【公開版】

提出年月日
令和２年３月 25 日
日本原燃株式会社

Ｒ８

Ｍ Ｏ Ｘ 燃 料 加 工 施 設 に お け る
新規制

基準に安全審査

対す

る

適整理資料

第 22 条：重大事故等の拡大の防止等

合性

目

次

１章 基準適合性
１．規則適合性２．重大事故等の拡大の防止等（要旨）３．設計上定める条件より厳しい条件の設定及び重大事故の想定箇所の特定
４．（欠番）
５．重大事故等の対処に係るの有効性評価の基本的考え方
６．核燃料物質等を閉じ込める機能の喪失への対処
７．重大事故が同時に又は連鎖して発生した場合の対処
８．必要な要員及び資源の評価

１章 基準適合性

令和２年3月25日 R６ＭＯＸ燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料リスト
第22条：重大事故等の拡大の防止等（３．設計上定める条件より厳しい条件の設定及び重大事故の想定箇所の特定）ＭＯＸ燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料
資料№

名称
重大事故の起因となる機能喪失を発生させる可能性がある自然現象等の選定
補足説明資料3-1
根拠提出日Rev

2/26

１

補足説明資料3-2 自然現象に対して実施する対処について

12/26０

補足説明資料3-3 自然現象の発生規模と安全機能への影響の関係

2/26

１

補足説明資料3-4 重大事故等の特定

1/23

１

備考

添付資料１

MOX燃料加工施設における核燃料物質の取扱い

2/26０

添付資料２

各異常事象に対する発生防止対策について

2/26０

補足説明資料3-5 SCALEコードシステムの概要

2/26

１第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-6 混合機の容積制限について

2/26

１第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-7 未臨界質量の評価について

12/26

０第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-8 未臨界質量に至る所要時間の算定について

2/26

１第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-9 水配管の破損による溢水の想定について

2/26

１第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-10 燃料棒貯蔵設備における貯蔵マガジン落下時の没水の可能性について

12/26０第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-11 燃料集合体貯蔵設備の没水の可能性について

12/26０第15条の説明内容に移動。

補足説明資料3-12 設計上定める条件より厳しい条件等の同時発生

3/101

補足説明資料3-13 近接原子力施設からの影響

2/26０

補足説明資料3-14 グローブボックス排気設備停止時におけるグローブボックスの温度評価

2/26０

補足説明資料3-15 安全上重要な施設の系統図

3/191

補足説明資料3-16 フォールトツリー

3/19

1(1/2)

令和２年3月25日 R６ＭＯＸ燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料リスト
第22条：重大事故等の拡大の防止等（３．設計上定める条件より厳しい条件の設定及び重大事故の想定箇所の特定）ＭＯＸ燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料
資料№

提出日

Rev

補足説明資料3-17 フォールトツリー（設計上定める条件より厳しい条件毎の安全機能喪失の特定）

3/19０

補足説明資料3-18 系統図（設計上定める条件より厳しい条件毎の安全機能喪失の特定）

3/19０

補足説明資料3-19 臨界の発生可能性の検討

3/25

1

名称(2/2)

備考令和２年３月 25 日 Ｒ１

補足説明資料３－19（22 条）

臨界の発生可能性の検討

１．設計上定める条件より厳しい条件を超える条件における臨界の発生可能性の検討
設計上定める条件より厳しい条件を想定してもＭＯＸ燃料加工施設において臨界事故の発生は想定されないことから，設計上定める条件より厳しい条件を超える条件において核燃料物質の集積を想定し，臨界の発生可能性を検討する。
地震が発生した場合は，基準地震動の 1.2 倍の地震動を考慮した際に機能維持できる設計としない機器は機能喪失するものの，核燃料物質の搬送機能は喪失するため，臨界には至らない。また，火山の影響及び全交流電源の喪失については，工程が停止することから，核燃料物質の集積はなく，臨界には至らない。
このため，設計上定める条件より厳しい条件を超える条件として，内的事象により複数の異常が同時に発生するとともに，複数の動的機器の多重故障及び多重誤作動並びに運転員の多重誤操作を想定することにより，臨界事故の発生の可能性を評価する。評価の前提条件として各ＭＯＸ形態の初期値を核的制限値に基づき設定する。
なお，評価に当たっては，臨界ベンチマーク実験の解析により，その信頼性が確認され，ＭＯＸに対する推定臨界下限中性子実効増倍率が 0.97 と検証されている計算コードシステム SCALE-4 のKENO-Ⅴ.a コード又は KENO-Ⅴ.a コードと同等である KENO-Ⅵコー
ド及び ENDF/B-Ⅳライブラリを用いて解析を行う。

補-3-19-1

(１) 想定する事故シナリオ
上記検討のとおり，厳しい条件として，設備・機器の多重の故障及び誤動作並びに繰り返しの誤操作を想定した結果，逸脱する可能性がある評価条件として核燃料物質量の逸脱を想定する。
(ａ) 内的事象
核燃料物質量の逸脱は，誤搬入防止機構の機能が喪失し，核燃料物質が制限なく搬入可能な状態となった場合に発生する可能性があることから，ＭＯＸが収納された容器が貯蔵施設からグローブボックスに継続的に搬入され，核的制限値を超えて核燃料物質が集積する状況を事故シナリオとする。
(ｂ)

グローブボックス内への容器の異常搬入並びに混合機及びホッパ内へのＭＯＸの過剰投入
ＭＯＸが収納された容器が貯蔵施設からグローブボックスに継続的に搬入され，核的制限値を超えて核燃料物質が集積する状況を事故シナリオとし，臨界の発生可能性を検討する。
本検討においては，ＭＯＸが収納された容器を搬送装置の可動域内で物理的に可能な範囲で最密に配置し，さらにＭＯＸが混合機及びホッパ内に満杯に投入された場合のグローブボックス内に入り得るＭＯＸの最大集積量を算定する。ＭＯ
Ｘの最大集積量の算定は，当該グローブボックス内に設置する搬送装置の構造から乗載可能な容器数を算定し，次に搬送補-3-19-2

装置以外の機器で取扱いが可能な容器数を算定して，グローブボックス内に入り得る容器数を算定する。また，粉末回収装置で回収し得るＭＯＸ粉末量並びに混合機及びホッパに満杯に投入された場合のＭＯＸ量を算定し，これら全てを合算してグローブボックス内に入り得るＭＯＸの最大集積量とする。
次に，算定した各グローブボックスのＭＯＸの最大集積量とＭＯＸ形態ごとの未臨界質量を比較する。ここで未臨界質量とは，水反射体 2.5cm，球形状モデルにて計算した中性子実効増倍率が推定臨界下限増倍率 0.97 以下となる質量であり，ＭＯＸの最大集積量が未臨界質量を超えなければ，いかなる集積状態においても臨界に至ることはないと判定する。
未臨界質量の評価条件を第１表に，評価結果を第２表に示す。
全てのグローブボックスを対象に評価を行った結果，以下のグローブボックスにおいてＭＯＸの最大集積量が未臨界質量を超える結果となった。各グローブボックスのＭＯＸの最大集積量を第３表に示す。
・原料ＭＯＸ粉末缶取出装置グローブボックス
・原料ＭＯＸ粉末秤量・分取装置グローブボックス
・予備混合装置グローブボックス
・一次混合粉末秤量・分取装置グローブボックス
・均一化混合装置グローブボックス・回収粉末処理・詰替装置グローブボックス・回収粉末処理・混合装置グローブボックス
ⅰ．分散配置したモデルによる臨界評価
補-3-19-3未臨界質量は，ＭＯＸが一箇所に球形状に集積したと仮定した極めて厳しい条件で算定した値であり，実際にはグローブボックス内のＭＯＸは分散して存在していることから，グローブボックス内の総ＭＯＸ量が未臨界質量を超えたとしても必ずしも臨界が発生するわけではない。そこで，ＭＯＸの集積量が未臨界質量を超えるグローブボックスに対し，ＭＯＸを分散配置したモデルにより臨界評価を行う。
ⅱ．評価モデルの設定方法
分散配置したモデルは，容器及び機器にＭＯＸが収納された単位で体積が等価な１つの球としてモデル化し，設備の構造に基づき配置することを基本とする。
ここでは，均一化混合装置を代表例として，当該設備の構造に基づきＭＯＸを分散配置したモデルの考え方を以下に示す。
(ⅰ) 均一化混合装置グローブボックスで取り扱うＪ85 １容器に収納されたＭＯＸを体積が等価な１つの球にモデル化する。Ｊ85 のＭＯＸ質量の核的制限値 90kg･ＭＯＸと粉末密度５×103kg/m3 から球半径を 16.3cm と設定する。
(ⅱ) 粉末回収装置で回収するＭＯＸ粉末は少量であるため，最も大きい球に合算して考慮する。均一化混合装置グローブボックス内でＭＯＸ量が最大となる満杯時の均一化混合機 1850kg･ＭＯＸに，ＣＳ・ＲＳ保管ポット３kg･ＭＯＸ，粉末回収装置のカップ 10kg･ＭＯＸ及び 13kg･ＭＯＸを加えた合計 1876kg･ＭＯＸと粉末密度５×103kg/m3 から球半径を 44.8cm と設定する。
補-3-19-4

(ⅲ) 搬送コンベア上に配置する球の間隔は，容器同士が接したときの中心間距離と同じ間隔で配置し，Ｊ85 容器下部の搬送板の外寸がであることから，Ｊ85 をモデル化した球の中心間距離もとして配置する。

また，搬送コンベア上に配置する球の数は，設計上搬送装置に乗載可能な数ではなく，より厳しい評価となるようにグローブボックス長手方向の外寸を超える数の球を配置する。均一化混合装置グローブボックスにおいて搬送コンベアに物理的に乗載可能なＪ85 は６容器であるが，グローブボックス長手方向の外寸がであることからＪ85をモデル化した球を一列に 10 個配置する。
(ⅳ) 混合機をモデル化した球と各容器をモデル化した球は当該設備の構造に基づいて配置するが，表面間の距離が30cm より大きい場合は，混合機をモデル化した球と各容器をモデル化した球は表面から 30cm の離隔距離を取り配置する。
(ⅴ) 最も低い位置及び最も高い位置にある球の表面から 50cm離れた位置を床及び天井とし，厚さ１ｍのコンクリートを配置する。また，最も外側にある球の表面から１ｍ離れた位置の四方を壁とし，厚さ１ｍのコンクリートを配置する。
ⅲ．評価の判定基準
計算コードシステム SCALE-4 の KENO-Ⅴ．a コード及びENDF/B-Ⅳライブラリを用いて計算した結果，標準偏差の３については商業機密の観点から公開できません。
一補-3-19-5次チ倍を考慮した中性子実効増倍率が，推定臨界下限増倍率0.97 を下回る場合，臨界に至らないと判定する。
ⅳ．分散配置したモデルによる臨界評価結果
ＭＯＸの集積量が未臨界質量を超えるグローブボックスの臨界解析結果を以下に示す。また，各グローブボックスを分散配置したモデルを第１図に示す。
評価の結果，全てのグローブボックスにおいて中性子実効増倍率が 0.97 を下回ることから，ＭＯＸが収納された容器が搬送装置の可動域内で物理的に配置可能な範囲でグローブボックス内に搬入され，さらにＭＯＸが混合機及びホッパ内に満杯に投入されることを想定した場合においても臨界に至ることはない。

グローブボックス

中性子実効増倍率

原料ＭＯＸ粉末缶取出装置グローブボックス

0.658

原料ＭＯＸ粉末秤量・分取装置グローブボックス

0.763

予備混合装置グローブボックス

0.933

一次混合粉末秤量・分取装置グローブボックス

0.780

均一化混合装置グローブボックス

0.944

回収粉末処理・詰替装置グローブボックス

0.851

回収粉末処理・混合装置グローブボックス

0.931

補-3-19-6

第１表

未臨界質量の評価条件

補-3-19-7第２表

未臨界質量の評価結果

補-3-19-8

第３表

各グローブボックスのＭＯＸの最大集積量

補-3-19-9

については商業機密の観点から公開できません。
一次

第１図

分散配置モデル（原料ＭＯＸ粉末缶取出装置グローブボックス）（１／７）
チェック

補-3-19-10 済：については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（原料ＭＯＸ粉末秤量・分取装置グローブボックス）
（２／７）
次
チ
ェ
ッ
ク
補-3-19-11済

については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（予備混合装置グローブボックス）
（３／７）
次
チ
ェ
ッ
ク

補-3-19-12

済：については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（一次混合粉末秤量・分取装置グローブボックス）
（４／７）
次
チ
ェ
ッ
ク
済：

補-3-19-13

については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（均一化混合装置グローブボックス）
（５／７）
次
チ
ェ
ッ
ク
済

補-3-19-14

については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（回収粉末処理・詰替装置グローブボックス）
（６／７）
次
チ
ェッ補-3-19-15
ク済については商業機密の観点から公開できません。
一第１図

分散配置モデル（回収粉末処理・混合装置グローブボックス）
（７／７）
次チ
ェ
ッ補-3-19-16
ク済別添１
SCALEコードシステムの概要

１． SCALEコードシステムの概要
SCALEは，米国オークリッジ研究所（ＯＲＮＬ）で開発された公開コードシステムであり，核燃料物質，構造材等の幾何形状を入力とし，中性子の飛程を乱数を使用して確率的に計算し，各中性子が吸収されて消滅するか，体系外に漏れるまでの反応過程で発生する核分裂中性子数を計算し，これらの比から中性子実効増倍率を求めるものである。

２．ＭＯＸ燃料加工施設で使用する臨界計算コード
ＭＯＸ燃料加工施設の臨界安全評価では，SCALE-4コードシステムに含まれるKENO-V.aコード又はKENO-Ⅵコード及びENDF/B-Ⅳライブラリを用いる。KENO-Ⅵコードは，KENO-V.aコードで入力できない幾何形状に対して使用する。また，KENO-Ⅵコードは，KENO-V.aコードと同等であることは文献（１）により確認されている。

３．臨界計算コードの妥当性及び推定臨界下限中性子実効増倍率
SCALE-4コードシステムの臨界ベンチマーク評価は，以下のとおり
であり，ＭＯＸに対する推定臨界下限中性子実効増倍率が0.97と検証（２）されている。
(１) ＰｕＯ２均質系
ＰｕＯ２均質系として，16ケースについて評価を行っている。実験の体系は，ＰｕＯ２－ポリスチレンコンパクトを用いたもので，
補-3-19-17この中には，溶液の体系も含まれている。
(２) ＭＯＸ均質系
ＭＯＸ均質系として，49ケースについて評価を行っている。実験の体系は，ＰｕＯ２－ＵＯ２－ポリスチレンコンパクトを用いたもので，Ｐｕ富化度は，約８～30％のものについて実施している。
(３) ＭＯＸ非均質系
ＭＯＸ非均質系として，138ケースについて評価を行っている。
実験の体系は，正方格子に配列した燃料棒に対し，様々な反射体を用いたものとなっている。
(４) ベンチマーク計算結果及び誤差評価
下表にＰｕＯ２均質系，ＭＯＸ均質系及びＭＯＸ非均質系の推定
臨界中性子実効増倍率及び推定臨界下限中性子実効増倍率を示す。

第１表 ベンチマーク計算結果及び誤差
体系

ケース数

推定臨界中性子実効増倍率

推定臨界下
限中性子実効増倍率

標準偏差

ＰｕＯ２均質系

16

1.01830.99690.0065

ＭＯＸ均質系

49

1.00730.97230.0136

ＭＯＸ非均質系

138

1.01030.99710.0058

４． 参考文献(１) P. B. Fox and L. M. Petrie. Validation and Comparison of

補-3-19-18

KENO-V.a and KENO-VI. Oak Ridge National Laboratory. 2002.
ORNL/TM-2001/110.
(２)

動力炉・核燃料開発事業団．ＭＯＸ取扱施設臨界安全ガイドブ

ック．1996，PNC TN1410 96-074.

補-3-19-19別添２混合機の容積制限について

１．設計の考え方
質量管理を行う設備では，通常時に予想される機械又は器具の単一の故障若しくはその誤作動又は運転員の単一の誤操作を想定した場合においても臨界に至ることはないが，添加剤の投入が可能で，設計上定める条件より厳しい条件の下において含水率の逸脱が想定される混合機については，ＭＯＸ粉末及び添加剤のいかなる組合せの過剰投入を想定した場合においても臨界が発生することがないよう設計する。
２．評価方法SCALE-4のKENO-V.aコード及びENDF/B-Ⅳライブラリを用いて臨界解析を行う。ＭＯＸ粉末と添加剤の和の質量を固定し，その範囲でＭＯＸ粉末と添加剤の割合を変化させて解析を行い，すべての領域で推定臨界下限増倍率0.97以下となる場合，設定したＭＯＸ粉末と添加剤の和の質量では，いかなる割合においても臨界に至らないと判断する。
３．評価条件以下の条件で，プルトニウム富化度30％及びプルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末を対象として臨界解析を行う。詳細条件を第２－１表及び第２－２表に示す。
（１）モデル形状
評価モデルは，中性子の漏れが最も少ない球形状とする。
（２）ＭＯＸ質量
プルトニウム富化度30％のＭＯＸ粉末については，10～782kg･ＭＯＸの範囲で評価を行う。プルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末については，

補-3-19-20

10～1850kg･ＭＯＸの範囲で評価を行う。
（３）プルトニウム富化度
プルトニウム富化度60％以下の原料ＭＯＸ粉末を取り扱う設備は，添加剤を添加する構造となっていないことから対象外とし，プルトニ
ウム富化度30％及びプルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末を評価対象とする。
（４）中性子反射効果
容器や機器による中性子の反射を考慮し周囲を2.5ｃｍの水とする。
（５）ＭＯＸ粉末密度
希釈混合時のＭＯＸ粉末密度は，4×103kg/m3に設定した原料ＭＯＸ粉末，これと同等である原料ウラン粉末及び6×103kg/m3に設定した回収粉末を混合することを考慮し，5×103kg/m3に設定する。
（６）核分裂性プルトニウム割合
再処理施設からプルトニウム中のプルトニウム－240含有率が17％以上の粉末のみを受け入れることから，核分裂性プルトニウム割合の最大値として83％を設定する。プルトニウム同位体組成は，再処理施設の臨界計算条件と同じ同位体組成（プルトニウム-239：プルトニウム-240：プルトニウム-241＝71：17：12）を適用している。
（７）ウラン中のウラン-235含有率
再処理施設からＭＯＸ中のウラン-235含有率が1.6％以下の粉末のみを受け入れ，工程中では，ウラン中のウラン-235含有率が天然ウラン以下(0.72％以下)の原料ウラン粉末の希釈混合を行うことから，ウラン中のウラン-235含有率の最大値として1.6％を設定する。
４．評価結果評価結果を第２－１図及び第２－２図に示す。

補-3-19-21

プルトニウム富化度30％のＭＯＸ粉末については，評価範囲における中性子実効増倍率（Keff+3σ）の最大値は0.932となり，ＭＯＸ粉末が600kg・ＭＯＸ以下，つまり混合機の容積を120Ｌ以下で設計することでＭＯＸ粉末及び添加剤のいかなる組合せの過剰投入を想定した場合においても臨界が発生することはない。
プルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末については，評価範囲における中性子実効増倍率（Keff+3σ）の最大値は0.937となり，ＭＯＸ粉末が1850kg・ＭＯＸ以下，つまり混合機の容積を370Ｌ以下で設計することでＭＯＸ粉末及び添加剤のいかなる組合せの過剰投入を想定した場合においても臨界が発生することはない。
５．対象混合機以上の結果から以下の混合機の容積を制限する設計とする。
（１）容積を120Ｌ以下に制限する対象機器
・予備混合機（２）容積を370Ｌ以下に制限する対象機器
・均一化混合機
・添加剤混合機・回収粉末混合機

補-3-19-22

第２－１表 プルトニウム富化度30％のＭＯＸ粉末に対する評価条件

補-3-19-23

第２－２表 プルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末に対する評価条件

補-3-19-24

第２－１図プルトニウム富化度30％のＭＯＸ粉末に対する評価結果

補-3-19-25

第２－２図プルトニウム富化度18％のＭＯＸ粉末に対する評価結果

補-3-19-26別添３
未臨界質量の評価について

１．未臨界質量について
未臨界質量とは，想定する核燃料物質性状において，水反射体2.5cm，球形状モデルにて計算した中性子実効増倍率が，推定臨界下限増倍率0.97を下回る質量である。中性子の漏れが最も少ない球形状において推定臨界下限増倍率が0.97以下であれば，そのＭＯＸ粉末量以内においてグローブボックス内でいかなる状態で集積しても臨界に至ることはないと言える。

２．評価条件SCALE-4のKENO-V.aコード及びENDF/B-Ⅳライブラリを用いて，第１表の条件に基づきＭＯＸ形態ごとに臨界解析を実施し，推定臨界下限増倍率が0.97以下となるＭＯＸ質量を算定し，それを未臨界質量とする。

第１表

ＭＯＸ形態ごとの評価条件

ＭＯＸ形態

Ｐｕ富化度（％）

含水率（％）

密度（×103kg/m3）

核分裂性
Ｐｕ割合（％）

ウラン中のウラン－235含有率（％）

原料ＭＯＸ粉末
一次混合粉末
二次混合粉末
添加剤混合粉末
グリーンペレット
焼結ペレット6030141414140.5
1.01.52.52.50.145557.911.1831.6３．評価結果
評価結果を第２表に示す。また，ＭＯＸ形態ごとの質量と中性子実効増倍率の推移を第１図及び第２図に示す。
補-3-19-27

第２表
ＭＯＸ形態

ＭＯＸ形態ごとの未臨界質量
未臨界質量（kg･ＭＯＸ）

Keff+3σ

原料ＭＯＸ粉末

3000.932

一次混合粉末6500.951

二次混合粉末

22000.968

添加剤混合粉末

15000.960

グリーンペレット

6000.956

焼結ペレット8500.965

補-3-19-28

第１図

ＭＯＸ形態ごとの質量と中性子実効増倍率の推移（ＭＯＸ粉末）補-3-19-29

第２図

ＭＯＸ形態ごとの質量と中性子実効増倍率の推移（ペレット）

補-3-19-30別添４臨界の発生可能性の検討プロセスの再整理

ＭＯＸ燃料加工施設における，臨界の発生可能性の検討プロセスを再整理すると，以下のとおりとなる。

①

設計上定める条件より厳しい条件の設定
外的事象及び内的事象の要因となる設計基準より厳しい条件について整理②①の条件の下で臨界の発生可能性を検討

ＭＯＸ燃料加工施設では臨界の発生は想定されない③臨界事故の特徴（※）を踏まえ，①の条件を超える条件を想定
内的事象により複数の異常が同時に発生するとともに，複数の動的機器の多重故障及び多重誤作動並びに運転員の多重誤操作を想定④③の条件の下で臨界の発生可能性を検討

ＭＯＸ燃料加工施設では臨界の発生は想定されない

結論

臨界の発生は想定されない。

補-3-19-31なお，プロセス④の段階における臨界評価では，運用を見直した核的制限値（プルトニウム富化度及び含水率）を用いる。（本資料19-10～補-3-19-16)の評価条件（※）

第１図(補-3-参照）

臨界は発生の可能性が限りなく小さいが，ひとたび起こると影響が非常に大きい。

補-3-19-32