「東京電力福島第一原子力発電所事故の調査・分析に係る中間取りまとめ」～原子炉建屋における水素挙動と水素爆発について～

2021年10月22日
原子力規制委員会原子力規制庁
安井正也 原子力規制特別国際交渉官

はじめに• 本プレゼンテーション資料は、2019年9月に原子力規制委員会が再開した東京電力福島第一原子力発電所事故の調査・分析活動で得られた知見に、最近得た追加情報を加えて作成しています。
• 詳細な情報などは、
東京電力福島第一原子力発電所事故の調査・分析に係る中間取りまとめ（2021年3月5日）
https://www.nsr.go.jp/data/000345595.pdf
東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会（第７回～第２３回）2021.10.22 現在
https://www.nsr.go.jp/disclosure/committee/yuushikisya/jiko_bunseki01/index.html

を参照して下さい。
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日本原子力学会 福島第一原子力発電所事故進展分析ワークショップへの説明（ⅰ） （第１回） 放射性物質の放出・漏えい経路（ⅱ） （第２回） 原子炉建屋における水素爆発（ⅲ） （第３回） 原子炉冷却のために機能すべき機器の動作の３議題を求められています。
本日は、（ⅰ）の最新情報と（ⅱ）に関する部分について、説明させて頂きます。
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最新情報 【（ⅰ）関係】（ⅰ） （第１回）放射性物質の放出・漏えい経路のうち、２号機シールドプラグ関連の最新の調査実績【１０月７日】

4東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用○２号機シールドプラグ上面の線量率測定

東側の穴
約1m

中央の穴

約6m

既存穿孔箇所配置：既存穿孔箇所

シールドプラグ上のγ線分布（表面上3cm程度の位置）を測定：シールドプラグ上の測定点（40箇所）：シールドプラグとオペフロの隙間上の測定点（15箇所）：シールドプラグ1層目の継ぎ目上の測定点（8箇所）：シールドプラグ既存穿孔箇所（2箇所）
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シールドプラグ周辺の構造と線量場

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用

１．2号機ではコリーメータ付きγ線線量計の測定からは、1.5 m での周辺線量当量率からは70 PBq程度、0.3mでの測定で隙間全体で40PBq程度の汚染量が算定されている（オペフロ表面の線量調査）。しかし、本手法はいずれ
も、オペフロ床面の影響を除かなければならないという不確かさがある。
２．１．手法の不確かさを低減するために、シールドプラグ上の表面汚染とその他の表面汚染の状況を、周辺のBGの影響を受けにくいセシウム137由来のβ線を計測し、全体の床面において大きく変わらないことを確認した。
（平均で30mSV/h程度）また、シールドプラグ上のガンマ線も他の部分に比べて高く、シールドプラグ下部隙間からの寄与であることを確認した。
３．シールドプラグ上段と中段の隙間に大量のCs-137が沈着していることは確定。（ボーリング孔内の線量調査）
４．３．での2か所の測定（中央及び東側）による領域（直径1m円内）の汚染密度は、隙間の汚染が均一の濃度で分布していると仮定した濃度に比べて、中央で約１０倍、東側で約3倍高い状況であった。よって、１．で推定した汚染量が全体の汚染量とすると、隙間の汚染は相当の濃淡の分布が存在すると強く推定された。
５．４．の考察を踏まえ、10月7日での測定では、シールドプラグ上のγ線分布（表面上3cm程度で出来るだけ測定
位置に対する近傍の汚染影響を受けない位置）を細かく測定し、汚染の濃淡分布を把握する。（あくまで表面線量20～30ｍSv/hを超える箇所）
今回、検出器を表面に近接させることでシールドプラグの溝（中央縦2箇所及び円周部）からの寄与を測定出来る可能性があることから測定を試みる。（下部からの蒸気の連通部を意識する）
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今回の測定

前回の調査
頂部シールド

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用

ボーリングした穿孔内の線量調査

表面上（約3㎝高さ）における線量調査

手法の特徴
・線源の具体的な位置の確認が可能
・汚染量の定量化に有利
・局所的にしかデータが得られない

手法の特徴
・検出器を近接させることで背景の放射線影響を低減
・ローダー等を用いた広範囲でのデータ取得が可能
・分布、全体の大凡の汚染量の把握に有利
・表面汚染及び近傍瓦礫、溝部分の汚染の影響を受ける

約12m
表面 約30mSv/h
中間シールド溝部分
1-2層目隙間
検出器

中央
3cm
検出器

検出器

下部シールド約1m

検出器

周辺線量当量率
溝 1.6-2cm

約1m
深さ4.2cm位置で約1.2Sv/h※構造イメージ7東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用〇２号機シールドプラグ隙間の状況【参考】

シールドプラグは、
頂部カバー、中間カバー、底部カバーの３段構成であり、各カバー
は３ブロックに分割、ブロック間に隙間が存在している。

2021年8月26日原子力規制庁撮影

２号機シールドプラグ（頂部カバー）の隙間

２号機シールドプラグ高濃度汚染への対応状況について
2021年7月8日東京電力ホールディングス株式会社より一部抜粋、加工

隙間の拡大図8

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用（規制庁協働調査）

37.5

23.0

N

12.9

58.8

14.4

17.0

521※
59.6

：～100mSv/h

76.2
340
105

：100～200mSv/h

50.0：200～300mSv/h

93.2

96.5

134

：300～400mSv/h

59.3
117

73.5

560
270

139

270

157

138

259

390

262

524
294

144

152

391

36.3

73.0

165
123

228

420

113

105
266

343

36.0

175

103

72.4

シールドプラグ周囲部

143

241

105

70.3
51.5

82.0

78.0

107
44.8

61.5

148

136

71.0

：400mSv/h～

62.6
使用済燃料プール側

ドライヤ・セパレータプール側

126

92.1
23.0

※近傍に残材あり。
残材を避けた箇所で約70mSv/h

40.0

シールドプラグ継ぎ目

・全体として中心部が高く、端に近づくに従い低くなる。
・中心部においても、南北方向に高めの傾向があり、東西方向の端は南北方向の端より低い。
・シールドプラグ継ぎ目が高く、シールドプラグ周囲部は低い。
9

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料３－１より引用①シールドプラグ下面のCs分布の存在・全体として中心部が高く、端に近づくに従い低くなる。
・中心部においても、南北方向に高めの傾向があり、東西方向の端は南北方向の端より低い・シールドプラグの継ぎ目部と周囲部の測定値は除いて作成している。

23.0

58.8

37.5
14.4

12.9
70

150mSv/h以上

17.0
50.0

340

93.2

76.2

59.6

100～150mSv/h

96.5

50～100mSv/h

105
134
126

73.5

117
560

270

139

157

138

259

36.3

294

165

390

0144

123

262

152

148

82.0
228

420

113

136

78.0
143

105

②周囲部（ ）よりも継ぎ目部（ ）

61.5

175

36.0
70.3

266

の方が主なCsの移動ルート

107

105

241

51.5

72.4

6(m)

343

391

71.0

73.0

524
270

50mSv/h以下

62.6

59.3

23.0
44.8

一部手書きによる等高線

92.1

103

測定点分類
プラグ上
プラグ外周隙間
上段プラグ3分割隙間

備考：等高線はプラグ外周隙間と、3分割された上段プラグ隙間の測定値を除いて作成

40.0

原子力規制庁 １F室 林技術参与から提供 20211015

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今後の方針シールドプラグ上面の表面汚染が実質的に大きな影響を与えるレベルではないことを、これまでの測定で確認してきているものの、一定の影響はある。さらに、散乱線の回り込みなどの効果もある程度はあると考えられる。このため、前回のボーリング孔よりも少し深いボーリング孔を一定の考えのもとに十数個穿孔し、追加測定を実施する計画。
なお、本調査は次第に事故分析の側面から廃炉実施のための情報収集の側面に移ってきており、この目的のために必要な調査の内容充実やスケジュール検討は、今後、廃炉関係者を中心に行われることを期待している。

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前回議論を踏まえてシミュレーションについては、以下のような区分をして議論した方が良いように感じた。
①初期条件を入力とし、適切なモデルを組んで将来を予測する。
②初期条件と結果情報から、シミュレーションモデルの向上を図る。
③結果を基に、適切なモデルを使って、初期条件を推定する。（逆算を含む。）④結果を基に、適切な初期条件を推定設定の上、働いたであろうモデル（メカニズム）を探る。
今回の事故分析では、③④にならざるを得ず、これをイメージして説明している。

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（ⅱ） （第２回） 原子炉建屋における水素爆発
これまでに調査対象としてきたもの（１）３号機水素爆発 多段階の事象（２）３号機水素爆発時の噴煙の上昇（３）有機化合物を含む可燃性ガスの存在（４）３号機原子炉建屋の損傷状況（５）４号機原子炉建屋の損傷状況
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調査結果（その１） 【（１）関係】（１）３号機水素爆発 多段階の事象
【１号機】

【３号機】

※NRAJ, “Investigation and analysis of the TEPCO's Fukushima Daiichi NPS Accidents”, (2021.3.5)
https://www.nsr.go.jp/data/000345595.pdf

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水素爆発
①１号機と３号機の「水素爆発」は同質の爆発②原子炉建屋の構造上の違いが噴煙の状況の違いの理由③爆轟現象
これまで、①～③が受入れられてきた。

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３号機の水素爆発
３号機の水素爆発の映像※を詳細に分析した結果、原子炉建屋の変形、火炎の発生と継続の状況、噴煙の上昇と継続の状況などから、「多段階事象」による事象進展及び「可燃性ガスの寄与」を提案。
※1号機及び3号機の水素爆発時の映像については、福島第一原子力発電所の南西側約17kmの距離に常設された株式会社福島中央テレビのカメラにより撮影され、同社が当該映像を所有している。調査チームは、同社及び日本テレビ放送網株式会社の協力により、同社が所有している1 号機及び3 号機の水素爆発時の当該映像の超解像処理を施したものの提供を受け、これに基づいた検討を行った。

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○３号機水素爆発時の画像分析（１／５）－３／６０秒・火炎等が発生する1/60コマ前の状況（-3/60秒）
・原子炉建屋等における変形が始まっていない

赤字下線：4階の爆発によるものと推定
青字下線：5階の爆発によるものと推定－２／６０秒①原子炉建屋の北西方向へ変形開始②建屋東南角４階天井高さ付近に小火炎（赤紫）の発生

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○３号機水素爆発時の画像分析（２／５）
０／６０秒－１／６０秒①建屋屋根東南部に黄橙色火炎の発生②４階部分から映像右方向に白煙放出③建屋の北西方向への変形継続④建屋北西角の北西方向への膨張開始⑤南壁の崩落開始

赤字下線：4階の爆発によるものと推定
青字下線：5階の爆発によるものと推定①建屋屋根東南部の橙色火炎拡大②建屋南壁崩落顕著③東南角へ噴出顕著※映像処理前に火炎が最初に確認された時点を０／６０秒としている。

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○３号機水素爆発時の画像分析（３／５）
１／６０秒

２／６０秒

①建屋屋根東南部の火炎（黄橙色）拡大②建屋屋根、見かけ上スタック左にも小火炎③建屋南壁の崩落拡大は5階部分下部に進んで一旦停止④東南角への噴出は進行し、４号機建屋の陰にまで至った。
⑤中央部上方へ膨張①火炎（黄橙色）、建屋南壁の崩落、東南角への噴出に大きな変化なし②建屋屋根中央部の上方への膨張開始か明確ではないが火炎も合わせ確
認

赤字下線：4階の爆発によるものと推定
青字下線：5階の爆発によるものと推定①建屋屋根東南部の火炎（黄橙色）拡大②建屋屋根、見かけ上スタック左にも小火炎③建屋南壁の崩落拡大は5階部分下部に進んで一旦停止④東南角への噴出は進行し、４号機建屋の陰にまで至った。
⑤中央部上方へ膨張

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○３号機水素爆発時の画像分析（４／５）
２０／６０秒

３／６０秒①建屋屋根東南部及び見かけ上排気筒左の小火炎（黄橙色）は継続②建屋南壁崩落顕著は前コマと同じ③南壁４階部分や南東方向に見られる小さな火炎部分は、輝度からして火炎の照り返しの可能性。
④建屋屋根中央部の上方への膨張継続⑤西側壁、変形開始直後から、2号機側へ膨張するように移動

赤字下線：4階の爆発によるものと推定
青字下線：5階の爆発によるものと推定※火炎が吸い込まれるように視認できなくなる

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○３号機水素爆発時の画像分析（５／５）
６０／６０秒６００／６０秒

調 整 中

破片と噴煙は同時に上昇しており、最終的には噴煙は270m付近に、大きな破片は200m以上まで約9秒程度かけて上昇している。

21

○３号機水素爆発で観察された現象
２／６０秒

３号機の水素爆発は、「原子炉建屋の変形をもたらした前駆爆発」（4階部等）と「可燃性ガスの燃焼に伴う上昇気流によるもの」（5階部等）が寄与したことを示唆。
２０／６０秒６００／６０秒①建屋屋根東南部の火炎（黄橙色）拡大⑤中央部上方へ膨張※火炎が吸い込まれるように視認できなくなる① 原子炉建屋の屋根と思われる巨大な破片③ 200m以上の高さまで9秒程度継続して上昇する噴煙（黒煙）原子炉建屋の屋根の上昇が始まる時点で、原子炉建屋南東部の火炎はほとんど影響を受けていない。仮に、この上昇が爆発現
象によるものであるとすると、原子炉建屋南東部の火炎も吹き飛ばされるなどの影響を受けることが考えられ、このような挙動が爆発現象と同時並行的に観察されると理解す
ることは困難である。

爆発による圧力波によって原子炉建屋の屋根が吹き飛ばされたとすると、原子炉建屋南東部の火炎が0.4～0.5 秒程度継続した後に吸い込まれるように消えていることが説明できない。圧力波に伴う低圧部は圧力波の後ろ側に、極めて短時間で伝播するはずであり、また、方向も水素爆発時の映像と合致しない。

1号機の爆発ではわずかな距離で減速した噴煙が、3号機では200m 以上の高さに9秒程度継続して上昇している。また、質
量密度が噴煙よりも大きい原子炉建屋の屋根の破片の方が遠方に飛ぶはずであるが、3号機では噴煙と破片が一体となって上昇している。

ただし、原子炉建屋5 階の損傷や同建屋の屋根部の初期の上昇を可燃性ガスの燃焼のみによって説明することは合理的ではない。
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※NRAJ, “Investigation and analysis of the TEPCO's Fukushima Daiichi NPS Accidents”, (2021.3.5)
https://www.nsr.go.jp/data/000345595.pdf○多段階事象説① まず、原子炉建屋を北西方向に変形させる（水素爆発と推測される）前駆爆発が発生し、原子炉建屋に変形をもたらす。
② これにより、原子炉建屋南東部の屋根に損傷が生じ、水素を含む可燃性ガスが燃焼する火炎が原子炉建屋外部に発生。同時にこの火炎の下部に位置する原子炉建屋5階の南側の壁が崩落。
③ また、①の水素爆発により、原子炉建屋北西部の4階と5階の境界付近が北西方向に膨張破損した。
④ ②及び③の後（1/60～1/30秒後）、原子炉建屋中央部の屋根が上方に膨張し始め、その後、原子炉建屋内に残存した水素などの可燃性ガスが燃焼する。
⑤ 原子炉建屋南東部の火炎は、0.4秒程度継続した後、球状の噴煙下部の低圧部に取り込まれる。
⑥ さらに④の可燃性ガスの燃焼は、球状の噴煙となって上昇する過程に移行。
⑦ 原子炉建屋の屋根と思われる巨大な破片がほぼ垂直に約200m吹き上げられた。

３号機の水素爆発は、単純な非常に短時間での爆発による単一現象ではなく、多段階の事象
多段階事象説が積み重なった『多段階事象』と推定。
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地震計に記録された振動記録の分析
１号機と３号機の水素爆発時の地震計の振動記録を比較すると、１号機の爆発時の加速度の方が３号機のそれよりも大きい。
水素爆発時に地面に伝わったエネルギーの大きさとして比較す
ると、１号機の水素爆発時のエネルギーの方が、３号機の水素爆発時のエネルギーに比べてやや大きいと推定された。

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１号機、３号機及び４号機の原子炉建屋爆発時に敷地内の地震計に振動記録が観測されている。

各号機の水素爆発時の振動記録から減衰の割合と各観測点での振動の大きさを利用して振源付近での振動の大きさを推定。

各号機の振源付近での振動の大きさの比（エネルギー比）を推定。
※号機間の振動の大きさを比較するため、各号機からの距離が一定となる観測点
Dのデータに注目。
25

※NRAJ, “Investigation and analysis of the TEPCO's Fukushima Daiichi NPS Accidents”, (2021.3.5)
https://www.nsr.go.jp/data/000345595.pdf〇 爆発時の振源付近の振幅比の推定

３号機の噴煙の上昇と屋根の(1号機爆発時の振幅)/( 3号機爆発時の振幅)=約2.1倍

破片の吹き上げが水素爆発時(地震動のエネルギーが最大加速度値の2 乗に比例すると仮定すれば、エネルギー比で約4.4倍)(4号機爆発時の振幅)/( 3号機爆発時の振幅)=約0.1倍( 同 エネルギー比で約0.01倍)の衝撃によるものであれば、そのエネルギーは、１号機よりも大きくなるはずではないか。

回帰曲線から、振源における振幅の大きさの比を推定観測点（A~E）の最大加速度と振源（各号機建屋）からの距離を元にプロットし、回帰曲線を作成。
※ただし、1号機爆発時のC観測点は地震計の測定限界を超えた加速度が記録されていること、また、4号機爆発時のC観測点は高周波（35Hz程度）の大きなノイズが記録されていることから回帰分析には使用していない。
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調査結果（その２） 【（２）（３）関係】（２）３号機水素爆発時の噴煙の上昇（３）有機化合物を含む可燃性ガスの存在

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１号機爆発と３号機爆発の比較
【１号機】

【３号機】

※NRAJ, “Investigation and analysis of the TEPCO's Fukushima Daiichi NPS Accidents”, (2021.3.5)
https://www.nsr.go.jp/data/000345595.pdf
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可燃性ガスの寄与
３号機水素爆発時の映像を確認した結果、火炎や噴煙の色、噴出状況（噴煙と火炎が同時に複数箇所で確認される、噴煙と破片等が比較的同じ速度で上昇など）から、水素以外の可燃性ガスが相当量寄与していたと推定。

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○３号機水素爆発における噴煙の上昇③

水素以外の
可燃性ガスの寄与の可能性

６００／６０秒

３号機の水素爆発では、原子炉建屋の屋根と思われる巨大な破片と噴煙が約200m程度の高さにまで吹き上げられ
ている。

①

②

3号機の水素爆発時に上昇していく噴煙は、破壊された
原子炉建屋の粉じん等が爆発時の衝撃波などで飛ばされた結果ではなく、原子炉建屋内に存在していた可燃性ガスが上昇しながら燃焼するのに伴って生じた煤や煙ではないかとの問題意識が示されている。

① 原子炉建屋の屋根と思われる巨大な破片② 地表面に沿うように広がる噴煙（白煙）③ 200m以上の高さまで9秒程度継続して上昇する噴煙（黒煙）爆発現象による圧力波（短時間の衝撃波）によって、原子炉建屋の屋根が上空に吹き飛ばされたとすると、噴煙の上昇や火炎の継続等の観察された現象と合わないなどの疑問が生じた。

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○３号機水素爆発時の火炎の状況
０／６０秒

水素以外の
可燃性ガスの寄与の可能性
水素爆発（前駆爆発）による原子炉建屋の変形後、原子炉建屋南東部の屋根に発生した火炎（水素を含む可燃性ガスによるもの）※映像処理前に火炎が最初に確認された時点を０／６０秒としている。

水素爆発時に観測された火炎の色は、1号機及び3号機ともに黄橙色でその差は明確ではない。水素だけでは無く（可燃性）有機化合物が相当量存在していた可能性を示唆。
また、3号機の火炎の輝度が高いことから、（可燃性）有機
化合物の割合は3号機の方が高かったと推測される。
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３号機及び４号機における火災現象
３号機

４号機

3月14日 11:01 原子炉建屋で爆発
3月15日 06:12 原子炉建屋で爆発
09:38 原子炉建屋３階北西コーナー
付近より火災発生確認
3月16日 05:45 原子炉建屋４階北西付近より炎が上がっていることを確認
3月21日 15:55 原子炉建屋屋上南東側より、やや灰色がかった煙が発生。
3月23日 16:20 原子炉建屋付近より、やや黒煙が発生。

３月２１日１６時１０分頃の写真

２０１１年３月２１日東京電力撮影

32

可燃性ガスの検討
有機化合物等の水素以外の可燃性ガスの発生源となる物質を検討。原子炉格納容器内に相当量存在し、高温の環境下に置かれうる物質として、ケーブルや保温材、塗料を想定。
今後、規制庁及び東電において、加熱試験等により詳細分析を予定。

33

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２１回資料３－４より引用

加熱試料の検討

可燃性有機化合物の発生源となる物質（ケーブルや塗料、保温材など）は何か。（予備実験の対象試料は何が適切か）想定される温度環境はどれくらいか。（予備実験での加熱温度は何度くらいか）
加熱による発生気体の成分、量はどれくらいか。

保温材・断熱材
塗料

４

１ 保温材・断熱材

原子炉圧力容器

１

CRD
３

可燃性有機化合物の発生源となると考えられる物質

２ 保温材（配管）２P

原子炉格納容器３ 制御棒駆動機構（CRD）
制御ケーブル、電源ケーブル
４ 塗料 等
保温材（配管）写真は、5号機原子炉格納容器内
2021年8月27日原子力規制庁撮影想定される温度環境
・PCV内の部位による温度環境に差があるか。

原子炉格納容器内の物質総量や化学成分、想定される温度環境の情報が必要

34

○東京電力における可燃性ガスの発生源に関する検討状況

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２２回資料５－１
有機化合物を含む可燃性ガスの発生源に関する過去の調査結果から得られた情報について（２０２１年９月１４日 東京電力ホールディングス株式会社）

35

○東京電力における可燃性ガスの発生源に関する検討状況
原子炉格納容
器上部においても400℃以上の加熱が想定される。

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会
第２２回資料５－１
有機化合物を含む可燃性ガスの発生源に関する過去の調査結果から得られた情報について（２０２１年９月１４日 東京電力ホールディングス
株式会社）

36

火災現象について４号機は定期検査中だったので多くの資材が置かれていたと考えられるが、３号機でもそのようなことがあり得るのか。

3/21～3/23に、原子炉圧力容器
胴フランジ温度が４００℃程度に上昇している。

原子力安全に関するIAEA閣僚会議に対する日本国政府の報告書
ｰ東京電力福島第一原子力発電所の事故についてｰ （平成２３年６月
原子力災害対策本部） より抜粋

37

○東京電力における可燃性ガスの発生源に関する検討状況

原子炉格納容器内には絶縁体やシース等に有機化合物を使用したケーブルや塗料、保温材が使用されている。
東京電力福島第一原子力発電所における事故の分
析に係る検討会 第２２回資料５－１
有機化合物を含む可燃性ガスの発生源に関する過去の調査結果から得られた情報について（２０２１年
９月１４日 東京電力ホールディングス株式会社）38

○原子力規制庁におけるケーブル加熱試験の概要

東京電力HDから試料提供の予定。

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料４－１
BWR格納容器内有機材料熱分解生成気体の分析-計画の概要（２０２１年１０月１９日 日本原子力研究開発機構）

39

東京電力福島第一原子力発電所における事故の分析に係る検討会 第２３回資料４－１
BWR格納容器内有機材料熱分解生成気体の分析-計画の概要（２０２１年１０月１９日 日本原子力研究開発機構）

加熱試験用の試料（ケーブル、保温材）は東京電力HDから提供を受け、原子力規制庁及び東京電力HDの各々で加熱実験を実施予定（同じケーブル等から分離抽出した試料を用いた協働実験・試験として実施）。
原子力規制庁では、本年１２月から実験を開始する予定。

40

調査結果（その３） 【（４）関係】（４）３号機原子炉建屋の損傷状況

41

○３号機原子炉建屋内の損傷状況

水素の爆燃により生じた圧力【３号機原子炉建屋 ３階】

２０１９年１２月１２日原子力規制庁撮影

原子炉建屋３階西側で確認された小梁の損傷

２０１９年１２月１２日原子力規制庁撮影

上側（４階側）から強い圧力が加わり、３階天井部の梁の折損が生じたと考えられる。
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○３号機原子炉建屋内の構造 ４階（平面図）

東京電力HD提供（事故前の写真）

東京電力HD提供（事故前の写真）
原子力規制庁において、東京電力ホール
ディングス株式会社の提供資料を一部加工

柱梁の折損箇所
４階部には、３階天井部の梁の損傷箇所周辺に柱はない。

東京電力HD提供（事故前の写真）

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○３号機原子炉建屋内の損傷状態から推定した水素爆発（４階での爆発について）
４階の外壁が抜けていること、３
水素爆発時の映像から5階での水素爆発に先駆けて4階での建屋変形が発生したと推定

床の損傷

5階

爆煙・爆風等梁の損傷

3階から、４階でも爆発が生じ、爆轟に伴う衝撃波による損傷ではなく、水素の爆燃による圧力上昇 ※ に

外壁の損傷

4階

階天井部の梁が折損していること

5階

爆発

4階

爆発

よって４階外壁等が損傷したと推定した。
なお、次頁での３階大梁のひびの

3階損傷状況の検討により、500kPa程
建屋変形等度の圧力で当該損傷が生じうると推定。

梁の損傷状態からの発生応力の推定を次頁で実施※ PV=nRT を基に、体積（V）一定とした場合に、圧力（P）が上昇すると推定。

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○３号機原子炉建屋３階天井梁の損傷状態からの爆発時の圧力（爆風圧）の大きさと作用時間の推定(a) 爆発を受ける梁(b) 力を受けるばねとおもり

1自由度モデルを用いた爆発応答解析の概念図
解析結果（床版に作用した圧力（爆風圧）も考慮した場合）

水素爆発の圧力（爆風圧）と作用時間の関係

水素爆発の圧力（爆風圧）と作用時間の関係については、上図に示すような二等辺三角形型で仮定する。最大爆風圧は50～500kPa、作用時間は20～100msの範囲で複数の組合せを設定する。

解析の結果、作用圧力50～500kPa、作用時間20～100msの条件においては、9～235mmの変位が生じていると試算された。たとえば、圧力300～500kPaでは、作用時間20～40msで最大変位は69mm～
203mmと試算され、ひび割れのみならず目視でも十分確認が可能な相当の変形が生じることとなる。
大梁（Ｂ）の状況と対比すると、本計算結果は概ね妥当なものと判断される。

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水素の爆燃により生じた圧力○３号機原子炉建屋内の損傷状況【３号機原子炉建屋 ４階】

令和２年９月１８日原子力規制庁撮影

原子炉建屋４階西側では、外壁は抜けているが、内部設備・鋼材の大規模な損傷は見られない※360度カメラの映像から抽出しているため、画像が湾曲している。
※360度カメラの外側に汚染防止のための透明カバーを付けているため、光が屈折している場合がある。

４階でも爆発が生じ、爆轟に伴う衝撃波による損傷ではなく、水素の爆燃による圧力上昇によって、４階外壁等が損傷したと考えられる。

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〇３号機原子炉建屋４階の損傷状況
４階

東京電力福島原子力発
電所における事故調
査・検証委員会（政府
事故調）最終報告書（2012.07.23）より抜粋

47

爆轟と爆燃について48

○東京電力HDにおける水素爆発の解析（1号機原子炉建屋）

１号機の水素爆発の解析（東京電力HD）では水素濃度はそれほど高くない

添付資料1-10 １号機原子炉建屋で発生した水素爆発の解析
福島第一原子力発電所 1～3 号機の炉心・格納容器の状態の推定と未解明問題に関する検討 第５ 回進捗報告（平成29年12月25日 東京電力ホール
ディングス株式会社）より抜粋

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○３号機水素爆発直後の衛星写真

３号機の水素爆発では
原子炉建屋内に水蒸気が相当量存在。

① ３号機シールドプラグ部分
から激しく水蒸気が噴出。
② １号機では水蒸気の噴出はほとんど確認されていない。
水素爆発直後（2011年3月14日11:04頃）の衛星写真

３号機の水素爆発に関して、水素爆発直後（2011年3月14日11:04頃）の衛星写真によれば、３号機のシールドプラグ部分から激しく水蒸気が噴出している。
水素爆発時点では原子炉建屋内部に水蒸気が相当量存在したと考えられる。

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４号機原子炉建屋オペフロの状況等
４号機の使用済燃料プール
は冷却機能を失い、プール
水温が上昇しており、少なくともオペフロ空間では水蒸気濃度がかなり高かったと考えられる。

原子力安全に関するIAEA閣僚会議に対する日本国政府の報告書 ｰ東京電力福島第一原子力発電所の事故についてｰ （平成２３年６月 原子力災害対策本部） より抜粋

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シャピロー線図

水蒸気濃度及び水素濃度の検討

空気、水素、水蒸気の３元図※１※１：Z.M. Shapiro, T.R. Moffette, "HYDROGEN FLAMMABILITY DATA
AND APPLICATION TO PWR LOSS-OF-COOLANT ACCIDENT",
WAPD-SC-545, U.S. Atomic Energy Commission, Pittsburgh, PA,
1957, 13 pp.
の論文の図を元に作図したもの

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調査結果（その４） 【（５）関係】（５）４号機原子炉建屋の損傷状況

53

４号機の水素爆発による損傷状況
３階北側のCRD交換器室で室外方向の壁の損傷等を確認。
また、３階北西部の床も大きく損傷していることから、当該部においても水素爆発があったものと推定。
４階外壁は吹き飛んでいるが、その手前の計装盤は直立していることから、爆轟に伴う衝撃波による損傷ではなく、水素の爆燃
による圧力上昇によって４階外壁等が損傷したと推定。
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〇４号機原子炉建屋３階（北側）CRDリペア室
部屋の内側から外側に向かって膨らんだ形跡

Photo by NRA 2020/8/755

〇４号機原子炉建屋２階天井部
梁の両端部がせん断破壊に至った可能性

ceiling

south

north

beam
Photo by NRA 2020/8/7

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○４号機原子炉建屋４階西側の損傷状況

原子炉建屋４階西側外壁は吹き飛んでいるが、その手前の計装盤は直立している。

２０１３年７月１１日原子力規制庁撮影

２０１３年５月３０日原子力規制庁撮影

４階

東京電力資料及び政府事故調報告書より抜粋一部加工57

〇４号機原子炉建屋４階の損傷状況
４階

東京電力福島原子力発
電所における事故調
査・検証委員会（政府
事故調）最終報告書（2012.07.23）より抜粋

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おわりに
• 東京電力福島第一原子力発電所事故の解明は、基本的原因やプロセスが判明したことで完了するものではありません。
• これからも貪欲にデータを集め、新たな知見の獲得に取り組んでいくことが原子力に携わる者の責務と考えています。

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注意事項
本資料中、P.14～P.31に含まれている画像は、東京電力福島第一原子力発
電所における事故の分析のために、原子力規制委員会が株式会社福島中
央テレビ及び日本テレビ放送網株式会社から提供を受けたものです。

これらの画像を引用などで使用される場合は、福島中央テレビ及び日本テレビの両社クレジットを必ず記載し、また、原子力規制委員会の資料からの引用であることを明記する必要があります。
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