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福島原発に投入された遠隔ロボットは何故故障するのでしょう?放射線の影響がある...

dat********さん

2013/9/2823:52:52

福島原発に投入された遠隔ロボットは何故故障するのでしょう?放射線の影響があるのでしょうか?

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rie********さん

2013/9/2907:32:59

もちろん、放射線の影響です。
なぜなら放射線のエネルギーは典型的に普通の可視光線の百万倍も高いため、通常の物質のあらゆる分子結合を壊してしまうからです。

そのため、電気回路の電流が流れにくくなったり、被覆線のゴムやプラスチックなどの被覆や電子回路の絶縁体などの分子構造が壊れて、もろくなったり絶縁の役を果たさなくなったりします。あらゆる電子回路に使われる半導体は劣化し、コンデンサーも蓄電しなくなります。普通の電子回路は10~20年も使えば自然に劣化して壊れますが、高い放射線はそれをあっという間にやってのけるわけです。
また、機械装置では可動部分に必ず潤滑油が使われますが、油はプラスチックなどと同じ炭化水素なので、やはり放射線で分子が破壊されて劣化し、蒸発や焼け付きなどをします。

総じて、金属は比較的劣化しにくいのでそれはもちますが、半導体やコンデンサやプラスチックやゴムや油など軽いものは劣化が著しく起こります。プラスチックファイバーなどもやられ、ガラスでも劣化するものがあるようです。

なので、可動部に油分を使わず、電気回路もない工夫をした全金属製の機械的マジックハンドのようなものなら大丈夫ですが、電気回路を組み込んだロボットなどはすぐ死んでしまうわけです。

それを防ぐには劣化しやすい部分をぶ厚い金属でくるむなど、放射線を遮断する工夫が必要です。
そのように、放射線の量で故障したり、動作不良を起すかどうかが決まります。

地球上の原子炉と宇宙空間の違いは、原子炉での放射線は放射性物質から出る放射線ですが、宇宙空間では宇宙線だということです。その主な成分は水素原子の原子核、つまり陽子です。
宇宙線には太陽から来る太陽風と、銀河空間を渡ってくるものがあります。太陽風は地球上の放射線よりエネルギーが低めで大量ですが、陽子なので薄い金属で止まりやすく、銀河宇宙線は少量ですがエネルギーが万倍も高いので貫通力が高くなります。

大気圏からずっと離れた人工衛星では大気に守られないので、それらのどちらからもダメージを受けます。しかし、エネルギーの小さい太陽風は衛星の壁で止まりやすく、銀河宇宙線は数が少ないので、ダメージの量としては事故原発の中よりはるかに少ないため、時々動作不良を起こしたりする程度で済みます。ただ、銀河宇宙線はエネルギーが高いため、ぶつかって放射線の多重発生反応をする場合があり、それによって一発の宇宙線で電気回路がイカレルこともあります。

太陽フレアが起こると、それから大量の太陽風が放出され高いエネルギー成分も増えるので、宇宙ステーションなどでも壁を浸透するものが増え被曝の危険があります。そのため、特別な防護部屋が用意されていて、フレア到達時には避難するそうです。銀河宇宙線は増えたりしませんが、ステーションの壁でも防げませんから、宇宙飛行士は地球上よりも高い被曝を被ります。

これまでの人工衛星の歴史の中で、時々明らかな原因なしで故障したものがみられますが、それはそうした宇宙線のせいで電子回路がやられたためと考えられています。

質問した人からのコメント

2013/9/29 08:28:17

解りやすい解説ありがとうございます。

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jkh********さん

2013/9/2900:35:36

参考にどうぞ
対災害ロボティクス・タスクフォースの公式ブログ
http://roboticstaskforce.wordpress.com/2011/04/10/%E3%83%AD%E3%83%9...

放射線は、電子機器の動作に影響を及ぼすことが知られている。影響の現われ方は、大きく分けるとTIDとSEEの二つに分類される。

TID (Total Ionizing Dose):放射線被曝の時間についての積算量が原因で起こる機器の劣化
SEE (Single Event Effects):単一の高エネルギー粒子の効果により、回路素子が誤動作あるいは破壊するなど影響をうけること

一部の対災害ロボットの耐放射性のうちTIDについては、手持ちのデータによりある程度の評価が可能な状況にある。一方、SEEについては宇宙環境ではその影響を無視できないが、原子力環境においては発生可能性は低いとの情報がある。

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