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原子力事故(げんしりょくじこ、: Nuclear and radiation accidents)とは原子力関連施設での放射性物質放射線に関係する事故のこと。放射性物質や強力な放射線が施設外へ漏れ出すと、人々の健康・生活や経済活動に大きな被害をもたらす。原子力関連施設内での事故であっても、放射性物質や放射線の漏出にまったく無関係な事故は原子力事故とは呼ばない。

原子力発電所などで事故が発生した場合には、国際原子力事象評価尺度 (INES) による影響度の指標が「レベル0」から「レベル7」までの8段階の数値で公表される[1]。本項目ではINESレベル4未満の事象も含めて記述するが、日本の原子力事業者はINESレベル4以上に限って「事故」と呼んでいる。

目次

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事故と異常事象[編集]

日本の原子力関連施設では、放射性物質が環境中へ放出されて公衆の健康を害する恐れが生じた場合やそれ以上を「事故」と呼び、そのような状況に至らない施設内での不測の事態は「異常事象」と呼んで区別している[2]

原子力事故の原因と結果[編集]

炉心溶融(メルトダウン)[編集]

原子炉には核燃料集合体である燃料棒が入っている。燃料棒は核燃料を円筒状の耐熱ジルコニウム合金(ジルカロイ、融点約2,500℃)の容器に入れ、多数個まとめたものである。原子炉内(炉心)は非常に大きな崩壊熱を出しているため、原子炉冷却機能が失われるとジルカロイから発生した水素による水素爆発のおそれのほか、燃料棒が溶解・崩壊し、圧力容器の底に残った冷却水と反応して水蒸気爆発を起こす危険性がある[3]。さらに燃料が原子炉の底を溶かし(溶融貫通=メルトスルー)炉外に漏れ出す危険や、その冷却水等または地下水脈との反応による[要出典]水蒸気爆発や地下水脈への放射性物質の流出による大規模な放射能汚染、更には再臨界のおそれもある。

実際に事故が炉心溶融までに至った例としては、1979年スリーマイル島原子力発電所事故アメリカ合衆国)、1986年チェルノブイリ原子力発電所事故ソビエト連邦、現ウクライナ)、2011年福島第一原子力発電所事故日本・現在進行中)などが挙げられる[4]

水素爆発・水蒸気爆発[編集]

原子炉格納容器や原子炉建屋に水素がたまると酸素と結合して爆発することがある。水蒸気の発生でも爆発することがある。爆発により遮へいがなくなった原子炉より放射性物質が外部に放出される。それを防ぐために「ベント(弁を開いて気体を逃がすこと)」を行う。

冷却材喪失事故[編集]

原子炉は常に冷却する必要がある。しかし、冷却剤が配管の破断で喪失する、循環系ポンプが故障する、冷却水の取水が不足するなどした場合、炉心溶融に繋がり大事故に発展する危険性がある[注釈 1]。また、原子炉隔離時冷却系(ECCS)が必ずしも動作するとも限らない。なお、原子炉の臨界終息後も核分裂生成物の熱崩壊[注釈 2]による熱を取り去るために冷却を継続する必要がある[3] [5]。ちなみに小規模な原子炉は必ずしも系統だった冷却を必要としていない[6]

人為的ミス・計器異常[編集]

計器もマニュアルも人間が作るものである以上、設計ミス、製造ミス、チェックミス、操作ミス、故障などが起こり得る。また運転員や管理者はマニュアルに沿って運転するが、それが必ずしも状況に即した適切な対応となるとも限らず、想定外の事象が起こった場合に事故を加速する動作になることがある。

福島第一原子力発電所事故では、1号機において、緊急時に原子炉を冷却する場合は最初に冷却器[注釈 3]を使わずに主蒸気逃し安全弁(SRV)を開けて原子炉の圧力を下げて処する手順書通りに操作し、事態が悪化したとする専門家の指摘の報道[7]もあるが、事実関係はまったくこれと異なり、過去に使用履歴の無い非常用復水器(IC)が起動されたとの報告[8]が出されている。

スリーマイル島原子力発電所事故では各種の警報が一斉に発せられた結果それらのプリントアウトが間に合わなくなり100分も遅延し[9]、非常給水弁の開け忘れ、「マニュアル通りの」主冷却剤ポンプ停止措置などが事態を深刻化させた[10]。また、1977年9月にはアメリカのコロラド州で、1980年12月にはオーストラリアシドニーで、放射性物質を運搬中の車両が交通事故を起こした[11]

臨界事故[編集]

高濃度の放射性物質が集まり核反応が連鎖的に続く状態になることを臨界という。原子力発電の安全性はこの臨界を原子炉内で制御できるかどうかにかかっている。東海村JCO臨界事故では作業員がバケツを使って放射性物質を取扱い、バケツの中で制御されない臨界が起きた。 臨界が起こると、その場所から周囲に中性子が放射される。中性子は構造物を貫きやすく、通常の防護服や防護機材さえ貫通して、長距離(数百m - 数km以上)にわたって生物の細胞を損傷する。また、中性子により普通の原子が放射性原子に変化する中性子放射化が起こる。

原子力施設の停電[編集]

原子力施設の停電が問題である。電源が失われると冷却が出来なくなり、蒸発で水が失われ重大事故(冷却材喪失事故)となり、そのままだと炉心溶融の上で水蒸気爆発または水素爆発により大量の放射性物質が外部に漏れる虞がある。また放射性物質貯蔵システムでも崩壊熱が出続けているため、当面の間(数年以上)は冷却の必要がある。電力が失われれば状況も不明になり、制御も困難となる。原子力施設における全電源喪失をステーションブラックアウト(Station Blackout、SBO)という。

原子力施設を支える命綱には通常

  1. 所内交流電源系 : 他の原子炉につながっている
  2. 外部電源系  : 外部から引き入れているいわゆる普通の電力
  3. 非常用ディーゼル発電機[注釈 4] :
  4. 非常用バッテリー : 容量4時間[注釈 5]

の4系統がある。

原子炉保安指針[注釈 6]では全ての電源系が停止するのは「『ニューヨークに』隕石が直撃する確率」として扱われていた[注釈 7]が、広域で長時間外部電源系が停止した事例は必ずしも珍しくない[注釈・原子力施設の停電 1]。 2013年2月8日夜には猛吹雪による広域停電のため、アメリカ北東部、マサチューセッツ州プリマスにあるピルグリム原子力発電所英語版の外部電源が途絶え自動停止する事態が発生した。このときはディーゼル発電機で復旧した[12]

冷却系の損傷[編集]

冷却系の損傷は重大事故を招くため、いくつか予備系がある。一つは原子炉の蒸気を使う原子炉隔離時冷却系 (RCIC) 、もう一つは非常用炉心冷却装置 (ECCS) と呼ばれる非常時に大量の水をシャワーする系統である。他にも中性子を止めるホウ酸を注入する系統もある。[注釈 8]

原子炉の冷却は、最終的には海水、河川水、空気(冷却塔)によってなされる。だが、冷却に適した清浄な水や空気が常に供給されるとは限らない。津波、洪水、地震、クラゲ、赤潮、漂流物などで取水口・排水口・配管が塞がれる可能性があり、また、旱魃の時には長江揚子江)やライン川のような大きな川からでさえ取水が困難になる場合があり得る。火山灰軽石亜硫酸ガスの来襲は複合的な困難を招く。原子炉が川または海の近くに置かれることから、事故や故障の時は河川水や海流によって被害地域が拡大するおそれがある[要出典]

冷却パイプの問題[編集]

原子炉内部を冷却するパイプは、(1)細い、(2)薄い、(3)曲がっている、(4)中性子などに曝されている、(5)圧力が高い、(6)密集している、(7)ナトリウム冷却の場合は腐食性が高い(通常は徹底的に不純物を除いた水を用いる)、(8)施工不良[注釈 9]などの悪条件が重なっている。経年変化、不純物、格子欠陥、振動、地震などの条件があると、設計寿命のかなり前に詰まったり破断したりする。定期検査によって全てのパイプを徹底検査できない[注釈 10][注釈 11]ため、事故の原因となり得る。挙動が複雑なので、固有振動の計算が困難で(設計時には可能だが、条件の変化が大きい。古い設計ではかなり省略して計算している)想定外のひずみや圧力の集中が起こり、ひび割れや破断が起きることがある。

パイプの材質は万全ではない。エロージョン/コロージョン(壊食/腐食、E/C)により内面減肉(配管の厚みが減ること)が一部に起こり(局部減肉)穴が開いたり亀裂ができる。場所の予想は困難であり、年間数mmの速度であるので時期の予測も困難であり、検査漏れが大きな事故を招きやすい。これは炭素鋼の弱点であるが、低合金鋼で対処が困難な場合にオーステナイト系ステンレス鋼にすると応力腐食割れを起こす。この問題は火力発電所・石油化学・一般化学プラントなどと共通の未解決問題である[13]

ナトリウム事故[編集]

原子炉の熱を運び出し、タービンを回すための冷却剤として使われるのは通常、水(H2O、軽水ともいう)、重水 (D2O) であるが、液体金属ナトリウム (Na) が使用されることもある。しかし、液体ナトリウムは水分や空気に触れると爆発する性質を持ち、腐食性も高い[注釈 12]。また、別の元素が混入すると硬化し冷却困難となる場合がある[要出典][注釈 13]

反応係数[編集]

個々の事象の反応係数は、場合によって異なる。「制御棒を入れると必ず反応が低くなる」わけでもないし、水素の泡(ボイド)の発生や燃料棒や制御棒の抜き差しの速さなどによっても、原子炉の挙動は変化する。当直運転員や管理者が全ての挙動を把握しているわけではないので、事故の時に適切な対処が出来るとは限らない。

制御棒の出入り口など[編集]

原子炉及び格納容器内部は完全に閉じ込められているわけではない。まず炉心冷却剤の出入りの太いパイプがあり、各種緊急冷却系、計測器、制御棒、消火系、電力系、通信系などの穴が開いている。それらは格納容器と同等の耐熱性、耐久性、強度を持っているわけではないため、事故の原因となるおそれがある。

主な原子力事故[編集]

日本[編集]

INESレベル7の事故[編集]

福島第一原子力発電所炉心溶融・水素爆発事故[編集]

2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震により、東京電力福島第一原子力発電所で圧力容器内の水位が低下。炉心が高温になるも、非常用電源の故障で緊急炉心冷却システムも作動せず、水蒸気爆発の可能性が高まった。そのため、弁を開いて放射性物質を含んだ水蒸気を大気中に放出した。この作業により、敷地境界域で1015 μSv/hの放射線を確認。燃料棒も一部溶解。日本初となる原子力緊急事態宣言が発令され、周辺半径20kmの住民には避難指示が出された[14]


経済産業省原子力安全・保安院は12日、国際原子力事故評価尺度 (INES) の暫定値で、「局所的な影響を伴う事故」とするレベル4に当たることを明らかにした。東海村JCO核燃料加工施設臨界事故と同レベル[15]。 経済産業省原子力安全・保安院は1 - 3号機の事故の深刻さを示す国際評価尺度 (INES) を、8段階のうち3番目に深刻な「レベル5」にすると発表した[16]

その後、同年4月12日、経済産業省原子力安全・保安院は国際評価尺度 (INES) の暫定評価を「レベル7」にすると発表した[17]

  • 2011年11月30日、東京電力は炉心の解析状況を発表した。
    • 1号機・・14時間の断水で、燃料は3000度に達し、68tの燃料がすべて溶けて鋼鉄製の圧力容器を抜けて格納容器下部にたまった。さらにコンクリートの床も最大65cm浸食した可能性がある。外側の鉄板までの残りは37cmである。
    • 2号機は57%、3号機は63%の燃料が格納容器外へ落下した可能性がある。-->

福島第一原子力発電所事故の状況は、原子炉格納容器内のメルトダウンだけだったスリーマイル島事故を遙かに超えており、30年超といわれる廃炉作業の見通しはかなり暗いとされる。

INESレベル4の事故[編集]

1999年9月30日 東海村JCO核燃料加工施設臨界事故
日本で3番目の臨界事故で、作業員2名が死亡。レベル4[18]

INESレベル3以下の事故[編集]

1978年11月2日 東京電力福島第一原子力発電所3号機事故
日本で最初の臨界事故とされる。
戻り弁の操作ミスで制御棒5本が抜け、午前3時から、出勤してきた副長が気付きゆっくり修正し終わる10時半までの7時間半、臨界が続いたとされる。
沸騰水型の原子炉で、弁操作の誤りで炉内圧力が高まり、制御棒が抜けるという本質的な弱点の事故。この情報は発電所内でも共有されず、同発電所でもその後繰り返され、他の原発でも(合計少なくとも6件)繰り返される。1999年志賀原発事故も防げたかも知れず、本質的な弱点なので、世界中の原子炉で起こっている可能性がある。
特に重要なのが、1991年5月31日の中部電力浜岡3号機の制御棒が同様に3本抜けた事故である。中部電力は1992年にマニュアルを改訂した。「国への報告はしなかったが、他電力へ報告した。」と主張した。
事故発生から29年後の2007年3月22日に発覚、公表された。東京電力は「当時は報告義務がなかった」と主張している。
1989年1月1日 東京電力福島第二原子力発電所3号機事故
原子炉再循環ポンプ内部が壊れ、炉心に多量の金属粉が流出した事故。レベル2。
1990年9月9日 東京電力福島第一原子力発電所3号機事故
主蒸気隔離弁を止めるピンが壊れた結果、原子炉圧力が上昇して「中性子束高」の信号により自動停止した。レベル2。
1991年2月9日 関西電力美浜発電所2号機事故[19]
蒸気発生器の伝熱細管[注釈 14]の1本が破断し、55トンの一次冷却水が漏洩し、非常用炉心冷却装置 (ECCS) が作動した。レベル2。放出量0.6キュリー。
1991年4月4日 中部電力浜岡原子力発電所3号機事故
誤信号により原子炉給水量が減少し、原子炉が自動停止した。レベル2。
1997年3月11日 動力炉・核燃料開発事業団東海再処理施設アスファルト固化施設火災爆発事故
低レベル放射性物質をアスファルト固化する施設で火災発生、爆発。レベル3。
1999年6月18日 北陸電力志賀原子力発電所1号機事故
定期点検中に沸騰水型原子炉 (BWR) の弁操作の誤りで炉内の圧力が上昇し3本の制御棒が抜け、想定外で無制御臨界になり、スクラム信号が出たが、制御棒を挿入できず、手動で弁を操作するまで臨界が15分間続いた。点検前にスクラム用の窒素を全ての弁で抜いてあったというミスと、マニュアルで弁操作が開閉逆だったと言うのが、臨界になる主な原因であった。
所長も参加する所内幹部会議で隠蔽が決定され、運転日誌への記載も本社への報告も無かったとされる。当時の所長代理は、発覚時点で常務・原子力推進本部副本部長=安全担当、志賀原発担当。総点検の聞き取りに対しては事故を報告しなかった。
原発関連の不祥事続発に伴う2006年11月の保安院指示による社内総点検中、報告が出た結果、2007年3月公表に至った。レベル1 - 3。
日本で2番目の臨界事故とされる。
日本原子力技術協会が、最悪の事態を想定して欠落データを補完した研究によると、定格出力の15%まで出力が瞬間的に急上昇した即発臨界であった可能性がある。ただし、燃料中のウラン238が中性子を吸収し、それ以上の事態になる可能性はなかったという。
この事故に関して、一部マスコミ等で「制御棒が落下した」「沸騰水型原子炉の制御棒は下から挿入されるので、水圧が抜けると落下する危険がある」との誤解があったが、実際は「水圧装置の誤作動により、引き抜き動作が行われた」であり、重力の影響で落下したのでないことに注意が必要である。
2011年3月11日 東京電力福島第二原子力発電所事故
東日本大震災による地震・津波で原子炉の冷却機能が一時不全状態に陥った事故。
原子力安全・保安院は2011年3月18日にINESレベル3であるとの暫定評価を下した。
2013年5月23日 J-PARC放射性同位体漏洩事故
J-PARCハドロン実験施設にて、装置の誤作動により管理区域内に漏洩した放射性同位体が、排気ファンを回すという人為的な行動によって管理区域外に漏洩した事故。
原子力規制委員会は、2013年5月27日に本件をINESレベル1に相当する事象と暫定的に評価した。

その他の事故[編集]

1973年3月 関西電力美浜発電所燃料棒破損
美浜一号炉において核燃料棒が折損する事故が発生したが、関西電力はこの事故を公表せず秘匿していた。この事故が明らかになったのは内部告発によるものである。
1974年9月1日 原子力船むつ」の放射線漏れ事故
1995年12月8日 動力炉・核燃料開発事業団高速増殖炉もんじゅナトリウム漏洩事故
2次主冷却系の温度計の鞘が折れ、ナトリウムが漏洩し燃焼した。レベル1。この事故により、もんじゅは15年近く経った2010年4月まで停止を余儀なくされた。
1998年2月22日 東京電力福島第一原子力発電所
第4号機の定期検査中、137本の制御棒のうちの34本が50分間、全体の25分の1(1ノッチ約15cm)抜けた。
2004年8月9日 関西電力美浜発電所3号機2次系配管破損事故
2次冷却系のタービン発電機付近の配管破損により高温高圧の水蒸気が多量に噴出。逃げ遅れた作業員5名が熱傷で死亡。レベル0+。
2007年7月16日 新潟県中越沖地震に伴う東京電力柏崎刈羽原子力発電所での一連の事故
同日発生した新潟県中越沖地震により、外部電源用の油冷式変圧器が火災を起こし、微量の放射性物質の漏洩が検出された。この地震により発生した火災は柏崎刈羽原子力発電所1箇所のみであるとされる。
震災後の高波によって敷地内が冠水、このため使用済み核燃料棒プールの冷却水が一部流失している。
全ての被害の詳細は2007年10月現在もなお調査中である。この事故により柏崎刈羽原子力発電所は全面停止を余儀なくされた。
2007年11月13日、経済産業省原子力安全・保安院はこの事故をレベル0-と評価した。
2010年6月17日 東京電力福島第一原子力発電所2号炉緊急自動停止
制御板補修工事のミス[注釈 15]があったが、常用系電源と非常用電源(常用系から供給されている)から外部電源に切り替わらず、冷却系ファンの停止を招き、緊急自動停止(トリップ)した。電源停止により水位が2m低下した。燃料棒露出まで40cm(単純計算で6分)であった。トリップ30分後に非常用ディーゼル発電機2台が動作し、原子炉隔離時冷却系[注釈 16][20]が動作し、水位は回復した[21][注釈 17][注釈 18]



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