核燃料はどのようにして冷却水中に取り込まれる？

質問

福島第一原発の核燃料がメルトダウンしていたと報じられています。以前には高濃度の汚染水が大量に見つかったり海水が広範囲に汚染されたりしています。この2つは関連があるのではないかと思います。

それで、放射性物質の漏出のメカニズムを知りたいのですが、次の(a)～(c)のようなことを妄想しています。メルトダウンは2,800°Cで起き始めると聞いたのですが、
(a)そのような高温では冷却水は瞬時に水蒸気になると思いますが、そのときに核燃料（放射性物質）の一部も機械的に水蒸気の中に取り込まれる。
(b)そのような高温では冷却水は瞬時に水蒸気になると思いますが、そのときに核燃料（放射性物質）と化学的に反応して別の物質になり、その物質が水蒸気の中に溶け込む。
(c)核燃料が高温のため気化して水蒸気の中に取り込まれる。

上記のような妄想は多分全く的外れだと思うのですが、次の2つの場合について、どのようにして核燃料（放射性物質）が冷却水の中に取り込まれるのかお教えいただけないでしょうか。

(1)核燃料（放射性物質）がメルトダウンしてないときつまり核燃料が正常な状態にあるときには、圧力容器内で、核燃料はどのようなメカニズムで冷却水中に取り込まれるのでしょうか。
(2)核燃料（放射性物質）がメルトダウンするときには又はメルトダウンした後では、圧力容器内で、核燃料はどのようなメカニズムで冷却水中に取り込まれるのでしょうか。

回答No.1

gtx456gtx · ベストアンサー

想像というか、妄想って感じに思えますが・・・

>(c)核燃料が高温のため気化して水蒸気の中に取り込まれる。
私も素人に近いですが、これが一番近い形態と思います。

空気というのは考えている以上に断熱性が高く、高温になった物質を水中に放り込むと、放り込んだ物質と水が接触して気化し、その物質の周囲に「水蒸気の幕」を形成します。
この幕が形成されると、「高温の物質」、「水蒸気の幕」と「水」という３層の構造が形成されて熱を交換するようになるので結構な高温の物質でも水中に存在できます。

また、メルトダウンした燃料棒自体が綺麗に溶融して落下した訳ではないので「岩石」のような形態と表現されているようなので、燃料棒自体が「高温の燃料棒」、「水と接触して変化した燃料棒」と「水蒸気の幕」というような感じで多層構造になって、更に熱伝導路率が低下しているように思えます。

どちらにしても大量の水がないと瞬時に蒸発するので、大量に水が存在して初めて上記のような状態で燃料棒が圧容器？　格納容器？　の底に存在すると思います。

定量的に評価するなら、燃料棒の崩壊熱と水の気化熱と「水蒸気の幕の熱伝導率」で計算できると思いますが・・・知識不足で定性的な言い方しかできないです m(_ _)m

お礼

有り難うございました。

補足

御返事が遅くなり申し訳ありません。

気化ですか。確かに、セシウムやヨウ素は気化するので一次冷却水に取り込まれ（溶け）ますよね。

ということは、汚染水にはウラン以外のものばかりで、ウランそのものは含まれていないんでしょうか。ウランそのものは、水には取り込まれない（溶けない）んでしょうか。

もし御存知でしたらお教えください。