臨界管理

原子力防災基礎用語集

臨界管理

濃縮ウランやプルトニウムなど、核燃料物質は、質量、容積、濃度などが一定の条件を超えると核分裂の連鎖反応が起こり臨界となる。このため、これらの物質を取扱う核燃料加工施設や再処理施設などにおいては、臨界にならないように質量の制限、形状の制限などを行っている。このように安全上の配慮をして核燃料物質を管理することを臨界管理、または臨界安全管理という。 実際の管理に当たっては核分裂性物質が臨界量に達しないようにする質量管理、核分裂性物質の濃度が一定値を超えないようにする濃度管理、核分裂性物質を入れる槽や容器の形状を制限して臨界に至らないようにする形状管理、槽や容器の中に中性子吸収材を配置した中性子吸収材による管理がある。

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臨界管理

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/06/03 04:00 UTC 版)

「臨界量」の記事における「臨界管理」の解説

詳細は「臨界安全」を参照 同じ量の核分裂物質でも、その形状により臨界に達する場合と達しない場合がある。一般に核分裂物質の形状が細長かったり、薄い板状であれば、内部で発生する中性子の多くが外部へ飛び出してしまい、核分裂反応に寄与しなくなるため、臨界に達しなくなる。逆に物質の体積当たり最小の表面積となる球状の時、臨界量は最も少なくなる。 核分裂性物質を取り扱う施設（濃縮工場、再転換工場、再処理工場等）では、物質量の管理である質量管理のほか、物質の形を管理する形状管理を行って臨界を管理する。形状管理である。 安全審査指針によると、ウラン加工施設においては、臨界安全を担保する各機器（単一ユニットと呼ばれる）形状寸法、質量、容積、溶液濃度等に核的制限値と呼ばれる管理値を設け、設計および運転時に、この核的制限値を逸脱しないように管理を行うことで臨界事故の防止を行っている。この核的制限値の設定に当たっては、ウランの化学的組成、濃縮度、密度、溶液濃度、幾何学的形状、減速条件、評価手法の誤差等を考慮した裕度、評価手法の信頼性、二重偶発性（技術的に発生が想定されない事象が2つ同時に起こらない限り臨界にならない）ように設定する必要がある。また機器によっては中性子吸収材（ホウケイ酸ガラス小片を容器の中に入れる、ハフニウム製多孔板）等を使用する。 ユニット間の核燃料物質の移動に対しては、移動先の核的制限値を確認すること、運搬に使用する容器の健全性維持、使用する容器はなるべく寸法・形状管理がなされているものを使用することで担保する。 ユニット相互の間隔が近い場合には、各ユニットから発生する中性子による相互干渉によって、上記の単一ユニットに対する核的制限値を守っていても臨界事故が発生する可能性があるため、ユニット間の間隔の維持、中性子遮蔽材の使用によって臨界安全を担保する（これを複数ユニットの制限と呼ぶ）。 JCOの臨界事故では臨界管理を無視する方向で仕事の効率化が図られたのが直接の事故の原因となった。正規のマニュアルではウランの溶解は貯塔と呼ばれる装置で行うことになっていた。貯塔は形状管理されているため細長く質量管理により一回の容量が少ないため、大量の残作業を抱えていた作業員は貯塔ではなく、寸胴な円筒で容量の多い沈殿槽と呼ばれる別の装置を用いたのである。さらに不幸な事に沈殿槽は二重構造で、周囲に冷却水が通る構造であった。この冷却水が反射体となって外部に漏れた中性子を内部へ跳ね返し、中性子利用率をいっそう向上させたのである。この様に、周囲の中性子反射体となりうる物の有無も、臨界量を左右する重要な要素の一つである。

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/08/03 06:13 UTC 版)

「プルトニウム」の記事における「臨界管理」の解説

プルトニウム239の臨界量は、金属の場合、ウラン235の4分の1しかないため、臨界量に近い量のプルトニウムが蓄積しないように注意しなければならない。すなわち形状が重要で、球体のようなコンパクトな形にしてはならないのである。溶液状のプルトニウムは固体より少ない量で臨界量に達する。それが単に溶けるか破片になるのではなく爆発するためには超臨界を大きく越える量を必要とするので、兵器級の核爆発は偶然に生じることはありえない。しかし、ひとたび臨界量に達すれば致死量の放射線が発生する。 臨界事故は過去に何度か起きており、それらのうちのいくつかで死者を出している。核開発の草創期の事故として著名なのが、いわゆる「デーモン・コア」の事例である。1945年8月21日、米国ロスアラモス国立研究所で致死量の放射線を発生させた事故は、6.2 kgの球状プルトニウムを囲んだ炭化タングステンブロックの不注意な取り扱いに起因していた。このとき科学者ハリー・ダリアンは推定510 rem (5.1 Sv) の被曝をし4週間後に死亡した。その9か月後に、別のロスアラモスの科学者ルイス・スローティンは、ベリリウムの反射材、および以前にダリアンの生命を奪ったのとまさに同じプルトニウムコアによる同様の事故で死亡した。2人の科学者の命を奪ったプルトニウムコアは「デーモン・コア」と名づけられた。これらの出来事は、1989年の映画『シャドー・メーカーズ』でかなり正確に描写された。1958年には、ロスアラモスのプルトニウム精製工程で、混合容器の中で臨界量が形成され、クレーン操作員が死亡した。この種の事故が、ソ連等の国で起こった（詳しくは「原子力事故」参照）。1986年にソ連で起きたチェルノブイリ原子力発電所事故は、大量のプルトニウムの放出を引き起こした。 さらには、金属プルトニウムには発火の危険がある。特に素材が微粒子に分割されている場合が危険である。金属プルトニウムは酸素および水と反応し、自然発火性物質である水素化プルトニウムが蓄積する可能性があり、室温の空気中で発火しうる。プルトニウムが酸化してその容器を壊すとともに、プルトニウムが相当に拡散する。燃えている物質の放射能は危険性が増す。酸化マグネシウムの砂は、プルトニウム火災を消火するための最も有効な素材である。それはヒートシンクとして働き燃えている物質を冷やし、同時に酸素を遮断する。 1969年に米国コロラド州ボルダーの近くにあるロッキーフラッツ工場でプルトニウムが主な発火源になった火災があった。これらの問題を回避するために、どんな形態であれプルトニウムを保管・取り扱う場合は特別の警戒が必要である。一般的に、乾燥した不活性ガスが必要である。