チェルノブイリ事故の燃料溶融物（FCM）の現状｜後編

事故時、炉心に装荷されていた燃料は溶融し、原子炉室の下部に落下しました。原子炉室の床は下部遮へい体の役割をもっており蛇紋岩（マグネシウム、ケイ素、酸素が主成分）が詰められていました。溶融した高温の燃料は、この下部遮へい体の一部を溶かしました。下部遮へい体は、事故で4mもずれ落ちたため側部壁との間に隙間ができ、そこから原子炉室周りの生体遮へい体として詰められていた大量の砂が原子炉室に入り込み、溶融した燃料と混じりあいました。さらに、事故で破壊され落ちてきた炉内コンクリート構造物なども混入し、溶融一体化して大量のFCMとなりました。

溶融したFCMは原子炉室の下側に垂直に流れ落ち、事故時に生じた蒸気を冷却するために設置されている2層のサプレッションプールの下層まで、水の中を流れ落ちたものもあります。一部のFCMは途中で横に50ｍ流れ、ある隙間から下に流れ落ち「象の足」といわれる塊状のものになりました。

このようにFCMは冷却されながらいろいろなところに流れ、すべてが冷却・固化した時点で事故が終息しました。

大量に生じたFCMは溶岩のように下や横方向に流れたため、溶岩状を意味する「Lava」という言葉を使うこともあります（Lava -like FCM またはLFCM）。ロシアではLavaだけでFCMを表すことも多いです。

FCMは高温で溶融した後に冷却・固化しているので、多様な金属組織や化学組成によって成り立っています。垂直下向に流れたFCM と横方向に流れたFCMでは外見や成分が若干異なっています。

垂直下方に流れたFCM はウラン含有量が多く（10%程度）、マグネシウムも相対的に多く含まれ茶色をしています。一方横方向に流れたFCMのウラン含有量は低く（5%程度）黒色をしています。

原子炉室の下にあるサプレッションプール最下層の水を抜くと、山型のFCMが現れました。事故時に水の中を超高温の溶融物が落ちていったと考えられますが、一気に大量のものが落ちていけば水を瞬間的に蒸気化させ爆発させても不思議ではありません。しかし、そのような形跡はなく、軽石状であることから、このFCMは水の中を局所的な蒸気発生を伴いながら細い筋のような形で落ちたとも考えられます。

事故直後、冷却固化したFCMは非常に硬く、そして室内の放射線量は非常に高いものでした。現地の研究者は、離れたところから日本製の小さなシャベルカーのような電動式おもちゃを近づけてサンプルを採取しよう試みましたが歯が立たず、ロシア製のライフルで撃ち、はじかれたかけらを研究者が駆けて取ってくるようなことも行われていました。

しかし、ウクライナ特有の気象的特徴（昼夜の温度差、季節の温度差が大きいなど）もあり、年月を経るに従い多様な金属組織や化学組成による粒界（結晶の粒同士の境界）からクラック（ひび割れ）が入り大きなブロック状に分かれるなどいわゆる風化が生じ、場所によってはガラス成分が多いためスコップで「ざくっ」とすくえる状態になりました。

一方、横方向に一番遠くに流れて隙間から下に流れ落ちて固まった「象の足」は、唯一水に触れており、年数の経過と共に床との境目辺りでところどころおかゆ状の溜まりが作られ、全体の形も少し平らな形に変化しました。

福島第一原子力発電所事故でできた燃料デブリは多くが水中に存在していることから、チェルノブイリ発電所の状況に関する知見は燃料デブリの劣化の検討に寄与できる可能性があります。

チェルノブイリ事故ではFCMが形成されましたが、福島第一原子力発電所事故では1～3号炉共に炉心の燃料は溶融し、チャンネルボックス、制御棒、コンクリートなどの種々の炉心構造物を巻き込み燃料デブリとなっています^※2。

チェルノブイリ原子力発電所では、軽水炉と設計は大きく異なりますが減速材として黒鉛ブロックが敷き詰められている以外は、ほぼ同様の材料によって炉心が構成されています^※3。

このため、福島第一原子力発電所の燃料デブリとFCMは、それぞれを構成している材料は基本的によく似ていることになります。しかしながらチェルノブイリでは、事故時に原子炉室の下部にスチール製の大きな缶詰の様な遮へい体に詰められていた蛇紋岩や多くの砂、落下したコンクリート構造材も巻き込んだため、FCMのウラン含有度は数～10％程度と低く、逆にケイ素（Si）成分が約30%と高く、いわゆる「ガラス固化体状」になっています。一方、福島第一原子力発電所における燃料デブリは、その生成の過程に応じてさまざまな種類が存在する可能性があり、それらの分類や定義付けは今後実施されることとなります。また、やはり過酷事故を起こした米国TMI-II（スリーマイル島原子力発電所2号機）の燃料デブリは、炉心燃料や炉内構造物が溶融一体化した（溶融プール化）後に固化しており、チェルノブイリFCMに比べウラン含有度が相対的に高かった可能性があります。

このように、チェルノブイリFCMと福島第一原子力発電所燃料デブリは、基本的に同様の材質から形成されていますが、それらが作られた過程に応じて含まれている元素の比率などは異なると想定されます。また、事故後の置かれている状況や環境も大きく異なっていることから、チェルノブイリFCMを参考に福島第一原子力発電所の燃料デブリの取り出し方を検討する際には、このような違いについて留意する必要があります。