E2-2015-000442 PSNN-2015-0687

福島第⼀原⼦⼒発電所の廃⽌措置に向けた
放射線計測技術の課題と東芝の取り組み－第四回「放射線計測フォーラム福島」－
2015年07⽉14⽇
株式会社東芝 原⼦⼒事業部
原⼦⼒電気システム設計部
電気システム設計第⼆担当
泉 幹雄© 2015 Toshiba Corporation

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内容

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1. 福島第⼀原⼦⼒発電所の中⻑期ロードマップ
2. 緊急対策としての取り組み
3. 短期的な取り組み（汚染⽔対策）
4. 中期的な取り組み (除染・遮蔽・SFP取り出し）5. ⻑期的な取り組み（燃料デブリ取り出し・廃棄物対策）
6. まとめ© 2015 Toshiba Corporation

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1. 福島第⼀原⼦⼒発電所の中⻑期ロードマップ(*1)
第１期

燃料プール取出前まで

デブリ取出前まで

2012

2014 〜2020（4号取出開始2013-11-18まで）

2011 年
3/11 12⽉

2013

第３期

廃⽌措置完了まで
2021〜

現在(STEP-II)

緊急対策の実施

第２期

冷温停⽌維持・監視（冷却ラインの⼩循環ループ化）

汚染⽔対策（注⽔・滞留⽔処理）
第２期対策に向けた⾄近準備

使⽤済燃料
プール内の燃料取出し

燃料デブリ取出し

原⼦炉
建屋
解体

廃棄物廃棄物の管理

図例：２号機

*1：東京電⼒（株）福島第⼀原⼦⼒発電所の廃⽌措置等に向けた中⻑期ロードマップ(平成27年6⽉12⽇改訂）© 2015 Toshiba Corporation

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2. 緊急対策としての取り組み
2011
3/11
▼

〜

2015
冷温停⽌達成▼2011/12

・汚染⽔の移送設備
・４号機SFPの⽔位確認
ーコンクリートポンプ⾞による⽔位、線量確認

2016〜2020

2021〜

Goal

-冷温停⽌状態の達成・維持-漏洩リスクを最⼩とする冷却⽔再循環ループの構築.

・電源復旧
・環境モニタリング－1F-3ガンマカメラによる汚染分布測定－R/Bフロアのダストモニタリング－３号機 SFP上のダストモニタリング© 2015 Toshiba Corporation

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3. 短期的な取り組み（汚染⽔対策）
2011〜

2015

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2016〜2020

2021〜▼2015/5/27 完了(敷地境界の追加的実効線量1mSv/年まで低減）

3/11▼▼2011/8~
SARRY™装置（セシウムを除去）▽2016年上半期
処理⽔の⻑期的取扱い検討開始▼2013/4~
多核種(Srを含む62核種）除去設備
MRRS(Multi Radionuclide Removal System）

Goal
環境放出前に考慮
すべきトリチウム処理の完了

多核種除去設備「吸着塔」
・地下⽔・⾬⽔流⼊抑制
・⼩循環ループ構築
・ダスト対策▽2016年度 建屋流⼊量 100m3/⽇未満▽2018年度 建屋内滞留⽔のGoal
放射能量を半減▽2020年内
環境への放出なしで安建屋内滞留⽔の処理完了
定的な汚染⽔の浄化（汚染⽔増加量ゼロ）▽： 東京電⼒（株）福島第⼀原⼦⼒発電所の廃⽌措置等に向けた中⻑期ロードマップ(平成27年6⽉12⽇改訂）でのマイルストーン© 2015 Toshiba Corporation

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3.1 汚染⽔対策：放射線計測への課題

E2-2015-000442 PSNN-2015-0687■現状の課題 中期的に増加し続ける滞留⽔の貯蔵・管理
地下⽔流⼊による汚染⽔の増加、累計70万m3（2015年頃）
原⼦炉注⽔

R/B

（約320m3/⽇）

T/B

地下⽔

P

セシウム除去⼀次保管施設

循環注⽔冷却P

注⽔タ
ンク（廃スラッジ・廃吸着材）

淡⽔化

・逆浸透膜・蒸発乾燥

貯蔵タンク

多核種除去設備（既設・増設・⾼性能型）

貯蔵タ
ンク© 2015 Toshiba Corporation

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3.1 汚染⽔対策：放射線計測への課題

E2-2015-000442 PSNN-2015-0687■放射線計測への課題
 汚染⽔を「漏らさない」
・⽔漏洩箇所の遠隔探索・特定技術→⾼γ線場でのβ線核種の漏えい分布測定技術
 汚染⽔を「取り除く」：処理⽔の⻑期的取扱い→⻑期海洋放出に向けた多量・低濃度のトリチウム測定→処理状態の監視：β核種のオンライン分析© 2015 Toshiba Corporation

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4. 中期的な取り組み (除染・遮蔽・SFP取り出し）
2011〜

2015

2016

〜

20202021〜

建屋除染 / 作業のための遮蔽

Goal-作業員のための原⼦炉建屋内の線量の低減~20mSv/h⇒3~5mSv/h以下）-被ばく線量の低減( ALAP)
4号機取り出し完了▼2014/12

３号機取り出し開始▽2017年度

使⽤済み燃料プール（SFP）からの燃料の取り出し

１,２号機取り出し開始▽2020年度▽2020年度頃
使⽤済燃料の処理・保管⽅法の決定

Goal
SFPからの燃料取り出しの完了▽： 東京電⼒（株）福島第⼀原⼦⼒発電所の廃⽌措置等に向けた中⻑期ロードマップ(平成27年6⽉12⽇改訂）でのマイルストーン© 2015 Toshiba Corporation8/26

4.２ 除染・遮蔽：放射線計測への課題

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 現状の課題 除染作業により３~５mSv/h以下への低減：（各号機ともCs-134,137が主汚染源）→広範囲で汚染しているため近傍床⾯の除染では効果⼩→⾼所や配管からの寄与も含めた除染対策が必要⇒汚染位置の事前評価が、除染効率化の上で重要

 放射線計測への課題●1F-2オペフロで最⼤約800mSv/h⇒⾼線量場で、⼩型軽量の汚染位置特定技術© 2015 Toshiba Corporation

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4.３ 除染・遮蔽：除染効率化のサポート技術© 2015 Toshiba Corporation 10/26

4.３ 除染・遮蔽：除染効率化のサポート技術
方向別線源寄与評価© 2015 Toshiba Corporation 11/26

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5. ⻑期的な取り組み（燃料デブリ取り出し・廃棄物対策）
2011～20152016～

20202021～

号機毎の燃料デブリ取り出し⽅針決定▽2016年度~
初号機の燃料デブリ取り出し
PCV内部調査
⽅法の確定▼2014~▽2018年度上半期

初号機の燃料デブリ取り出し開始▽2021年度内

炉内デブリ取り出し

Goal
2021年からの炉内デブリ取り出し開始
処理・処分の基本的な考え⽅の取りまとめ▽2017年度内

放射性廃棄物の保管・管理
４足走行ロボット

Goal
2021年度頃までに処理・処分⽅策とその安全性の技術的な⾒通しを得る。

▽： 東京電⼒（株）福島第⼀原⼦⼒発電所の廃⽌措置等に向けた中⻑期ロードマップ(平成27年6⽉12⽇改訂）でのマイルストーン© 2015 Toshiba Corporation 12/26

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5.1 燃料デブリ取り出し：⼯法選定
⼯法

完全冠⽔

冠⽔

気中

完全気中

原⼦炉内の⽔位

原⼦炉格納容器頂部

炉⼼燃料領域より上

炉⼼燃料領域より下

⽔なし

⽔冷

デブリの冷却
遮蔽（取出開⼝部）

⾶散防⽌

⼩鉄等による遮蔽量

冠⽔による⾶散防⽌（デブリ切断時）

PCV漏えい部補修
デブリへのアクセス経路

空冷⼤散⽔
気中での⾶散防⽌要

冠⽔のためのPCV漏えい部補修・要上部から側⾯部から底部から東京電力（株）福島第一原子力発電所の廃止措置等に向けた中長期ロードマップ(平成27年6月12日改訂）での工法比較から抜粋・追記© 2015 Toshiba Corporation 13/26

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5.1 燃料デブリ取り出し：⼯法選定⇒炉内状態把握
取り出し⼿順や⼯法の具体化
燃焼・溶けた燃料の位置、量の把握が重要（デブリ分布）
燃料集合体の損傷状態
溶けた燃料の密度等の分布
圧⼒容器内部は⾼放射線場でアクセス困難

・⼩型センサをロボットで挿⼊
・外部から⾮侵襲での測定© 2015 Toshiba Corporation 14/26

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5.1 炉内状態把握：センサ直接挿⼊による把握
 現状の課題
 原⼦炉格納容器バウンダリの確保・維持が課題→ペネトレーションの利⽤
 使⽤可能な装置サイズが制限→⾼精度カメラ・照明など使⽤不可 暗所・霧（⽔蒸気）の雰囲気

格納容器調査ロボットGrating 放射線計測への課題
RPV: Reactor Pressure Vessel PCV内部調査では耐放射線性より⼩型でPCV: Pressure Containment Vessel
２号機ＰＣＶ内部調査
ケーブルレス、多点測定可能なセンサ
 デブリ近傍では1000Sv/hレベル→ガンマ発熱対策要Inside wall of PCV© 2015 Toshiba Corporation 15/26

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5.1 炉内状態把握：デブリの識別・性状把握、臨界検知
 現状の課題に対する放射線計測関連の開発項⽬
 デブリ分布の可視化（カメラでは識別困難）、取り出し後の残量確認→中性⼦/ガンマ⽅向・強度、核種・エネルギー弁別（Eu-152,Ce-133等）
による中性⼦カメラ／ガンマカメラ、 LIBS等との組み合わせ
 デブリ性状の詳細分析のためには、搬出必要→その場⼜は１F内での組成等の簡易分析技術
 冠⽔・部分冠⽔⼯法時には、⽔減速により反応度が上昇→臨界可能性のある部位の評価（デブリ分布可視化）技術→臨界検知のための⾼ガンマ線場での微弱中性⼦の測定技術

常温動作、超⼩型・⾼感度、耐環境、指向性・スペクトロメータ技術© 2015 Toshiba Corporation 16/26

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5.2 ⾮侵襲測定の開発例：宇宙線ミュオン利⽤（⼿法）

検出器

検出器

検出器

透過法：影を撮影•••

ミュオンの⾼い透過性を利⽤
フラックスの減衰を測定
散乱による分解能の劣化

散乱法：物質の3次元特定•••

ミュオンの散乱⾓を測定
物質ごとに固有の散乱⾓
散乱点推定による物質位置特定© 2015 Toshiba Corporation 17/26

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5.2 ⾮侵襲測定の開発例：散乱法の実証••••

1m×1mの⾯積の⼩型検出器（LANL所有）を使⽤
2013年夏に1ヶ⽉間の測定
世界初、炉内燃料を画像化 ⇒ 分解能3㎝
福島第⼀の1/10の縮⼩実験
燃料棒集合体炉⼼

東芝臨界集合体
C. Morris et al., Appl. Phys. Lett. 104, 024110 (2014).

40cm

鋼鉄ブロック

検出器①

ミュー粒⼦
散乱

燃料棒

検出器②

燃料棒

炉心の空隙

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5.2 ⾮侵襲測定の開発例：1F-2でのシミュレーション• GEANT4モンテカルロシミュレーション による実現性検討

福島第⼀2号機– GEAN4シミュレーションは業界標準のモンテカルロ– 炉⼼、建屋、圧⼒容器、コンクリート壁など原⼦炉の主要構造をモデル化
FMT 2: 5.5ｘ22ｍ2

FMT 1: 15ｘ9ｍ2• 検出器は、建屋前とタービン建屋2Fへの設置を想定– 建屋前検出器は6cm厚鉄板で遮蔽– タービン建屋2Fは線量が低く、遮蔽体なしでも⼤丈夫の⾒込み

タービン建屋での組⽴

H. Miyadera et al., AIP Advances 3, 052133 (2013).
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5.2 ⾮侵襲測定の開発例：1F-2でのシミュレーション
0 – 100%溶融コアのシミュレーション結果。90⽇間の測定に相当。
0%10%30%50%

70%

100%
円錐状に溶融したコア

r = 10cm

15cm

20cm

炉心溶融物50%溶融コア、10 – 150⽇間の測定に相当。
H. Miyadera et al., AIP Advances 3, 052133 (2013).

10日

20日

30日

60日

120日

150日

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5.3 廃棄物対策：⼤量で混在した廃棄物の定量■現状の課題に対する放射線計測関連の開発項⽬・⼤量かつ性状が特殊な固体・液体廃棄物の多核種・迅速放射能定量－⾼γ場でのα核種付着廃棄物の弁別、滞留⽔α濃度モニタ
・難測定核種＝純β核種（Ｓｒ－９０）－容器外側から⾮破壊で計測する必要有り
・デブリ・核物質の計量管理－再処理プロセスと異なる性状、処理プロセス－デブリ取り出し後等での残量が検出限界以下であることの証明－検出限界以上量のインプロセス・計量管理⇒インプロセス・⾼感度・その場測定可能なアクティブ⾮破壊測定システ
ムは有望な⼿段の⼀つ© 2015 Toshiba Corporation 21/26

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5.4 廃棄物対策の開発例：アルファカメラ（原理）α線は1cm以上離れると検出器には届かない⇔空気中の窒素の紫外線を数100光⼦発光

紫外線の計測で、1m以上離れても測定可能(従来5mm)

レンズ© 2015 Toshiba Corporation 22/26

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5.4 廃棄物対策の開発例：アルファカメラ（課題）課題
1m離れた場合、検出器に届く光は数光⼦程度

照明光を除去できる⾼性能フィルタの設計・試作を実施(photon)窒素の発光強度

1000

窒素の発光(nm)
照明の発光(nm)10010001012

除去

100108101041011300350400
波⻑(nm)

450

1

照明の発光強度(photon)⇒照明等の光に埋もれて計測できない500© 2015 Toshiba Corporation 23/26

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5.4 廃棄物対策の開発例：アルファカメラ（設計）アルファカメラ⽤フィルタ

 ノイズ除去：380nm以上の光の透過率 10-13
 感度向上 ：320nm〜360nmの透過率⼤11.E+00

試作フィルタ
市販フィルタ試作フィルタ

1.E‐02透過率

市販フィルタ

透過率

1.E‐04
1.E‐060.1

1.E‐080.01

1.E‐10300

10-13が必要な領域

1.E‐12
1.E‐14300

400

500

600700320340360
波⻑ 波長(nm)[nm]

380400透過率約2倍に向上

波⻑波長(nm)[nm]© 2015 Toshiba Corporation 24/26

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5.4 廃棄物対策の開発例：アルファカメラ（試験結果）
標準α線源：Am-241を⽤いて測定性能を評価
α放射能の管理基準4Bq/cm2を、線源：Am-241
測定距離：1m1m以上離れて3分で測定可能

Am-241 0.2kBq

Am-241 0.2kBq
cps

α線源の測定結果◆測定距離5mmを1mまで範囲を拡⼤◆α線の有無を遠隔で測定できることを確認© 2015 Toshiba Corporation 25/26

6.まとめE2-2015-000442 PSNN-2015-0687

 注⽔・滞留⽔処理
 ⾼γ線場でのβ線核種の漏えい監視
 海洋放出に向けた多量・低濃度のトリチウム測定
 除染・遮蔽 更に軽量で⾼線量場での汚染位置特定技術
 デブリ取り出し時
 臨界監視：⾼γ線場での⾼感度中性⼦測定
 デブリ識別：その場でのデブリ分析技術
 廃棄物管理／計量管理
 多量の、混在した廃棄物の分別・定量・保管管理© 2015 Toshiba Corporation 26/26

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