ファラデーの原論文を読む

マイケル・ファラデーは19世紀を代表する天才物理学者であり、その電磁気の研究でよく知られる。その影響力は現代社会において計り知れないものがある。例えば、先日起きた北海道のブラックアウトで注目された発電所であるが、一般に、火力発電所も、水力発電所も、原子力発電所も、ファラデーが発見した「電磁誘導の法則」によって発電を行なっているのは周知のとおりである。ちなみに、電磁誘導の法則を利用しない発電機構は、太陽光発電だけであり、それは光電効果（アインシュタインがノーベル賞を取った研究内容）で発電する。

さて、ファラデーの主要な論文は、王立協会(the Royal Society of London)が17世紀から出版する"Philosophical Transactions of the Royal Society of London"で読むことができる。今回はそのうち導体と絶縁体について論じたシリーズ12の論文

Michael Faraday,
Phil. Trans. R. Soc. Lond. (1838), 128, pp.125-168

を読んでみた（閲覧は無料である）。

この論文は、「電流／放電現象」には何種類かある、という書き出しから始まっており、その最初のカテゴリーである「通常伝導」についての議論が展開される。そこでは、キャベンディッシュもポワソンも、「伝導と絶縁という二つの概念の違いについての明確な説明を与えていない」という問題提起がなされる。これに対するファラデーの答えは、非常に控えめな書き方を採用してはいるが、心の中には確固とした信念があることが読み取れる。特に、1326段目の文章は重要であるので、引用してみたい。

"All these considerations impress my mind strongly with the conviction, that insulation and ordinary conduction cannot be properly separated when we are examining into their nature; that is, into the general law or laws under which their phenomena are produced."

 この段落の前に議論していたのは、鯨油は誘電物質（電場に反応して分極、要は電荷を発生させる物質）であると同時に伝導体（つまり電気を通す物質）でもある、という議論や、ガラスや樹脂なども誘電物質かつ伝導体と言おうと思えば言えなくもないが、その程度は鯨油に比べ弱い、とかいった議論である。「こういった議論を踏まえると、物理的な性質の観点からみて、絶縁体（電気を通さない物質）と伝導体（電気を通す物質）とを分けるのは無理なのではないか？という気持ちに強く傾いていく」とファラデーは述べている。そして、「絶縁も伝導も、より一般的な法則によって共通に説明されるべき現象なのではないだろうか」とコメントしている。

続く文章では、その「一般的な法則」がどんなものになりそうか推論している。

They appear to me to consist in an action of contiguous particles dependent on the forces developed in electrical excitement; these forces bring the particles into a state of tension or polarity, which constitute both induction and insulation; and being in this state, the continuous particles have a power or capability of communicating their forces one to the other, by which they are lowered, and discharge occurs.

「絶縁も伝導も、なんらかの粒子が存在し、その振る舞いによって説明されるべき現象ではないかと考える。この粒子は、電気的なエネルギー励起によって発生す力（電圧、あるいはポテンシャルエネルギーの勾配、つまり電場）に従って運動し、電流が流れる際には一種の緊張状態（励起状態）、すなわち分極状態、へと変化するのであろう。この緊張状態へ（エネルギー的に）上がった粒子は、電気的な相互作用を媒介して、脱励起を起こし、放電へと至るのである。」

エネルギーという言葉は使ってないが意訳ということで勘弁願いたい。現代物理の観点からすれば、「なんらかの粒子」というのは電子に他ならない。電圧やポテンシャルエネルギーの概念が採用されていないので、ちょっと読みにくいところもあるが、結局は電圧がかかると、原子に束縛されていた電子は、電場の作用により電離し、自由電子となって流れ始めるということである。この際、電流が流れる物質原子の結晶構造（バンド構造）によっては、電気抵抗が高くなったり、低くなったりして、絶縁体となったり、導体となったりするというわけだ。ファラデーは、もうこの段階で、電流とはどんな現象なのかほぼ完全に理解していたと言ってよいだろう。さすがである。

そして、次の文章が決定的である！

Every body appears to discharge; but the possesion of this capability in a greater or smaller degree in different bodies, makes them better or worse conductors, worse or better insulators; ....

 「全ての 物質は放電する（電気を通す）。ただ、物質の種類によって、電気を通す程度が大きかったり、小さかったりするだけである。絶縁体と呼んでみたり、導体と呼んでみたりするが、良い絶縁体と悪い導体は同じものであり、悪い絶縁体と良い導体も当然同じものの言い換えに過ぎないのである。」

つまり、電気を通すものと、通さないものに分けるという、あの小学校の理科の授業は、ファラデーのこの論文に真っ向から論争を挑んでいる、ということなのである！

北海道電力のホームページが復旧

北海道電力のwebサーバーが復旧したので、さっそく泊原発に関する文書を見てみた。

 「電源を絶やさない」と題されたこの文書には

●外部電源の受動ルートの多重化
●代替用非常用発電機

など、大停電を経験する前にみたら「これでひと安心だ」と言ってしまうであろう項目が並んでいる。しかし、今回の大停電が実際に発生したという観点から、これらの項目を検証すると 「安心」とは程遠いことが浮き彫りになる。

最初の「受動ルートの多重化」であるが、これだけ読めば「念には念を」の感じを受けるが、実際には多重化されたその先は共通電源「苫東厚真火力発電所」だったわけだ。だから、大元が落ちれば、いくら受動ルートを多重化しても「電源は絶えてしまう」。報告書に満載の威勢の良い言葉というのは、こうやって落とし穴をはらんでいるのか、と感心した次第である。

代替用非常用発電機の項目には、その発電機が何時間稼働できるのか書いてない。停電が起きてもすぐに復旧できるという「常識」に支配され、「北海道の電源が何日も何日もすべて喪失される」ということをまったく想定していない。「非常時の対策」を書いているはずが、「常時の状況」を仮定して頭を動かしているのが よくわかる。

そういう意味では、東海原発の管理会社の方がきちんと考えているのがよくわかる。ちゃんと「一機につき八時間連続運転が可能」と明記されているからだ。

そもそも、不十分ではあっても、このような重要な文書が、アクセス殺到のためにサーバーがダウンし、肝心の災害時に参照できないというのは、大きな問題である。北海電力のリスク管理の体質が透けて見えてきた感じがする。

TVで見かけたのだが、前の気象庁の役人で、現在どこかの大学の教授になっている人が、最近の地震の震源の３次元分布図を見せてくれた。震源の分布がきれいにプレートの形をなぞっているのがわかる。今回の地震は浅いけれど、北米プレートと呼べるような場所で起きているのがみて取れた。太平洋プレートの沈降に引きずられて、歪みを溜め込んでいる場所のようにみえた。この先生は「今回の地震は始まりであって、これからやってくるもっと大きな地震へ至る「準備段階」みたい に考えることができる」とコメントした。もしかすると、来たる近い将来起きる、津波を伴う大地震のファンファーレが鳴ったのかもしれない。

東北の地震のときも、栗駒の山肌がえぐられるような大きな地震が起きた（岩手宮城内陸地震）。 2008年だから、東北の大震災の３年前である。山の崩れ方がよく似ている。

泊原発の外部電源は復旧したらしい

各報道機関の発表（たとえば東京新聞の記事はこちら）によると、泊原発への外部電源は復旧した模様。これで一安心（と思いたい）。

しかし、肝心の一般家庭への電力供給を差し置いて、冷却水の循環のためだけに泊原発を優先したこのやり方は、一部の人から苦情がでるに違いない。

原子力規制委員会では、泊原発再開に向けて北海道電力は非常に「よいプレゼン」をしていたようだが、やはりいろんな「想定外」のことが起きて、事故というのは起きるから（今回の断層地帯についてはあまり注意勧告は出ていなかったと思う）、北海道に原発を置くというのは、よくないことではないかと考える（苫小牧の火力発電所の停止が、どうして泊原発の危機を生んだのか、よく考えてみる必要がある。原子力規制委員会はこういう問題があることに気づいていたとは思えないので）。

多くの人が指摘しているように、この大地震と大停電が真冬の北海道で発生したら、大変なことになっていただろうし、北海道の電力の要が苫小牧の一箇所に集約されているというやり方は、危機管理、リスク分散の観点からどうだったのか、こちらも再検討が必要だろう。

北海道の大停電に伴う泊原発の状況（３）：苫東厚真火力発電所は復旧に一週間程度

つい先ほど、世耕大臣のtweetが更新された。苫東厚真火力発電所はタービン部分が発火しており、復旧に一週間以上かかるという。いわゆる「悲報」というやつである。

泊原発の非常用電源の燃料がもつことを祈るしかない... まずい状況になりつつある。

北海道の大停電に伴う泊原発の状況（２）：火力発電所の状況と、泊原発の非常用電源の数

北海道の電力供給システムは、報道によると、苫小牧にある苫東厚真火力発電所が基礎となっていて、ここが動かなくなると北海道全域の電力供給に影響がでるそうである。いわゆる「ブラックアウト」しやすい体質であったということだ。

地震の揺れを感知して、この火力発電所は停止したらしいが、ここが止まるとその歪みが北海道全域に波及してしまうようだ。それが実際に本日発生し、北海道の火力発電所が全て停止、という状況になってしまったようだ。

当初は、水力発電所の電気を使って、苫小牧の火力発電所を再稼働し、順次北海道内の火力発電所を再稼働していく方針であったが、苫東厚真火力発電所の施設本体に損壊が見つかったそうで（それがどういう損壊はわからない、深刻なのか、軽微なのか？）、当初の計画は実行できないことになった。

停電の解消して原発を危機から救う作戦は、したがって、当面は実行できない見込みとなり、心配な状況が続く。

日経の過去の記事に次のようなものがあった：泊原発は2015年に貯水設備を増設。電源がなくとも（重力の作用で）冷却水を一週間程度は供給できる。

北海道電力のホームページで、泊原発のスペックを調べようと思ったが、アクセスが殺到したようで、現在サーバーはダウンしている。 代わりに、原子力規制委員会が公表している安全アセスメントに関する文書を参考にすることにした。

この文書によると、非常用電源は各原子炉に２台付属している。泊原発は３機の原子炉があるので、６台ということになる。また、移動用の電源車両も複数準備してあるそうである。これが本当なら、確かに一週間は電源なしでも持ちこたえられそうな気がする。

少し安心した...

北海道の大停電に伴う泊原発の状態

今朝未明（2018年９月６日午前３時ごろ）に、北海道で起きた大地震により、現在北海道全域が停電している。大停電、いわゆる「ブラックアウト」状態である。

これにより、北海道の岩内（ニセコの近く）に近い場所にある泊原発の電源が喪失となった。福島原発が爆発した時を思い起こさせる嫌な展開である。ただ、現在は非常用のディーゼル発電機が作動し、それを電源として使用済み燃料のための冷却システムを稼働している。

使用済み燃料というのは、使用前の核燃料に比べて、圧倒的な放射能強度を持ち、そこから出てくる崩壊熱はたいていの金属を溶かしてしまうような高温（数千度）を発生するため、冷却する必要があるのだ。日本の主な原発は水冷式を採用している。水は100度（ただし、１気圧の場合。もし台風が近づいているならもう少し低い沸点になるはず）で沸騰してしまうので、水を循環させて常に冷たい水を供給する必要がある。

したがって、電源喪失というのは、使用済み燃料の安全管理の観点からすると、最大の問題であるといえる。もし、非常用電源の燃料が尽きてしまえば、冷却用の水はみるみる沸騰して干上がり、灼熱の放射能物質は遮蔽壁を溶かすことになるだろう。そこから染み出す使用済み燃料の中には、揮発性の放射性物質、例えばヨウ素131とか、セシウム137とか...嫌な名前が再登場することになる。こうなると、付近の放射能汚染が発生する。特にヨウ素131は空気や水（川、海、雨）に溶け込んで、子供達の体に入り込むと、深刻な内部被曝を引き起こし、甲状腺癌の発生リスクが上昇する。また北海道以外に住む人にも影響は発生するだろう。それは、北海道の農産物（牛乳、チーズ、ヨーグルト、牛肉、羊肉、鶏肉、それに野菜など）に対する放射能汚染が広がり、「風評被害」も発生したりして、食生活が混乱する可能性は大いにある。

多くの人が気になるのは、この発電機があと何時間もつのか？そして、北海道電力による電気の復旧は間に合うのか？ということであろう。北海道電力の状況を知ることは、現場の担当者でもはっきりしたことは言えないだろうから、そちらを調べるのは後にして、まずは非常用ディーゼル発電機の稼働限界時間について調べてみることにした。

まだ直接の情報は見つかっていないが、東海原発を管理する「げんでん」（日本原子力発電株式会社）の説明文が見つかったので、ここに引用しておこう。

この文書によると、東海原発の非常用電源一機につき八時間の連続運転が可能であるという。一つの発電機で、東海原発の冷却システムのすべてを作動させることができるという。電源は全部で３機あるので、二十四時間、すなわち１日は連続運転させることが可能だという。また、施設内の貯蔵タンクからの補給が可能であれば、一週間以上の連続運転が可能だと説明されている（福島のケースで考えると、このあたりが実際には問題となるはずで、現実にはホースが破れたとか、つなぎ目が変形して入らないとか、タンクにヒビが入って貯蔵タンクは空になったとか、いろいろな問題が起きる可能性はあろう）。毎日新聞の報道でも「一週間程度」という数字は出ているし、世耕経産省大臣のtwitterにも（根拠は薄弱だが）「一週間分は確保している」と書いてある。（追記：毎日新聞は、さきほど非常用電源の継続時間を「１０日間」に変更した。）

この文章を書いている最中に、世耕大臣による新たなtweetがあり、「苫東厚真火力発電所に損壊が発見された」ということである。北海道電力による電源の復旧はまだ先になりそうで、こちらはかなり心配である。

泊原発のスペックに関する調査は引き続き行うことにして、とりあえずはここまでわかったことをまとめてみた。

高尾自然科学博物館の閉館と再開

シムライノデの（唯一の）群生地を東京で発見した渡嘉敷裕氏の所属を調べているうちに、東京都立高尾自然科学博物館のことについて知ることとなった。渡嘉敷氏はこの博物館に所属していたと思われる（博物館の沿革を読むと、どうやら館長ではなかったようだ）。

この博物館は平成16年、すなわち2004年に廃館となっている。理由は東京都の財政難であった。この時期の都知事は誰か調べてみると、またもや登場、石原慎太郎氏である。渡嘉敷氏の研究拠点を奪ったのも、渡嘉敷氏が発見したシムライノデの群生地を破壊するよう指示したのも石原氏だったということだ。調べていて、これにはショックを受けた。

ただ、高尾、多摩の人々の温かい支援を受けて、この博物館は2015年に「Takao 599 museum」として再開したのは、嬉しい限りである。貴重な資料、標本、所蔵品がそのまま移管されたようで、一安心である。一方で、ブラジルの国立博物館は気の毒である。この火事も予算削減が原因で、そのきっかけがオリンピック開催による財政難だというから、石原さんと関係ないわけではないかもしれない。