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地震と原子力施設

1. 概要
2011年の東日本大震災では、津波により2万2000人が亡くなり、3基の原子炉がメルトダウンしました。東京電力によると、溶融した核燃料に毎日400トンの水を注ぎ続けており、汚染水は2011年以来、太平洋に流出し続けています。これは極めて深刻な汚染です。しかし、多くの人々の献身的な努力のおかげで、原子炉の爆発や冷却プール内の使用済み核燃料のメルトダウンといった悲惨な結末は回避することができました。

私たちは今、南太平洋沿岸で再び大地震に直面しています。これは日本の地理的特性です。歴史を振り返ると、マグニチュード8.4クラスの大地震は、約100年から150年の間隔で発生しています。新たな被害想定(NHK [8])によると、犠牲者の数は、298,000人に達し、伊方原発と浜岡原発における津波の高さは20メートルです。しかしながら、伊方原発では現在もMOX燃料を使用して3号機が稼働しており、770トンの使用済み燃料が冷却プールに保管されています。浜岡原発では、1,130トンの使用済み燃料が冷却プールに保管されています。この矛盾は、人類史上例のない危険を私たちに突きつけています。福島のような幸運は二度と起こらないでしょう。

2. 地震
日本は4つのプレートの境界上に位置しています。(Figure 1) 太平洋プレートはオホーツクプレートとフィリピン海プレートの下に年間8.3cmの速度で沈み込んでいます。フィリピン海プレートはユーラシアプレートの下に年間4.5cmの速度で沈み込んでいます。(SAGE [1]) ユーラシアプレートとオホーツクプレート間のゆっくりとした圧縮とフィリピン海プレートとユーラシアプレート間の沈み込みによって生じる複雑な力により、活動中または非活動中、既知または未知の無数の断層線が形成されています。中央構造線は世界最大級の断層線の一つで、断層線の南側は年間0.5cmの速度で西に移動しています。(SAGE [1]、GSI [2]、JMTL [3]) プレートの沈み込みにより毎年弾性エネルギーが蓄積され、数分間で突然解放されます。 2011年の東北地方太平洋沖地震はオホーツクプレートと太平洋プレートの境界で発生し、津波で2万2千人以上が死亡、福島の原子炉3基がメルトダウンしました。現在、私たちはフィリピン海プレートとユーラシアプレートの境界で大規模な地震に直面しています。日本列島の南太平洋沿岸では、約150年間隔でM8.4の地震が周期的に発生してきました。これらは「南海トラフ地震」と呼ばれていますが、東海地震と南海地震の双子地震であり、歴史上同時に発生してきました。(Table 1)

Table 1: 東海 および南海地震の歴史

康和東海地震(M8.5) 1096年
康和南海地震(M8.3) 1099年

正平東海地震(M8.4) 1360年
正平南海地震(M8.4) 1361年

明応東海地震(M8.4)1498年
明応南海地震(M8.4)1498年

慶長東海地震(M8.0) 1605年
慶長南海地震(M7.9) 1605年

宝永東海地震(M8.4) 1707年
宝永南海地震(M8.4) 1707年

安政東海地震(M8.4) 1854年
安政南海地震(M8.4) 1854年

東南海地震(M7.9) 1944年
昭和南海地震(M8.0) 1946年

マグニチュード8.4クラスの最後の地震である安政東海地震と安政南海地震は1854年に発生しました。日本政府が作成したビデオによると、次の南海トラフ地震(東海地震と南海地震)はまもなく発生し、犠牲者は298,000人に達するだろうと予想しています。(Cabinet Office [4], NHK [8]) ビデオは、「地震を避けることはできないが、被害を最小限に抑えるために多くのことを準備することはできる」という発言で締めくくられています。しかし、最も深刻な被害を受けると想定される地域には、いくつかの原子力発電所が建設され、現在も稼働しています。浜岡原子力発電所は、3つのプレート(フィリピン海プレート、オホーツクプレート、ユーラシアプレート)の境界上に建設されています。伊方原子力発電所は、中央構造線の真上に建設されており、川内原子力発電所は、活火山地帯の中にあります。

地震が発生したとき、断層面が壊れてズレが生じる領域を震源域といいます。特に、プレート境界付近で、地震発生時に高速で動き、地震波を発生させる領域を強震断層域と呼びます。Figure 8において、南海トラフ地震の強震断層域は灰色の太線の円で示されています。(内閣府 [9]) それには、中央構造線の南側の広い範囲が含まれます。2011年の東北地方太平洋沖地震では、震源域は海岸から160km離れた場所でしたが、南海トラフ地震では、原子力発電所の直下になる可能性もあります。

3. 原子力施設

日本には16の主要な原子力発電所、2つの再処理工場(六ヶ所、東海)、1つの高速増殖炉(もんじゅ)があります。(Figure 2)(日本の原子力発電[5])2025年1月現在、女川(2号機)、玄海(3号機、4号機)、伊方(3号機)、川内(1号機、2号機)、高浜(1号機、2号機、3号機、4号機)、大飯(3号機、4号機)、美浜(3号機)の7つの発電所13基が稼働しています。

各原子炉は、毎年約100トンの使用済み核燃料を生成します。使用済み核燃料の放射能は、天然ウランの10億倍の強さがあります。日本には約19,000トンの使用済み核燃料が保管されています。たとえば、浜岡の冷却プールには1,130トンの使用済み核燃料が保管されており、伊方と川内にはそれぞれ770トンと1,140トンが保管されています。冷却プールは私たちが日常生活を送っているのと同じ空間にあり、電気が失われると3日以内に核燃料はメルトダウンを起こします。

原子力発電所の耐震限界はマグニチュード6.5程度(620ガル~1200ガル)。日本の原子力発電所は、地震が大きなリスク要因ではない米国の原子力発電所をコピーしただけだからです。想定されるマグニチュード8.4の地震は、マグニチュード6.5の200倍のエネルギーを持っています。(東北地方太平洋沖地震(2011年): 2933ガル、能登石川地震(2024年): 2828ガル)南海トラフ地震では震源域が陸地の直下となる可能性があり、非常に激しい地震に備える必要があります。若狭湾には4つの原子力発電所(高浜、大飯、美浜、敦賀)と1つの高速増殖炉(もんじゅ)が海岸線に沿って密集しています。もし1つの原子炉が制御不能になれば、いずれにせよこの地域から避難しなければならないので、すべての原子炉が制御不能になります。

再処理工場では、使用済み核燃料を高温で溶かし、ウランとプルトニウムを取り出します。残った物質は、高レベル放射性廃棄物と呼ばれます。高レベル放射性廃棄物をガラスと共に高温で溶かし、鋼鉄製の容器で固めるとガラス固化体になります。JAEA(日本原子力研究開発機構)は東海村に6,500本の高レベル放射性固体廃棄物(200リットル容器入り)、404立方メートルの高レベル放射性液体廃棄物、247本のガラス固化体(120リットル容器入り)を保管しています。JNFL(日本原燃)は六ヶ所村に1367本のガラス固化体(150リットル容器入り)を保管しています。(JAEA [6])ガラス固化体の大部分(1310本)はフランスで製造されました。JAEAは高レベル放射性廃液のガラス固化作業を2028年までに行う予定でしたが、一連の事故を受け、2038年まで延期しました。

高速増殖炉は、燃料としてウラン235の代わりにプルトニウム239を使用し、プロセスの最後に、より多くのプルトニウム239を生成します。原子炉は冷却材として液体ナトリウムを使用しており、この爆発性物質を安全に操作することは極めて困難です。2016年、日本政府は高速増殖炉もんじゅの閉鎖を決定しました。もんじゅは一度も稼働することなく廃炉となりました。幸運なことに、原子炉、燃料、およびナトリウムは放射能汚染されていません。もんじゅの廃炉作業は、RAPSODIEやSUPERPHÉNIXと比較すると極めて簡単な作業ですが、JAEAの計画では、2047年まで30年かかる予定です。(IAEA [7])プルトニウムは生物にとって極めて有害な物質であり、500グラムのプルトニウムで20億人を死滅させることも可能です。日本には約8.6トンのプルトニウムが貯蔵されており (もんじゅに400kg)、生物圏から安全に隔離して保管しなければなりません。

Figure 3は、Figure 1とFigure 2を組み合わせたものです。
中央構造線上に位置する伊方原子力発電所では、3号機が現在もMOX燃料を用いて運転を続けており、770トンの使用済み燃料が冷却プールに保管されています。また、3つのプレート境界上に建設された浜岡原子力発電所では、1,130トンの使用済み燃料が冷却プールに保管されています。2011年の福島の経験から、誰も原子力災害を救えないことがわかっています。使用済み核燃料が冷却プールでメルトダウンしたら何が起こるかさえ誰も知りません。そのような状況を想定した研究は行われたことがないのです。 しかし、確実に言えることは、放射能を大量に含んだ雲が、次々に生まれて、全地球を覆い、我々は安全な水と食料を永遠に失うことになります。

References
[1] SAGE, Japan’s Earthquakes and Tectonic Setting, https://www.iris.edu/hq/inclass/animation/japans_earthquakes__tectonic_setting
[2] Geospatial Information Authority of Japan (GSI), The Niigata-Kobe Tectonic Zone, https://www.gsi.go.jp/cais/tectonics_niigata_kobe-e.html#:~:text=The%20Japanese%20Islands%20belongs%20to,Sea%20plates%20(Figure%201).
[3] Wikipedia (JMTL), Japan Median Tectonic Line, https://en.wikipedia.org/wiki/Japan_Median_Tectonic_Line
[4] Cabinet Office Government of Japan, Nankai Trough Earthquake, https://wwwc.cao.go.jp/lib_012/nankai_all_en.html
[5] Wikipedia, Nuclear power of Japan, https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_Japan#cite_note-99
[6] JAEA, Nuclear Wastes in Japan, https://atomica.jaea.go.jp/data/detail/dat_detail_05-01-01-05.html
[7] IAEA, Operational and decommissioning experience with fast reactors, https://www.iaea.org/publications/6927/operational-and-decommissioning-experience-with-fast-reactors
[8] NHK, Damage estimation of Nankai Trough Earthquake, https://www3.nhk.or.jp/news/html/20250331/k10014762791000.html#anchor-20
[9] Cabinet office, Seismic source zone of Nankai Trough Earthquake, https://www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku/pdf/1_1.pdf