日本原子力学会ウィークリーウェビナー「放射性廃棄物の管理」2021

11. 1F事故オンサイト廃棄物の処理
日本原子力研究開発機構

大杉武史

本日の内容1.

従来の廃棄物との違い

2.

処理技術に関する研究開発の位置づけ（東京電力の行程、原子力損害賠償・廃炉等支援機構（NDF）の技術戦略プラン、研究開発の場（研究資金） ）3.

処理技術を選定するための比較整理

4.

低温固化技術の研究開発の内容と知見

5.

今後必要と考えられる研究課題

廃炉を進めるために、多くの研究者・技術者の方に、継続的に廃棄物分野の研究、技術開発に携わっていただきたい。
研究開発を検討するのに必要となるであろう情報を中心に。
1

１.従来の廃棄物との違い①
１F事故オンサイト廃棄物に関する取り組みは、従来の廃棄物に対する取り組みと大きく異なり難しい。

○従来の廃棄物
性状把握

廃棄物
発生処分区分設定

主プロセスの設計からある程度、想定されている。

処理設計

保管基準
適合確認

処理

積極的
分別

減容分離

固化

消極的

・原子力エネルギーを用いる各種プラント（原子炉、燃料加工、再処理）を設計し、その運転の排出物として廃棄物が発生。
・プラントの目的を達成する必要があるため、インプット（燃料、原料）が概ね一定であり、発生する廃棄物も、設計値を中心とした変動で性状が把握できる。
・プラントの設計段階で、廃棄物の性状、発生量を想定することができ、管理計画が立案できる。
・処理、管理の計画から、処理が困難になる可能性がある資材、プロセスを制限することで、処理の難しい廃棄物の発生を阻止することができる。
・機器類、配管、装置類を放射性物質の接触する部分と接触しない部分に明確に分離でき、放射性廃棄物の発生量を必要最低限とできる。

処分
トレンチ
ピット
余裕深度
地層2

1.従来の廃棄物との違い②○１F廃棄物
処分区分
設定

性状把握
廃棄物
発生処理
設計

保管基準
適合
確認

処理

積極的
分別
消極的

減容

分離

固化

処分
トレンチ
ピット
余裕深度
地層・サイト内のほぼ全てのものが何らかの汚染を受け、事故時の詳細も調査が必要であることから、廃棄物の資材と汚染核種の組合せが既存の廃棄物とは異なり、詳細が不明。
・事故の拡大防止、収束作業が優先であり、その時点での最良の手を打つため、発生廃棄物の変動が時期により異なる。
・廃棄物を保管管理するための施設の容量に対して、過大で、急速な発生であり、廃棄物の安全な保管と廃炉作業を安全に進めるための空間の確保が必要。
・発生する廃棄物性状が、これまでの廃棄物と異なるため、廃棄物を処分する際の技術要件などを設定する情報自体を収集する必要があり、処理方法を決定する基準がない。
廃棄物の情報も処分の要件もない中でも、保管をするための処理を計画しなくてはならない。
従来の廃棄物処理の考え方では進められない。

3

2.処理技術に関する研究開発の位置づけ-東京電力の行程①1F廃棄物対策の進み方• 廃炉・汚染水・処理水対策関係閣僚等会議で決定される「中長期ロードマップ」に基づいて東京電力が廃炉作業を行う。
→現状と計画は東京電力HPで公開されている。
東京電力廃炉プロジェクトHP
https://www.tepco.co.jp/decommission/[プロジェクト概要タブ]・リスクの低減が第一であるため、燃料デブリの取り出しが主要な課題。
・廃棄物処理は、まだ行程のメインではない。しかしながら、冷却水の処理や燃料取出し、デブリ取出しの作業を行うためのスペース確保、作業員の被曝低減といった行程を進めるために欠かせない作業。

4

2.処理技術に関する研究開発の位置づけ-東京電力の行程②・廃炉中長期実行プラン2021

10年後の姿として
○焼却処理
○減容処理
（コンクリート破砕、金属裁断）○保管管理○金属、コンクリートのリサイクル計画されている。

https://www.tepco.co.jp/decommission/progress/plan/pdf/2021/20210325.pdf

52.処理技術に関する研究開発の位置づけ-原子力損害賠償・廃炉等支援機構（NDF）の技術戦略プラン原子力損害賠償・廃炉等支援機構（NDF）

原子力損害賠償の業務の他に、廃炉等の適正かつ着実な実施の確保を図ることを目的に加え、新たに廃炉等を実施するために必要な技術に関する研究及び開発、助言、指導及び勧告の業務も行っている機関
https://www.dd.ndf.go.jp/strategic-plan/「技術戦略プラン」
政府が策定する「中長期ロードマップ」に技術的根拠を与え、その円滑着実な実行や改訂の検討に資するために作成されてるもの。
→技術的な課題等が公表される。

6

2.処理技術に関する研究開発の位置づけ-研究開発の場（研究資金）事業

特徴他

事務局

東京電力による公募

廃炉作業に対する適用技術の公募。

以前は自社で技術公募を行っていたようだが、技術マッチングの会社に委託している例（トリチウム除去技術）もあり。

英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

共通基盤型原子力研究プログラム、課題解決型廃炉研究プログラム、国際協力型廃炉研究プログラム、研究人材育成プログラムなどの種別に対して研究者が比較的自由に研究開発内容を検討し、提案する。

原子力機構 廃炉環境国際共同研
究センター（CLADS）

廃炉・汚染水対策事
業

NDFの技術戦略プラン等の課題から、特定の技術や研究内容に関する公募がかかり、提案する。技術研究組合国際廃炉研究開発機構（IRID）など比較的大規模の研究開発が多い

廃炉・汚染水対策事業事務局

7https://clads.jaea.go.jp/jp/eichijigyo/about_eichi.html

https://dccc-program.jp/

3.処理技術を選定するための比較整理
処理の最終目的は、処分可能な技術的条件に適合する廃棄体を作成すること。
しかし、処分の区分は廃棄物に含まれる核種や処理による核種の固定性により変化する。

廃炉・汚染水対策事業の固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発では、処理の最終形態となる廃棄体の性能について、実績のある固化技術で製作される廃棄体の性能を調査し、比較整理している。
これは当たり前のように考えられるが、これまでは、ガラス固化体とセメント固化体で対象とする廃棄物が異なっていたため、直接比較がされている例が少ない。
また、ガラスとセメントの材料の性質も違うため、共通の方法で評価しようという取り組みが少なかった。

【IRID】平成29・30年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業」に関する補助事業（第一次公募、新しい処理技術についても、同じ項目でデータを取得し、比較をする必要がある。

固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）の成果の概要（令和2年度分）※高温処理技術：数百度以上に加熱する処理で、ガラス固化、溶融固化。
※低温処理技術：室温付近で行う処理で、セメント固化、AAM固化。
※AAM（アルカリ活性材料）：アルカリ溶液と無機粉体を混合し反応させて得る非晶質固体。

84.低温固化技術の研究開発の内容と知見①
セメント系材料による固化処理は、工程が容易であることがメリットだが。
セメント自体は土木建築で多く使われているが、廃棄物を多く含有させるのは製品の想定外の使い方。
セメントの硬化過程は、複数の鉱物相を含む材料のCaの溶解-析出が濃度によって変化する複雑な過程であり、廃棄物の成分の影響については未だ個別に試験をする必要がある。
大きく分けると①廃棄物成分の入れた場合の特性変化の把握と性能が見込める最大充填量の把握。
②加熱・乾燥等の周囲条件による性能劣化及び長期変質に関する試験。
を実施。

【IRID】平成29・30年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業」に関する補助事業（第一次公募、固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）の成果の概要（令和2年度分）

この条件ならできるではなく、できるとできないの境目が把握したい。

9

4.低温固化技術の研究開発の内容と知見②セメント系材料による固化処理が適用できる範囲が知りたい。
セメントなのでなんとなく固まるような気がするが、実際にはガラスなどの高温処理は、物性が概ね組成の関数で整理できる。
セメント系材料は、物性に影響する因子が様々であり、処理に影響する物性の範囲を合成すると非常に小さい領域になってしまった。

【IRID】平成29・30年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業」に関する補助事業（第一次公募、固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）の成果の概要（令和2年度分）

セメント系材料による固化処理の適用範囲を整理することは思った以上に難しい。

10

5.今後必要と考えられる研究課題
基本的には、説明したように、東京電力やNDFなどにより課題が示されるが、○[処理計画]：廃棄物処理の計画の合理性を評価する手法：処理と処分を合わせて考えてどのような処理処分が最も効率的なのか？
○[性状把握]：大量の廃棄物の汚染濃度を把握する手法：数点の分析値と理論を組み合わせて廃棄物に含まれる核種を精度良く推定するなど。
：個々の核種分析を高速分析する手法：新しい分析法、機械化など。特に核燃料物質の分析。
○[保管管理]：容器の腐食や劣化の検知技術。
○[処理]：セメント系材料の長期安定性の評価に関する手法：何年後にどのような性能になるのか？
：コンクリート、金属等の再利用に必要な技術：除染、検認手法。
○[処分]：合理的な処分概念の構築とその安全評価手法の確立。などは必要になると考えている。

最後に福島第一原子力発電所の事故によって、放射性廃棄物の処理の分野においても、系統的な知見の不足が明確になったのではないかと個人的には考えている。
•••

今後、事故による廃棄物だけでなく、レガシーと呼ばれる古くから処理できずに残っている廃棄物、研究所等廃棄物など設計外の廃棄物の発生が多く見込まれる。
廃棄物として対象となる素材・材料の種類が多く、処理の単位操作の種類も多いことから、これといった方針が確立していない。
これを機に知見を収集し体系化しておくことが必要。

多くの研究者、技術者の方（特に若い方）に、廃棄物処理の研究開発、技術開発に興味をもって、携わっていただけるとありがたいです。

11