【3】

2011年4月26日(火)

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 東京電力は4月23日、福島第一原発の2号機のタービン建屋や立て坑にたまった高濃度の放射性物質を含む水の移送の継続中に、被曝線量が緊急時の上限、100ミリシーベルトを超えた作業員がまた1人増え、23日までに30人に達したことを発表しました。

 原子炉の冷却によって生じた汚染水の処理は、作業の長期化が確実で、作業員の被曝線量が今後も増えることが予想されています。それにしてもどうしてそんなに長い時間、冷却にかかるのでしょうか。震災の直後には「原発を停止した直後にも、余熱を取る必要がある」などと報じられもしましたが「余熱」だけだったら、もうそろそろ無くなってもよさそうな時期です。

 今回はこの原子炉の「余熱」と「冷却」について、少し掘り下げて考えてみたいと思います。

「余熱」の正体は「崩壊熱」

 運転を停止したあとの原子炉から発せられる熱は、なべややかんの余熱ではなく、使用済核燃料である放射性物質から出てくる「崩壊熱」が正体であること。まずここから確認しておきましょう。

 同じ「ヨウ素」でも、ふつうに昆布などに含まれているヨウ素と、水道水に混入したりして問題になるヨウ素131はちょっと様子が違います。普通に存在するヨウ素127が「安定同位体」であるのに対して、ヨウ素131は「放射性同位体」である、という違いです。

 この「同位体(アイソトープ)」について少しおさらいしておきます。ある元素が「ヨウ素」であるか、あるいは「キセノン」とか「セシウム」とか違う物質であるかは、原子核に含まれる陽子の数で決まってしまうのでした。陽子の数を「原子番号」と呼ぶことは前々回に記した通りです。

 この陽子は一つひとつがプラスの電気を帯びています。プラス同士ですから反発してしまい、そのままでは大人しく1つの原子核にまとまってくれません。そこに中性子という陽子の兄弟分のような電気的に中性な粒子が加わることで、原子核が安定するのでした。

 さっきのヨウ素を例に取れば、原子番号は53つまり陽子が53個集まっているのに対して、普通のヨウ素127は中性子74個で安定、これに対してヨウ素131は中性子が78個で合計53+78=131個の核子が集まった中性子過剰な核種です。

 そしてこの中性子が多すぎると、原子核は不安定になってしまうのです。エネルギー過剰で不安定な状態から、放射線を出してより安定な状態に崩変して行く。これが不安定な同位体が放射線を出す基本的なアウトラインです。

ストロンチウムに要注意

 さて、こんな風に書くと放射性同位体というのは何でも大変危険なもののように思われるかもしれません。しかし、現実に放射性同位体は思うよりよほど普通に存在しています。例えばあなた自身の体の中にも、普通に含まれています。

 「カルシウム」という元素を考えてみましょう。私たちの骨を作っている主要な材料はリン酸カルシウムですから、人間と切っても切れない関係にあります。

 このカルシウム、自然界に存在する96%以上はカルシウム40という安定な核種ですが、残り3%ほどは別の同位体が占めています。カルシウム48という放射性同位体は大変に長い半減期(6×10の18乗年!)で「ベータ崩壊」してチタン48になりますが、このカルシウム48が自然界には0.187%ほど含まれています。

 0.187%と言えば、1000分の2ほどですから割合としては大変に少ないようにも見えます。しかし原子や分子は大変に小さく、私たちの体の中には10兆の10兆倍(10の26乗)個ほどのもカルシウムが含まれているので、その1000分の2といえば10兆の100億倍個ほどの放射性カルシウム48も含まれていると察しがつきます。

 私たちの体のなかでは消化とか吸収とか、生化学的な反応が常に起きています。そしてこの生化学反応の中では、カルシウム40もカルシウム48も同じカルシウムとみなされて、区別することができません。そこで、一度体の中に取り込まれてしまうと、私たち自身の骨を作る材料として放射性元素も取り込まれてしまいます。こういう状態を「体内に放射性物質が蓄積する」と言います。

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