福島第一原子力発電所事故
日本近海の牡鹿半島沖で2011年3月11日14時46分に発生した東北地方太平洋沖地震で、福島第一原発の在る大熊町は震度6強の揺れとなり、最大加速度は設計値の約126パーセントの550ガルを記録、施設内外に多くの破損が起こった。参考までに他の地震と比べると、兵庫県南部地震(阪神・淡路大震災)で観測された最大加速度は818ガル、事故時までの世界最大はギネスブックによると、2008年6月14日の岩手・宮城内陸地震での4022ガルである。
この地震により、稼働中の1 - 3号機は自動的に制御棒が挿入され緊急停止した(原子炉スクラム)。原発に電力を供給していた6系統の送電線の内の鉄塔1基が地震による土砂崩れで倒壊し、5号機・6号機が外部電源を喪失した。1 - 4号機もまた、送電線の断線やショート、関連設備の故障などにより、同じく外部電源を喪失した。外部電源を損失したために館内は停電し、大量の水が降ってきた場所もあり、作業員は緊急退避した。
外部電源が失われたため、一旦は非常用電源(ディーゼル発電機)が起動して切り替わった。しかし、太平洋から押し寄せた大きな津波が、地震発生41分後の15時27分の第一波以後、数回にわたり原発を襲った。津波は低い防波堤を越え、施設を大きく破壊し、地下室や立坑にも浸水した。地下にあった1 - 6号機の非常用電源は水没し、二次冷却系海水ポンプや、燃料のオイルタンクも流失した。
事故でメルトダウンを起こした1 - 3号機では、溶け落ちた核燃料の冷却水に加え、建屋内に流れ込む地下水や雨水を含めて1日当たり90トンほどの汚染水が発生している。汚染水に含まれている放射性物質の大半はALPS(多核種除去設備)で除去されており、処理水の海洋放出を目指している。
一方、取り除くことが難しいトリチウムや通常の原子力発電所からは排出されないセシウム137等が規制基準値未満ではあるが検出される可能性がある。
東京新聞は2022年10月3日、東電側が福島第一原発の視察ツアーにてトリチウムを検知できない線量計で処理水の安全性を説明していると報じた。
2021年4月13日、日本政府は福島第一原発から出た処理水の海洋放出を正式に決定した。敷地内に貯められているALPS処理水は放射性物質を含んでいる。処理水の総量は125万トンに達し、タンクの数も1,000基を超え、2022年中に同原発の空き地がタンクで満杯になる見通しである。関係閣僚会議で決めた基本方針では、タンク増設の余地は限定的であるとし、海洋放出の必要性を強調している。処理済み汚染水はアルプスで再び処理し、海水で薄める。放射性物質の濃度を法令基準の約40分の1(1,500ベクレル/リットル)まで十分薄めた処理水にし、処理水海洋放出を行う。浄化装置による汚染水の処理では、大半の放射性物質は除去されるが、トリチウムは水素と性質が類似しているため、水分子からトリチウムだけを分離、除去することは容易ではない。現在タンクに貯蔵されている125万トン超の処理水中に含まれるトリチウムの総量はわずか16グラム程度であり、このような微量を取り除く技術は、日本だけではなく、世界でも実用段階に至っていない。
さらに、注水を継続していた局面は3月12日午後7時過ぎのことだが、1号機のメルトダウンはこの22時間前から始まっており、消防車による注水が始まった時点では、核燃料はすべて溶け落ち、原子炉の中には核燃料はほとんど残っていなかったと、推測されている。
冷却の淡水が無くなった時刻は12日の午後2時であるが、事故調査員会の参考人招致で東京電力の清水社長が「淡水が無くなる時間はかなり以前から判っていた」「私が海水注入の決断したのは、3月12日の正午です。」「現場の状況が厳しかった為、海水注入は3月12日の夜(午後7時)になった」と発言した。またその後、海水注入の一時的な中断の指示は、原子炉の冷却が一番大切なことは承知しているが、菅元総理が再臨界を心配していることを、武黒一郎フェロー(東京電力所属・副社長待遇)からの電話で知り、後で菅元総理に了承を得るとして、清水社長自らが決断して海水注入の中断を了承したと発言した。
2012年7月5日に発表された国会事故調の報告書には「菅総理や官邸内からの指示ではなく、武黒フェローが、リスクについて検討中であった官邸との関係をおもんばかり、『最高責任者である総理の御理解を得て進めるということは重要だ』と考えて、独断で指示をしたものである」「菅総理が淡水から海水に切り替えると『再臨界』の恐れがあるのではないかとの疑問を抱いていたため、班目委員長が中心となってその解消に腐心していた。菅総理は、既に海水注入が始まっていたことを知らなかったために時間があると思って慎重に確認したものと考えられるが、技術的には無駄な議論であった」と海水注入の経緯が記述されている。
複数の原子炉(1,2,3号機)が連鎖的に炉心溶融、複数の原子炉建屋(1,3,4号機)のオペレーションフロアで水素爆発が発生し、大量に放射性物質を放出するという、史上例を見ない大規模な原発事故となった。
事故により、大気中に放出された放射性物質の量は、諸説あるが、東京電力の推計によるとヨウ素換算値で約90京ベクレル(Bq)で、チェルノブイリ原子力発電所事故での放出量520京 Bqの約6分の1に当たる。東京電力は、2011年8月時点で、半月分の平均放出量は2億Bq(0.0002 TBq = 0.2GBq)程度と発表している。また空間放射線量が年間5ミリシーベルト(mSv)以上の地域は約1800km、年間20mSv以上の地域は約500kmの範囲に及んだ。
日本国政府は、福島第一原発から半径20km圏内を「警戒区域」、20km以遠の放射線量の高い地域を「計画的避難区域」として避難対象地域に指定し、10万人以上の住民が避難した。2012年4月以降、放射線量に応じて避難指示解除準備区域、居住制限区域、帰還困難区域に再編され、帰還困難区域では立ち入りが原則禁止された。2014年4月以降、一部地域で徐々に避難指示が解除され、避難指示解除準備区域・居住制限区域では2020年3月に全て解除されたが、帰還困難区域では一部地区を除き避難指示が続いている。
東北地方太平洋沖地震発生後の、現場での事故対応上の問題点としては以下が挙げられる。全電源喪失になると非常用復水器(IC, イソコン)の弁が自動で閉じることが現場作業員に周知されていなかったため、1号機が最初に注水停止し危険な状態に陥っていることが認識されていなかった。また現場作業員は誤った認識に基づいて非常用復水器を手動停止させていた。また第一原発の幹部は13日、3号炉の高圧炉心注水系(HPCI) が手動停止している事実を知らなかったために、7時間にわたって注水作業が遅れてしまい、状況を悪化させた一因となったとされている。
とはいえ前節までで述べたように、福島第一原発では地震・津波対策が不十分だった上、過酷事故時の対応マニュアルも不十分だった。そのため全電源を喪失した時点で、その後現場で打てる手は限られたもので、十分教育されていなかった作業員の判断の問題ではなく、東電の組織的問題だと国会事故調は指摘している。
また、東北地方太平洋沖地震の4日前の2011年3月7日には原子力安全・保安院へも報告されたが、東京電力は速やかな改修を保安院から指示されていなかったとしている。東京電力は15 mを超える津波の遡上も想定していたことになるが、これらの試算を基にした具体的な津波対策を執っていなかった。これらを受けて8月25日、枝野幸男内閣官房長官は「十分に対応する時間的余裕があった」と述べた。事故後、澤田哲生は「防潮堤にコストがかかるならディーゼル発電機などを津波から守るための対策に目を転じることが出来た筈だ」とし、6号機が土木学会の津波評価を受けて非常用ディーゼル発電機の嵩上げを実施した例を提示している。
また、東電は2009年9月、貞観地震の津波も評価し、取水口付近に8.7 - 9.2 mの津波が襲来するものの陸上への遡上はないとした報告を原子力安全・保安院へ行っている。
産業技術総合研究所活断層・地震研究センターの岡村行信センター長らは、2004年頃から貞観津波が残した地中の土砂(津波堆積物)を調査し、痕跡が宮城県石巻市から福島第一原子力発電所に近い福島県浪江町まで分布し、内陸3 - 4 kmまで入り込んでいることを確認した。2009年の国の審議会(原発の耐震指針の改定を受け電力会社が実施した耐震性再評価の中間報告書について検討する審議会)で、大地震や津波を考慮しない理由を東京電力に対して問い質したが、東京電力は「まだ十分な情報がない」「引き続き検討は進めてまいりたい」と答えるにとどまった。震災発生後、岡村センター長は、警告されたデータが完全でないことを理由にリスクを考慮しないという姿勢はおかしいと述べ、「原発であればどんなリスクも当然考慮すべきだ。
米国の原子力専門家らが報道陣向けに電話会見し、その中で物理学者のケン・バージェロン(Ken Bergeron)は「福島第一原発は、非常用ディーゼル発電機も使用できなくなったため、原発に交流電流を供給できなくなるステーション・ブラックアウト(station blackout, 全交流電源喪失)と呼ばれる状況に陥っている。ステーション・ブラックアウトは、実際に発生する可能性は極めて低いと考えられていたが、地震と津波により想定外の事態になったのだろう」と述べた。
マサチューセッツ工科大学(MIT)のJosef Oehmen博士とMITの原子力理工学科 (Department of Nuclear Science and Engineering) が共同で発表したドキュメント(和訳)によると、
炉心の核分裂連鎖反応は既に停止しており、現在の発熱源は定格出力比約7%の核分裂生成物の崩壊熱によるものである。
核分裂生成物のうちには放射性のセシウムとヨウ素の同位体が含まれる。
炉心付近で起こっている爆発は水素の燃焼によるものであり、核爆発によるものではない。
2015年、宇宙線ミュー粒子を利用して原子炉内部を透視した結果、1号機の核燃料はほぼ全量が熔融落下していることが分かった。核燃料は圧力容器の底から格納容器へ漏れ出たとみられる。また2号機では7割以上が熔融落下していることが分かり、2016年7月、落下した燃料の大部分が圧力容器の底に残っているとみられると分かった。また2014年の東電の解析によると、3号機では核燃料の大部分が圧力容器の底を突き破って格納容器へ落下したとみられる。
2011年5月24日に、東京電力は、計測された圧力データを基に、1号機は圧力容器の外側にある格納容器に直径7 cm相当の穴が1箇所、2号機では格納容器に直径10 cm相当の穴が2箇所開いていると見ていることを発表した。これは事故が炉心溶融だけでなく、さらに進んだ炉心溶融貫通(メルトスルー)に至っている可能性を示唆している。
東京電力の5月26日の発表では、崩壊熱は5月20日時点で1 - 3号機でそれぞれ1000 - 2000 kW、地震から半年後時点で1000 kW前後としている。ウラン燃料が被覆管を溶融し、圧力容器、格納容器、そして配管の破れや2号機圧力抑制プールの破れている。3号機の炉心にはプルサーマル利用としてMOX燃料が使われ、ウランのほかにプルトニウムが含まれている。
2019年2月13日、東京電力は、福島第1原発2号機でロボットを使って、溶け落ちた核燃料(デブリ)とみられる堆積物の硬さなどを確認する調査を行った。炉心溶融(メルトダウン)を起こした1 - 3号機でのデブリの接触調査は初めて。調査結果を取り出し作業の計画の検討に役立てる方針で、サンプルの採取は2020年度の後半に計画している。本格的な取り出し作業は2022年から始める予定。
3月24日、3号機タービン建屋(側面図 (2))建屋地下の溜まり水に浸かりながらケーブル敷設作業をした作業員3人が被曝した。この水は濃度390万Bq/cmの放射性物質を含み、表面から約400mSv/hの放射線を発していた。また3月26日には1号機の溜まり水から380万Bq/cmの放射線を検出、翌3月27日には2号機の溜まり水の表面で1,000mSv/hを超えた(針が振り切れて測定不能となった)。
さらに、3月28日には1 - 3号機の海側にある立て坑(ピット)(側面図 (3))の溜まり水からも放射線が検出され、うち2号機の立て坑の水表面からは1,000mSv/hを超える放射線量が検出された。立て坑は冷却用の海水などの配管が通っているトンネルであるトレンチ(側面図 (4))に通じている。2号機から、核燃料の混じった冷却水が漏れてこれらに流入しているとみられる。冷却水を循環できず外部注水していたため、注水量が多すぎれば蒸発しきれない分、汚染水漏出量が増え、少なすぎれば温度や圧力が上がってさらなる炉心過熱の危険が増すという微妙な問題が発生した。
4月2日、2号機海側の立て坑に亀裂があり高濃度の放射性物質汚染水が海に流出しているのが発見された。コンクリートでは固められず、新聞紙やおがくずを投入してみるという試行錯誤の末、水ガラスの導入によって4月6日に止めることができたが、その後、地下水の放射性物質濃度が高くなった。
東京電力は、高濃度汚染水をタービン建屋やトレンチから緊急に排出するために、集中廃棄物処理施設中の6.
事故後、日本の全ての原発が運転停止に追い込まれたが、政府は新規制基準に基づき規制委員会の審査に合格した原発から再稼働させるとしている。
2012年10月13日の『読売新聞』によれば12日、東京電力は第三者で構成される「原子力改革監視委員会」の初会合を開いた。委員長は元アメリカ合衆国原子力規制委員会長デール・クライン (Dale E. Klein)、委員は英原子力公社UKAEA名誉会長のバーバラ・ジャッジ (Barbara Judge)、大前研一、櫻井正史。同年6月20日、東電社内の福島原子力事故調査報告は「我が国(日本)のどの地震関連機関も考えていなかったことから、知見を超えた巨大地震・巨大津波であったといえる。」として事故対応の初動も誤っていなかったとしていたが、初会合の10月12日、委員会として「事前に津波対策を取ることは可能だった」との前提で改革の対象や範囲を制限しない、経営層が安全性向上に主導権を発揮するなどの原則を掲げた。クライン委員長は記者会見で「東京電力も政府も自然の猛威を過小評価していた。あらゆるシナリオに目を向けた改革を進める」と強調した。
その1時間後の3月12日15時36分、1号機の原子炉建屋は水素爆発を起こして大破した。この瞬間の様子は、福島中央テレビが福島第一原発から約17 km離れた富岡中継局(北緯37度17分14.7秒 東経140度57分4.9秒 / 北緯37.287417度 東経140.951361度 / 37.287417; 140.951361 (福島中央テレビ富岡中継局))に、2000年より設置していた情報カメラが撮影していた。その映像によれば、1号機から火炎を視認できない透明な爆発と同時に地面を這うような白煙が広がった。水素爆発の原因は、圧力容器が損傷したことで原子炉建屋内に水素が充満していたか、あるいはベントにより排出された多量の水素を含む水蒸気が、原子炉建屋のオペレーションフロアに流れ込んだためと諸説ある。
福島中央テレビが撮影した映像は、3月12日15時40分に福島県ローカルのみで放送され、その1時間10分後の16時50分にNNN全国ネットで放送された。この映像で総理大臣官邸が事態を把握したことになる。この映像は世界に配信されたものの、発生当日に国内で放送されたのはNNNのみである。
水素爆発でまき散らされた瓦礫等により、負傷者が出るとともに、完成間近だった2号機への注水用ポンプケーブル敷設作業が、振り出しに戻ってしまった。また、爆風によって2号機建屋のブローアウトパネルが脱落、原子炉建屋内部が外気に通じた。