(57)【要約】【課題】原子炉に堆積した燃料デブリを破砕して回収するにあたって原子炉を安全に開削する原子炉開削システムを提供する。【解決手段】原子炉２の上部に放射線遮蔽能を有する遮蔽室１９を設置するとともに、その遮蔽室１９と水槽２５とを繋ぐ隧道１５を設置し、隧道１５の途中に水門１５１〜１５３を設け、原子炉２を開削して遮蔽室１９内に破片を引き上げ、遮蔽室１９内に引き上げた破片を運搬機１６に載せて、隧道１５に水を充満させたり隧道から水を抜いたりしながら、水槽２５内に運び込む。【選択図】図２３
2016045154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉上部に設置される、側部一周および上部が放射能遮蔽能を有する遮蔽室と、
前記遮蔽室に設けられた開口と第１の水槽の横壁に設けられた開口とを繋ぐ隧道と、
前記隧道を遮る、相対的に遮蔽室寄りの第１の水門および相対的に前記第１の水槽寄りの第２の水門を含む複数の水門と、
前記第１の水門と前記第２の水門とに挟まれた空間への水の充満と該空間からの水の抜取りとを制御する給排水設備と、
前記隧道を通って前記遮蔽室と前記第１の水槽との間を移動し、該遮蔽室内の運搬対象物を載せて該第１の水槽に向けて運搬する運搬機と、
前記原子炉を開削し、開削により生じた破片を前記遮蔽室に引き上げて前記運搬機に載せる開削設備とを備えたことを特徴とする原子炉開削システム。
【請求項２】
前記遮蔽室が、開閉自在な床面を有することを特徴とする請求項１記載の原子炉開削システム。
【請求項３】
前記遮蔽室上部に設置される、底に１つ以上の第１の貫通孔が設けられた第２の水槽を備え、
前記開削設備が、前記第１の貫通孔それぞれを通過しさらに前記遮蔽室を通過して前記原子炉内に延在するパイプを備えたものであって、
さらに、前記第１の貫通孔それぞれに連通するように前記第２の水槽の底部に設置され、前記パイプそれぞれを囲繞して該第１の貫通孔の該パイプの周りからの気体および水の洩れを防止する１つ以上の第１の気・水遮蔽装置を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の原子炉開削システム。
【請求項４】
前記第２の水槽が、鉛直方向に延びる回転中心線の回りに回転自在であり、
前記第２の水槽よりも下方に設置され、鉛直方向に延びる回転中心線の周りに回転自在であって前記パイプをさらに下方へと通過させる通路を有し、さらに、該通路を通過した前記パイプを支持して半径方向に移動させる移動機構を有する支持装置をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の原子炉開削システム。
【請求項５】
前記第２の水槽を回転駆動する第１の駆動装置と、
前記支持装置を回転駆動する第２の駆動装置とを備え、
前記第２の水槽が、該第２の水槽の底の、該第２の水槽の回転中心線上に第２の貫通孔を有し、
前記第２の駆動装置が、
前記第２の貫通孔を通過して上下に延び前記支持装置に取り付けられた駆動軸と、
前記駆動軸を回転駆動することにより、該駆動軸に、前記支持装置を回転駆動させる駆動源とを有し、
さらに当該原子炉開削システムが、
前記第２の水槽底部に前記第２の貫通孔に連通するように設置され、前記駆動軸を囲繞して該第２の貫通孔の該駆動軸の周りからの気体および水の洩れを防止する第２の気・水遮蔽装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の原子炉開削システム。
【請求項６】
前記パイプのうちの少なくとも１つが可撓性ガイドパイプであって、
前記開削設備が、
前記可撓性ガイドパイプに導入され該可撓性ガイドパイプに案内されて前記原子炉の開削対象部分にレーザ光を照射する位置まで差し込まれて該レーザ光を伝送する伝送ラインと、
前記伝送ラインにレーザ光を送り込むレーザ光源とを備えたことを特徴とする請求項３から５のうちいずれか１項記載の原子炉開削システム。
【請求項７】
前記レーザ光源が、ＣＯ２レーザ光を出射するＣＯ２レーザ光源であり、
前記伝送ラインが、レーザ光が内部を通過する伝送管と、２本の伝送管どうしの間に配置され１本の伝送管から出射したレーザ光を反射してもう１本の伝送管に入射する可撓性ジョイントとを交互に備えた伝送ラインであることを特徴とする請求項６記載の原子炉開削システム。
【請求項８】
原子炉を開削する原子炉開削方法であって、
原子炉上部に設置される、側部一周および上部が放射能遮蔽能を有する遮蔽室と、
前記遮蔽室に設けられた開口と第１の水槽の横壁に設けられた開口とを繋ぐ隧道と、
前記隧道を遮る、相対的に遮蔽室寄りの第１の水門および相対的に前記水槽寄りの第２の水門を含む複数の水門と、
前記第１の水門と前記第２の水門とに挟まれた空間への水の充満と該空間からの水の抜取りとを制御する給排水設備と、
前記隧道を通って前記遮蔽室と前記第１の水槽との間を移動し、該遮蔽室内の運搬対象物を載せて該第１の水槽に向けて運搬する運搬機と、
前記原子炉を開削し、開削により生じた破片を前記遮蔽室に引き上げて前記運搬機に載せる開削設備とを備えた原子炉開削システムを設置し、
前記開削設備を用いて前記原子炉を開削し開削により生じた破片を前記遮蔽室に引き上げて前記運搬機に載せ、
前記第１の水門を開放して前記第２の水門を閉じた状態で、前記破片を載せた前記運搬機を前記隧道内の該第１の水門と該第２の水門とに挟まれた空間に移動させ、
前記第１の水門を閉鎖するとともに前記第２の水門を開放して前記空間に水を充満させ、
前記破片を載せた運搬機を前記第２の水門よりも前記第１の水槽側に移動させて、該運搬機に載せた前記破片を該運搬機から該第１に水槽内に移すことを特徴とする原子炉開削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉内に堆積した燃料デブリを破砕して回収するにあたって、原子炉を開削して原子炉に開口を形成する原子炉開削システムおよび原子炉開削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核燃料のメルトダウンにより原子炉格納容器内底部に堆積した燃料デブリを除去する技術の開発が大きな課題となっている。原子炉格納容器内においては、高線量（オペレーションフロアー線量：〜８８０ｍＳｕ／ｈ）のため、燃料デブリへのアクセスが極めて困難となっており、燃料デブリの性状に応じて多様な作業を遠隔実施することが必要となる。
【０００３】
このため、遠隔操作ロボットが検討されている。遠隔操作ロボットには、無線操縦のタイプと有線操縦のタイプがあるが、無線操縦の遠隔操作ロボットの場合、障害物の多い場所では電波が届かず操作が出来なくなるという問題がある。一方、有線操縦の遠隔操作ロボットは、障害物があるとケーブルの取扱いが問題となる。このため、燃料デブリを加工ないし除去するための装置をその燃料デブリ近傍まで如何にして搬入するかが課題となる。また、遠隔操作ロボットには高度な電子回路技術が組み込まれることが多い。しかしながら、そういった電子回路を高線量から防護して長期間使用し続けるには耐久性について大きな課題が残る。
【０００４】
また、燃料デブリを取り出すには、冠水工法と気中工法のうちの冠水工法で行なうのが作業被ばく低減の観点から最も確実であるとされている。冠水工法は、燃料デブリの切断や破砕と安全な容器への収納との双方を水中で行なう工法である。一方、気中工法は、それらのうちの一方あるいは双方を気中で行なう工法である。
【０００５】
冠水工法を実行するには、原子炉の圧力容器やその下にあるコンクリートペデスタル内を水で満たすことが好ましい。しかしながら水の洩出を完全に抑えるのが難しく、強引に注水し続けると放射能で汚染された水を大量に増やすことにもなりかねない。
【０００６】
ここではこのような新規な課題に取り組んでいるため、従来技術として適当なものはほとんど皆無と思われるが、ここでは、ＣＯ２レーザによる水中岩石掘削技術を挙げておく（特許文献１）。この技術を応用すれば、水中にある燃料デブリを破砕することができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、燃料デブリを破砕して回収するにあたっては、先ずは原子炉自体を開削して原子炉に開口を形成する必要がある。その開削にあたっては、原子炉内部の強い放射能を防御しながら、その開削により生じた、放射能に汚染されている破片を、安全に処理する必要がある。また、原子炉の開削と開削後の燃料デブリの回収とで別々なシステムを使うことになると工期上もコスト上も大きな損失が発生するため、原子炉の開削と燃料デブリの回収とを連繋して行なう必要がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、原子炉を安全に開削するとともに燃料デブリの回収にも適合した原子炉開削システムおよびその原子炉開削システムを用いた原子炉開削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の原子炉開削システムは、
原子炉上部に設置される、側部一周および上部が放射能遮蔽能を有する遮蔽室と、
その遮蔽室に設けられた開口と第１の水槽の横壁に設けられた開口とを繋ぐ隧道と、
その隧道を遮る、相対的に遮蔽室寄りの第１の水門および相対的に第１の水槽寄りの第２の水門を含む複数の水門と、
第１の水門と第２の水門とに挟まれた空間への水の充満とその空間からの水の抜取りとを制御する給排水設備と、
上記隧道を通って遮蔽室と第１の水槽との間を移動し、遮蔽室内の運搬対象物を載せて第１の水槽に向けて運搬する運搬機と、
原子炉を開削し、開削により生じた破片を遮蔽室に引き上げて運搬機に載せる開削設備とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の原子炉開削システムは、原子炉上部に放射線遮蔽能を有する遮蔽室を設置するとともにその遮蔽室と水槽とを繋ぐ隧道を設置し、原子炉を開削しその開削に伴う破片を遮蔽室内に引き上げて、その引き上げた破片を隧道を経由して水槽内に運び込む込む構造であり、原子炉の開削およびその開削により生じた破片の処理を安全に行なうことができる。
【００１２】
ここで、上記遮蔽室が、開閉自在な床面を有することが好ましい。
【００１３】
原子炉へアクセスする際を除き床面を閉じておくことで、安全性が高められる。
【００１４】
また、本発明の原子炉開削システムにおいて、
上記遮蔽室上部に設置される、底に１つ以上の第１の貫通孔が設けられた第２の水槽を備え、
上記開削設備が、第１の貫通孔それぞれを通過しさらに遮蔽室を通過して原子炉内に延在するパイプを備えたものであって、
さらに、第１の貫通孔それぞれに連通するように第２の水槽の底部に設置され、パイプそれぞれを囲繞して第１の貫通孔のパイプの周りからの気体および水の洩れを防止する１つ以上の第１の気・水遮蔽装置を備えることが好ましい。
【００１５】
遮蔽室上部に第２の水槽を設置することで、遮蔽室上部を放射能から遮蔽し、原子炉の開削や燃料デブリの破砕に伴って発生する破片ないし破砕体を、隧道を経由させて第１の水槽に運ぶだけでなく、その破片ないし破砕体の寸法等によっては、パイプを経由して第２の水槽内に運び上げて安全に処理することも可能となる。
【００１６】
また、本発明の原子炉開削システムにおいて、上記第２の水槽を備えた場合に、その第２の水槽が、鉛直方向に延びる回転中心線の回りに回転自在であり、この原子炉開削システムが、鉛直方向に延びる回転中心線の周りに回転自在であって上記パイプをさらに下方へと通過させる通路と、さらに、その通路を通過したパイプを支持して半径方向に移動させる移動機構とを有する支持装置をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
上記の移動機構を有する支持装置を備え、かつ上記の第２の水槽と支持装置を回転自在とすることで、原子炉内の、広い範囲にわたる破砕体を回収することができる。
【００１８】
また、本発明の原子炉開削システムは、上記の第２の水槽および上記の支持装置の双方を備えた場合にさらに、
上記第２の水槽を回転駆動する第１の駆動装置と、
上記支持装置を回転駆動する第２の駆動装置とを備え、
上記第２の水槽が、その第２の水槽の底の、その第２の水槽の回転中心線上に第２の貫通孔を有し、
上記第２の駆動装置が、
第２の貫通孔を通過して上下に延び支持装置に取り付けられた駆動軸と、
その駆動軸を回転駆動することにより、その駆動軸に、支持装置を回転駆動させる駆動源とを有し、
さらにこの原子炉開削システムが、
上記第２の水槽底部に第２の貫通孔に連通するように設置され、上記駆動軸を囲繞して第２の貫通孔の駆動軸の周りからの気体および水の洩れを防止する第２の気・水遮蔽装置を備えることが好ましい。
【００１９】
この構造を備えて支持装置を回転させると、水槽の上方に駆動源を置いて水槽よりも下にある支持装置を水槽と同じ回転中心線の回りに回転させることができ、作業性の向上に役立つ。
【００２０】
さらに、本発明の原子炉開削システムは、
上記パイプのうちの少なくとも１つが可撓性ガイドパイプであって、
上記開削設備が、
可撓性ガイドパイプに導入されその可撓性ガイドパイプに案内されて原子炉の開削対象部分にレーザ光を照射する位置まで差し込まれてレーザ光を伝送する伝送ラインと、
伝送ラインにレーザ光を送り込むレーザ光源とを備えたものであることが好ましい。
【００２１】
また、この場合において、
上記レーザ光源が、ＣＯ２レーザ光を出射するＣＯ２レーザ光源であり、
上記伝送ラインが、レーザ光が内部を通過する伝送管と、２本の伝送管どうしの間に配置され１本の伝送管から出射したレーザ光を反射してもう１本の伝送管に入射する可撓性ジョイントとを交互に備えた伝送ラインであることが好ましい。
【００２２】
レーザ光、特にＣＯ２レーザ光で岩石を破砕できることが知られている。また、伝送管と可撓性ジョイントからなる伝送ラインもそれ自体は開発されている。したがって、これらの技術により、原子炉開削用の破砕装置を短期間で容易に開発することが可能である。
【００２３】
また、上記目的を達成する本発明の原子炉開削方法は、
原子炉を開削する原子炉開削方法であって、
原子炉上部に設置される、側部一周および上部が放射能遮蔽能を有する遮蔽室と、
その遮蔽室に設けられた開口と第１の水槽の横壁に設けられた開口とを繋ぐ隧道と、
その隧道を遮る、相対的に遮蔽室寄りの第１の水門および相対的に第２の水槽寄りの第２の水門を含む複数の水門と、
第１の水門と第２の水門とに挟まれた空間への水の充満とその空間からの水の抜取りとを制御する給排水設備と、
上記隧道を通って遮蔽室と第１の水槽との間を移動し、遮蔽室内の運搬対象物を載せて第１の水槽に向けて運搬する運搬機と、
原子炉を開削し、開削により生じた破片を遮蔽室に引き上げて運搬機に載せる開削設備とを備えた原子炉開削システムを設置し、
上記開削設備を用いて原子炉を開削し開削により生じた破片を遮蔽室に引き上げて運搬機に載せ、
第１の水門を開放して第２の水門を閉じた状態で、上記破片を載せた運搬機を隧道内の該１の水門と第２の水門とに挟まれた空間に移動させ、
第１の水門を閉鎖するとともに第２の水門を開放して上記空間に水を充満させ、
上記破片を載せた運搬機記第２の水門よりも第１の水槽側に移動させて、運搬機に載せた上記破片を運搬機から第１に水槽内に移すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上の本発明によれば、原子炉を安全に開削することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態としての原子炉開削システムを含む燃料デブリ回収システムの全体構成を示した模式図である。
【図２】図１に示す矢印Ａ−Ａ’に沿う、上段の支持装置の模式横断面図である。
【図３】２段の支持装置の模式縦断面図である。
【図４】可撓性ガイドパイプに挿入されてＣＯ２レーザ光を伝送する伝送ラインの構造を示した模式図である。
【図５】破砕された燃料デブリの回収時の走査方法を示した模式図である。
【図６】ＣＯ２レーザ光照射による燃料デブリ破砕のイメージ（Ａ）、および燃料デブリ破砕の、走査領域および回収領域のイメージ（Ｂ），（Ｃ）を示した図である。
【図７】水槽底部に設置される気・水遮蔽装置の第１例を示した模式図である。
【図８】気・水遮蔽装置の第２例を示した模式図である。
【図９】気・水遮蔽装置の第３例を示した模式図である。
【図１０】パイプを接続する手順を示した模式図である。
【図１１】破砕後の燃料デブリを運び上げるときの水槽内の様子を示した模式図である。
【図１２】破砕した燃料デブリ回収時における圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【図１３】デブリ回収バスケットの設置方法および回収方法の説明図である。
【図１４】破砕後の燃料デブリの小片を引き上げるときの水槽内の様子を示した模式図である。
【図１５】破砕後の燃料デブリの小片を引き上げる際の圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【図１６】別例における、破砕された燃料デブリ回収時の水槽内の様子を示した模式図である。
【図１７】別例における、破砕した燃料デブリ回収時における圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【図１８】別例における、破砕した燃料デブリの小片を回収する際の水槽内の様子を示した模式図である。
【図１９】別例における、破砕した燃料デブリの小片を回収する際の圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【図２０】圧力容器２１の上蓋部分の開削の様子を示した図である。
【図２１】落下部材挿入時の様子を示した図である。
【図２２】ボルト切断時の様子を示した図である。
【図２３】圧力容器の上蓋の回収の１番目の手順を示した図である。
【図２４】圧力容器の上蓋の回収の２番目の手順を示した図である。
【図２５】圧力容器の上蓋の回収の３番目の手順を示した図である。
【図２６】圧力容器の上蓋の回収の４番目の手順を示した図である。
【図２７】圧力容器の上蓋の回収の５番目の手順を示した図である。
【図２８】圧力容器の上蓋の回収の６番目の手順を示した図である。
【図２９】圧力容器の上蓋の回収の７番目の手順を示した図である。
【図３０】圧力容器の上蓋の回収の８番目の手順を示した図である。
【図３１】圧力容器の内部構造物の撤去作業における位置決め時の様子を示した図である。
【図３２】圧力容器の内部構造物にＣＯ２レーザ光Ｌを照射している様子を示した図である。
【図３３】圧力容器の内部構造物の小塊を把持する様子を示した図である。
【図３４】圧力容器の底部の開削時の様子を示した図である。
【図３５】開削中の圧力容器の底を上方から見下ろして示した図である。
【図３６】原子炉の開削および燃料デブリの回収の１番目の手順を示した図である。
【図３７】原子炉の開削および燃料デブリの回収の２番目の手順を示した図である。
【図３８】原子炉の開削および燃料デブリの回収の３番目の手順を示した図である。
【図３９】原子炉の開削および燃料デブリの回収の４番目の手順を示した図である。
【図４０】原子炉の開削および燃料デブリの回収の５番目の手順を示した図である。
【図４１】原子炉の開削および燃料デブリの回収の６番目の手順を示した図である。
【図４２】原子炉の開削および燃料デブリの回収の７番目の手順を示した図である。
【図４３】燃料デブリ回収システムのもう１つの実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここでは先ず、本発明の技術分野とは異なるものの、本発明の実施形態を構築するに至った背景となる様々な分野の技術を紹介する。
【００２７】
人間の近付けない場所にある地下資源を掘削採取する場合、遠隔操作機器を利用して行われている。例えば、海洋石油掘削では、ＢＯＰと称する暴墳防止装置（気・水遮蔽装置）が使われている。この暴墳防止装置は、海底に設置され、洋上の掘削船上からの井戸の掘削中に、石油，ガス，水蒸気等が噴出してきた場合は、遠隔操作により海底に設置された暴墳防止装置のバブルを閉め、暴墳による事故を防止している。
【００２８】
また、地熱井掘削作業では、高温の水蒸気の発生が不可避である。地熱井の掘削作業は、ドリルパイプ（岩盤掘削用パイプ）を回転させながら降下させる必要がある。この時、高温の水蒸気が地下から吹き上げてくる。そこで作業の安全を確保するため、ロータリシール装置を使用している。この装置は、その内部にドリルパイプを貫通させた状態でシールする機能があり、ドリルパイプの降下・回転中でも高温の水蒸気の噴出を防ぐ事ができる装置である。
【００２９】
さらに、ＣＯ２レーザによる水中岩石掘削技術がある（前掲の特許文献１参照）。
【００３０】
この技術は、レーザ照射により石英ガラスや二酸化珪素が溶融ドロスとなって析出しても穿孔が可能な方法を提供する。加工物のレーザ照射位置に、レーザ発振装置から波長２．０μｍ以上で液体への吸収率の大きいレーザ光、例えば、ＣＯ２レーザ光を液体を通って照射し、液体中に発生する微細な泡の進行流の泡中に生ずる高圧力により、溶融ドロスを飛散させて岩石に穿孔等の加工を施す。このレーザ光による水中岩石穿孔技術は、反力の小さい技術であるため遠隔操作により人の近付けない箇所での加工に適しており、原子炉内圧力容器底部に存する燃料デブリ除去技術として利用される可能性がある。
【００３１】
ここで、東京電力福島第一発電所原子炉内において、圧力容器底部や、圧力容器を支持するコンクリートペデスタル内底部に、核燃料が溶融し流れて固まった燃料デブリがある。この燃料デブリを放置する事は、将来の安全の観点から好ましい事ではない。そのため燃料デブリを回収して安定化させる事が必要である。圧力容器を冠水状態にして燃料デブリの破砕、収納を行うのが作業被ばくの低減の観点から最も安全であるが、圧力容器の破損により漏水があり、これを補修する事ができない事が予想される。その場合、放射線量の高い雰囲気がアクセスを困難にするため、燃料デブリ取り出し作業が危険に晒されるおそれがあるという課題がある。このため放射能線量の低い作業環境を作り出し、安全度の高い状態で燃料デブリを取り出す事が急務である。燃料デブリは強い放射能を放っており、人間が近づける状態にない。このため、遠隔操作技術を駆使して燃料デブリを回収する手法が必要となる。
【００３２】
また、燃料デブリを回収するにあたっては、原子炉を開削して燃料デブリにアクセスするための開口を形成する必要がある。原子炉の開削にあたっては、その主要設備を燃料デブリの回収と共用できることが求められる。
【００３３】
以上の観点を踏まえ、以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態としての原子炉開削システムを含む燃料デブリ回収システムの全体構成を示す模式図である。この図１には、燃料デブリ回収システム１が原子炉２の上部に設置された状態が示されている。
【００３５】
原子炉２は、圧力容器２１と、その圧力容器２１を下から支えるコンクリートペデスタル２２を有する。圧力容器２１内には内部構造物２８が備えられており、またその底部にには、核燃料が溶融して固まった燃料デブリ２９が堆積している。また、コンクリートペデスタル２２の底部にも燃料デブリ２９が堆積している。
【００３６】
また、ここに示す例では、圧力容器２１の底部およびコンクリートペデスタル２２の底部には、それぞれ水Ｗが溜まっていて、燃料デブリ２９は、その溜まっている水Ｗに浸されている。
【００３７】
これら圧力容器２１およびコンクリートペデスタル２２は、格納容器２３内に格納されている。また、その格納容器２３内の上部にはフロア２４が設置されている。さらに、その格納容器２３の横には、本来は原子炉燃料等を一時保管しておく水槽２５が設置されている。この水槽２５内は水Ｗで満たされていて、その水槽２５内には後述する破砕物の一時保管用の格納コンテナ２５１が置かれている。この水槽２５は、本発明にいう第１の水槽の一例に相当する。
【００３８】
燃料デブリ回収システム１は、この原子炉２の上部に設置されている。ここには、上部が水槽１０で塞がれ、周囲が防護壁１１で囲まれた遮蔽室１９が設けられている。水槽１０には、水Ｗが満たされていて、放射能防護能を有し、遮蔽室１００の天井部分の放射能の遮蔽を担っている。この水槽１０は、本発明にいう第２の水槽の一例に相当する。また、防護壁１１も放射能防護能を有する。この防護壁１１は、遮蔽室１９を一周に亘って取り囲んでおり、遮蔽室１００の側部一周に亘る放射能の遮蔽を担っている。この遮蔽室１９の床面は、開閉自在なハッチ式の床面１２となっている。またこの遮蔽室１９の高さ方向の途中位置にも開閉自在なハッチ１３が設けられている。
【００３９】
この遮蔽室１９を形成している防護壁１１の周りには隔壁１４１が設置され、水槽１０よりも高い位置に天板１４２が設置されて、これら隔壁１４１と天板１４２とにより建屋１４が設置されている。この建屋１４には、遮蔽室１９内や水槽１０の上部の空間の換気を担う換気設備１４３が設けられている。
【００４０】
また、ここには、遮蔽室１９に設けられた開口１９１と水槽２５に設けられた開口２５２とを繋ぐ隧道１５が設けられている。この隧道１５には、本実施形態では３つの水門１５１，１５２，１５３が備えられている。なお、ここでは、設備の安全等を考慮して３つの水門を備えているが、２つであっても構わない。
【００４１】
この隧道１５の、３つの水門１５１〜１５３のうちの２つの水門１５２，１５３に挟まれた空間には、不図示の給排水設備により、水が満たされ、また、その空間から水の抜取りが行なわれる。本実施形態では、その空間への給水については水槽２５への給水設備（不図示）が兼用されていて、水槽２５側の水門１５３を開けることによって、水槽２５に給水されて溜まっている水がその空間に流れ込む構造となっている。
【００４２】
また、この図１には、この隧道１５内に置かれた運搬機１６が示されている。この運搬機１６は、隧道１５を通って遮蔽室１９と水槽２５との間を移動し、遮蔽室１９内において後述する運搬対象物を載せ、水槽２５に向けて運搬する役割を担っている。このため、水槽２５の、隧道１５に繋がる部分には、水槽２５側に移動してきた運搬機１６を載せるための、水槽２５内に張り出したハッチ２５３が設けられている。
【００４３】
遮蔽室１９上部の水槽１０と、その周囲の設備について説明する。
【００４４】
上述の通り、この水槽１０内は水Ｗで満たされている。この水槽１０は、台座１０１の上に、ボールベアリング１０２を挟んで設置されている。台座１０１は、防護壁１１の上部に固定的に設置される。水槽１０は、その上部に円環形状のギア１０３を備えている。このギア１０３は、モータ１０４の回転軸１０４ａに固定されたギア１０５と噛み合っている。すなわち、この水槽１０は、モータ１０４の回転駆動力により、鉛直に延びるドライビングパイプ４１を回転中心線として回転する。ただし、ドライビングパイプ４１は、水槽１０の回転には関与していない。このドライビングパイプ４１については後述する。なお、この水槽１０の回転は、ゆっくりとその角度を調整するための回転である。
【００４５】
水槽１０の底には、本実施形態では４つの貫通孔が設けられていて、それらの貫通孔それぞれを、ドライビングパイプ４１、可撓性ガイドパイプ４２、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４が通過している。これらのパイプ４１〜４４のうち、可撓性ガイドパイプ４２は、可撓性のある、もともと十分な長さに形成されたパイプである。ドライビングパイプ４１、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、後述するようにして複数本繋ぎ合わされるパイプである。また、可撓性に関しては、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４も、図５を参照して説明する程度には可撓性を有するパイプである。ドライビングパイプ４１については、本実施形態では可撓性は特には不要であるが、可撓性を有するパイプであってもよい。また、水槽１０の底部には、各貫通孔それぞれに連通するように気・水遮蔽装置５１〜５４が備えられている。これらの気・水遮蔽装置５１〜５４は、各パイプ４１〜４４のそれぞれを通過させて各パイプ４１〜４４のそれぞれを囲繞し、各貫通孔の各パイプ４１〜４４の囲りからの空気および水の洩れを防止する装置である。これらの気・水遮蔽装置５１〜５４は、石油，天然ガス，地熱井掘削時に用いられている装置として実績のある原理が適用されている装置である。気・水遮蔽装置５１〜５４の詳細構造については後述する。
【００４６】
水槽１０の底に設けられている貫通孔のうち、ドライビングパイプ４１が貫通している貫通孔は、本発明にいう第２の貫通孔の一例に相当し、その他の、可撓性ガイドパイプ４２、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４のそれぞれが貫通している貫通孔は、本発明にいう第１の貫通孔の一例に相当する。
【００４７】
また、これに対応して、ドライビングパイプ４１を囲繞している気・水遮断装置５１は、本発明にいう第２の気・水遮断装置の一例に相当し、その他の、可撓性ガイドパイプ４２、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４のそれぞれを囲繞している気・水遮断装置５２〜５４は、本発明にいう第１の気・水遮断装置の一例に相当する。
【００４８】
さらに、ドライビングパイプ４１は、本発明にいう駆動軸の一例に相当し、その他の、可撓性ガイドパイプ４２、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、本発明にいうパイプの一例に相当する。
【００４９】
ドライビングパイプ４１は、水槽よりも下方に設置されている支持装置６０の中央に固定されている。本実施形態では、支持装置６０は、上下２段に設置されている。これらの支持装置６０は、その周縁部分に複数本のアーム６１１を備えている。それらのアーム６１１は、遮蔽室１９の内壁や圧力容器２１の内壁（図４０に示すように、コンクリートペデスタル２２の内壁の場合もある）に油圧で押し当てられて、その支持装置６０をその高さ位置に固定する役割を担っている。また、この支持装置６０の周縁を除く部分は、回転自在な回転支持体６２として構成されている。ドライビングパイプ４１は、支持装置６０の回転支持体６２の中央に固定されている。ドライビングパイプ４１の上部は、天板１４２の上に設置されたモータ１４３の回転軸１４３ａに連結された回転駆動装置１４４に連結されている。この回転駆動装置１４４は、モータ１４３の回転駆動力を受けて、ドライビングパイプ４１を、そのドライビングパイプ４１が延びる鉛直軸の回りに回転させる。これにより、このドライビングパイプ４１が固定されている、支持装置６０の回転支持体６２が、そのドライビングパイプ４１を回転軸として回転する。この回転支持体６２の回転も、水槽１０の回転と同様、ゆっくりした角度調整の回転である。
【００５０】
このドライビングパイプ４１は、上述の通り、本発明にいう駆動軸の一例に相当する。また、モータ１４３は、本発明にいう駆動源の一例に相当する。
【００５１】
２段に設けられた支持装置６０の回転支持体６２は、可撓性ガイドパイプ４２、ポンプ用ガイドパイプ４３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４を更に下方へ通過させる通路を有し、それらのパイプ４２〜４４は支持装置６０よりも更に下方へと延びている。
【００５２】
可撓性ガイドパイプ４２は、ＣＯ２レーザ光を伝送する伝送ライン７１を案内するガイドパイプである。この伝送ライン７１の後端はＣＯ２レーザ発振器７０に接続されていて、ＣＯ２レーザ発振器７０から出射したＣＯ２レーザ光が伝送ライン７１に入射される。伝送ライン７１に入射したＣＯ２レーザ光はその伝送ライン７１により伝送され、その伝送ライン７１の下端部に備えられた照射ノズル７２から、原子炉２の開削対象物や燃料デブリ２９に向けてＣＯ２レーザ光Ｌが照射される。開削対象物や燃料デブリ２９は、ＣＯ２レーザ光Ｌというエネルギーを受けて破砕される。
【００５３】
また、ポンプ用ガイドパイプ４３には、上方からポンプ３８が導入され、下方に吊り降ろされる。ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４の下端部には、破砕された燃料デブリを捕集する捕集装置８０が備えられている。ポンプ用ガイドパイプ４３内を下降してきたポンプ３８は、その捕集装置８０の一構成部品となる。
【００５４】
ここで、捕集装置８０やその捕集装置８０に配置されるポンプ３８等は燃料デブリ２９を回収するための設備であって、本実施形態では、原子炉２の開削には寄与していない。ただし、ここでは、この燃料デブリ回収システム１の全体について説明するために、この捕集装置８０等、原子炉２の開削には使用せず燃料デブリ２９の回収にのみ使用される設備についても一緒に説明している。また、ポンプ用ガイドパイプ４３やデブリ回収用ガイドパイプ４４は、燃料デブリ２９の回収だけでなく原子炉２の開削にあたっても使用される。これらポンプ用ガイドパイプ４３やデブリ回収用ガイドパイプ４４は、原子炉２の開削の際は、ポンプの吊り降ろしや燃料デブリの回収とは無関係であるが、ここでは、名称の混乱を避けるため、統一的に、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４の名称を用いることとする。
【００５５】
ポンプ３８は、故障等による交換の必要性を生じるため、捕集装置８０に固定的に配置しておくのではなく、ポンプ用ガイドパイプ４３に案内させながら上に引き上げて交換できるようにしている。また、デブリ回収用ガイドパイプ４４には、上方からデブリ回収バスケット３９が下方に降ろされて捕集装置８０内に配置される。そして、ＣＯ２レーザ光Ｌにより燃料デブリ２９を破砕した後、その破砕された燃料デブリがポンプ３８による水流とともにデブリ回収バスケット３９に送り込まれる。このデブリ回収バスケット３９は、燃料デブリ２９の細かな粉体をその中に閉じ込めて水だけを流し出す構造のものである。したがって燃料デブリの粉体は、ポンプ３８による水流とともにデブリ回収バスケット３９内に運ばれて、そのデブリ回収バスケッ３９内に収集される。この燃料デブリの粉体が収集されたデブリ回収バスケット３９は、デブリ回収用ガイドパイプ４４の中を上方に引き上げられる。
【００５６】
また、この図１や後述する各図において、油圧ラインについての図示および説明は省略されている。油圧ラインに関しては、他のパイプ４１〜４４と同様にして、水槽１０の底を通過するように油圧ライン用のパイプを設置し、そのパイプの中を通過するように油圧ラインを配設してもよい。あるいは、油圧ラインは、台座１０１内あるいは防護壁１１内を通過するように構成してもよい。
【００５７】
図２は、図１に示す矢印Ａ−Ａ’に沿う、上段の支持装置の模式横断面図である。
【００５８】
また、図３は、２段の支持装置の模式縦断面図である。
【００５９】
この支持装置６０は、固定リング６１と回転支持体６２を備えている。固定リング６１は、油圧で伸縮する４本のアーム６１１を備えている。なお、油圧ラインについては図示を省略している。これらのアーム６１１は、４方に延びて、遮蔽室１９や圧力容器２１（あるいはコンクリートペデスタル２２）の内壁に突き当たり、突っ張ることにより、この支持装置６０をその高さ位置に固定する役割りを担っている。
【００６０】
また、この固定リング６１は、回転支持体６２を回転自在に支持している。
【００６１】
この回転支持体６２は、その中心にドライビングパイプ４１を貫通させる通路６３１、可撓性ガイドパイプ４２を通過させる通路６３２、および、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４の双方を通過させる通路６３３が設けられている。
【００６２】
ドライビングパイプ４１は、回転支持体６２の通路６３１の上部に設置されている着脱装置４１１により、回転支持体６２に着脱自在に固定されている。ドライビングパイプ４１は、図１を参照して説明した通り、上部に設置されているモータ１４３により回転駆動される。ドライビングパイプ４１が回転支持体６２に固定されている状態にあるときにドライビングパイプ４１が回転駆動されると、それに伴って回転支持体６２も、図２に示す矢印Ｒ−Ｒ’方向に回転する。この回転支持体６２の回転は、前述の通り、回転支持体６２の角度調整用のゆっくりとした回転であり、一回転分の回転が行なわれれば十分である。
【００６３】
なお、以下では、支持装置６０の回転支持体６２の回転について、回転支持体６２の回転であることを明記せずに、支持装置６０の回転と称することがある。
【００６４】
可撓性ガイドパイプ４２は、ポジショナ６５１に支持されて通路６３２を通過している。また、これと同様に、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、それぞれポジショナ６５２，６５３に支持されて、双方のパイプ４３,４４が通路６３３を通過している。ポジショナ６５１〜６５３は、いずれもＸ−Ｘ’方向、すなわち回転中心であるドライビングパイプ４１に接離する半径方向に移動可能である。すなわち、これらのパイプ４２〜４４は、支持装置６０の、図２に示す矢印Ｒ−Ｒ’方向の回転と、ポジショナ６５１〜６５３の、矢印Ｘ−Ｘ’方向（半径方向）への移動により、遮蔽室２９や圧力容器２１（またはコンクリートペデスタル２２）の任意の位置に移動し、原子炉２の開削および回収やデブリの破砕および回収を行なうことができる。
【００６５】
ここで、これらのポジショナ６５１〜６５３は、本発明にいう移動機構の一例に相当する。
【００６６】
また、図３に示すように、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４の下部には、破砕された燃料デブリを捕集する捕集装置８０が備えられている。ポンプ用ガイドパイプ４３からはポンプ３８が吊り降ろされ、デブリ回収用ガイドパイプ４４からはデブリ回収バスケット３９が吊り降ろされる。
【００６７】
また、ポジショナ４３，４４の移動により、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との間の間隔は可変となっている。このため、この捕集装置８０では、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との間は伸縮自在なパイプあるいは少し長めに弛ませたゴムホース等で繋がれている。
【００６８】
本実施形態では上下２段の支持装置６０を備えており、図３に示すように、ポジショナ６５１〜６５３は、上段の支持装置６０に備えられている。ただし、下段の支持装置６０にもパイプ４２〜４４を通過させる通路６３２，６３３が形成されている。このため、上段の支持装置６０のポジショナ６５１〜６５３が矢印Ｘ−Ｘ’方向に移動すると、パイプ４２〜４４は、下段の支持装置６０に妨げられることなく、上段の支持装置６５１〜６５３のポジショナ６５１〜６５３に移動に応じて移動する。
【００６９】
一方、下段のポジショナ６０には、気・水遮断バルブ６５１，６５２が設置されている。これらの気・水遮断バルブ６５１，６５２は、それぞれ、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４による通路を開放自在に遮断するバルブである。ポンプ３８やデブリ回収バスケット３９を下に降ろす際は、水槽１０（図１参照）中でポンプ３８やデブリ回収バスケット３９をポンプ用ガイドパイプ４３やデブリ回収用ガイドパイプ４４内に差し入れ、それらのパイプ４３，４４の上端部が塞がれる。水槽１０内の水がパイプ４３，４４を通って流れ落ちてしまわないようにするためである。この場合、多少の水の洩れは問題ない。次に気・水遮断バルブ６５１，６５２が開かれる。すると、パイプ４３，４４の水は下に流れ落ちる。ポンプ３８やデブリ回収バスケット３９を下に降ろした後、気・水遮断バルブ６５１，６５２が閉じられる。デブリ回収バスケット３９内には後述するようにして破砕された燃料デブリが収集される。また、ポンプ３８も寿命があるため引き上げて新たなポンプに交換する必要が生じる。引き上げる際は、ポンプ３８は放射能に汚染されており、デブリ回収バスケット３９内には破砕された燃料デブリが収集されている。したがって、放射能に対する安全対策を万全にして引き上げる必要がある。そこで以下の手順が採用される。このときも、パイプ４３，４４の上部を閉じておいて気・水遮断バルブ６５１，６５２が開放される。すると、パイプ６５１,６５２内の水は下に流れ落ちる。ポンプ３８やデブリ回収バスケット３９を気・水遮断バルブ６５１，６５２の直上まで引き上げて気・水遮断バルブ６５１，６５２を閉じ、パイプ４３，４４に水を満たす。その後、ポンプ３８やデブリ回収バスケット３９が水槽１０の中にまで引き上げられる。こうすることにより、ポンプ３８やデブリ回収バスケット３９を安全に引き上げることができる。
【００７０】
図４は、可撓性ガイドパイプに挿入されてＣＯ２レーザ光を伝送する伝送ラインの構造を示した模式図である。
【００７１】
この伝送ライン７１には、外筒７１１が備えられており、この外筒７１１には曲がり部７１１ａが設けられている。この曲がり部７１１ａは、この外筒７１１をどの向きにも曲げることができる構造となっている。
【００７２】
外筒７１１の中にはレーザ伝送管７１２が配置され、支持部材７１３に支持されている。ここには、レーザ伝送管７１２が２本示されており、それら２本のレーザ伝送管７１２は、曲がり部７１１ａで終端している。そしてこれら２本のレーザ伝送管７１２の端部どうしの間には、１本のレーザ伝送管７１２から出射されたレーザ光を反射してもう１本のレーザ伝送管に入射する、２つの反射ミラーからなる結合光学系７１４が備えられている。これにより、外筒７１１の曲がり部７１１ａおよび結合光学系７１４からなる可撓性ジョイントが構成され、図４（Ｂ），（Ｃ）ように自在に曲げることができ、かつ曲げた状態においても１本のレーザ伝送管７１２からもう１本のレーザ伝送管７１２へとＣＯ２レーザ光Ｌを伝送することが可能となっている。
【００７３】
このように、この伝送ライン７１は、図４に示すような、外筒７１１に所定のピッチで曲がり部７１１ａが設けられ、レーザ伝送管７１２と結合光学系７１４が交互に配置された構造の伝送ラインである。
【００７４】
また、この伝送ライン７１の先端には、伝送ライン７１によって伝送されてきたＣＯ２レーザ光Ｌを受け取ってそのＣＯ２レーザを燃料デブリに照射するレーザ照射ノズル７２（図１および後述する図６参照）が備えられている。
【００７５】
この伝送ライン７１を使ってＣＯ２レーザ光を伝送させる際は、そのＣＯ２レーザ光のエネルギーに起因する過度な温度上昇を抑えるために、外筒７１１の内側、あるいは、その伝送ライン７１が通過する可撓性ガイドパイプ４２に水が供給され、水で冷却させながら、ＣＯ２レーザ光の伝送、すなわち原子炉の開削や燃料デブリの破砕が行われる。
【００７６】
図５は、破砕された燃料デブリの回収時の走査方法を示した模式図である。なお、ここでは、燃料デブリの破砕および回収を取り上げて説明するが、支持装置の回転やパイプの移動については、原子炉２の開削および回収の際も同様である。
【００７７】
図３を参照して説明した通り、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、各ポジショナ６５２，６５３に支持されていて、それらのポジショナ６５２，６５３は、半径方向（矢印Ｘ−Ｘ’方向）に移動する。この図５では、デブリ回収用ガイドパイプ４４について、実線と一点鎖線とで移動前後の状態が示されている。
【００７８】
水槽１０の底の貫通孔の位置や気・水遮蔽装置５３，５４の位置は不変なので、ポンプ用ガイドパイプ４３やデブリ回収用ガイドパイプ４４の半径方向（矢印Ｘ−Ｘ’方向）への移動は、パイプ４３，４４を撓ませることにより行なわれる。ここで、前述の通り、水槽１０は、図１に示すモータ１０４により回転し、上下２段の支持装置６０は、モータ１４３により、ドライビングパイプ４１を介して、水槽１０の回転中心線と同一の回転中心線（すなわちドライビングパイプ４１の、鉛直方向の中心軸）の回りに回転する。したがって、回転方向については、水槽１０と支持装置６０を同期して回転させることにより、パイプ４３，４４の姿勢に変化は生じない。これら水槽１０および支持装置６０の回転およびポジショナ６５３，６５４による半径方向（矢印Ｘ−Ｘ’方向）への移動により、捕集装置８０（この図５には不図示、図３参照）を圧力容器２１の底部やコンクリートペデスタル２２の底部を広範囲にわたって走査させることができる。なお、捕集装置８０には、前述の通り、伸縮自在なパイプあるいはゴムホース等が使われており、ポジショナ６５１，６５２の移動によりポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との間の間隔が変化しても対応できる構造となっている。
【００７９】
また、ここでは、ポジショナ６５１，６５２により、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との双方が半径方向（矢印Ｘ−Ｘ’方向）に移動可能であるとしたが、ポンプ用ガイドパイプ４３は半径方向には移動せずに固定とし、デブリ回収用ガイドパイプ４４のみ半径方向に移動するように構成してもよい。この場合であっても、圧力容器２１の底部やコンクリートペデスタル２２の底部を広範囲にわたって走査することができる。ただし、ポンプ用ガイドパイプ４３を固定した場合、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との間が大きく広がる場面が生じるため、捕集装置８０については、その大きく広がることに対応した伸縮性を持たせる必要がある。
【００８０】
デブリ回収バスケット３９を引き上げる際は、デブリ回収用ガイドパイプ４４を図５に実線で示す鉛直に延びる状態にして、ワイヤラインキャッチャ１１１で引き上げられる。この図５に示すワイヤラインキャッチャ１１１の下端部は、鉛容器に封じ込められた状態のデブリ回収バスケット３９を示している。鉛容器への封じ込めについては後述する。また、デブリ回収バスケット３９では回収不能な燃料デブリの小片は、後述するようにして、テレスコピックキャッチャ１１２を使って引き上げられる。このテレスコピックキャッチャ１１２は、デブリ回収ガイドパイプ４４に案内させることで、このデブリ回収用ガイドパイプ４４が図５に一点鎖線で示すように撓んだ状態にも追随して撓み、圧力容器２１等の底部の任意の位置にある小片を把持して持ち上げることができる。あるいは、テレスコピックキャッチャ１１２で小片を把持した後はデブリ回収用ガイドパイプ４４を実線で示すように鉛直な姿勢とし、その後、小片を持ち上げてもよい。
【００８１】
ポンプ３８を引き上げるときも同様であり、ポンプ用ガイドパイプ４３を鉛直に延びる姿勢にしておいてワイヤ等で引き上げられる。
【００８２】
図６は、ＣＯ２レーザ光照射による燃料デブリ破砕のイメージ（Ａ）、および燃料デブリ破砕の、走査領域および回収領域のイメージ（Ｂ），（Ｃ）を示した図である。
【００８３】
本実施形態では、燃料デブリ２９にＣＯ２レーザ光によるエネルギーを照射して、燃料デブリ２９を長手方向１０ｃｍ以下の小片２９ａとなるように破砕する。この小片２９ａは、ポンプ３８による水流には乗らずに底にとどまるが、この破砕により、水流により巻き上げられる多数の、燃料デブリの粉体２９ｂも発生する。燃料デブリ２９の破砕にあたっては、可撓性ガイドパイプ４４をポジショナ６５１で半径方向に移動させ、かつ支持装置６０の回転により、圧力容器２１の底部（あるいはコンクリートペデスタル２２の底部）のうちの図６（Ｂ）に破線で示す領域の燃料デブリを破砕する。次に図６（Ｃ）に示すように、支持装置６０を約半周回転させる。そして、その破砕した燃料デブリが堆積している、破線で示す領域の燃料デブリを回収する。
【００８４】
このような燃料デブリ２９の破砕および回収を、圧力容器２１の底部（あるいはコンクリートペデスタル２２の底部）の各領域について順次に繰り返すことにより、底部全域の燃料デブリの破砕および回収が行なわれる。
【００８５】
図７は、水槽底部に設置される気・水遮蔽装置の第１例を示した模式図である。この図７に示す気・水遮蔽装置は、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４に適用される装置であり、図１に示す気・水遮蔽装置５３，５４に対応する。ここでは、気・水遮蔽装置５０Ａと表現する。
【００８６】
この図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａには、上から順に、パイプ締付装置５０１、上側のパイプ保持用ラム５０２、上下２段の圧潰用ラム５０３，５０４、上下２段のシール用ラム５０５，５０６、下側のパイプ保持用ラム５０７、およびパイプ用ロータリシール５０８が備えられている。ここで、上下２段の圧潰用ラム５０３，５０４は、気・水遮蔽装置５０Ａに組み込まれているが、燃料デブリを回収する回収装置を構成する要素である。ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、比較的短い寸法のパイプが複数本繋ぎ合わされる。この燃料デブリ回収システム１の初期の設置の際は、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４は、比較的短い状態にある。そして、原子炉２を開削して下方に延長する際に、パイプが継ぎ足される。なお、原子炉２の開削については後述する。
【００８７】
この図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａを構成しているパイプ締付装置５０１は、上から継ぎ足されたパイプをその下のパイプに締め付けて繋ぎ合わせる装置である。上下２つのパイプ保持用ラム５０２，５０７は、ポンプ用ガイドパイプ５３あるいはデブリ回収用ガイドパイプ５４を落下しないように保持しておく装置である。上下２段の圧潰用ラム５０３，５０４は、ここに設置される対象物を圧潰する装置である。具体的には、ここに放射能防護用の鉛の筒が配置され、下から引き上げられてきた、燃料デブリの粉体２９ｂ（図６参照）が収集されれたデブリ回収バスケット３９（図３参照）、あるいは下から引き上げられてきた放射能で汚染されているポンプ３８がその鉛の筒の内側に配置され、上下２段の圧潰用ラム５０３，５０４でその鉛の筒の上下の開口が圧潰される。これによりデブリ回収バスケット３９あるいはポンプ３８が放射線防護用の鉛で覆われる。この鉛で覆われたデブリ回収バスケット３９あるいはポンプ３８は、水槽１０から取り出されて、図１に示す格納コンテナ２５１内に一時保管される。
【００８８】
上下２段のシール用ラム５０５，５０６のうちの上段側のシール用ラム５０５は、その部分にパイプが存在しない状況下においてその通路を塞いで、気体や水の通過を阻止する装置である。また、それら上下２段のシール用ラム５０５，５０６のうちの下段のシール用ラム５０６は、ポンプ用ガイドパイプ５３あるいはデブリ回収用ガイドパイプ５４を全周にわたって着脱自在にしっかりと押え、パイプ４３，４４の周囲からの気体や水の通過を遮断する装置である。ただし、このシール用ラム５０６は、パイプ４３，４４を押えた状態においては、パイプ４３，４４を上下動あるいは回転することは不能である。
【００８９】
この図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａの最下部に配置されているパイプ用ロータリシール５０８は、パイプ４３，４４の回転および上下動の際にもそのパイプ４３，４４の周囲を全周にわたってしっかりとシールし、気体や水の通過を阻止する装置である。
【００９０】
ここで、シール用ラム５０５を備えているのは、水槽１０内の水がパイプ４３，４４を通って流れ落ちてしまわないように、あるいは放射能を含んだ水が不用意に上昇してこないように、必要なときにパイプ４３，４４の上端を塞ぐためである。また、このシール用ラム５０５は、パイプ用ロータリシール５０８に万が一にも破損等が発生した場合における、気体や水のシールを担っている。また、下段側のシール用ラム５０６は、パイプ用ロータリシール５０８に万が一にも破損等が発生した場合であって、そこにパイプ４３，４４が存在していた場合における、気体や水に対するパイプ周りのシールも担っている。
【００９１】
この図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａを構成している各要素としての装置は、いずれも原理的には、石油・天然ガス・地熱井掘削時に用いられている、多くの実績と高い信頼性を備えた装置であり、燃料デブリ回収システム１に適用した場合にも高い信頼性を持って気体や水を遮蔽し、放射能漏れを防止することができる。
【００９２】
図８は、気・水遮蔽装置の第２例を示した模式図である。この図８に示す気・水遮蔽装置５０Ｂは、ドライビングパイプ４１用の気・水遮蔽装置であって、図１に示す気・水遮蔽装置５１に対応する。
【００９３】
この図８に示す第２例としての気・水遮蔽装置５０Ｂには、上から順に、パイプ締付装置５０１、上側のパイプ保持用ラム５０２、２段のシール用ラム５０５，５０６、下側のパイプ保持用ラム５０７、およびパイプ用ロータリシール５０８が備えられている。この図８の気・水遮蔽装置５０Ｂを図７の気・水遮蔽装置５０Ａと比べると、この図８の気・水遮蔽装置５０Ｂには図７の気・水遮蔽装置５０Ａに備えられている上下２段の圧潰用ラム５０３，５０４が備えられていない点のみ異なっている。その他の装置は図７の気・水遮蔽装置５０Ａの説明において説明済であるため、重複説明は省略する。
【００９４】
この図８に示す気・水遮蔽装置５０Ｂに圧潰用ラム５０３，５０４が備えられていない理由は、ドライビングパイプ４１自体がこの気・水遮蔽装置５０Ｂを上下に貫いており、何かを圧潰するという作業は不要であるためである。ただし、ドライビングパイプ４１も短いパイプを何本か繋ぎ合わされるため、パイプ締付装置５０１は必要となる。
【００９５】
図９は、気・水遮蔽装置の第３例を示した模式図である。この図９に示す気・水遮蔽装置５０Ｃは、ＣＯ２レーザ光を導く伝送ライン７１（図４参照）を案内する可撓性ガイドパイプ５３用の気・水遮蔽装置であって、図１に示す気・水遮蔽装置５２に対応する。
【００９６】
なお、後述する別の実施形態（図４３参照）では、燃料デブリの破砕部分を写し出す放射線から保護された耐放射線カメラ４９を案内する耐放射線カメラガイドパイプ４５が用いられる（図２７参照）。この図９に示す第３例としての気・水遮蔽装置５０Ｃは、その耐放射線カメラガイドパイプ４５用の気・水遮蔽装置としても採用される。
【００９７】
この図９に示す第３例としての気・水遮蔽装置５０Ｃには、上から順に、上側のパイプ保持用ラム５０２、２段のシール用ラム５０５，５０６、および下側のパイプ保持用ラム５０７、およびパイプ用ロータリシール５０８が備えられている。
【００９８】
この図９の気・水遮蔽装置５０Ｃは、図８の気・水遮蔽装置からパイプ締付装置５０１を取り外した構成となっている。本実施形態では、可撓性ガイドパイプ４２、および後述する実施形態における耐放射線カメラガイドパイプ４５については、リール（不図示）に巻回された長尺かつ可撓性のパイプが用いられる。したがって、図８に示す、パイプどうしを繋ぎ合わせるためのパイプ締付装置５０１は不要であり、取り外されている。なお、この第３例の気・水遮蔽装置５０Ｃにも上下２つのパイプ保持用ラム５０２，５０７が備えられている。この第３例の気・水遮蔽装置５０Ｃについては、機能上は２つのパイプ保持用ラム５０２，５０６のうちの１つのみ備えられていればよいが、ここでは、図８に示す第２例の気・水遮蔽装置５０Ｂからパイプ締付装置５０１のみ取り外して、その他の部分の構造の共通化を図っている。
【００９９】
なお、ここでは、可撓性ガイドパイプ４２および耐放射線カメラガイドパイプ４５については、途中で繋ぎ合わせる必要のない、十分に長尺なパイプである旨説明したが、それらのパイプ４２，４５についても、例えばドライビングパイプ４１等と同様に短いパイプを繋ぎ合わせるタイプのパイプであってもよい。その場合は、図９に示す気・水遮蔽装置５０Ｃに代えて、図８に示すパイプ締付装置５０１が備えられたタイプの気・水遮蔽装置５０Ｂが使用される。ただし、その場合であっても、何かを圧潰する機能は不要であり、図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａに備えられている圧潰用ラム５０３，５０４は不要である。
【０１００】
図１０は、パイプを接続する手順を示した模式図である。ここでは、図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａを用い、ポンプ用ガイドパイプ４３を接続する場合を例に挙げて説明する。デブリ回収用ガイドパイプ５４を接続する場合も同様である。また、図８に示す気・水遮蔽装置５０Ｂを用いてドライビングパイプ４１を接する場合も同様である。
【０１０１】
先ず、図１０（Ａ）に示すように、下側のパイプ４３ａの上部を、上側のパイプ保持用ラム５０２で、その下側のパイプ４３ａの上端がパイプ締付装置５０１内に位置するように保持する。
【０１０２】
次に、パイプキャッチャ１１３で上側のパイプ４３ｂを吊り下げて、上側のパイプ４３ｂの下端部をパイプ締付装置５０１内に配置する。これら下側のパイプ４３ａの上端と上側のパイプ４３ｂの下端には、互いに螺合する、それぞれ雄ねじと雌ねじが形成されており、パイプ締付装置５０１の下部と上部が下側のパイプ４３ａと上側のパイプ４３ｂをそれぞれ把持して図１０（Ａ）に示す矢印のように互いに逆向きに回転する。これにより、下側のパイプ４３ａと上側のパイプ４３ｂが互いに繋ぎ合わされる。
【０１０３】
その後、この図１０では省略しているが、パイプをさらに継ぎ足す場合は、パイプ締付装置５０１を開くとともにパイプ保持用ラム５０２を開き、繋ぎ合わされたパイプ４３ａ，４３ｂを、上側のパイプ４３ｂの上端がパイプ締付装置５０１内となるように下げ、上側のパイプ保持用ラム５０２にパイプを保持させて、パイプキャッチャー１１３は上に引き上げられる。その後、パイプキャッチャ１１３でさらに次のパイプの下端部がパイプ締付装置５０１内に配置され、同様に接続して繋ぎ合わさせる。これを必要回数繰り返した後、最上段のパイプ４３ｎについては、図１０（Ｂ）に示すように、その上端が下側のパイプ保持用ラム５０７の直ぐ上に位置するまでパイプキャッチャ１１３により吊り降ろされ、その最上段のパイプ４３ｎの上端部を下側のパイプ保持用ラム５０７に保持させる。その後、パイプキャッチャ１１３が引き上げられる。
【０１０４】
図１１は、破砕後の燃料デブリを運び上げるときの水槽内の様子を示した模式図である。
【０１０５】
ここでは、気・水遮蔽装置については、図１において付した符号に合わせている。
【０１０６】
この図１１には、水槽１０内に設置されたドライビングパイプ４１用の気・水遮蔽装置５１、ポンプ用ガイドパイプ４３用の気・水遮蔽装置５３、およびデブリ回収用ガイドパイプ４４用の気・水遮蔽装置５４が示されている。ドライビングパイプ４１は、気・水遮蔽装置５１を上下に貫いて延びている。また、ポンプ用ガイドパイプ４３は、その上端部が、気・水遮蔽装置５３を構成する下側のパイプ保持用ラム５０７に保持されて下に延びている。また、デブリ回収用ガイドパイプ４４も同様であり、その上端部が、気・水遮蔽装置５４を構成する下側のパイプ保持用ラム５０７に保持されて下に延びている。
【０１０７】
さらに、この図１１には、図５にも示すワイヤラインキャッチャ１１１およびテレスコピックキャッチャ１１２も示されている。ワイヤラインキャッチャ１１１には、押し潰された鉛容器に封じ込められたデブリ回収バスケット３９が示されている。ワイヤラインキャッチャ１１１は、ワイヤを下方に延ばしていき、対象物に引っ掛けて、その対象物を引き上げる装置である。また、テレスコピックキャッチャ１１２は、アームを長く伸ばしていき、対象物を把持して持ち上げる装置である。
【０１０８】
図１２は、破砕した燃料デブリ回収時における圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【０１０９】
圧力容器２１の底部には水Ｗが溜まっており、その水中に捕集装置８０が配置される。
【０１１０】
その捕集装置８０には、ポンプ用ガイドパイプ４３に案内されながらポンプ３８が吊り下げられている。またこの捕集装置８０には、デブリ回収用ガイドパイプ４４に案内されてデブリ回収バスケット３９が配置される。本実施形態では、このデブリ回収バスケット３９は、吊り降ろされると一旦この捕集装置８０内に置き放しにされる。
【０１１１】
この捕集装置８０には、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４とを繋ぐように設置されて水流をガイドする水流ガイドパイプ８０１が設けられている。
【０１１２】
前述したように、ポンプ用ガイドパイプ４３とデブリ回収用ガイドパイプ４４との間の間隔は必要に応じて調整されるため、この水流ガイドパイプ８０１は伸縮自在なパイプである。あるいは、弛みをもたせたゴムホース等で構成してもよい。
【０１１３】
この捕集装置８０は、破砕された燃料デブリ２９（図１参照）のうちの、細かく破砕された燃料デブリの粉体２９ｂを捕集する装置である。
【０１１４】
上述のようにして、ＣＯ２レーザ光の照射により圧力容器２１の底に堆積した燃料デブリ２９（図１参照）を破砕した後、破砕した燃料デブリが溜まった領域の真上に捕集装置８０を配置する。この配置は、支持装置６０の回転（さらには、水槽１０（図１参照）の回転）と、ポジショナ６５２，６５３（この図１２には図示省略、図３参照）の半径方向への移動により実現される。また、このとき下段の支持装置６０に設けられている気・水遮断バルブ６１１，６１２は閉じられ、パイプ４３，４４内には水が満たされている。これは、今から始まる捕集動作により粉体２９ｂがパイプ４３，４４を通って上昇してこないようにするためである。ただし、パイプ４３，４４内に水を満たすことや気・水遮断バルブ６６１，６６２によるパイプ４３，４４の閉鎖は、不要な場合もあり、状況によって判断される。
【０１１５】
破砕した燃料デブリが溜まった領域の直上に捕集装置８０を配置した後、ポンプ３８を作動させる。すると、そのポンプ３８の作動により、この図１２に矢印で示すように水が循環する。すなわち、ポンプ３８の作動により下向きの水流が発生し、斜面８０２や邪魔板８０３等によりその水流が圧力容器２１の底に斜めに向かい、燃料デブリの粉体２９ｂをその水流中に巻き上げてデブリ回収バスケット３９に入る。このデブリ回収バスケット３９は、粉体２９ｂをその中に捕集し水のみを流出させる細かな網状のバスケットである。捕集しようとしている粉体２９ｂの粒径に応じて網の細かさが異なる複数種類のデブリ回収バスケット３９を用意しておいてもよい。
【０１１６】
デブリ回収バスケット３９から流出した水は、取水口８０１ａから新たに取り込まれた水とともに水流ガイドパイプ８０１を通ってポンプ３８側に戻る。この循環する水流により、燃料デブリの粉体２９ｂがデブリ回収バスケット３９に集められる。
【０１１７】
図１３は、デブリ回収バスケットの設置方法および回収方法の説明図である。
【０１１８】
図１３（Ａ）は、デブリ回収バスケット設置時の様子を示している。
【０１１９】
デブリ回収バスケット３９は、ワイヤラインキャッチャ１１１に吊り下げられ、ワイヤラインホイスト８４の作動により、デブリ回収用ガイドパイプ４４に案内されながら吊り降ろされて、図１２に示すように捕集装置８０内に配置される。ワイヤラインキャッチャ１１１は、デブリ回収バスケット３９を捕集装置８０内に配置した後、一旦引き上げられる。その後、図１２を参照して説明したようにして燃料デブリの粉体２９ｂを捕集する。      
【０１２０】
燃料デブリの粉体２９ｂを捕集したデブリ回収バスケット３９の引き上げにあたっては、その引き上げの前に、図１３（Ｂ）に示すように、ワイヤラインキャッチャ１１１により、気・水遮蔽装置５４の２つの圧潰用ラム５０３，５０４の間に放射能防護用の鉛の筒３９１が配置される。その後、ワイヤラインキャッチャ１１１を捕集装置８０（図１６参照）まで降ろしていき、図１３（Ｃ）に示すようにデブリ回収バスケット３９を引き上げて、鉛の筒３９１の内側に配置する。
【０１２１】
こうしておいて、次に図１３（Ｄ）に示すように上下の圧潰用ラム５０３，５０４を作動させ、鉛の筒３９１の上下の開口を塞ぐようにその鉛の筒を押し潰す。これにより、燃料デブリの粉体２９ｂを捕集したデブリ回収バスケット３９（図１２参照）が鉛の容器内に封じ込められる。
【０１２２】
その後、図１３（Ｅ）に示すように鉛の容器に封じ込められたデブリ回収バスケット３９は、ワイヤラインキャッチャ１１１に持ち上げられ、水槽１０から取り出されて、図１に示す格納コンテナ８５内に一時保管される。ここで、デブリ回収バスケット３９を、ワイヤラインキャッチャ１１１に代わりテレストコピックキャッチャ１１２を使って引き上げてもよい。
【０１２３】
次に、破砕されたものの図１２に示すような水流には巻き上げられない、燃料デブリの小片２９ａ（図１０（Ａ）参照）の回収方法について説明する。ここでは、一辺が１０ｃｍ以下の小片２９ａを回収対象としている。それ以上に大きな塊は、さらなる破砕の対象とされる。
【０１２４】
図１４は、破砕後の燃料デブリの小片を引き上げるときの水槽内の様子を示した模式図である。
【０１２５】
このときはテレスコピックキャッチャ１１２が、気・水遮蔽装置５４を通してデブリ回収用ガイドパイプ４４内に差し込まれる。また、ここには水槽１０内に引き上げられた燃料デブリの小片２９ａを収容するコンテナ９２が用意されている。このコンテナ９２は、放射線防護の役割を担っている。その他の点は図１１の場合と同様である。
【０１２６】
図１５は、破砕後の燃料デブリの小片を引き上げる際の圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【０１２７】
捕集装置８０は、その中にデブリ回収バスケット３９（図１２参照）が置かれていないことを除き、図１６と同じ状態にある。この捕集装置８０の、デブリ回収用ガイドパイプ４４に繋がる底部は、開閉自在となっており、閉鎖時にはデブリ回収バスケット３９（図１２参照）を支持するとともに、開放時にはテレスコピックキャッチャ１１２の先端部を通過させる開口が形成される。テレスコピックキャッチャ１１２は、その開口から捕集装置８０の下に先端を突き出し、燃料デブリの小片２９ａを把持して引き上げる。引き上げられた小片２９ａは、水槽１０内の水中でコンテナ９２（図１４参照）に収容される。なお、この捕集装置８０の、ポンプ用ガイドパイプ４３に繋がる底部も、テレスコピックキャッチャ１１２の先端部を通過させることができるように、開閉自在となっている。
【０１２８】
次に、破砕された燃料デブリの回収方法の別例について説明する。
【０１２９】
図１６は、この別例における、破砕された燃料デブリ回収時の水槽内の様子を示した模式図である。
【０１３０】
デブリ回収用ガイドパイプ４４用の気・水遮蔽装置５４の上にコンテナ９１が設置され、そのコンテナ９１内にデブリ収容バスケット９１１が配置されている。このデブリ収容スケット９１１は、不図示の入口から水流とともに燃料デブリの粉体２９ｂを取り込み、水のみをデブリ回収用ガイドパイプ４４に向けて流出させるバスケットである。
【０１３１】
ここで、気・水遮蔽装置５４は、この場面において必要とするパイプ保持用ラム５０７とパイプ用ロータリシール５０８のみ示している。この気・水遮蔽装置５４は、ポンプ用ガイドパイプ４３用の気・水遮蔽装置５３と同様、図７に示す気・水遮蔽装置５０Ａの構造を備えたものであっても構わない。
【０１３２】
ポンプ用ガイドパイプ４３用の気・水遮蔽装置５３とコンテナ９１との間が水流ガイドパイプ９４で接続されている。その水流ガイドパイプ９４の途中には、その水流ガイドパイプ９４を開閉するバルブ９５が配置されている。
【０１３３】
また、ここには、もう１つのコンテナ９２も用意されている。気・水遮蔽装置５４の上に設置されたコンテナ９１の中に置かれたデブリ収容バスケット９１１には、以下に説明するようにして燃料デブリの粉体２９ｂ（図１７参照）が捕集される。この粉体２９ｂが捕集されたデブリ収容バスケット９１１は、テレスコピックキャッチャ１１２で取り出され、もう１つのコンテナ９２に収容される。このコンテナ９２は放射線防護用のコンテナである。デブリ回収バスケット９１１は、このコンテナ９２に収容された後、そのコンテナ９２ごと水槽１０から取り出されて、図１に示す格納コンテナ２５１に一時保管される。
【０１３４】
図１７は、ここで説明している別例における、破砕した燃料デブリ回収時における圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【０１３５】
ここでは、ポンプ用ガイドパイプ４３の下部に揚水ポンプ３８１が配置されている。この揚水ポンプ３７は、前述のポンプ３８と同様、ポンプ用ガイドパイプ４３内を吊り降ろされたものである。このポンプ用ガイドパイプ４３の下部には、開口４３１で代表的に示すような、破砕された燃料デブリの粉体２９ｂを巻き込んだ水が入り込み易いような工夫がなされている。この揚水ポンプ３８１を作動させると、圧力容器２１に溜まっている水がポンプ用ガイドパイプ４３内を上昇する。このとき、燃料デブリの粉体２９ｂを水流に乗せて一緒に上昇させる。上昇した水流は、図１６に示すコンテナ９１に導かれ、デブリ回収バスケット９１１に捕集される。粉体２９ｂが捕集された後の水は、デブリ回収用ガイドパイプ４４を経由して圧力容器２１内に戻される。このデブリ回収用ガイドパイプ４４から流出した水によっても、燃料デブリの粉体２９ｂが水中に巻き上げられる。
【０１３６】
ここで、この別例においても前述の実施形態に合わせて同一の名前を用いているが、この別例におけるポンプ用ガイドパイプ４３は、揚水用ガイドパイプと称すべき役割を担っており、デブリ回収用ガイドパイプ４４は、戻り流用ガイドパイプと称すべき役割を担っている。
【０１３７】
図１８，図１９は、ここで説明している別例における、破砕した燃料デブリの小片を回収する際の、それぞれ水槽内の様子、圧力容器底部の様子を示した模式図である。
【０１３８】
ここでは、図１８に示すように、気・水遮蔽装置５４の上に置かれたコンテナ９１の蓋９１ａが開かれ、テレスコピックキャッチャ１１２がそのコンテナ９１および気・水遮蔽装置５４を経由してデブリ回収用ガイドパイプ４４内に挿入されている。このテレスコピックキャッチャ１１２は、図１９に示すように圧力容器２１の底部にある破砕後の燃料デブリの小片２９ａを把持して、水槽１０内に運び上げる。そしてその運び上げられた小片２９ａは、テレスコピックキャッチャ１１２により、水槽１０内に別に用意した、放射線防護機能を備えたコンテナ９２に収容される。小片２９ａを収容したコンテナ９２は、そのコンテナ９２ごと水槽から取り出されて、図１に示す格納コンテナ２５１に一時保管される。
【０１３９】
図１６〜図１９を参照して説明した別例においても、前述の実施形態の場合と同様、設備の変更なく、同一の設備で燃料デブリの粉体２９ｂと小片２９ａとの双方を回収することができる。
【０１４０】
これまでは、圧力容器２１の底部に堆積している燃料デブリ１９の回収方法について説明してきたが、コンクリートペデスタル２２の底部に堆積している燃料デブリ２９についても同様に回収される。
【０１４１】
次に、燃料デブリ２９の回収の前提となる、原子炉２の開削方法について説明する。
【０１４２】
原子炉２の開削にあたっては、図１に示す、フロア２４、格納容器２３の天井部分、圧力容器２２の上蓋部分、および圧力容器２２の底部を、それぞれ開削対象とする必要がある。また燃料デブリ２９のほか、圧力容器２１の内部構造物２８を回収対象とする必要がある。
【０１４３】
これらの開削対象や回収対象のいずれの部分についても、その開削方法、回収方法はほぼ同様であるため、ここでは代表的に、圧力容器２１の上蓋部分の開削およびその回収方法について詳細に説明する。その後、圧力容器２１の内部構造物の回収方法、および圧力容器２１の底部の開削方法について、それらの概要を説明する。
【０１４４】
図２０は、圧力容器２１の上蓋部分の開削の様子を示した図である。
【０１４５】
ここでは、可撓性ガイドパイプ４２に内に挿通されている伝送ライン７１（図４参照）の先端のレーザ照射ノズル７２から、圧力容器２１の蓋部２１１の中央部分にＣＯ２レーザ光Ｌが照射され、その上蓋２１３の中央に穴２１４が開けられる。
【０１４６】
ここで、ＣＯ２レーザ光Ｌを照射するレーザ照射ノズル７２は、ＣＯ２レーザ光Ｌを照射する向きを変更することができる構成を有する。したがって、この図２０に示すように、圧力容器２１の上蓋２１３の中央（ドライビングパイプ４１の真下）にもＣＯ２レーザ光Ｌを照射して、その部分を破砕することができる。
【０１４７】
穴２１４の形成にあたっては、支持部材６０をゆっくりと回転させながら行ない、この図２０に示すように最初は幅広に抉られ、徐々に狭幅に深く抉られて最終的に貫通する形状となっている。
【０１４８】
ＣＯ２レーザ光Ｌをエネルギー源として使って穴２１４を開削するにあたっては、レーザ照射ノズル７２から出射されたＣＯ２レーザ光Ｌが圧力容器２１に照射されるまでのＣＯ２レーザ光Ｌの通路が、水で満たされている必要がある。前述の通り、ＣＯ２レーザ光Ｌによる開削の際は、冷却のために水を流し続けているため、圧力容器２１に向かって照射されるＣＯ２レーザ光Ｌの通路上に水を満たしておくことは可能である。
【０１４９】
図２１は、落下部材挿入時の様子を示した図である。
【０１５０】
図２０を参照して説明したようにして、圧力容器２１の上蓋２１１の中央に穴２１４が開けられると、次に、その穴２１４に、落下防止部材９９が挿入される。この落下防止部材９９は、ワイヤ９８により上から吊り下げられ、ドライビングパイプ４１に案内させて吊り降ろされたものである。この落下防止部材９９は、棒形状を有し、その棒を縦に立てた状態で穴２１４に差し込まれ、横に倒すことでその穴２１４から抜け止めされる構造のものである。ドライビングパイプ４１の下端は、落下防止部材９９の案内のために必要であれば、圧力容器２１の近くまで延ばしでもよい。
【０１５１】
図２２は、ボルト切断時の様子を示した図である。
【０１５２】
図２１に示すようにして穴２１４に落下防止部材９９が差し込まれると、今度は、この図２３に示すように、圧力容器２１の蓋部２１３を胴部２１９に固定しているボルト２１５がＣＯ２レーザ光Ｌで破壊される。これはボルト２１５が歪んでしまっていて単純には外せないことがあり得ることを想定したものである。ボルト２１５を正常に取り外すことができるときは、可撓性ガイドパイプ４２内に、伝送ライン７１の代わりに、ボルト２１５を緩めて取り外す装置を先端に備えたアクチュエータを挿入して、ボルト２１５を外してもよい。ボルト２１５を破壊し、あるいは取り外すと、圧力容器２１の蓋部２１３は胴部２１９から分離され、ワイヤ９８で吊り上げることができる状態となる。
【０１５３】
図２３〜図３０は、圧力容器の上蓋の回収の手順を順を追って示した図である。
【０１５４】
ここでは、先ず、図２３に示すように、圧力容器２１の蓋部２１４が、ドライビングパイプ４１に案内されて落下防止部材９９を吊り降ろしているワイヤ９８により、遮蔽室１９内にまで吊り上げられる。このとき必要であれば、ドライビングパイプ４１や支持装置６０等も上に持ち上げられる。
【０１５５】
次いで図２４に示すように遮蔽室１９のハッチ式の床面１２を閉じ、図２５に示すように水門１５１を開けて運搬機１６を遮蔽室１９内に移動させ、圧力容器２１を吊り上げている蓋部２１４をその運搬機１６に載せる。
【０１５６】
次に、図２６に示すように、圧力容器２１の蓋部２１４を載せた運搬機１６を隧道１５内に移動させて水門１５１を閉じ、さらに、図２７に示すように、今度は水門１５２を開けて、運搬機１６を、隧道１５の、２つの水門１５２，１５３の間の空間に移動させる。これらの水門１５２，１５３は、本発明にいう、それぞれ第１の水門および第２の水門の各一例に相当する。
【０１５７】
運搬機１６を２つの水門１５２，１５３の間の空間に移動させた後、次に図２８に示すように、それら２つの水門１５２，１５３のうちの遮蔽室１９側の水門１５２を閉じて水槽２５側の水門１５３を開ける。すると、その運搬機１６が置かれた空間に水槽２５の水Ｗが入り込んで、その空間に水が充満し、その空間が水槽２５内と一体となる。
【０１５８】
そこで、次に、図２９に示すように、運搬機１６を水槽２５内のハッチ２５３に移動させ、その運搬機１６に載っている圧力容器２１の蓋部２１４が再度ワイヤ９７で吊られ、その蓋部２１４が水槽２５内に降ろされる。
【０１５９】
その後、その蓋部２１４は水槽２５内で細断されて、その細断片２１４ａが、図３０に示すように、格納コンテナ２５１内に収納される。
【０１６０】
運搬機１６は、再び２つの水門１５２，１５３の間の空間に移動して水門１５３が閉じ、それら２つの水門１５２，１５３の間の空間が排水され、水門１５２が開かれ、図２３に示す待機位置に移動して待機する。
【０１６１】
なお、圧力容器２１の蓋部２１３の中央の穴２１４の開削にあたって発生した細かな小片は、圧力容器２１内に落下した後、圧力容器２１の底部の燃料デブリ２９と一緒に破砕、回収される。
【０１６２】
次に、圧力容器２１の内部構造物の撤去方法について説明する。
【０１６３】
図３１は、圧力容器２１の内部構造物の撤去作業における位置決め時の様子を示した図である。
【０１６４】
上蓋２１３（図２０参照）を撤去した後の圧力容器２１の上部において、ドライビングパイプ４１による支持装置６０の回転および支持装置６０による可撓性ガイドパイプ７１の移動により、その可撓性ガイドパイプ７１に挿通されている伝送ライン７１の先端のレーザ照射ノズル７２を、圧力容器２１の内部構造物２８の、今回撤去しようとしている位置に合わせる。なお、ここでは、内部構造物２８は単純化して１つの矩形で示してある。
【０１６５】
図３２は、圧力容器の内部構造物にＣＯ２レーザ光Ｌを照射している様子を示した図である。
【０１６６】
可撓性ガイドパイプ７１の移動によりレーザ照射ノズル７２を内部構造物２８に対し位置決めした後、その内部構造物２８にＣＯ２レーザ光Ｌを照射して内部構造物２８の小塊２８１を生成する。
【０１６７】
図３３は、圧力容器の内部構造物の小塊を把持する様子を示した図である。
【０１６８】
内部構造物２８にＣＯ２レーザ光Ｌを照射して小塊２８１を生成した後、今度は、ポンプ用ガイドパイプ４３およびデブリ回収用ガイドパイプ４４が、その小塊２８１の上に位置するように、ドライビングパイプ４１による支持装置６０の回転やパイプ４３，４４の移動が行なわれる。その後、それらのパイプ４３，４４にテレスコピックキャッチャ１１２が挿し込まれて小塊２８１が把持される。ここで、捕集装置８０は、前述の通り、双方のパイプ４３，４４の真下の部分が開放されてテレスコピックキャッチャ１１２を下に突き出すことができる構造を有する。
【０１６９】
その後は、図２３を参照して説明した圧力容器２１の上蓋２１４の場合と同様にして、その小塊８０が遮蔽室１９内に持ち上げられ、さらに、図２４〜図３０を参照して説明した、圧力容器２１の上蓋２１４の運搬と同様にして水槽２５内に運搬されて、その水槽２５内に一時保管される。
【０１７０】
次に、圧力容器の底部の開削について、その概要を説明する。
【０１７１】
図３４は、圧力容器の底部の開削時の様子を示した図である。
【０１７２】
また、図３５は、開削中の圧力容器の底を上方から見下ろして示した図である。
【０１７３】
ここでは、圧力容器２１内の内部構造物２８および燃料デブリ２９を除去した後、圧力容器２１自体の底にＣＯ２レーザ光Ｌが照射され、圧力容器２１の底の中央に穴２１１が開けられ、その穴２１１にワイヤ９８により吊り下げられた落下防止部材９９が挿入される。穴２１１は、圧力容器２１の上蓋２１３の中央の穴２１４と同様、最初は幅広に抉られ、徐々に狭幅に深く抉られて最終的に貫通する形状となっている。中央に穴を開けてその穴に落下防止部材９９を挿入することについては、圧力容器２１の上蓋２１３に関し説明済であるため、ここでのこれ以上の説明は省略する。中央の穴２１１に落下防止部材９９を挿入した後、次に、図３５に示すような円環状の穴２１２が開けられる。この円環状の穴２１２も、最初は幅広に抉られ、徐々に狭幅に深く抉られて最終的に貫通した形状となっている。このようにして円環状の穴２１２が貫通すると、圧力容器２１の上蓋２１３の場合と同様、ワイヤ９８により、圧力容器２１の切断された底部が遮蔽室１９内に引き上げられ、隧道１５を経由して水槽２５内に運ばれて、その水槽２５内に一時保管される（図２３〜図３０参照）。
【０１７４】
なお、圧力容器２１の底に一部でも穴が開くと、その穴から下に水が漏れることになる。ただし、前述の通り、ＣＯ２レーザ光による開削の際は冷却のために水を流し続けているため、圧力容器２１の底に向かって照射されるＣＯ２レーザ光の通路上に水を満たしておくことは可能である。あるいは底に開いた穴からの大きな水漏れを抑えるようにある程度のシールを施しながら開削作業を進めてもよいし、デブリ回収パイプ内にセメント注入パイプを挿入して水漏箇所まで導き、セメンチングにより塞いでもよい。また、他のパイプ、例えば、デブリ回収用ガイドパイプ等からも水を供給しながら開削作業を行ってもよい。
【０１７５】
なお、ここでは、圧力容器２１の切断された底を上に引き上げる旨、説明したが、圧力容器２１の切断した底は上に引き上げるのではなく、コンクリートペデスタル２２内に落下させてもよい。その場合、コンクリートペデスタル２２内に落下した圧力容器２１の底部は、燃料デブリと同様に細かく切断あるいは破砕され、燃料デブリと同様な方法で除去される。
【０１７６】
ここでは、圧力容器２１の上蓋２１３の回収、圧力容器２１の内部構造物２８の撤去、および圧力容器２１の底の開削について説明したが、図１に示す格納容器２３の上部の開削やフロア２４の開削についても同様に行なわれる。ただし、フロア２４等が放射能に汚染されていないときは、水槽２５内への運搬、保管は不要であり、単純に外部に運び出すか、あるいは格納容器２３の周りに落下させてもよい。
【０１７７】
なお、ここでは、ＣＯ２レーザ光を照射して開削する例を説明したが、開削にあたっては、ＣＯ２レーザ光を用いるのではなく、例えば、可撓性ガイドパイプ４２を利用して、圧力容器２１の底に機械的なエネルギーを加える装置を差し込んで開削してもよい。
【０１７８】
次に、本実施形態の燃料デブリ回収システム１を採用したときの原子炉２の開削および燃料デブリ２９の回収の手順を説明する。
【０１７９】
図３６〜図４２は、原子炉２の開削および燃料デブリ２９の回収の手順を順を追って示した図である。
【０１８０】
先ずは、図３６に示すように支持装置６０を遮蔽室１９の内壁に支持させておいて、フロア２４にＣＯ２レーザ光Ｌを照射してフロア２４を開削する。
【０１８１】
次に図３７に示すように、今度は格納容器２３にＣＯ２レーザ光Ｌを照射してその格納容器２３の上部を開削する。
【０１８２】
さらに、図３８に示すように、今度は圧力容器２１の上蓋２１３を取り外して圧力容器２１を開ける。
【０１８３】
さらに次に、図３９に示すように、圧力容器２１の内部構造物２８を撤去する。
【０１８４】
次に、図４０に示すように、パイプ４１〜４４を延長し、また下段の支持装置６０を圧力容器２１内に降下させてその圧力容器２１の内壁面に支持させ、今度は圧力容器２１の底に溜っている燃料デブリ２９にＣＯ２レーザ光Ｌを照射して破砕し、その燃料デブリの破砕粉や破砕片をパイプ内を通して水槽１０内に引き上げて回収する。
【０１８５】
次に、図４１に示すように、圧力容器２１の底を開削する。
【０１８６】
さらに、図４２に示すように、パイプ４１〜４４をさらに延長し、また下段の支持装置６０をコンクリートペデスタル２２内に移動させてコンクリートペデスタル２２の内壁に支持させ、コンクリートペデスタル２２の底部に溜っている燃料デブリ２９を回収する。      
【０１８７】
コンクリートペデスタル２２の底部に堆積した燃料デブリ２９の回収方法は、支持装置６０が再配置され、かつパイプ長が延長されることを除き、圧力容器２１の底部に堆積した燃料デブリ２９の回収方法と同様である。
【０１８８】
図４３は、燃料デブリ回収システムのもう１つの実施形態を示した図である。
【０１８９】
ここでは、図１において付した符号と同一の符号を付して示し、ここでは前述の実施形態との相違点のみ説明する。
【０１９０】
この図４３には、図１に示す実施形態にさらに、耐放射線カメラガイドパイプ４５と、その耐放射線カメラガイドパイプ４５用の気・水遮蔽装置５５と、その耐放射線カメラガイドパイプ４５に案内されて圧力容器２１内に吊り下げられた耐放射線カメラ４９が示されている。この耐放射線カメラ４９は、圧力容器２１の底部の様子やそこに堆積した燃料デブリ２９の様子を写し出すカメラである。耐放射線カメラガイドパイプ４５は、前述したＣＯ２レーザ光を伝送する伝送ライン７１（図４参照）を案内する可撓性ガイドパイプ４２と同様のパイプである。したがってその耐放射線カメラガイドパイプ４５用の気・水遮蔽装置５５も可撓性ガイドパイプ４２用の気・水遮蔽装置５２と同じく、図９に示すタイプの気・水遮蔽装置５０Ｃが使用されている。
【０１９１】
なお、ここでは図示を省略したが、上段の支持装置６０には、耐放射線カメラガイドパイプ４５を半径方向に移動させるポジショナが備えられている。また、この耐放射線カメラガイドパイプ４５には、耐放射線カメラ４９自体のみでなく、その耐放射線カメラ４９の姿勢や方向を制御するための設備も通過している。
【０１９２】
ここでは、耐放射線カメラガイドパイプ４５について説明したが、他の目的の様々なパイプ、例えば圧力容器内の水位計測用のメジャーを挿し込むためのパイプや水Ｗや燃料デブリ２９の成分を分析するための分析器を案内するためのパイプなどを設置してもよい。
【０１９３】
また、ここでは圧力容器２1や燃料デブリ２９にＣＯ２レーザ光を照射する装置について説明したが、本発明は、必ずしもＣＯ２レーザ光を用いることに限定するものではない。ただし、水に浸った開削あるいは破砕対象物をレーザ光を用いて破砕するときは、波長２．０μｍ以上のレーザ光を用いることが好適である。
【０１９４】
あるいは、レーザ光を離れ、機械的なエネルギーを与えて開削あるいは破砕する破砕装置を採用してもよい。
【０１９５】
また、ここでは、破砕した燃料デブリの粉体２９ｂを回収するにあたっては、水流を発生させ、粉体２９ｂを水流に乗せて捕集する例について説明したが、乾燥した雰囲気にある場合は、バキュームで吸引するなど、他の回収方法を採用してもよい。
【０１９６】
本実施形態の燃料デブリ回収システム１を採用すると、原子炉２の上に水槽１０で塞がれた遮蔽室１９が設置されているため、安全な回収作業が行われる。
【符号の説明】
【０１９７】
１    燃料デブリ回収システム
２    原子炉
１０，２５    水槽
１１    防護壁
１２    床面
１３，２５２    ハッチ
１４    建屋
１５    隧道
１６    運搬機
１９，１００    遮蔽室
２１    圧力容器
２２    コンクリートペデスタル
２３    格納容器
２４    フロア
２８    内部構造物
２９    燃料デブリ
２９ａ    小片
２９ｂ    粉体
３４，１４４    回転駆動装置
３８    ポンプ
３９，９１１    デブリ回収バスケット
４１    ドライビングパイプ
４２    可撓性ガイドパイプ
４３    ポンプ用ガイドパイプ
４４    デブリ回収用ガイドパイプ
４５    耐放射線カメラガイドパイプ
４９    耐放射線カメラ
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５１〜５４    気・水遮蔽装置
６０    支持装置
６１    固定リング
６２    回転支持体
７１    伝送ライン
７２    照射ノズル、レーザ照射ノズル
８０    捕集装置
９１，９２    コンテナ
９５    バルブ
９８    ワイヤ
９９    落下防止部材
１０１    台座
１０２    ボールベアリング
１０３，１０５    ギア
１０４，１４３    モータ
１１１    ワイヤラインキャッチャ
１１２    テレスコピックキャッチャ
１４１    隔壁
１４２    天板
１５１，１５２，１５３    水門
１９１，２５２    開口
２１１，２１２，２１４    穴
２１３    上蓋
２１５    ボルト
２１９    胴部
２５１    格納コンテナ
２８１    小塊
３８１    揚水ポンプ
４１１    着脱装置
５０１    パイプ締付装置
５０２，５０７    パイプ保持用ラム
５０３，５０４    圧潰用ラム
５０５，５０６    シール用ラム
５０８    パイプ用ロータリシール
６１１    アーム
６３１，６３２，６３３    通路
６５１，６５２，６５３    ポジショナ
７１３    支持部材
７１４    結合光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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