/

除熱機能を喪失、ギリギリの復旧作業

福島第2原発で何が起きたか(上)

編集委員 滝 順一

 東京電力・福島第2原子力発電所(福島県楢葉町、富岡町)は2年前の東日本大震災で激しい揺れと大津波に見舞われた。福島第1原発との最大の違いは発電所の外から受電する外部電源が1系統だけ残ったことにある。全電源喪失に至らず、中央制御室でプラントの状況がほぼ把握できた。それでも原子炉の熱を逃がす場所がなくなり、「原子炉内のガスを放出するベント(排気)まであと2時間」に追い詰められた。増田尚宏所長らに「あのとき」の状況を聞いた。

熱交換器建屋の扉破りなだれこむ海水

東日本大震災で発生した津波の第2波が襲う前(上)と、約1分半後に津波にのみ込まれた後の東電福島第2原発敷地内。15メートル津波でほぼ全域浸水(2011年3月11日午後3時半ごろ、東京電力提供)=共同

福島第2には出力110万キロワットの沸騰水型軽水炉(BWR)が4基ある。2011年3月11日は4基とも定格運転中だった。午後2時46分の地震発生直後、大きな揺れを検知し全号機で原子炉は自動停止(スクラム)した。増田所長は津波が来ることを予想し所員を見張りに出した。その1人が撮った写真がある。

福島第2は南から北へ向けて1~4号機が並ぶ。最も南にある1号機の南側の道路を海水が駆け上がってきた。海水は1号機の裏手(内陸側)にある廃棄物処理建屋や免震重要棟を襲い、裏手から回り込んで2~4号機にも到達した。

想定していた津波の高さ5.2メートル(建設時は3.7メートル)に対し、襲来した津波の高さ(浸水高)は7メートルとされている。1号機南側道路など一部では海抜15.9メートルまで津波が遡上した。

1号機原子炉建屋は、地下に置いた非常用ディーゼル発電機の給気口が地上階の壁面に開いていたため、ここから浸水し、起動したばかりのディーゼル発電機が3台とも水をかぶり止まった。非常用の電源盤も被水した。「今から考えれば、給気口をなぜ地上階につくったのか。もっと上階にあってもよかった」と増田所長は話す。

また岸壁沿いには各号機に2つずつ海水熱交換器建屋(全8棟)という設備があったが、3号機の南側建屋を除き、扉を破って海水がなだれ込んだ。

海水熱交換器建屋は、原子炉が緊急停止した際に熱を海に逃がす働きを担う。福島第1にはない設備だ。第1はポンプでくみ上げた海水をそのまま原子炉建屋に送り、炉心から戻った冷却水(淡水)を熱交換器を介して海水で冷やす。熱を受け取って温まった海水は海に流す。

 第2では海水をそのまま送ることはしないで、海水と炉心冷却水の間に中間の冷却水の循環(ループ)を設けた。炉心冷却水→中間の冷却水→海水というリレーで熱を海に逃がす。海水熱交換器建屋は2番目のバトンゾーンにあたり、中間の冷却水から海水に熱を受け渡す設備(熱交換器やポンプなど)が置いてある。そこが機能を失ったため1、2、4号機は炉心の熱を逃がす機能を失った。

電力確保、1回線だけが頼り

津波で使えなくなった残留熱除去系の電源盤=東京電力提供

原子炉のスクラム直後に、原子炉の蒸気をタービン発電機に送る主蒸気配管の弁が閉じ、タービン発電機を原子炉から切り離した。原子炉で異常が生じてもタービンに影響が及ぶことを避けるためだ。ただこれにより高温の水蒸気を水にして原子炉に再び戻す通常のループが切れる。

ここで本来なら、その名も「残留熱除去系(RHR)」と呼ばれるシステムが動き出し、原子炉を冷やし核燃料の崩壊熱を除くことになっているのだが、海水熱交換器建屋の浸水によって3号機を除いて、RHRは機能を失っていた。

2番手として運転員らが動かしたのは「隔離時冷却系(RCIC)」と呼ぶシステムだ。敷地内のタンク(復水貯蔵タンク)にためてある水を高圧状態の炉心(圧力容器)に注ぎ込む。水を入れ続ければ炉心が空だきになって核燃料が溶ける事態は当面は避けられる。しかし原子炉から熱を取り出さない限り、入れた水は熱い水蒸気となって原子炉にたまっていくばかり。いずれベントによって水蒸気を吐き出さなければならなくなる。

11日午後6時台に、増田所長は1、2、4号機に関し「原子炉除熱機能喪失」の事態にあたると判断し、原子力災害特別措置法の10条に基づく通報をした。

「手を替え品を変えとにかく原子炉を冷やそう。その間に施設の損害状況を把握し復旧させる。両方を同時並行で進めた」と増田所長は話す。原子炉冷却は三嶋隆樹・運転管理部長、復旧は吉田嘉明・保全部長に現場指揮を任せた。

プラントの運転指揮を任された三嶋部長は言う。「外部電源があったので戦術をしっかり立てることができた。最初の不安は運転員が十分に集まるかだったが、午後8時ころまでに非番も含め80人ほどが集結した。道路が寸断され自家用車をぶつけて壊して出勤した者もいた。10人編成で5班のチームを組み対応にあたった」

福島第2は通常、外部から4回線で受電している。被災当日、そのうち1回線(岩井戸線1号)は定期検査のため送電を止めていた。そこへ地震で7キロ離れた場所にある新福島変電所が被災し、もう1回線(富岡線2号)が停止、さらに地震後の点検で富岡線1号の損傷が確認されて停止。残る1回線(岩井戸線2号)だけが頼りだった。

 「震災で太平洋側の発電所がすべて止まって(電力送電)系統が不安定になったため、本店は残った岩井戸線2号を止めると言い出した。所長がテレビ会議で最初に声を上げたのはそれを止めないでくれということだった」と三嶋部長。

格納容器の圧力も温度も上昇続く

増田尚宏・東電福島第2原発所長

そんな状況ではあったが、電気があるおかげで中央制御室で原子炉の温度や圧力を把握できた。各種配管のバルブ(弁)の開閉もたいていは遠隔で可能だった。中央制御室からの監視も操作も困難だった福島第1とは大きく異なる状況だ。

ただ「計算すると、復水貯蔵タンクの水は4日くらいしかもたない。(外部から調達した工業用水をためている)ろ過水タンクをバックアップに使おうと考えたが、タンクの水位が下がっている。地震で漏水があるのかもしれないと復旧班に漏れの場所を探してもらったりした」

三嶋隆樹・東電福島第2運転管理部長

復旧班が本格的に動き出したのは11日午後10時過ぎてからだ。余震が続き津波警報が断続的に出るなか、海際の海水熱交換器建屋を調べに行った。「調べに行ってくれと命じるのがつらかった。早く被災状況をつかみたかったが、みなが納得して行ってくれるタイミングが必要だった」と増田所長。免震重要棟内の緊急対策室のホワイトボードに余震の頻度などを書きだして時期を探ったという。

吉田部長の指揮で40人が派遣された。がれきをどかし浸水した建屋に入り、手分けして調べた結果、各号機に2系統ずつある残留熱除去系のうちB系が比較的損傷が少なく、早期復旧が可能と判断した。

吉田嘉明・東電福島第2保全部長

交換が必要なモーターやケーブルなどを直ちに発注した。モーターは東芝の工場(三重県)や柏崎・刈羽原発から調達、電源車や移動用変圧器も翌12日には到着し、協力企業や各支店から集まった配電部門の技術者を結集して昼夜兼行での修理が始まる。

一方、原子炉では高圧注水可能な隔離時冷却系(RCIC)が何らかの原因で止まる可能性を想定して、低圧の代替注水の準備を始めた。圧力容器の逃がし安全弁を開いて炉心の水蒸気を格納容器下部の圧力抑制室に排出し、圧力容器の圧力を下げた。11日深夜から12日未明までにこの作業を完了し、1、2、4号機でRCICから低圧の復水補給水系(MUWC)に注水を切り替えた。このMUWCは通常は炉心の冷却には使わない。福島第1で消火用の配管を使って注水したのと同じ、緊急時の対処だ。

ただこれも時間稼ぎにすぎない。圧力容器から排出された水蒸気で格納容器の圧力も温度も次第に上昇していく。

 12日早朝には1、2、4号機で圧力抑制室の温度が100度を超えた。同室で水蒸気が水に変わって減圧するメカニズムは働かない。格納容器破壊の危機が迫ってくる。増田所長は「圧力抑制機能喪失」に該当すると判断し原災法15条の通報をせざるを得なかった。これを受け政府は午前7時45分に福島第2の周囲3キロ圏内からの住民にも避難を指示した。

ベントまであと2時間、「紙一重だった」

格納容器の破壊を避けるには内部の水蒸気を抜くベントしかない。増田所長はベントの準備を指示した。2、4号機は遠隔操作でベントラインを準備できたが、1号機はひとつの弁が開かなかったため、運転員が現場に行って電源をつなぎ替えて、いつでもベント可能な状態とした。

「注水を継続していたので核燃料が壊れていない自信はあった」と増田所長は述懐する。すでに炉心が溶け放射性物質が核燃料から出ていた福島第1と違い、第2で仮にベントしても放射性物質が大量に出る可能性は低かっただろう。しかし、福島第1と並んで第2もベントしていたら、その知らせだけで周辺の混乱は倍加していたかもしれない。12日早朝は第1でもベントの実施に懸命だった。

ベントのメドは格納容器がその最高使用設計圧力(約3気圧)に達した時点だ。三嶋部長らは冷却水の入れ方をドライウェルスプレー(格納容器上部からの散水)に変えてみるなど工夫して、少しでも圧力上昇を遅くしようと試みた。最初は核燃料の崩壊熱が大きい2号機の圧力上昇が速かったが、そのうち格納容器の容積が小さい1号機の上がり方が急になった。

復旧班の作業によって、1号機で残留熱除去系(RHR)のB系による冷却が可能になったのは14日午前1時過ぎだ。あと2時間遅れていたら、ベントせざるを得なかった。「紙一重だった」と増田所長は言う。

すべての記事が読み放題
有料会員が初回1カ月無料

関連企業・業界

関連キーワード

セレクション

トレンドウオッチ

新着

注目

ビジネス

暮らし

新着

注目

ビジネス

暮らし

新着

注目

ビジネス

暮らし

フォローする
有料会員の方のみご利用になれます。気になる連載・コラム・キーワードをフォローすると、「Myニュース」でまとめよみができます。
新規会員登録ログイン
記事を保存する
有料会員の方のみご利用になれます。保存した記事はスマホやタブレットでもご覧いただけます。
新規会員登録ログイン
Think! の投稿を読む
記事と併せて、エキスパート(専門家)のひとこと解説や分析を読むことができます。会員の方のみご利用になれます。
新規会員登録 (無料)ログイン