編集者注：この記事は、6月10日月曜日の午後4時45分に更新されました。 EDT。
新しいHBOミニシリーズ「チェルノブイリ」では、ロシアの科学者がチェルノブイリ原子力発電所の原子炉4で爆発した理由を明らかにし、北ヨーロッパ全体に放射性物質を噴出させました。
その原子炉、RBMK-1000と呼ばれる設計は、チェルノブイリ事故後に根本的に欠陥があることが発見されました。それでも、ロシアでは同じタイプの原子炉が10基稼働しています。彼らが安全かどうかはどうやってわかりますか？
簡単に言えば、そうではありません。専門家によると、これらの原子炉は、別のチェルノブイリスタイルの災害のリスクを軽減するために変更されましたが、それでもほとんどの西洋スタイルの原子炉ほど安全ではありません。そして、同様の欠陥を持つ新しいプラントの建設を妨げる国際的な保障措置はありません。
「現在、さまざまな国で検討されている原子炉には、標準の軽水炉とは大きく異なるさまざまな種類の原子炉があり、それらの多くには、設計者が軽視している安全上の欠陥があります」と述べた懸念科学者連合の上級科学者および原子力安全プロジェクトの代理部長。
「より多くのものが変化する」とライマンはLive Scienceに語り、「より多くのものが同じままである」と語った。
リアクター4
チェルノブイリ事故の中心にあったのは、ソビエト連邦でのみ使用される設計であるRBMK-1000原子炉でした。原子炉は、ほとんどの西洋諸国で使用されている標準設計であるほとんどの軽水型原子炉とは異なりました。 （ワシントン州のハンフォードサイトにあるいくつかの初期の原子炉は、同様の欠陥を持つ同様の設計でしたが、1960年代半ばに修正されました。）
軽水炉は核物質（炉心）を含む大きな圧力容器で構成されており、循環する水の供給によって冷却されます。核分裂では、原子（この場合はウラン）が分裂して熱と自由な中性子が生成され、他の原子に凝固し、それらが分裂して熱とより多くの中性子を放出します。熱は循環水を蒸気に変え、次にタービンを回して電気を発生させます。
軽水炉では、水は減速材としても機能し、炉心内で進行中の核分裂を制御するのに役立ちます。モデレーターは自由ニューロンの速度を低下させ、核分裂反応を継続する可能性を高め、反応をより効率的にします。原子炉が熱くなると、より多くの水が蒸気に変わり、この減速材の役割を果たすために利用できる水は少なくなります。その結果、核分裂反応は遅くなります。その負帰還ループは、原子炉の過熱を防ぐのに役立つ重要な安全機能です。
RBMK-1000は異なります。また、冷却剤として水を使用しましたが、減速材として黒鉛ブロックを使用しています。原子炉設計のバリエーションにより、通常よりも濃縮度の低い燃料を使用し、運転中に燃料を補給することができました。しかし、冷却剤と減速材の役割が分離されているため、「蒸気が多く、反応性が低い」という負のフィードバックループは壊れていました。代わりに、RBMK原子炉には、「正のボイド係数」と呼ばれるものがあります。
原子炉のボイド係数が正の場合、冷却水が減速するのではなく、蒸気に変わるときに核分裂反応が加速します。これは、沸騰により水中の気泡またはボイドが開き、中性子が核分裂促進グラファイト減速材に直接移動しやすくなるためです。
そこから、彼はLive Scienceに、問題が発生することを伝えました：核分裂がより効率的になり、原子炉がより高温になり、水がより蒸し上がり、核分裂がより効率的になり、プロセスが継続します。
災害への準備
チェルノブイリ発電所が全力で稼働していたとき、これは大きな問題ではなかったとライマンは言った。高温では、核分裂反応を促進するウラン燃料はより多くの中性子を吸収する傾向があり、反応性が低下します。
しかし、低出力では、RBMK-1000原子炉は非常に不安定になります。 1986年4月26日のチェルノブイリ事故の準備段階で、オペレーターは停電中にプラントのタービンが緊急設備を運転できるかどうかを確認するためのテストを行っていました。このテストでは、プラントを低電力で実行する必要がありました。電力が低下している間、オペレーターはキエフの電力当局からプロセスを一時停止するように命令されました。従来のプラントはオフラインになり、チェルノブイリの発電が必要でした。
「それが結局のところすべてが起こった主な理由だった」とDe Geer氏は語った。
プラントは9時間部分出力で稼働しました。オペレーターが残りのほとんどの段階で電源を入れる準備ができたとき、原子炉には中性子吸収キセノンが蓄積されていて、適切なレベルの核分裂を維持することができませんでした。力はほとんどゼロになった。中性子を吸収する炭化ホウ素でできており、核分裂反応を遅らせるために使用されているほとんどの制御棒を取り除いて、それを増強しようとしました。オペレーターはまた、原子炉を通る水の流れを減らした。原子力庁によると、これは正のボイド係数問題を悪化させた。突然、反応は確かに非常に激しくなりました。数秒以内に、出力は、原子炉が耐えるように設計されたものの100倍に急上昇しました。
いったん開始すると、状況を制御下に戻すのを困難にする他の設計上の欠陥がありました。たとえば、制御棒にはグラファイトが付いていると、De Geer氏は述べています。運転員は、原子炉が不安定になり始めているのを見て、制御棒を下げようとしたとき、動けなくなった。直接的な影響は核分裂を遅くすることではなく、それを局所的に増強することでした。先端の追加のグラファイトが最初に近くの核分裂反応の効率を高めたからです。 2つの爆発が急速に続きました。科学者達はまだ各爆発の原因を正確に議論しています。それらは両方とも、循環システム内の圧力の急激な増加による蒸気爆発であったか、1つは蒸気で、2つ目は故障した原子炉での化学反応によって引き起こされた水素爆発でした。爆発後のモスクワの北230マイル（370キロメートル）にあるチェレポヴェツでのキセノン同位体の検出に基づいて、De Geerは最初の爆発が実際には数キロ離れた大気中に発射された核ガスのジェットであったと考えています。
行われた変更
1986年にモスクワにいたテキサスA＆M大学の技術史家であるジョナサンクーパースミス氏は、事故の直後はソビエト連邦にとって「非常に不安な時期」だったと語った。国営のマスコミが物語を埋め、うわさ工場が引き継いだ。しかし、スウェーデンの遠く離れたDe Geerと彼の仲間の科学者たちは、すでに異常な放射性同位元素を検出していました。国際社会はすぐに真実を知るようになります。
5月14日、ソビエトの指導者ミハイルゴルバチョフはテレビでの演説を行い、そこで何が起こったのかを明らかにした。それはソビエトの歴史の転機となったとクーパースミスはライブサイエンスに語った。
クーパースミス氏はソビエト連邦における透明性の初期の方針に言及しながら、「それはグラスノスチを現実のものにした」と述べた。
それはまた、原子力安全のための協力において新しい時代を開いた。出席したDe Geer氏は、1986年8月に国際原子力機関がウィーンで事故後の首脳会談を開催し、ソビエトの科学者たちはこれまでにないオープンな感覚でそれに接近したと述べた。
「彼らがどれほど私たちに言ったのは驚くべきことでした」と彼は言った。
チェルノブイリへの対応における変更には、当時17基だった、稼働中の他のRBMK-1000原子炉への変更が含まれていました。原子力を推進する世界原子力協会によると、これらの変更には、低出力での暴走反応を防ぐための炉心への抑制剤の追加、運転で使用される制御棒の数の増加、および燃料濃縮の増加が含まれます。制御棒もまた、グラファイトが反応性を高める位置に移動しないように改造されました。
チェルノブイリの他の3基の原子炉は2000年まで稼働したが、その後リトアニアに2基のRBMKがあり、EU加盟の要件として停止されたため、閉鎖された。クルスクには4つのRBMK原子炉があり、3つはスモレンスク、3つはサンクトペテルブルクにあります（4番目は2018年12月に廃止されました）。
これらの原子炉は「私たちの原子炉ほど良くはありませんが、以前よりも優れています」とDe Geer氏は述べています。
「デザインには、何をしても修正できない基本的な側面があった」とライマン氏は語った。 「彼らがRBMKの全体的な安全性を、洋式の軽水炉に期待する水準まで高めることができたとは私は思わない」と語った。
さらに、De Geer氏は、原子炉は洋式原子炉に見られるような完全な格納システムで構築されたのではないと指摘しました。封じ込めシステムは、事故の際に放射性ガスまたは蒸気が大気中に放出されるのを防ぐための鉛または鋼でできたシールドです。
見落とし見落とし？
原子力発電所事故の潜在的な国際的影響にもかかわらず、「安全な」発電所を構成するものについて拘束力のある国際的合意はない、とライマンは言った。
原子力安全条約は、各国に安全対策について透明性を要求し、プラントのピアレビューを認めていると彼は言ったが、執行メカニズムや制裁はない。ライマン氏は、各国には独自の規制機関があり、地方自治体がそれを可能にするほど独立していると述べた。
「腐敗が蔓延しており、優れたガバナンスが欠如している国々では、独立した規制機関が機能できるようになるとどのように期待できますか？」ライマンは言った。
ソビエト連邦以外にRBMK-1000原子炉を作った人はいませんが、提案された新しい原子炉設計の中には、正のボイド係数を伴うものがあるとライマン氏は述べています。たとえば、高速増殖型原子炉は、発電時に核分裂性物質をより多く生成する原子炉であり、正のボイド係数を持っています。ロシア、中国、インド、日本はすべてこのような原子炉を建設したが、日本の原子炉は稼働しておらず、廃止予定であり、インドの原子炉は開業予定より10年遅れている。 （カナダでは、小さな正のボイド係数で稼働している原子炉もあります。）
「デザイナーは、すべてを考慮に入れれば、全体的に安全であると主張しているので、それはそれほど重要ではない」とライマン氏は語った。しかし、デザイナーは自分のシステムに自信を持ってはならない、と彼は言った。
「そのような考えがソビエトを問題にしたものである」と彼は言った。 「そして、それは私たちが知らないことを尊重しないことによって、私たちをトラブルに陥らせることができるものです。」
編集者注：このストーリーは更新され、すべてではないがほとんどの制御棒が原子炉から取り外されたこと、および設計上の欠陥は修正されましたが、米国の初期の原子炉にも正のボイド係数があったことに注意してください。
