「廃炉への道」事業研究会

福島第一原子力発電所廃炉への展望~ロボット技術を中心に廃炉技術開発の課題

2014年7月24日
技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（IRID）
理事 及川 清志
無断複製・転載禁止 技術研究組合 国際廃炉研究開発機構©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

1. 国際廃炉研究開発機構（IRID）
2. 廃炉に向けたロボット開発
3. 日本のロボット概観©International Research Institute for Nuclear Decommissioning2

国際廃炉研究開発機構（IRID）

国際廃炉研究開発機構 ホームページ
http://www.irid.or.jp/©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

3

IRIDの概要■ 使命

将来の廃炉技術の基盤強化を視野に、当面の緊急課題である福島第一原子力発電所の廃炉に向けた技術の研究開発に全力を尽くす■ 名称

技術研究組合 国際廃炉研究開発機構 （略称：IRID「アイリッド」)（International Research Institute for Nuclear Decommissioning）■ 設立

2013年8月1日（認可）■ 事業・廃止措置に関する研究開発
・廃止措置に関する国際、国内関係機関との協力の推進
・研究開発に関する人材育成■ 組合本部〒105-0004 東京都港区新橋５－２７－１ パークプレイス６Ｆ（電話番号）０３－６３４５－３８０１（代表）（ホームページアドレス）http://www.irid.or.jp■ 組合員

・独立行政法人（独）日本原子力研究開発機構（JAEA）、（独）産業技術総合研究所（AIST）
・メーカー（株）東芝、日立GE ニュークリア・エナジー（株）、三菱重工業（株）、（株）アトックス
・電力会社等
北海道電力（株）、東北電力（株）、東京電力（株）、中部電力（株）、北陸電力（株）、関西電力（株）、中国電力（株）、四国電力（株）、九州電力（株）、日本原子力発電（株）、電源開発（株）、日本原燃（株）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

4

IRIDの役割
・福島第一原子力発電所廃炉の加速、安全確保、環境保全
・福島の早期復興と国民の安心

・将来の廃炉や安全高度化への対応
・関連技術の涵養、蓄積と高度化

廃炉・汚染水対策チーム会合

電力会社各社
プラント・メーカー（議長：茂木経済産業大臣）[全体の司令塔機能]

中長期ロードマップの提示・報告

将来の廃炉計画への反映

研究開発計画の提示・報告

技術研究組合 国際廃炉研究開発機構
東京電力
福島第一廃炉推進カンパニー
福島第一原子力発電所（廃炉現場）

組合事務局（Ｒ＆Ｄマネジメント）

Ｒ＆Ｄ実施機関

廃炉技術に関する一元的マネジメント

プラント・メーカー

・廃炉全体戦略検討・最適化
・技術の現場ニーズ・シーズ分析と調整（最適化/整合）・個別技術開発の調整・指示
・国際・国内助言の取り込み
・ポテンシャル技術の開発
・人材育成や大学等の連携強化

合理的開発の主導

日本原子力研究
開発機構

協働・協力の主導

産業技術総合研究所

開発成果の共有

電力会社各社

現場ニーズの抽出
開発成果の実用化
計画・戦略の提案

技術やマネジメント面の助言

その他研究機関

共同研究、Ｒ＆Ｄへの参画等

共同研究実施機関

国内・海外関係機関からの助言©International Research Institute for Nuclear Decommissioning5研究開発プロジェクト
使用済燃料プール燃料取り出しに係る研究開発
使用済燃料プールから取り出した燃料集合体他の長期健全性評価
使用済燃料プールから取り出した損傷燃料等の処理方法の検討

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発
格納容器漏えい箇所特定技術の開発

格納容器補修技術の開発

原子炉建屋内の遠隔除染技術の開発

燃料デブリの臨界管理技術の開発

格納容器内部調査技術の開発

過酷事故解析コードを活用した炉内状況把握

圧力容器／格納容器の健全性評価技術の開発

燃料デブリ性状把握・処置技術の開発

放射性廃棄物処理・処分に係る研究開発
汚染水処理に伴う二次廃棄物の処理・処分技術の開発
放射性廃棄物の処理・処分技術の開発
IRID>人材育成>文科省、IRID共済東京電力第一原子力発電所の廃炉に向けた研究開発計画と基盤研究に関するワークショップ

http://www.irid.or.jp/human_resources/「研究組合 国際廃炉研究開発機構と福島第一原子力発電所廃止措置に向けた研究開発における課題」©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

6

原子力発電所の構造
原子炉建屋46m

燃料集合体

圧力容器（RPV）

オペレーションフロア（5F）
蒸気乾燥器

4F
3F

燃料集合体
制御棒

2F

再循環系
出口

1F

圧力容器
（RPV）

使用済み
燃料プール
（SFP)

DSピット

21m

気水分離機

46m

蒸気出口
ノズル

5.5m

ペデスタル

トーラス室（地階）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning7

原子力発電所の構造©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

8廃炉に向けたロボット開発

東京電力ホームページ>写真・映像ライブラリー>写真・動画
http://www.tepco.co.jp/tepconews/library/index-j.html©International Research Institute for Nuclear Decommissioning9

福島第一に投入したロボット

名称

投入時期

役割

T-Hawk2011 Apr.

目視調査（上空より）

3

Packbot

Apr.

目視調査、放射線量計測

WarriorJun.

障害物（ガレキ）除去

QuinceJun.

階上階調査

172
13

JAEA-3

Sep.

放射線量計測(ガンマカメラ)

適用回数

12サーベイランナー

2012 Apr.

トーラス室内部調査

4足歩行ロボット

Dec.

トーラス室内部調査

2013 Apr.

エアロック室内部調査

6
1Jun.

高所・狭隘部の調査

2

障害物（ガレキ）除去

1Sep.

S/C 内水位計測

Nov.

トーラス室内部調査

12

FRIGO-MA
高所調査ロボット
ASTACO-SoRA
磁気クローラ装置
水上ボート

Jul. ~ Aug.

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning10米国産ロボット
T-HawkWarrior3号機上空 (2011.4.15)

Packbot

3号機大物搬入口のガレキ撤去(2011.11.3)

iRobot社では『Packbot』を4500台以上生産
3号機建屋への進入 (2011.4.17)©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

11

クローラタイプ・ロボット
QuinceCBRNE災害（科学、生物、放射性物質、核、爆発物）の際に、消防等の隊員に代わって現場に進入し、状況調査を行うことを目的に開発（国際レスキューシステム研究機構、千葉工業大学、東北大学が共同で開発）
ロボカップ2007、2009世界大会運動性能の部で優勝したクローラ型ロボットKenafを改良

サーベイランナー

FRIGO-MA

高い運動性能（階段、段差、ガレキ走破性）をもとに、映像撮影、環境モニタリング、軽量物のハンドリングに威力を発揮
田所諭「閉鎖空間内高速走行探査群ロボット」2011
田所諭「国際レスキューシステム研究機構の活動」2011
千葉工業大学 未来ロボット技術研究センター(fuRo) http://www.furo.org/©International Research Institute for Nuclear Decommissioning12磁気クローラ
サプレッションチェンバ（S/C）やベント管上の漏えいなどの調査を行うため、磁力で鋼鉄製壁面に吸着し、全面を移動可能なクローラを開発。
SC-ROV

S/C内水位をS/C外面より超音波で測定する
マグネットクローラ

S/C上の亀裂、漏えいを調査
探触子（1ケ）（固定）定位型
水位測定装置

ベント管上を移動し、 PCV接合部の漏えいを調査

探触子押付機構

装置吊り下ろし・回収装置

VT-ROV
Ｓ／Ｃ内水位測定装置©International Research Institute for Nuclear Decommissioning13

水上ボート
漏えい箇所調査の水上移動機構の長尺ケーブル操作技術を確立するため、ベント管下部周辺の状態を確認

ケージに格納し天井孔から滞留水中に着水させる

光ケーブル

1号機ベント管/サンドクッション
ドレン漏えい(2013.11.13)

ケーブル処理装置

調査カメラ
監視カメラ

水中カメラ

東京電力「福島第一原子力発電所 1号機ベント管下部周辺の調査結果について(1日目)」2013.11.13
遠隔技術タスクフォース WG2「遊泳調査ロボットの技術開発 実証試験の実施について」2013.10.31©International Research Institute for Nuclear Decommissioning14

水中ロボット
トーラス室壁面の水没したペネ貫通部の漏えいを調査するための水中調査ロボットを開発。水中の漏えいを調査するために、超音波ソナーによるドップラ計測機能を装備する。
上方カメラ(前/後)

後方カメラ
時間

前方カメラ

ドップラ計測画像（反射波の変化）

配管表面からの反射エコー

トレーサの動き

前後進スラスタ垂直スラスタ

げんごROV

後方カメラ

前方カメラ

垂直スラスタソナー

クローラ
トライダイバー

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

15

S/C上部調査装置
サプレッションチェンバ(S/C)上方の真空破壊弁配管などの漏えいを調査するため、カメラ位置を上下伸縮可能なロボットを開発
カメラ

伸縮継手

3.8m
真空破壊ライン

水漏れ

調査カメラ
真空破壊弁

水漏れ

テレランナー

0.8m©International Research Institute for Nuclear Decommissioning16

除染ロボット
原子炉格納容器漏えい箇所の調査・補修等の作業環境改善のため、現場の汚染状況にあった遠隔除染装置を開発
ブラスト・吸引除染装置

サイクロンセパレータ
付ブラスト機

回収ホース

第2サイクロン
フィルタ集塵セパレータ
ユニット

供給ホース
除染台車

ブロア

ブラスト材供給/回収設備

研磨剤を除染対象に噴射、表面を研削する工法。
噴射後の研削材（スチールグリット）を回収し、セパレータで汚染と分離後再利用。

高圧水除染装置

ドライアイスブラスト除染装置

ブラスト（径0.3mmスチールグリット）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning17

作業ロボット
除染装置およびPCV内部調査のアクセスルート確保、ならびに線量低減のために、無人重機を活用
双腕作業ロボット
ASTACO-SoRA

破砕ロボットBROKK(スウェーデン）3号機大物搬入口周辺の障害物除去(2013.7.25-8.23)

Bobcat

交換先端工具建設作業機器のロボット化©International Research Institute for Nuclear Decommissioning18

PCV内部調査ロボット
PCV内部調査のため、100mmの配管の通過、グレーチング（格子状の鋼材）平面の走行、凹凸のある面上の安定走行可能な、形状変化型ロボットを開発中
平面走行時

カメラ

形状変化

配管通過時

小型クローラ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

19廃炉作業用ロボット開発の要件
目視調査(放射線)計測

 機能要件 移動能力ガレキ除去

除染

補修(止水)

デブリ取り出し

デブリ輸送

 作業能力 階段昇降 視覚情報、放射線情報、温湿度等環境情報の収集
 狭あい部の通過 試料サンプリング
 水中遊泳
 除染
 曲面上移動 ハンド機能（把持、切断、運搬、工具操作・・・）
 高所への到達
 遠隔制御（オペレータが安全な場所から、過酷な環境にあるロボットを操作する）
 過酷環境において安全に使命を達成すること
 高放射線環境
 劣悪な無線通信環境
実環境と同等な環境(モックアップ)を準備し・機器の機能/動作確認、
 高温多湿、塵埃環境
・作業者の操作訓練を実施することが重要 照明のない暗がり
 電力供給がない©International Research Institute for Nuclear Decommissioning20放射線量の把握

2号機原子炉建屋1階

単位：mSv/h

東京電力「建屋内の空間線量率について」2013.3.22
１号機:
原子炉建屋内線量: １階約数ミリ～約4000mSv/h以上(南側)
２号機: 原子炉建屋内線量: １階約数ミリ～約30mSv/h、オペフロ最大880mSv/h
３号機: 原子炉建屋内線量: １階約20ミリ～約4000mSv/h以上(北側の一部)、オペフロ最大約2000mSv/h©International Research Institute for Nuclear Decommissioning21

燃料デブリ取り出し（想定放射線量）
オペフロ：1mSv/h

約25m

気中工法

約35m

冠水工法

作業エリア：3mSv/h
通路：5mSv/h

RPV：1kGy/h（機器開発のための想定）

PCV：100Gy/h（機器開発のための想定）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning22電子機器に対する放射線の影響
１号機: 原子炉建屋内線量: １階約数ミリ～約4000mSv/h以上(南側)
２号機: 原子炉建屋内線量: １階約数ミリ～約30mSv/h、オペフロ最大880mSv/h
３号機: 原子炉建屋内線量: １階約20ミリ～約4000mSv/h以上(北側の一部)、オペフロ最大約2000mSv/h
構成要素部品の放射線耐力を把握し、遮蔽材なしでの高放射線下の運用可能性を検討
参考：ガンマ線の影響を1/10とする遮蔽 = 鉛版：2-30mm ／ 鋼鉄：7-80mm

カメラ
計測用センサ線源

レンジセンサ電池/CPU/モータドライバ

ガンマ線照射試験(20Gy/hour-40Gy/hour）
スキャナ式レンジセンサ

124Gy

カメラ

169Gy

CPUボード、電池
モータ・ドライバ
無線機、LANハブ
３次元距離画像センサ
広角ネットワークカメラ
通信デバイス等

200Gy以上

1Gy/hourの高放射線下でも100時間以上の動作が可能
ガンマ線照射試験「汎用重機やロボットにおける耐放射線評価と管理方法の基本的な考え方」対災害ロボティクス・タスクフォース 2011年4月27日©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

23

遠隔制御
調査活動(無線)

無線は見通ししか通じない

無線LAN

無線/有線
LAN

サポート(有線)

エアロック内用
無線機

エアロック外用
無線機

操作卓

移動中に配線がからまる、切れるなどを回避する、配線の「繰り出し／巻き取り機構」が必要
光ケーブル
リール本体

繰出し装置

Quince

4足歩行ロボット
水上ボート

千葉工業大学 未来ロボット技術研究センター(fuRo) http://www.furo.org/
千葉工業大学、東北大学、国際レスキューシステム研究機構プロジェクトチーム「Quinceによる福島原発対応」2011.6.8

ケーブル繰出し©International Research Institute for Nuclear Decommissioning24

モックアップ試験

右写真のモックアップ範囲

試験棟

楢葉モックアップ施設全景
試験棟

楢葉モックアップ施設計画

研究管理棟

遠隔操作機器実証
試験エリア

福島第一原子力発電所廃止措置のための研究開発拠点整備と将来構想 2014年2月17日 日本原子力研究開発機構©International Research Institute for Nuclear Decommissioning25

ロボットの起源『ロボット』『オートマタ』◎1920年 チェコ カール・チャペック

戯曲『R.U.R.』(ロッサム・ユニバーサル・ロボット会社）

ロボット ⇦ チェコ語robota（強制労働）

ロボットを取り扱う文芸作品
・・・ 人間の対極にある異物『アンドロイド』「手紙を書くピエロ」
1900年
レオポール・ランベール

小説『未来のイヴ』（機械人形）（人造人間）≒ヒューマノイド

1886年 フランス
オーギュスト・ヴィリエ
・ド・リラダン◎1950年 アメリカ SF作家 アイザック・アシモフ『I,Robot（私はロボット）』

1.人間に害を与えない「ロボット三原則」 2.人間の命令に従う
3.自らの存在を守るロボットは怪物 ⇨ 人間の役に立つ機械◎1960年 アメリカ 『産業ロボット』 ユニマット「ロボットの父」 エンゲルバーガー博士 ・・・ 役にたつロボットを作ろう！
1952年 『鉄腕アトム』

2004「産業用ロボット技術発展の系統化調査」国立科学博物館産業技術史資料情報センター「ロボット」http://ja.wikipedia.org 「オートマタ」http://ja.wikipedia.org

原子力をエネルギー源とした、人と同等の感情を持った少年ロボット

ROBODEX2003 2003年4月©International Research Institute for Nuclear Decommissioning26

産業ロボット
1962年
・ユニメーション社 「ユニメート」
・AMF社 「バーサトラン」
発表「川崎ユニメート2000型」1969年(千台)

世界の産業用ロボット稼動台数

1400
12001153
1059

1000

923

800751
605

600
451

400
200

世界総計

中国
台湾
韓国
イタリア

ドイツ
米国

138

日本

0

自動車製造：溶接工程1235

参考：（社）日本ロボット工業会 「世界の産業用ロボット稼動台数」「産業用ロボット技術発展の系統化調査」国立科学博物館産業技術史資料情報センター 2004年©International Research Institute for Nuclear Decommissioning27

ロボット分野の国際競争力比較（○：競争力あり、△：平均レベル、×：競争力弱い）
応 用 分 野

日 本

米 国*1

欧 州*2

製造業用ロボット（産業用ロボット）
建設ロボット
福祉ロボット
医療用ロボット
原子力ロボット
災害対応ロボット
宇宙ロボットエンタテイメントロボット
バイオ産業用ロボット
農業用ロボット
ホームロボット
サービスロボット
畜産ロボット海洋ロボット探査ロボット

○
○
△
×
△
×
△
○
×
△
×
△
△
△
×

△
×
△
△
○
△
○
○
△
△
×
△
△
○
○△×○
×
○
△
△
×
△
○
×
△
○
○
△

要 素 技 術マニピュレーション
移動技術（脚）移動技術（クローラ）
移動技術（車輪）
多指ハンド
遠隔操作機構・制御
マイクロ・ナノシミュレーションヒューマンインタフェース
知的制御技術
センサ技術
視覚認識技術ネットワーク技術
メディア技術
ソフトウェア技術

日 本

米 国*1欧 州*2

△○
△○
△△
△
△
△
△
○
○
△
△
△

○
○
△△
○
○
△
○
○
△
○
○
○
○
○

△
△
○
△
△
○
△○
△
△
△
△
△
△
○

*1 カナダを含む*2 欧州のロボット研究の盛んな国のみを考慮

2001「平成12年度 ２１世紀におけるロボット社会創造のための技術戦略調査報告書」日本機械工業連合会・日本ロボット工業会©International Research Institute for Nuclear Decommissioning28

ロボット分野の国際競争力比較
産業用ロボット
研究水準
技術開発水準
産業技術力

日本
現状
トレンド
○→○→
◎→

米国
現状
トレンド
◎↗
◎
→
◎↗

欧州
現状
トレンド
◎↗
◎
↗
◎
↗

欧州：マニピュレーションに関する研究がEUのプロジェクトとして遂行され、大学・研究機関と企業の連携が進む。
米国：ネットワーク技術を核にした、新しい産業ロボットを作ろうとする動きがある。

日本
米国
欧州
日本：顔認識技術、ジャイロセンサ、レーザレンジファインダなど国際的センシング・認知
現状
トレンド
現状
トレンド
現状
トレンド
競争力を持つ。
日本
米国
欧州
アクチュエータ
研究水準
◎↗
◎
→
△
↘
日本：アクチュエータ周辺技術、高性能サーボモータ、特殊環境・メカニズム
現状
トレンド
現状
トレンド
現状
トレンド 米国：質の高いモーションキャプチャ技術を先導している。
用モータ等、高性能アクチュエータの研究開発は先行。
技術開発水準
◎↗
◎
↗
△
↘
日本
米国
欧州
米国：日本が得意としてきた生物規範ロボティクスの流れを研究水準移動技術◎→◎→◎→
韓国、中国のメカニズムハードウェア産業技術力が大きく産業技術力◎ 現状↗ トレンド
◎ 現状→ トレンド
○ 現状→ トレンド
汲んだ新しい移動メカニズムの開発が活発である。
技術開発水準
◎→
◎→
○
↗
日本
米国
欧州
進展、技術的な優位性が保ちにくくなっている。
米国、欧州：センシングや対象物の不確定性を表現する
研究水準
○
↘
◎
→
◎→
マニピュレーション
産業技術力◎ 現状↘ トレンド
○ 現状→ トレンド
◎ 現状→ トレンド 日本：移動メカニズムの設計において、科学的なアプローチがために、確率的な表現を導入する研究が増加。
技術開発水準
○→
日本
◎→米国
○→
欧州
できていない模様。
日本：海外と比べ、国の投資の規模が極めてすくない。
知能化技術
研究水準
○→
◎↗
○
↗
産業技術力
◎ 現状↘ トレンド○ 現状↗ トレンド○ 現状↗ トレンド
さらに、安全面や制度的な問題などがあり、開発
技術開発水準○→◎↗
◎↗
日本：狭い空間を走行するレスキューロボットなど、
日本
米国
欧州
研究水準
△
↘
◎
→
○
→
された「知能化技術が産業応用に展開すること
フィールドロボット
その踏破能力において、世界のトップレベル
産業技術力◎ 現状→ トレンド○ 現状↗ トレンド
◎ 現状→ トレンドが困難である。
技術開発水準
○→○→○
↗
である。
研究水準
○→
◎→
◎↗
産業技術力
△→
◎
↗
△→
技術開発水準◎→◎→○→米国：小型軽量の不整地移動ロボットの軍事面での有用性が見いだされ「現場で使える産業技術力○↘
○↗
○→ロボット」が複数の企業で量産されている。

海外：ロボットがICTに続く次世代のEconomic Enablerとして注目されている。
日本：医療ロボットやヒューマノイドロボットなどの個々のロボット研究試作や、サイエンス志向の研究が注目されており、将来のビジネスを意識したロボットの研究開発は行われていない。
2011「電子情報通信分野 科学技術・研究会開発の国際比較 2011年版」科学技術振興機構 研究開発戦略センター©International Research Institute for Nuclear Decommissioning29

ロボットの市場見込み
産業競争力懇談会(COCN) 『災害対応ロボットセンター設立構想』プロジェクト による検討資料（単位：億円）

2035年までのロボット産業の将来市場予測
2035年
9.7兆円
2025年
5.3兆円
2020年
2.9兆円
2015年
1.6兆円

サービス分野ロボテク(RT)製品■パーソナルサービス
医療（含手術、セラピー）
介護（含福祉用）警備、掃除、案内、教育アミューズメント、娯楽、等
計
42334億円■パブリックサービス
メンテナンス
災害対応
建設・土木
農業・林業
海洋・地雷探査等計

2018億円
670億円
1750億円
3791億円
811億円
9040億円

RT製品(1.5兆円)への波及効果も期待できる■米国は軍事・テロ対策用ロボットから海外市場、サービス事業へ展開する傾向■韓国・中国は産業用ロボット（製造分野）出荷額で日本に肩を並べる状況であり、日本の優位性は低下する傾向■日本はサービス分野（パーソナルサービス、パブリックサービス）を成長分野として重視⇒災害対応ロボットセンターにより災害対応ロボットを670億⇨1040億へ拡大、普及効果も期待・2012年 ロボット産業の市場動向 2013年7月 経済産業省産業機械課
・COCN『災害対応ロボットセンター設立構想』プロジェクト ｰイノベーションコースト構想の実現に向けて2014年3月7日 第3回福島・国際研究開発都市構想研究会©International Research Institute for Nuclear Decommissioning30

最後に廃炉のための技術開発の課題 ~ ロボット技術に関して❏ 過酷で獏とした環境における信頼性

米国スリーマイル島事故時に開発された遠隔操作ロボット
遠隔探査ロボット(RRV)
450kg

機器設計のための要件・仕様を明確に設定することが難しい✔ 過剰な仕様適用は、現場で使えないもの（重く、大きく）になる可能性あり✔ 経験がモノを言う（米国産は実戦仕込み）⇒ 模擬環境などを活用し、機器の機能把握、運用など開発ノウハウを蓄積❏ 機能調査まではできているが、補修などの作業はこれから遠隔作業ロボット(RWV) 4900kg✔ 移動能力 ⇒ 更に条件の悪い環境へのアクセスビリティ✔ 作業能力 ⇒ 補修など、複雑な作業をこなす能力✔ 状況の変化に対応できる柔軟性、裕度❏ ロボット開発を事業化へ
廃炉をきっかけに将来のロボット事業へ✔ 原子力関連や災害対応ロボットなど・・・・・・プロ向け ⇒ ニーズに応え、実績を積重ねる✔ 医療福祉などパーソナルサービスロボット・・一般向け ⇒ 時代を先取り、潜在ニーズを具現化©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

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