チェルノブイリ事故を悪化させた「見えないブレーキ」──キセノン135とは？

1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故。

この事故を理解するうえで、知っておきたい物質があります。

その名前は、キセノン135（Xe-135）。

原子炉の中では、しばしば「中性子の毒」と呼ばれています。

キセノン135は「中性子を吸収する」

原子炉で核分裂が起こると、さまざまな核分裂生成物が生まれます。

その中にはヨウ素135があり、放射性崩壊によってキセノン135になります。

キセノン135は非常に強く中性子を吸収します。

つまり、

キセノン135が増える
↓
中性子が吸収される
↓
核分裂反応が抑えられる
↓
原子炉の出力が上がりにくくなる

という働きをします。

まさに、原子炉の中にある「見えないブレーキ」です。

怖いのは「時間差」

キセノン135の特徴を理解するポイントは、出力を下げた瞬間に、キセノンの影響が最大になるわけではないことです。

イメージすると、

アクセルを緩めたのに、少し時間が経ってから勝手に強力なブレーキがかかる

ようなもの。

原子炉の出力を下げると中性子が減ります。

すると、それまで中性子を吸収して減っていたキセノン135が減りにくくなります。

一方、すでに存在していたヨウ素135からは、その後もキセノン135が生まれます。

そのため、

出力低下
↓
中性子が減る
↓
キセノンが減りにくくなる
↓
時間差を伴ってキセノンが蓄積
↓
さらに出力が上がりにくくなる

という現象が起こります。

これがキセノンオーバーシュート（キセノン蓄積）です。

そして「ブレーキ」が外れる

さらにややこしいのが、その後です。

キセノンが蓄積した状態では、原子炉の出力を上げようとしても、キセノンが中性子を吸収するため、出力が上がりにくくなります。

そこで出力を戻そうとして制御棒を引き抜くなどの操作を行うと、原子炉内の中性子が増えていきます。

すると、その増えた中性子によってキセノン135も消費され、蓄積したキセノンの影響が弱くなっていきます。

つまり、

「ブレーキが強くかかっているからアクセルを踏む」
↓
中性子が増える
↓
キセノンが減る
↓
ブレーキが弱くなる

という変化が起こります。

これが非常に重要です。

「ブレーキを踏みながらアクセルを踏む」状態

イメージしてみてください。

車が思ったように進まない。

原因は、目に見えない強力なブレーキ。

そこでアクセルを強く踏みます。

ところが、そのアクセルによって、ブレーキそのものが徐々に弱くなってしまう。

すると、それまでブレーキが抑えていた反応度が表面化し、原子炉の状態が大きく変化する可能性があります。

チェルノブイリ事故では、このキセノンの挙動だけでなく、RBMK炉特有の正のボイド係数、制御棒の状態、低出力運転、安全対策や運転手順などが重なりました。

その結果、事故は急激に進展しました。

キセノンだけが原因ではない

ここは非常に重要です。

「キセノンオーバーシュート＝チェルノブイリ事故」ではありません。

キセノン135は事故の背景となった重要な物理現象の一つですが、それだけで事故が起きたわけではありません。

むしろ、

キセノンによる出力抑制
＋
運転操作
＋
低出力での運転
＋
RBMK炉の設計上の特性
＋
安全対策上の問題

が重なったことが重要です。

今日の雑学

キセノン135の怖さは、

「出力を下げた直後ではなく、時間差を伴ってブレーキが強くなる」

ところにあります。

そして、出力を戻そうとすると、今度は増えた中性子によってキセノンが減り、それまで効いていたブレーキが弱くなる。

つまり、

「アクセルを緩めたのに、後からブレーキが強くなる」

そして、

「強くアクセルを踏むと、そのブレーキ自体が弱くなる」

という、一見すると直感に反する現象です。

チェルノブイリ事故は、この複雑な原子炉の物理現象と、炉の設計・運転上の問題が重なった事故でした。

原子炉では、「今起きていること」だけでなく、「少し前の状態が今になって効いてくる」。

キセノン135は、その典型的な例なのです。