Gundersen Postulates Unit 3 Explosion May Have Been Prompt Criticality in Fuel Pool


When building 3 of the Fukushima Daiichi plant exploded last month, those who saw the video footage were left to wonder why it was more severe than the other explosions. Adding to the mystery were reports that the containment and reactor in building 3 were still intact. Gundersen discusses several known facts about Fukushima 3 and theorizes on a possible scenario leading to the explosion.


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Good evening. I'm Arnie Gundersen from Fairewinds.

We have been getting a lot of emails at Fairewinds on many topics. But one topic has generated a lot of questions and concerns and some really thoughtful remarks. And that is:

What happened at Unit 3? Why did that explode the way it did compared to Unit 1 and all the other reactors on site. Today, I want to use the opportunity to talk about what we know for sure about Unit 3 and a couple of theories about what could have caused the devastation we see at Unit 3.

To begin with, the Unit 3 explosion is much more dramatic than the Unit 1 explosion. Now engineers have a term called “detonation.” And they have a separate term called “deflagration.” What that means is that they are both explosions in lay terms, but a deflagration, is when the shock wave travels at the speed of sound. A detonation is when the shock wave travels faster than the speed of sound. And a detonation is much more damaging than a deflagration. So that may seem like a technical nuance, but it is really the difference between what happened on Unit 1 and what happened on Unit 3.

If you look at the plume that was generated at Unit 1, it kind of moves away from the building at a much more leisurely pace than what happened at Unit 3.

I would like to go into a couple of things we know for sure about Unit 3 and then postulate the reason why I believe it happened.

First off, it is obviously a much more massive explosion than Unit 1. The second thing is that there is a large amount of energy that goes straight up and we would call that a vector. There is an upward vector on Unit 3 that Unit 1 does not have and that is an important clue here that we will get to in a minute.

The next thing is that it is clear in Unit 3 that there is an explosion. If you look at the south side of the building, that is the right side of the building, there is a bright yellow flash before the black smoke begins to go upward. That is another important clue that we will get to in a minute. The other thing is that pieces of nuclear fuel rods were discovered as far away as two miles from the plant. If you look at Unit 4, which we have talked about in the past, the fuel rods are dry but the fuel racks are intact. So it is really unlikely that nuclear fuel rods could be thrown from the Unit 4 pool a couple miles away, which leads us to the fact that the fuel that has been found off site had to come from Unit 3.

The other things that have been discovered is that uranium, as a very fine dust, has been found in Hawaii and on the West Coast. Plutonium has been found on the site as a very fine, powdery dust. And another element, called americium, has been found in New England. All of those are what we call transuranics, they are heavier than uranium. And that is an indication that nuclear fuel was damaged and that nuclear fuel was volatilized at Fukushima. The other things are that the photographs of Unit 3 after the explosion indicated that a large portion of the building is missing, especially on the south side. But yet the infrared picture of the same building, shows a heat source still on the south side.

Last, but not least, is that we are sure, that the data indicates that the containment itself and the reactor itself on Unit 3 remain intact.

So we have got a mystery here. We have got a reactor and a containment intact but we knew the building was blown to smithereens. Why? I believe that the fuel pool, which is a large 50 by 50 by 50 feet deep container, was empty and it filled with gasses and blew upward. Now the top of that pool would be open, the sides would be a barrier, and that could be the cause of that upward projection of material. Now that accounts for a couple more things. Basically what I am saying is that the fuel pool is like a muzzle of a gun. It was pointing upward and it blew upward. And the other thing is that if you look at the photos, there was an awful lot of rubble coming back down. Now that is fuel racks, fuel rods, and pieces of uranium and plutonium.

So that accounts for the fact that uranium and plutonium were found as far away as a couple of miles off site. The other thing it shows is that the blackness of that cloud indicates that uranium and plutonium were volatilized. In other words, they were turned into a really fine aerosol which can find it's way across the Pacific and in Hawaii and on the West Coast and now here in New England as well.

So here is the question: what caused that upward force? If it were just hydrogen, a hydrogen-oxygen reaction would create water. When that happens, the sound wave travels at the speed of sound and it is a deflagration. That is what happened in Unit 1. It is dramatic, but it is not explosive.

What caused the explosion in Unit 3? Clearly, there was an explosion for two reasons. One is the magnitude of the plume moving upward and the other reason is the red flash on the side of the building. A deflagration does not give a red flash like that, a detonation does. So the question is what caused the detonation? A hydrogen-oxygen reaction alone will not do it. There has to be something more here.

The jury is still out on why. But a plausible reason is that the hydrogen reaction started, which then caused a shock wave to move and distort the nuclear fuel in the pool. The distortion of the nuclear fuel in the pool, creates a prompt nuclear reaction, which then blows the rubble out of the pool, up in the plume and creates the energy needed to create the dramatic event that we have seen at Fukushima Unit 3.

There is a way to test this hypothesis and the way to test it is to look at the types of isotopes that are in that smoke. Now we know the military had planes up and we can also assume that there were laboratories counting the material. There are two xenon isotopes and depending on the ratio, we can determine if it was a prompt criticality or not in that fuel pool.

So the evidence is there, but we are not getting it yet, but I would assume that our government has it. Well thank you very much and as more information becomes available, I will keep you informed.

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こんばんは。フェアウィンズのアーニー・ガンダーセンで す。フェアウィンズにはいろいろなテーマについてたくさんの電子メールが寄せられます。今とりわけ多くの質問と懸念、いくつかの良く考えられた発言が寄せ られたのが、「福島第一原発の3号機に何が起きたのか」という問題です。3号機の爆発のしかたは1号機ともほかの原子炉とも違います。なぜでしょうか。そ こで今日は、確実にわかっている事実に基づきながら、3号機で何が起きた可能性があるかを考えてみたいと思います。

まず最初にいえるのは、3号機の爆発は1号機よりはるかに大規模だということです。工学の専門用語に「デトネーション(爆轟)」と「デフラグレー ション(爆燃)」というのがあります。どちらも平たく言えば「爆発」ということですが、「デフラグレーション」で生じる衝撃波は音速を超えません。一方、 「デトネーション」のほうは衝撃波が超音速で伝わります。したがって、デフラグレーションよりデトネーションのほうが被害は大きくなります。専門的なニュ アンスの問題と思われるかもしれませんが、この2つの違いこそが1号機と3号機の爆発の違いを生んだのです。


まず、3号機の爆発はご覧の通り1号機と比べてはるかに大規模です。また、大量のエネルギーがまっすぐ上に向かって放出されたのがわかります。専 門用語でいえばベクトルです。3号機の爆発では、1号機の時にはなかった上向きのベクトルが見られます。これは重要な手がかりですので、のちほどまた詳し く説明します。次に、3号機の場合は明らかに爆発が起きたことがわかります。建屋の南側、つまり右側を見れば、黒煙が上がる前に黄色い閃光が確認できるか らです。これも重要な手がかりですのでのちほど説明します。

もうひとつの事実は、核燃料棒の破片が原発から2マイル(3.22キロメートル)以上はなれた地点で見つかっていることです。前にもお話した通 り、4号機では燃料棒が乾燥[水に浸かっていない状態?]していましたが、燃料ラックは壊れていませんでした。したがって、数キロ飛んだ燃料棒の破片が4 号機の燃料プールからのものとは考えられません。だとすれば3号機から飛んできたことになります。

そしてもうひとつ、アメリカのハワイと西海岸でウランの微粉末が、また原発の敷地内ではプルトニウムの微粉末が検出されています。アメリカ北東部 のニューイングランド地方でもアメリシウムが確認されています。これらの元素はすべて「超ウラン元素」と呼ばれ、ウランより重いのが特徴です。超ウラン元 素が発見されたとすれば、福島原発で核燃料が損傷して揮発化した可能性があるということです。

3号機の写真を見ると、爆発後に建屋のかなりの部分が失われています。とくに南側が顕著です。ところが、同じ3号機建屋の赤外線写真を見てみる と、爆発後も南側に熱源が残っているのがわかります。データを見るかぎり、3号機の格納容器自体、原子炉自体が損傷していないことは確かです。じつに不思 議です。原子炉も格納容器も壊れていないのに、建屋は粉々に吹き飛んだ。なぜでしょうか。私の考えはこうです。縦15m×横15m×深さ15mの燃料プー ルが空になっていたのです。そこに気体が充満し、上方に吹き飛んだ。プールの上には蓋がなく、側面には壁があるために、エネルギーは上に向かうしかなく なって物質を噴き上げた。そう考えればほかのいくつかのことにも説明がつきます。たとえるならば燃料プールは銃の銃口のようなものです。銃口が上を向いて いたので、上に向かって発射されたわけです。

映像からわかる点はもうひとつあります。爆発のあとで大量の瓦礫が降ってきているということです。これらは燃料ラックや燃料棒であり、ウランやプ ルトニウムのかけらです。原発から何キロも離れたところでウランやプルトニウムが発見されたのはそのためです。それから、煙が黒いことにも注目してくださ い。これはウランやプルトニウムが揮発したしるしです。言い換えれば、エアロゾルと呼ばれる非常に細かい微粒子になったということです。だから風に乗って 太平洋を越え、ハワイや西海岸に、そして今やこのニューイングランドにまで達することができたのです。

では、上向きのエネルギーを生じさせたものは何でしょうか。ただの水素爆発だとしたら、水素と酸素が反応して水ができます。そうすると、爆発が起 きてもその衝撃波は音速を超えません。つまり「デフラグレーション」です。1号機で起きたのはこれです。見た目は派手ですが、激しい爆発ではありません。 では、3号機が爆発した原因は何でしょうか。実際に爆発があったことは間違いありません。理由はふたつあります。ひとつは噴煙がかなりの高さまで噴き上 がっていること。もうひとつは建屋の側面に閃光が見えたことです。「デフラグレーション」であれば閃光が起きることはありません。閃光を生じさせるのは 「デトネーション」です。

では、デトネーションを起こした原因は何なのか。水素と酸素が反応するだけでは不十分です。ほかにも何かあったに違いありません。まだ確たる結論 は出ていませんが、水素爆発が起きたためにその衝撃波でプール内の燃料棒が動いて歪んだ。そのせいで即時に核反応が起き、プール内のものを粉々にして上向 きの噴煙として噴き上げたと考えれば辻褄が合うのではないでしょうか。それによって生まれたエネルギーが、私たちが3号機で目にした凄まじい光景を作り出 したのです。

この仮説を確かめる方法がひとつあります。噴煙に含まれる同位体の種類を調べるのです。アメリカ軍の飛行機が上空を飛んでサンプルを採取している ことは分かっています。すでに研究所で調べていることでしょう。キセノンには2種類の同位体があり、それらの比率を調べれば、燃料プールで即発臨界が生じ たかどうかがわかります。つまり証拠はあるのですが、まだ私たちには開示されていない。ですが、おそらくアメリカ政府は証拠をつかんでいるものと私は想像 しています。