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福島第一原子力発電所

ふくしまだいいちげんしりょくはつでんしょ

福島県双葉郡大熊町と双葉町にある原子力発電所。2011年に事故を起こし原子力発電所としては既に廃止されている。
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略称福島第一原発または1F
東京電力の営業エリア外である福島県に所在するいわゆる管外発電所と呼ばれるもので東京電力によると営業エリアの北限である常磐線大津港駅から北に80kmの位置に所在する。
2011年3月11日の東日本大震災により発生した津波が原因によって核燃料の冷却機能を喪失。核燃料のメルトダウンと建屋の水素爆発を起こし既に全ての原子炉が発電機能を停止し廃止されている。

発電設備概略

  • 総出力:0kw(廃止済みのため)
    ナンバー原子炉形式定格出力格納容器形式
    1号機沸騰水型軽水炉BWR-346万kwMark.I
    2号機沸騰水型軽水炉BWR-478.4万kwMark.I
    3号機沸騰水型軽水炉BWR-478.4万kwMark.I
    4号機沸騰水型軽水炉BWR-478.4万kwMark.I
    5号機沸騰水型軽水炉BWR-478.4万kwMark.I
    6号機沸騰水型軽水炉BWR-5110万kwMark.II

7号機と8号機の建設も計画されていたが後に中止された。

原子炉概略

原子炉は米国のゼネラル・エレクトリック社が設計したものを基本としており、3号機と5号機は東芝製、4号機は日立製の原子炉を使用している。

福島第一原発事故

事故の概要

2011年3月11日午後2時46分、東北地方太平洋沖を震源とするマグニチュード9.0の地震が発生。この時発生した大津波は福島第一原発も襲った。

この時運転中だった原子炉は地震の揺れを感知して自動停止したが外部電源を喪失。自家発電用の発電機も津波で海水に浸かって使用不能になり、原子炉内の燃料が溶融。メルトダウンを引き起こした。核燃料は圧力容器を突き抜け、格納容器にも穴があくメルトスルーにまで至ったとみられる。この結果、周辺の土壌や海域に大量の放射性物質をまき散らした。

また建屋内に水素が充満。爆発を起こして建屋を破壊した。

もともとの1F敷地の地盤高は30から35mあったのだが、これを設備搬入の便を重視して大幅に掘り下げた。水素爆発やメルトダウンを起こした1号機から4号機の地盤高は10m、この高さが最もコストを低減するため……とされているが、実はこれは1号機の施工者であるジェネラル・エレクトリック社に要求されたものだった。

さほど被害の出なかった5号機と6号機は13mで、1Fの南に位置する福島第二原子力発電所は12mだった。女川町の奇跡を起こした東北電力女川原子力発電所は14.8m。日本原電東海第二発電所は8.6mだが、同じ太平洋岸でもリアス式海岸の福島県以北と異なり、茨城県のこのあたりは鹿島灘のなだらかな海岸線のため同じエネルギーでも福島・岩手沿岸ほどには高い津波は押し寄せない他、すぐ南側が平野部のため遡上する津波の破壊力が分散してしまう。また、格納容器も新型のMark.IIであり、地下の水密対策も強化されていた(が、被災時は工事のため一部水密扉が閉じられずディーゼルエンジンの一部は水没している。が、破壊力がなかったことと燃料喪失がなかったためSBOを免れている)
1Fの場合非常用発電機を建屋の地下に配置していたのも悪かった。また外部電源回線が多数確保されておらずそれも事故を引き起こすきっかけとなった。

安全二の次

1号機建設当時、関西電力美浜原子力発電所1号機がほぼ並行して計画が進められていた。両者は1970年内の運転開始を目処に足並みをそろえることとしていたが、東京電力の本心は関西電力より先に初臨界にこぎつけたいというものだった。
原子炉の選定にあたっては、当時、すでに国内で運転されていた日本原子力発電東海発電所で採用されたコールダーホール炉の改良型であるイギリス製改良型ガス冷却炉(AGR)、アメリカ・ウェスティングハウス社の加圧水型軽水炉(PWR)、同じくアメリカのジェネラル・エレクトリック社の沸騰水型軽水炉(BWR)があった。このうち、イギリスの原子力開発の減速によりAGRは早々と脱落し、以降日本でイギリス型原発が建設されることはなかった。
当時、米海軍の艦船用の動力源としてすでに技術的に熟成してしまっていた(とされた)PWRよりも、BWRの方が将来性があると思われていた。ただしこの将来性とは、後に原子力施設全般に求められる安全性よりも、経済性を重視したものだった。熱出力の割に大柄になりがちなPWRは、経済性でBWRにどうしても劣る。
また、当時の通産省がメーカーの製造実績を重視するよう通達していたことも大きかった。東京電力管内の50Hz用プラントの建設実績がWHに無かったのだ。
これに対して、GEは同じ50Hzを採用するドイツやスペインに建設実績があった。このことが、東京電力がBWRを採用する決め手になったと言う。

一方、関西電力はPWRを本命と考えていた。実際には関西電力も東京電力を出し抜いて先に初臨界する気満々だったのだが、関西電力はPWRとBWRを検証した結果、2ループ系で高濃度汚染エリアが格納容器内に限定されるPWRの方が、地震国である日本に適していると考えていた。経済性で劣る点は、WHの既存プラントをポン組するのではなく、自社で研究を重ねて改良することに取り組んだ。
そして、東京電力に先んじて、主施工ウェスティングハウス、共同施工三菱重工で美浜1号機の契約が決まった。

なぜ関電がここまでPWRに固執したのかと言えば、関電には1963年に発電を開始した黒部第四水力発電所の建設の際、そのトンネル工事において破砕帯を貫通してしまい出水、完成までに多くの犠牲者を出す結果になったことにある。当時の関電と東電では安全意識に明確な差があった。
しかし当時、実際にはBWRの方が安全、と言われていた。反応余裕度が大きく、また原子炉圧力容器にかかる圧力も小さいからだった。だが、それが大きな見込み違いだったことは、後の事故によってようやく認められることになる。

一方、東京電力は工期を短縮するため、ターンキー方式という契約でゼネラル・エレクトリックに発注した。これは、納車された自動車に例えて、あとはイグニッションキーを回すだけで運転開始となる、という方式の契約法である。美浜1号機はそれ自体で初めての技術が取り入れられたため、この契約方式はとれなかった。福島1号機は出来る限り既存のプラントの設計を流用することで低価格とし、工期も短縮可能なようにしていた。耐震安全性については考慮されたものの、ほぼGEのプラント基本設計そのまんまでパッケージ販売されたわけである。
ここで問題になったのが立地条件だった。津波については東京電力も把握はしていたのだが、GE側から高海抜の沿岸型プラントは施工例がないためターンキー契約できないと言われてしまったのだ。そこで東京電力は近代観測前の大津波の記録を無視して立地を切り崩し、GE側の要望に合わせることにした。
美浜は海抜6mで福島第一より更に低いが、日本海側であり大津波の危険性は低い。

また、ターンキー方式を取ったことで、日本国内のBWRプラントがブラックボックスと化していたという説もある。反論もあるが、事実、震災の時は外部電源接続の仕様すら把握していなかった。また、非常用ディーゼルエンジンは、その冷却用ポンプとともに地下に設置された。これは、サイクロンの発生率が高いアメリカの災害事情を考慮したものだったが、この当時の設計では水密性は低く、浸水の事態になれば容易に水没してしまうことは、運転開始後の東京電力内部からも指摘があった。浸水の危険性が高い日本の事情を無視した設計だったのだ。現在もアメリカのGE製BWRプラントは地下にディーゼルエンジンをおいているが、この予備エンジン室はより密閉度の高い“鉄筋コンクリートの箱”となっており、燃料タンクもこの中に収められている。福島第一では、エンジン・発電機自体の損傷もさることながら、海岸寄りに置かれた補助エンジン用燃料タンクが津波で流されたことが大きい。事実、女川でも地下にあったディーゼルエンジンの一部は水没しているのだが、海抜14.8mの地上にあった燃料タンクは桟橋の付け根にある1基が流されたのみだったため、SBOを回避している。

美浜1号は予想通り難工事となり、関電が社内目標としていた1969年中の運転開始は困難になっていた。ところが、福島1号も完成目前となってGEでのストライキが原因で建設が大幅に遅れることになった。結局、遅延を最低限にするため、ターンキー方式なのに、予定外の一部の部品を日本国内で東芝と日立が製造することになってしまう(ただし、他にも最初から東芝と日立が“下請け”という形で関わった部分はある)。これらの建設中の混乱により、福島1号機はますます把握の難しい代物に変わっていった。

結局、東京電力は関西電力との先陣争いに負け、関西電力は1970年7月に初臨界、同年8月に大阪で開催中の万国博覧会で試験送電を実施、10月から営業運転を開始した。既存電力会社初の原子力発電所の栄誉は関西電力のものとなった。
東京電力に残されたのは、爆発時期のわからない時限爆弾と化した原子炉だった。

その後、東京電力の見通しの甘さも露呈していく。
本国アメリカでは、GE製BWRのフラスコ型格納容器Mark.Iは容積が小さすぎて内部で圧力上昇が起こった場合に充分吸収できず、特に格納容器本体と圧力抑制室の間をつなぐ配管が脆弱であること、また後から付加設備を設置する余裕もないことが指摘された。BWRの経済的な利点の最大のものが、一夜にして欠陥に変わったのだ。この為、アメリカではMark.Iには格納容器内部圧力が異常上昇した際に、受動的動作で開放されるパッシブ式ベント弁が設置された。しかし、東京電力は自動開放による放射能放出により糾弾されることを恐れ、電磁作動式のベント弁を設けたのみになった。東日本大震災の際には、SBOの為3号機でベントができず、2号機のベント弁は損傷で完全に操作不可能になり、3号機のメルトダウン、2号機の格納容器損傷に繋がった。ちなみに、PWRは原子炉熱量に対して余裕のある格納容器で圧力を受け止めて徹底的に封じ込める構造で、初期のPWRにベント弁がないのは当然である。

また、応力腐食割れがBWRの方がPWRより深刻であることが解った。水は超高温下で分解し水素と酸素に別れるが、この酸素のため腐食が加速してしまうのである。PWRはそもそも炉内で気体が発生する前提ではないので、圧力によって水の分解も抑制されていたが、核燃料で直接水を沸騰させるBWRでは燃料被覆体のジルコニウムなどの作用もあってより多くの酸素が発生していた。
この問題は、当初のアメリカ製のステンレス部品を日本のSUS素材に取り替え、厚みを増したことで解決した、とされていた。しかし、日本製SUSでも、中性子線によって脆化するため想定より早く腐食してしまった。

また、原子炉上部に蒸気が溜まる構造のため、制御棒が原子炉の下から挿入される構造であることにも問題があった。軽水炉の制御棒は電磁弁による水圧動作が一般的だが、当然ながら重力は下に向かって働いているので、何らかの原因で駆動機構が固渋してしまうと挿入できなくなったり、最悪抜け落ちてしまうこともあった。PWRでは、通常イメージされるように上から挿入されるが、駆動系の呼称や万一のSBOの際は自然に制御棒が緊急停止の位置に来るよう、錘が搭載されている。

なにより東京電力や、国内で製造を担当した東芝、日立と言ったメーカーも、GEの設計に重きを置きすぎていて、理論をきっちり把握できていなかった。トラブルに対して対処療法しかできず、プラント全体への影響を把握することが困難だった。
それに対して、PWRは国産化以前に三菱が充分理論と経験を積んでから挑戦したため、トラブルに対してもWH施工分も含めて三菱がすぐに全体像を把握でき、電力会社と二人三脚で不具合を潰して来た。有名なところでは、美浜2号機で発生した蒸気発生器の細管ギロチン破断事故があるが、三菱はすぐに国内の全てのPWRの蒸気発生器を原設計のクロム鋼製からSUSに変更、構造上の対策もされたものに交換している。
そして東電を始めとする日本のBWRユーザーは対処しきれないトラブルを隠す体質になった。PWRユーザーも隠蔽体質は同じだったが、トラブル自体は三菱が“こっそり直す”ことで余波が広がらないようにしていた。隠蔽体質自体批難されるべきものだが、その実態には天と地の差があった。

その結果

この事故の直接的な原因は、ろくな調査もやらずに「まあこの程度なら大丈夫でしょ」と慢心した東電関係者と、震災対策の不備を日本共産党の議員から指摘されながらこれを無視した政府関係者の怠慢であり、根本的に人災である。地震はただのトリガーに過ぎない。

ましてや、海外から廃炉に向けて送られた支援も一度は断っており、もう一度原発は使えるとまで言った政府関係者・福島原発上層部の発言には無知極まりないものがある。実際の状況を見ていないとはいえ、現場で対処に当たる関係者達の意見をないがしろにしたとも言える。

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