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2011/04/09

「想定外」は工学では最も重い罪

今回の東日本大震災では,たくさんの "想定外" の事象は発生したものですから, "起こさないこと" に重点を置き, "起きた時にどう対処するか" を実に本当に考えていなかった結果,深刻な事態が各所で発生しています.

理学の分野では "想定外" は胸躍ることであり,それを常に探し求めることが仕事の重要な一部となります.ニュートン力学が想定していなかったことが次々と発見された19世紀末から20世紀前半にかけて,量子力学特殊相対性理論という新しいパラダイムが構築されていきました.理学にとっては "想定外" は革新のための駆動力であり,想定内のことしか起きないのであれば,そこで学問は停滞してしまいます.

しかし,工学ではそうはいきません.工学はあくまでも実用の学です.私たちが生活する日常空間で,技術的にも経済的にも成立するモノを作り上げ使用していく,というための学問です.基本的な性能を発揮するための "定格条件" がまず想定され,その条件で技術や経済性が成立することが検証されます.その次に行われなければならないのは,"非定格条件" でのモノの振る舞いが,重大な影響を及ぼさないように,さまざまな対策をモノに内包させる,あるいは外部の補機にその機能を付与する,という設計が必要になります.

ここで難しいのは,対策を取る "非定格条件(事象)" の範囲をどこまで拡大するかです.この範囲を広く取りすぎると,対策には莫大なコストがかかり,工学的なモノは設計できなくなります.一方,範囲を狭く取りすぎると,モノの設計寿命内に "想定外" の事象に現実に遭遇し,重大な影響を使用者や外部に与えてしまうことになります.

注意しなければならないのは,非定格条件(事象)を "想定する" ことと,そのための "対策をとる" ことは異なる概念だということです.想像力を働かせれば,想定の範囲はいくらでも広げることができます.しかし,現実にどこまで対策を取るかは,コストを考慮せざるを得ません.従って,工学的にはいくつかのシナリオに分かれます.

  1. 事象を想定し,影響を評価し,対策を取る
  2. 事象を想定し,影響を評価するが,十分な対策は諦める
  3. 事象を想定するが,影響を十分に評価できないため,最大限の安全係数をもって対策とみなす
  4. 事象を想定するが,影響を評価できず,対策も取らない
  5. 事象を想定せず,対策も取らない

このとき,工学で許されるのは(1)(2)(3)までであり,(4)(5)は工学では許されない,と私は考えます.後半の二つは技術者倫理に抵触し,職業上の罪であると思います.特に(5)は最悪の罪で,想像力の欠如,あるいは思考停止,あるいは無能,などという侮蔑的なラベルを張られても仕方がありません.

注意を要するのは(2)の場合です.これは,影響の評価は行うものの,それをわかったうえで十分な対策は諦めるというものです.これは(4)や(5)と同じではないかと思われるかもしれませんが,そうではありません.影響評価を行い,それを社会に公表し,そのうえで社会全体の合意として十分な対策は諦めざるを得ないと決断するものです.これは例えば,恐竜の絶滅を引き起こしたような小惑星の衝突にどう対処するか,というような場合に当てはまるものです.

ここでは例として自動車と原子力発電プラントを考えてみます.

自動車ではどのような "非定格条件(事象)" が想定されているのでしょうか?最も代表的なものは衝突事故です.自動車の設計には,衝突時を想定したさまざまな対策が取られています.搭乗者を直接守るためのシートベルトやエアバッグを筆頭に,ボディ前面の剛性や塑性変形のさせ方の工夫,エンジンなどの重量機器の衝突時の挙動,ドアやピラーやボディ側面の剛性,燃料タンクの配置と強度などなど,おびただしい数の項目が検討され,設計され,そして実際の衝突実験を通して検証されていきます.人体についてはダミーと呼ばれる高価な人形を使って肉体的損傷が評価されます.

そして,この時に最も重要な前提は,時速何km/hまでの全面フルラップあるいはオフセット衝突であれば,どの部分が守られ,どの部分が守られないか,ということが設計時に明らかになっていることです.いかに対策が施されているとはいえ,時速150km/hでコンクリート壁に正面衝突した場合に搭乗者の肉体が損傷を受けないという設計はきわめて稀なはずです.何故でしょうか?それは対策のコストが膨大なものになり,ほとんど誰にも買えない安全装置の塊のような代物になってしまうからです.そのため,このような事故の場合は安全でいられることは諦めてください,という暗黙の前提のもとに自動車は設計され,売られ,買われているわけです.これは上記シナリオのうち(2)に相当します.

では,時速40km/hで対向車とオフセット衝突をした場合はどうでしょう?この場合には,かなりの確率で搭乗者の命が守られる設計になっているはずです.そのためのコストも長年の技術開発のおかげで一般消費者に負担できる程度に抑えられています.私たちは,この前提に大いに期待し依存しているわけです.これは上記シナリオのうち(1)に相当します.

自動車はわかりやすい例です.なぜかというと効用とリスクが明確で,被害についても,効用のためにリスクを取った本人の命と引き換えという単純な関係が保たれるからです.

さて,問題は原子力発電プラントです.原子力プラントが厄介なのは,どんなにわずかな可能性であっても,それが破壊された場合の影響が甚大かつ長期に亘るからです.どこまで "非定格条件(事象)" を拡大すべきでしょうか?効用とリスクの関係はどうなっているのでしょうか?シナリオ(1)が理想であることは当然ですが,では,隕石の衝突まで考慮すべきでしょうか?あるいはテロリストに乗っ取られた旅客機の衝突は?

まず,巨大地震や大津波は当然想定されるべきでしょう.なぜならば,一人の人間の生涯で,これらを経験するのは一度だけとは限らないほど頻度が高いからです.今回の東北地方太平洋沖地震が1,000年に一度しか起きないようなきわめて稀な地震,という見方に私は反対します.この地震の年表をご覧ください.日本の周囲では巨大地震が頻繁に起きています.日本のいずれかの地点で巨大地震が起きる頻度を考えると,少なくとも10年から20年に一度という程度は想定しておくべきと思います.原子力発電プラントの設計寿命は40年程度ですから,稼働期間中に最低2度程度は巨大地震や大津波に遭遇すると考えて対策を取っておくべきです.これが出来ていなかった日本の原子力工学は重大な欠陥を抱えていたと言わざるを得ません.

地震に関する学問も他の学問と同じく日進月歩です.古い時代の地震の痕跡を調査し,被害の規模を推定する分野も進歩しています.これまでに記録や痕跡が残っている最高の津波は1958年にアラスカ南端のリツヤ湾で起きたもので何と高さ520m!尤もこれは津波というよりは水跳ねと言うべきだそうですが,同じ湾で1936年に起きた津波の高さは147mですから,やはりこれはすごい!これらは例外的な地形に基づくものとして除外したとしても,高さが数10mの津波はここ100年のうちに地球上で何度も起きている,という事実を肝に銘じておくべきです.古地震学とでも言うべき分野が発展し,そこから謙虚に教訓を得ていく姿勢が必要となるでしょう.とてつもなく強い自然現象が,実はかなり頻繁に起きているという事実を素直に認めるべきです.

現象の強さ以外に工学的な制約条件として,地震直後に外部電源や非常用発電機が失われ,かつプラントが陸路から孤立して外部からの支援が得られないという想定も,若狭湾の狭隘な海岸地形に立地された原子力プラントでは十分に現実的です.これらはどこまで想定されているのか,大変気になります.

それでは隕石の衝突はどうでしょう?こちらは地震の頻度に比べると桁違いに少ないのですが,それでも起きた場合の影響は評価しておく必要があります.最も最近の隕石の記録は,シベリアで1908年に起きたツングースカ大爆発です.このクラスの爆発が原子力発電プラントの間近で起きると,プラントは完全に破壊され,大量の放射性物質が周囲に飛散すると思われます.このような想定に対しては,上記シナリオのうち(2)または(3)を採用することになるでしょう.隕石が陸地ではなく海洋に落ちるとこれは津波をもたらすはずで,この場合もやはり(2)か(3)を採用せざるを得ないと思います.

隕石の衝突など考えていたらきりがない,それは天が落ちてくるのを心配するのと同じことだ,というのがこれまでの日本の原子力工学の立場だったのですが,しかしつい100年前に,日本からさほど遠くないところでこのようなことが現実に起きたことをどう思っているのでしょう?シナリオ(4)や(5)は隕石の衝突に対しても許されないことだと思います.地球上で発見されている比較的新しい隕石衝突の痕跡だけでもこれだけのものがあります.確かに頻度は非常に小さいのですが,1万年に一度よりは大きいと想定するのが妥当と思います.

また,地球に衝突する可能性のある天体の探索も進んでおり,中にはアポフィスのように,今後100年間の間に数回の衝突可能性を指摘されているものもあります.このような小天体は観測が進むにつれて増えていくはずで,まさに天が落ちてくる心配をしながら対策を打っていく,という姿勢が必要になるはずです.

テロリストによる旅客機の衝突は十分に現実的な想定です.アメリカ同時多発テロ事件でテロリストが原子力プラントを狙わなかったのは不幸中の幸いでした.これは隕石の衝突などよりははるかに高い確率で起こりうる事象なのですが,原子炉格納容器をどの程度のまで耐えられる設計にするのか,難しい問題ではあります.変型版として,例えば北朝鮮からの弾道ミサイルが原子力発電プラントに照準を定められている場合なども考えられます.

このように考えを進めていくと,日本の原子力工学や原子力行政がいかに狭い範囲に限定して "想定" を行ってきたかがわかる一方,シナリオ(2)を取らざるを得ない場合も多く,社会的合意をどのようにとっていけばよいのか,試行錯誤が必要な課題も多いと気づかされます.いずれにせよ,効用とリスクを天秤にかけた場合,万全の対策というのはあり得ず,必ずリスクをはらんでいるということを,行政当局は周知させる必要がありますし,市民の側にも覚悟が求められることは明らかです.

市民の側に覚悟ができない場合には,エネルギーをふんだんに利用できるという現代文明の効用を諦めるという別の覚悟が必要になり,再生可能エネルギーと,地球温暖化に影響しない程度の最小限の化石燃料によるエネルギーだけで成り立つ文明を築き直す覚悟が求められます.私自身にはその覚悟がありますが,世界全体にその覚悟が出来るかについては非常に悲観的です.なにしろ人口を現在の数分の一に減らし,森林からの木質エネルギーと,有機農法で成立する農業社会が基本になりますので.そこまで立ち返る覚悟があるかと.

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コメント

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投稿: 通りすがり | 2011/04/11 16:46

通りすがりのかた,

警告ありがとうございました.キリル文字ばかりでどうしたものかと思っておりました.つい先ほどスパムコメントを削除しました.

投稿: 俊(とし) | 2011/04/11 22:07

私もこの内容に大賛成です。
σ(^_^)のように大学で科学を学んだくらいの中途半端な知識の人間にも良く判ります。
この記事私のほうで紹介しても良いですか。
▽-ω-▽

投稿: アライグマ | 2011/04/15 14:25

アライグマさん,

今読み直してみると,誤字はあるし,誤解を招かないように少々書き加えたいこともあるのですが,どうぞご紹介ください.

投稿: 俊(とし) | 2011/04/15 20:57

有難うございます。
σ(^_^)もこの好い加減な「想定外」という考えには同意しかねるので皆さんにも考えを共有して欲しいのですがσ(^_^)の言葉ではたりないと思います。
是非訴えて行きたいです。

投稿: アライグマ | 2011/04/15 22:32

【東日本大震災は、中学校にもある『理科年表』から過去の大震災を学ぶと、大津波の再来は予想出来たはず】
この度の東日本大震災は「想定外」などではありません。中学校の理科室や図書室で容易に見つける事が出来る「理科年表」に、載っている事なのですよ。「明治29年」の地震津波の記録として掲載されています。子供でも検索可能です。明治にあった「三陸沖地震津波」は、記録による最大波高は、38.4mにもなり、マグニチュードM8-1/4。他の地域でも、概ね10mを遥かに越えていました。この地震津波は、国際的にも地震研究者の間では、常識中の常識と言われる有名な出来事だそうです。これと同規模の津波が再来する事を想定した対策を打っておくべきでした。これを「知らぬ存ぜぬ」のオトボケで逃げようなんてダメです。「想定外」ではありません。「想定『内』」です。震災前から度々危険性を指摘している人達もいました。門前払いされていましたが。この度の震災は、理科年表からも子供でも容易に分かる想定『内』、予想可能な事でした。「想定外」で責任逃れはダメです。

投稿: ゴンザレス | 2011/05/16 06:36

ゴンザレスさん,
コメントありがとうございました.私が言いたかったこともまさにその点です.過去に素直に学ぶという姿勢が全く無かった,というよりも,都合の悪い事実はことごとく無視してきた,という原子力村の姿勢が大変残念です.

投稿: 俊(とし) | 2011/05/16 20:40

つい最近,6月22日に小惑星 (ASTEROID 2011 MD) が発見されましたが,こいつは明日,6月27日 (17.14 UTC) に地球に12,000kmまで接近するそうです.この小惑星の大きさは長径が20m以下程度とのことで,地球大気圏に突入しても,地表に到達する前に燃え尽きてしまうそうで,やれやれ一安心.

しかし,このように未知の小惑星はそこらじゅうに飛んでいて,発見されたときには最接近する直前だった,などということはこれからもありそうです.

投稿: 俊(とし) | 2011/06/26 21:43

初めまして。上記urlのブログ主です。
連れ合いが理系の技術者なもので、きちんと調べたいと思い想定外、理科年表と検索してたどりつきました。
ただの素人おばさんですが福一の事故には怒りを持っています。私のブログでご紹介したいのですが、全部ではなく一部と、url のつもりでおりますがいかがでしょうか?よろしくお願いします。url は非公開でお願いします。


投稿: reiko | 2011/10/05 18:12

reikoさま,

ブログとして公開している以上,リンクを張っていただくことは全く自由です.ご自分のブログに一部を引用される場合には,かならずオリジナルの記事に飛んで行けるようにリンクを張っておいてください.

もしも福島の問題に興味を持たれているようであれば,以下のような記事も今後の参考にされるとよいと思います.
http://www.nikkeibp.co.jp/article/news/20111005/286196/?top_f2&rt=nocnt

それでは

投稿: 俊(とし) | 2011/10/05 20:50

俊様
ありがとうございました。参考文献まで教えて頂き、恐縮です。
連れ合いは安全にはことさら厳しく、私は圧力鍋を使うのをあきらめました。そうして理系ではありませんが、この分野に前から興味がありました。引き続き勉強させて頂きます。

投稿: reiko | 2011/10/07 23:52

このブログ記事の警告が悪い方向で現実となりました.

2013年2月15日にロシア中央部に直径17m程の小惑星が飛来し,空中で爆発・飛散しました.この程度のものは,かなり頻繁に飛来してくると想定しておく必要があります.地球表面の面積の割合から言って,海洋や人口の少ない地域に飛来する割合が高いので,ふだんは見過ごされている可能性があり,実際の飛来確率は私たちや原子力工学者が考えているよりも高いのではないかと危惧しています.

投稿: 俊(とし) | 2013/02/17 10:34

この記事で,

『プラントが陸路から孤立して外部からの支援が得られないという想定も,若狭湾の狭隘な海岸地形に立地された原子力プラントでは十分に現実的です.これらはどこまで想定されているのか,大変気になります.』

と書きましたが,2013年9月16日の台風18号の大雨によって,ついにもんじゅに通じる唯一の道路が土砂崩れを起こし,外部との交通が断たれた模様です.この可能性については以前から指摘されていたそうです.やはり起きてしまいましたか,この程度のさほど強くない台風でも.

これが台風ではなくて地震による土砂崩れで,かつ津波によって外部電源が断たれて冷却できなくなっていたら,もうどうしようもなくなります.若狭湾はすなわち日本海ですから,韓国,北朝鮮,ロシアへの直接の影響も考えられ,非常に厄介な外交問題になります.

投稿: 俊(とし) | 2013/09/16 14:41

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