あの時に止めることができたのか？ 完全なる人災 【JCO事故】
人間が関与する大規模のシステムを見続けて、最も衝撃的な事故は福島第一原子力発電所事故です。教訓は将来に渡って引き継がれなければなりませんが、戦争や震災などの記憶と同様に薄れて忘れて、再び悲劇が生まれてしまいます。
福島第一原子力発電所事故が起きる以前では、原子力発電は安全なものとして信じて疑いもしませんでした。私も技術者として、原子力発電のことをあまり理解せずに、安全神話だけを頼りに信じ込んでいました。核廃棄物の処理に関する廃棄問題は認識していましたが、恥ずかしいことに、国会で津波対策が不十分であることが議論されたことも知りませんでした。
日本において原子力事故は最初ではありません。1999年9月30日、茨城県東海村の核燃料加工会社JCOにおいてウラン溶液を製造する作業中に臨界事故（連鎖的な核分裂反応が発生する事故）が発生しています。当時私は米国へ出張中で、現地のニュースでも臨界事故は大きく扱われていました。それと対照的に、日本では同僚が何も起きていないように仕事に追われており、真実が何であるのかわからなくなりました。情報規制があったのかはわかりませんが、大きく報道されていれば、2011年以前に安全神話を壊す機会だったのかもしれません。
臨界反応は、連鎖的な核分裂反応が発生させることであり、原子力発電や核爆弾の基礎となるメカニズムです（以前の記事）。臨界反応を制御できれば（途中で止めることができれば）、発生した熱を発電に活用できます。しかし、暴走させてしまえば、原子力事故そして核爆弾となります。
当時JCOは、高速増殖研究炉「常陽」で使用される核燃料の製造を請け負っており、製造作業中の10時35分頃に臨界状態となり、中性子線を建物の外にも放出し始めました。東海村では住民の退避が開始されました。当事者のJCOは事故対応をしておらず、更に核反応は暴走して核爆弾となるところでした。国から強制作業命令が出された後、冷却水を抜き、ホウ酸を投入して中性子線を吸収させて、連鎖反応を止めました。事故が収束したのは、臨界状態の開始から20時間後の10月1日の6時30分頃だったとの報告があります。
この事故で、作業員３名中、２名が死亡して、１名が重症となりました。被曝者は667名にもなっています。国際原子力事象評価尺度（INES: International Nuclear Event Scale）でレベル４（事業所外への大きなリスクを伴わない）と識別されています。周辺住民も中性子線等の被曝をしており、事業所外へリスクを伴っているので、スリーマイル島原子力発電所事故と同じレベル５と識別されてもおかしくないです。レベル５と認知されれば福島第一事故は止められていたかもと思ってしまいます。福島第一はチェルノブイリと同じ最大レベル７（深刻な事故）に識別されています。
臨界事故に陥った経緯の調査結果について、参考文献１に報告が記載されています。安全審査が骨抜きになったことが明らかにされています。原発再稼働に向けた安全審査において臨界事故の教訓は生きているのでしょうか。
JCOが新たに核燃料の製造を請け負うことになりましたが、これまで使用していた転換試験棟は「誤操作等により臨界事故の発生するおそれのある核燃料施設」として許可を得ていませんでした。安全対策よりも納期（利益）を優先させて、臨界事故は起こり得ないと決めて、臨界事故を評価せず、臨界事故に対する適切な対策が講じないで製造が進められました。
JCOが提出した申請書では、臨界事故は起こりえない、臨界事故の対策も講じる必要はない。日本の原発では、過酷事故（Severe Accident）は起こり得ない、過酷事故の対策は必要ないし講じる必要もない。まさに安全神話そのものです。
臨界事故が発生しない施設と説明するため、確かに内部規制を設けて、臨界状態にならないように管理しようとしていました。その安全を確保するために必須な規制は、実務的に効率性が悪く、徐々に改悪されて、無効なものとして葬されてしまいました。
その規制は、質量制約と形状制約から構成されていました。以前の記事でも解説しましたが、ウランなどの放射性物質は臨界量と呼ばれる一定以上の質量がなければ臨界状態になりません。そのため、一度に取り扱う量を制限すれば臨界事故は起こりえません（質量制約）。核反応によって生成された中性子が放射性物質にぶつかり、連鎖的に核反応が広がっていき、臨界に達します。中性子が外部へ逃げる構造ならば臨界は生じません。したがって、ウランなどを混ぜる溶解塔を中性子が逃けやすい細長い形にしていました（形状制約）。
質量制約を課すため、１回あたりに取り扱える作業量（バッチ）が完了するまで、次のバッチを入れる作業を行わない「一バッチ縛り」を設けていました。作業効率は低下するため、バッチを測れる専用の器具を使わず、ステンレスのしゃもじのようなものを用いるようになりました。形状制約のための溶解塔を使わずステンレスのバケツを用いて、手作業で撹拌していました。
安全性を無視して、経済性を重視というより、目先の利益だけを見て、違法な工程変更がなされました。「改善提案」運動の一環して、一連の工程変更は、JCOの会議にて報告され、決定されていたことも議事録などから明らかになってきました。組織としての考え方が安全軽視となっていたことがわかります。
国の安全審査においても臨界事故に対する懸念も表明されたようですが、外部の第三者による評価が不十分というよりは、「原子村」出身以外の安全審査官が少なかったため、不許可または審査の差し戻しはされませんでした。
技術的な面も、マネジメントの面も、プロフェショナルな対応とは思えず、お粗末としか思えません。現場そして管理組織が共倒れとなり、高い安全性を保たなければならないシステムが崩壊しました。そして、市街で暴走した核施設が核爆弾と化すところでした。それは免れましたが、12年後、安全と思われていた我が国で再び核施設が暴走しました。
参考文献
我々を地球に閉じ込めたままなのか？【重力】
無重力状態は、私たち地球の住人にとって、いささか奇妙なしろものにはちがいない。しかし人間の身体組織は、手足がめっぽう軽くなったと感じながらも、すぐそれに順応する。そのときの私の状態を話そう。私はふわりと座席から浮きあがり、キャビンの天井と床のあいだに宙づりになった。この状態への移行はきわめてなだらかだった。重力の作用が消えはじめると、気分がたまらなくよくなった。突然、なんでもかるがるできるようになる。手も、足も、身体全体も、まるで自分のものでないような感じ。重さを全然感じなくなってしまうのだ。坐ることもできない、横になることもできない、キャビンのなかで宙ぶらりんになったままだ。固定されていなかったものは何もかも宙に舞いあがった。さながら夢でも見ているような気持ち……地図も、鉛筆も、手帳も……液体はホースからしたたり落ちると、小さな球状になって、空間を自由自在に動きまわる。キャビンの壁にふれると、ちょうど花にやどる露の玉のように、べたりとそこに吸いついてしまう。 ガガーリン(Yuri Gagarin)
地球上に生まれ、自分の重さを感じ、人は２本足で大地を踏んで立ち上がります。物を落とせば床に落ちます。日頃に見慣れたことですが、重力(gravity)がなければ、手足で体を支える必要はなく、物はふわふわと漂っています。重力とは、地球上の物体に下向きに働いて重きの原因となる力であり、地球の引力と地球の自転による遠心力の合力です。ここで、遠心力は最大値となる赤道上においても引力の約290万の１であるため、大部分は地球の引力によるものです。重力加速度 g は 9.8 m/s2となります。地球の中心から距離が離れると万有引力が小さくなるため、高地になるほど重力加速度は小さくなります。
宇宙を支配する万有引力(Universal Gravitation)の法則は、ニュートン(Isaac Newton)が木からリンゴが落ちることからひらめきを得たと言われますが、質量を有するすべての物体の間で普遍的に作用する引力があることを示しています。そして、その引力は両者を結ぶ直線の方向に向かい、両物体の質量の積に比例して距離の２乗に反比例するという法則を発見しました。
ガリレオ(Galileo Galilei)が、イタリアにあるピサ(Pisa)の斜塔から落体による重力の実験を行なったと言われています（実話かは不明）。ピサの斜塔の頂上から大小２種類の球を同時に落とし、両者が同時に着地するのを実演したと伝えられています。それまでの物体の落下速度が重さに比例するという理論の誤りを正し、空気の抵抗がなければ質量の大小にかかわらず加速度が一定であることを証明しました。
アポロ15号が月面に着陸して、宇宙飛行士 デイヴィッド・スコット(David R. Scott)さんがガリレオが唱えた法則が正しいことを証明しました。空気の無い月面において、ハヤブサの羽を片手に持ち、小型のアルミニウム製ハンマーをもう一方の手に持って、同時に２つの物を落としました。ガリレオが唱えたように、羽もハンマーも同時に着地して、土ぼこりを立てました。
アインシュタイン(Albert Einstein)が一般相対性理論を発表して万有引力に対する世界観も変わりました。一般相対性理論によると、万有引力は四次元時空間（時間及び空間）が質量によって歪むために生じると考えられています。一般相対性理論の基本となる等価原理は、慣性質量と重力質量は等価 すなわち 加速度運動している系と重力の作用している系は同じであることを示しています。具体例として、自由落下によって作られる無重力状態は、重力場が存在しない状態と等しいことになります。
相対性理論に基づいて万有引力の法則を定式化したものをアインシュタイン方程式と呼んでいます。非線形の方程式であるために簡単に解を得ることはできません。シュヴァルツシルト (Karl Schwarzschild)は、球対称な重力場に限定し、重力場自体が時間的に変動しない仮定の下で解を導き出しました。シュヴァルツシルトの解から、質量が高密度となれば、光を含めた一切の物がその強大な重力から外へ出られないブラックホール(Black Hole)の出現を予想しています。
時間の進みが変動するため、宇宙船がブラックホールに吸い込まれた場合、十分遠い場所から観察すれば、宇宙船の落下には無限の時間がかかり、ある位置でほとんど停止してしまうことになります。重力によって、速度が上がり、時間の進みが遅くなり、距離が長くなったようになります。見方を変えられば、重力場によって、時間そして空間が歪められ、重力角速度が働いているように思えます。
地表で通常感じる重力を 1G（9.8 m/s2）として、日常で重力加速度の変動を感じるのは、エレベータ(Elevator)に乗って昇降する時でしょうか。身体が重くなったり、軽くなったりして、少し落ち着かない気分になります。遊園地などでジェットコースター(Jet Coaster)に乗れば高い加速度を体感できます（富士急ハイランド ドドンパの最大加速度 4.25G）。登山をすれば、エレベスト頂上における重力は0.997Gに低下します。3%軽く感じる程度です。
航空・有人宇宙において飛行士が許容できる加速度の調査が行なわれています。背中に重力を感じる姿勢が最も耐えられ、最大15Gまで許容できるとの結果もあります。逆にうつ伏せですと許容できる加速度が8Gまでに低下します。ロケットでの打上げ姿勢は、真横に寝そべって座り、仰向け（顔が上空を向く すなわち 上昇方向）となります。アポロ宇宙船を運んだサターンロケット(Saturn Rocket)では加速度が4G以下に抑えるように制御されていました。スペースシャトル(Space Shuttle)は、3G以下であり、宇宙飛行士にやさしい乗り物でした。
地球上で生命は1Gの重力を受けて進化してきました。動物や人間が微小重力環境の宇宙へ滞在しても生存できることは確認されていますが、無重力が生命の進化へ与える影響は未知の研究領域です。カガーリンが宇宙飛行を行なう前では、高重力や無重力の環境下において人が生存できるかもわかりませんでした。
高重力に対する医学的試験は、大きい遠心加速器を用いて、人が座るコックピットをぐんぐん回して、高い加速度を発生されます。ソ連の時代、宇宙飛行士を対象として極限まで試験することはできないため、平均的な頭脳と健康体を持つ軍人が選ばれ、極限の医学的試験が行われました。体験者によれば10Gを７分耐えることもあったそうです。それらの試験は国家機密であり、試験に参加したことを外部に漏らすこともできず、宇宙飛行への貢献を称えられることもなかったようです。
そのようにして人が耐えられる加速度を知ることができました。しかし当時は、人が無重力 すなわち 重力を感知することが無い状況で生き残れるのかは確信が持てなかったようです。ソ連では、モスクワ大学にあるエレベーターを用いて２秒か３秒ほどの無重力を体感する試験が行われていました。アメリカでは、ボーイング707ジェット機に乗り、長い放物線上の弧を描いて飛んでいました。２分くらいの無重力環境を経験することができました。未知の無重力を克服してきました。
しかしながら、長時間の無重力状態が人体に及ぼす影響として、平衡感覚の異常、血液循環の衰え、血液内の赤血球や血漿の減少、骨の中のカルシウムの減少などが確認されています。重力による荷重がかかっていないため、骨の強度は低下していき、半年の宇宙滞在で平均15％減少するとの報告もあります。国際宇宙ステーションでは、毎日２時間の運動が計画的に組み込まれ、宇宙飛行士は体を鍛えています。減少する速度は抑えられますが、骨の強度は低下は防げていません。
地球から離脱するためには、まだまだ大きな課題が立ちはだかっています。
参考文献
- 宇宙への道 (1961年) (ポケット・ライブラリ)
- アポロとソユーズ―米ソ宇宙飛行士が明かした開発レースの真実
- 一般相対性理論の直観的方法
- Spacecraft Systems Engineering (Aerospace Series)
- ガガーリン ----世界初の宇宙飛行士、伝説の裏側で
我々の祖先である生命は地球で生まれたのだろうか 【パンスペルミア】
46億年前に地球が形成され、地球上において生命が誕生し、進化してきたと信じてきました。地球誕生当時、超高温で灼熱の大地であり、有機物は存在できないほどでした。もちろん生命も生存できません。その後、原始の大気と海をつらぬく稲妻による放電によって、無機分子から生命に必要なアミノ酸が生成されることをスタンリー・ミラー(Stanley Miller)が実験によって明らかにしました。
生命の構成要素となるアミノ酸やヌクレオチド(Nucleotide)などが生成されるのだから、長い期間を経て生命が生まれたと解説を安易に理解していました。しかし、地球が誕生したのが46億年前、地球上に生命の存在が確認されているのが40億年前と推定されています。その６億年のあいだで、アミノ酸がタンパク質へ．ヌクレオチドが核酸へと変化して、自己複製を備えた生きた細胞へ進化するには、十分な時間ではありません。もし地球上で生命が誕生したのならば、考えられないほどの奇跡が起きたことになります。その奇跡は超天文学的確率になります。
そのような研究を通じて、地球上で繁栄を迎えている生命の起源は、宇宙から飛来した説が有力となっています。「パンスペルミア(Panspermia)説」と呼ばれており、語源はギリシャ語で「あらゆる種の混合」を意味しています。日本語では「胚種（はいしゅ）広布説」とも呼ばれています。古い学説で生命は目に見えない胚種の形で偏在し、環境が良くなると生成するという説から由来しており、現代では地球の原始生命は宇宙から飛来したという説を示すことが多いです。
大気が安定してきた若い地球へどのように生命が辿り着いてきたのでしょうか？ 宇宙人が宇宙船に乗って地球へ生命の素を降り注いだのか？ 宇宙人の可能性はゼロではないものの、論理的に考えて困難であることは明らかです（以前の記事）。生命が超真空である広大な宇宙空間に浮遊することも難しいでしょう。宇宙から飛来するものと言えば「隕石(Meteorite)」があげられます。地球の大気で燃え尽きない大きさの隕石の中心に生命の源があれば地球に到達できます。しかし、そのような隕石が地球に衝突すれば、衝撃と摩擦で高熱に達して溶解してしまい、生命は生き残れないです。
隕石よりも有力視されているのが「彗星(Comet)」です。彗星は太陽系の遠方から到来するため、銀河系内外で生まれた生命が辿り着くことができます。彗星の内部には、水の存在が確認されています。また、宇宙空間で強烈な宇宙線を浴びて放射性のアルミニウム26(26Al)が生成され、アルミニウム26が崩壊する熱によって、彗星内部が暖められ、生命の生存に適した液体の水を保っていることが考えられています。そのような「温かい水たまり」では、微生物が住み続けられる環境を保つことができます。
そのような彗星が地球の周りを周回したり、地球へ激突することによって、生命がたどり着いたというシナリオは、パンスペルミア説の立証を強化することになっています。地学の研究から生物が地球上に誕生したのは40億年くらい前であり、地球に彗星が頻繁に衝突していた重爆期の最後から間もないときであることが明らかにされました。
遙かに遠い宇宙から到来して、永遠とも感じる時間をかけて、彗星は水の惑星に辿り着く。その間、住み着いていた微生物や胞子は、宇宙空間にむき出しになったり、強い宇宙線や紫外線によって、死に絶えてしまうかもしれません。しかし、ごく僅かな生き残りが、環境の良い増殖できる場所に移り住めれば、爆発的に生命を広めることができます。そのように、生命の情報である遺伝子が伝わって来たのではないかと考えられています。
構成する分子の観点から考察すると、地球上に存在する生命は、小さな微生物から大きくて複雑な植物や動物に至るまで、共通点があります。多様多彩な生命ですが、水、核酸、酵素という構成要素から構成されています。
核酸は遺伝子の担い手であり、デオキシリボ核酸（DNA: DeoxyriboNucleic Acid）はデオキシリボース(Deoxyribose)とアデニン(A: Adenine)、チミン(T: Thymine)、グアニン(G: Guanine)、シトシン(C: Cytosine)の４つの塩基から構成されます。リボ核酸（RNA: RiboNucleic Acid）は、リボース(Ribose)とアデニン(A: Adenine)、ウラシル(U: Uracil)、グアニン(G: Guanine)、シトシン(C: Cytosine)の４つの塩基から構成されます。DNAとRNAは、塩基の一部でチミン(T)とウラシル(U)が異なり、それぞれ対応します。
酵素ついては，20種類のアミノ酸によって構成されます。たった20種類のアミノ酸が繋がり、その数や配列の違いから10万種類ものタンパク質が構成されます。タンパク質によって生命の身体を作り出されています。
宇宙に渡って彗星が生命を運んでいるとすれば、生命の基礎となる遺伝子の起源は同じかもしれません。地球人以外にも宇宙人がいたとしても、起源をたどれば兄弟なのかもしれません。
参考文献
