IRIDシンポジウム2017 in いわき「燃料デブリ取り出しに挑む」

燃料デブリの取り出し～IRIDが取り組む研究開発の状況～
2017年8月3日
技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（IRID）
開発計画部 部長
奥住 直明
この成果は、経済産業省/廃炉汚染水対策事業費補助金の活用により得られたものです。
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

目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning2目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3PCVの外観（建設写真）「ドライウェル（D/W）」：S/Cより上部のPCV「PCV貫通部」：配管貫通部、電気配線貫通部等
1号機 約150か所
2号機 約200か所
3号機 約190か所「機器ハッチ」：大型機器の搬出入口「ベント管」：D/WとS/Cの連絡配管「サプレッションチェンバ（S/C）」：
事故が起きた時に発生した蒸気をS/C内の水で凝縮し、PCVの圧力の上昇を抑える。
「エアロック」：人の出入口｢Browns Ferry Unit 1 under construction 1966.Sep.｣
Tennessee Valley Authority – TVA’s 75th Anniversary webpage

44©International Research Institute for Nuclear DecommissioningPCV補修・止水技術
ベント管止水試験

除染

デブリ調査

：補修・止水範囲

PCV補修

デブリ取出

収納・移送・保管

実規模試験体を用いた試験
楢葉遠隔技術センターでの実規模試験
実規模試験体（1/8セクター）
ベント管

ベント管

ダウンカマ
クエンチャ

１／２スケール試験体で止水性能を確認（工場）閉止補助材止水試験

トーラス室
壁面

楢葉遠隔技術開発センター内に建設

ベント管止水

作業フロア

遠隔マニュピレータ

約13m

閉止補助材

サプレッション
チェンバ（S/C）

ベント管
閉止補助材
試験体

１／１スケール試験体で閉止補助材の止水性能を確認（屋外）5©International Research Institute for Nuclear Decommissioning実規模試験体を使った手順確認
目的 実規模試験体を使って実工事を念頭とした手順書を作成し、実機適用性を判断する。

主な取り組み 次の３つの止水工法について、施工性確認試
験及び打設試験を行い手順を確認する。
① ベント管止水② S/C内充填止水③ S/C脚部補強

試験体外観７m

10.5m

試験期間
2016.11～2018.3

試験体内部（S/C内部）

3.8m

S/C脚部補強施工性確認試験

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遠隔マニュピレータ©International Research Institute for Nuclear Decommissioningベント管止水技術
 D/WとS/Cを連結しているベント管を止水し、D/W内を水張りが出来る状態にすることを目的とした技術開発。

D/WS/C

7©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

S/C内充填止水技術
 S/C内外の流路となる配管端部（クエンチャ、ストレーナ）を止水することを目的とした技術開発。また、ダウンカマまでを埋設してベント管止水のバックアップとしての役割も検討中。

8©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

S/C脚部の補強技術
 S/C内充填止水により止水材の充填による重量増加が見込まれるため、S/Cを支える脚部の耐震補強を目的とした技術開発。
１号機

充填装置

充填装置

２・３号機

補強材充填

補強材充填

脚部（コラムサポート）
脚部（コラムサポート）

耐震サポート）【候補材】水中不分離性モルタル

9©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

10デブリ取り出し工法
技術的課題

除染

デブリ調査

PCV補修

冠水-上アクセス工法（概念）放射性ダストの閉じ 作業セル
込め機能の確保遠隔操作技術の確立
被ばく低減・汚染拡大防止技術の確立

天井クレーン

作業セル

シールドプラグ

使用済燃料プール
使用済燃料ﾌﾟｰﾙ

下部テーブル
下部プラットホーム

開発目的

2015.9～2017.3

収納・移送・保管

気中-上アクセス工法（概念）

上部テーブル
上部プラットホーム

カバー吊具 主要３工法について、概念検討および工法詳
細ステップ図を作成し、基盤技術開発の成果と合わせ、工法実現性の評価を行う。
開発期間

デブリ取出

ドライヤ/セパ
レータプール

気中-横アクセス工法（概念）
X6ペネ

使用済
燃料プール
RPV内
アクセス装置

アクセスレール
ロボットアーム

11©International©InternationalResearchResearchInstituteInstitutefor Nuclear
for NuclearDecommissioning
Decommissioning

目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

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上アクセス工法～デブリ搬出ルート～
 上アクセス工法は、閉じ込めと遮へいの要求を満足し、かつ建屋負荷を許容範囲内に収める工法として、搬出ルートを以下の２ルートについて検討。
【ルートB】【ルートA】
 オペフロ上のデブリ取り出しセルで遮へい シンプルな動線。
 非常時の対応が比較的容易。
 R/Bへの負荷が増大するため、セル・設備の小型化が必要。

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 オペフロのシールドプラグを残して遮へいデブリからの直接線をシールドプラグで遮へい↓① 損傷したR/Bへの負荷軽減が可能。
② デブリ取り出しセルの遮へい機能を軽減可（軽量化）。
DSPを作業スペース（収納缶への収納など）として活用。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

上アクセス工法～デブリ取り出し装置概念～
 現状はRPV内部の損傷状況が分らないので、以下の２ケースについて検討。
【装置A】

【装置B】

 装置を小型化
 RPV内に吊り下ろす部分を小型化し、構造物の撤去範囲を縮小。
 性状が不明な燃料デブリの加工を想定し、大きな反力も支持できる機構を設置。

 高汚染エリアを最小化
放射性ダストをデブリ近傍で閉じ込めるために、RPV内面でシール。
個別装置はシールを維持したまま交換可能なよう設計 (シールを維持したまま加工ツールを交換する)。

個別装置

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©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

上アクセス工法～デブリ取り出し方イメージ～
セルカバー

シールドプラグ
PCVヘッド
RPVヘッド開閉式遮へいポート

蒸気乾燥器

ダスト飛散防止用フィルム

RPV内アクセス装置（イメージ）

気水分離器

上下開口部

アクセス装置

RPV内面
シール

旋回装置
装置下部
シール

燃料デブリ

加工装置・
作業用アーム
燃料デブリ15©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

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1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning16

横アクセス工法～デブリ搬出ルート～
 デブリ搬出ルートについて、以下の２ケース（PLAN-A、B）について検討。
号機
配置の基本的な考え方

１号機• 比較的アクセスのしやすいPCV西側を使• 比較的アクセスのしやすいPCV西側を使用して、デブリの搬出は「機器ハッチ」から。 用して、デブリの搬出は「X-6ペネ」から。
燃料デブリ搬出建屋

PLAN-A
デブリはR/B外壁を開口
配置
計
画して搬出

２／３号機

外壁を開口
原子炉建屋

③※ 本図はアクセスレール方式の場合の配置

機器ハッチ

②⑤④

① 燃料デブリ取り出しセル② 保守セル③ 搬出入セル
④ 収納缶セル
⑤ キャスクセル①機器ハッチ

外壁を開口

燃料デブリ搬出建屋※ 本図はアクセスレール
方式の場合の配置

原子炉建屋③X-6ペネ②⑤① 燃料デブリ取り出しセル② 保守セル③ 搬出入セル
④ 収納缶セル
⑤ キャスクセル

④

①

機器ハッチ

PLAN-B
デブリはR/B大物搬入口
から搬出
大物搬入口

大物搬入口

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©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A】アクセスレール方式～取り出しイメージ～
デブリ搬出方法

 ペデスタル「内」デブリ⇒X-6ペネからアクセスレールをペデスタル内に挿入させ、ロボットアームを使って回収。
 ペデスタル「外」デブリ⇒機器ハッチからロボットアームを使って回収。
CRD交換用ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ開口

セルアダプタ

2/3号機のイメージ※
PCV
RPV

ロボットアーム(ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ外ﾃﾞﾌﾞﾘ)

X-6ペネ

気密用セル

気密用セル
機器ハッチ
マニプレータアクセスレール ペデスタル

注）赤字は新設機器

ロボットアーム(ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ内ﾃﾞﾌﾞﾘ)
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燃料デブリ
※ １号機はX-6ペネ位置が２/３号機とは異なる©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A】アクセスレール方式～レイアウト～
レイアウト

 気密/遮へい機能を有した複数のセルを連結し、R/B1階フロアに設置。
 燃料デブリ搬出建屋（仮称）をR/B脇に増設。安全系システムも併せて収納。
燃料デブリ搬出建屋（仮称）ロボットアーム/アクセスレール/ユニット缶
ロボットアーム/アクセ
スレール/廃棄物

原子炉建屋（R/B）１階平面図③
安全系システム

デブリ収納缶

②⑤

④

X-6

①

① 燃料デブリ取り出しセル② 保守セル③ 搬出入セル
④ 収納缶セル
⑤ キャスクセル

19©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A】アクセスレール方式～取り出しイメージ～(動画)20©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A】アクセスレール方式～工場モックアップ～(動画)21©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A´】アクセストンネル方式～コンセプト～
 アクセストンネル方式のコンセプト①作業員の接近は新設建屋までとする（1階フロアでの作業を最小化）②１階床への荷重負担を軽減

 １号機R/B１階の制約条件• 周囲線量率：全エリア高い• 床耐荷重 ：作業セル（遮へい重量物）設置は厳しい
機器ハッチ前線量率：<2mSv/h

デブリ処理
セル

１号機

アクセストンネル

作業セル
機器ハッチ

搬入セル

メインセル

廃棄物処理
セル

作業セル
(新設建屋)

機器ハッチ
機器ハッチ

床耐荷重
＜4.88
ton/m2

直射直射

X-6ペネ

X-6ペネ

作業セル

床耐荷重
＜6.55 ton/m2
X-6前 線量率：
約250mSv/h

床耐荷重＜1.22 ton/m2
X-6ぺネ前遮へいセル
床荷重：約13.7ton/m2

22©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A´】アクセストンネル方式～トンネル構築～
隣接建屋・アクセストンネル構築

１号機

R/B
押し出し装置

アクセストンネル
R/B

R/B

隣接建屋

隣接建屋からＲ／Ｂを開口

R/B

トンネルユニット

押し出し装置等、設置

PCV

機器ハッチ

アクセストンネル

トンネルユニットを搬入、連結

トンネル内にレール等設置

アクセストンネルを設置したR/B内PCV内環境構築（障害物撤去）
PLRポンプ

ペデスタル

空調ユニット

現状のPCV内機器設置状況

筋肉ロボット筋肉ロボットによる機器撤去

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全周にわたりPCV内機器を徐々に撤去©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A´】アクセストンネル方式～デブリ搬出～デブリの搬出（イメージ）

ペデスタル内外デブリの回収（イメージ）
ペデスタル内機器を搬入、組立、設定
ペデスタル外搬出

ジェットデフ

機器搬入

先端ツールの例
グレーチング切断治具
クレーン支柱グレーチング切断状況
切断片の把持チゼル

クレーン支柱設置

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バスケットポンプ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-A´】アクセストンネル方式～デブリ搬出～(動画)25©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-B】PCV新開口方式
 X-6ペネ脇のPCVに新開口を設置。
①装置搬入とデブリ・廃棄物搬出の動線を別系統に。
②直線的なレイアウト→シンプルな動線のため非常時の対応が容易③機材は工場でユニット化→現場作業を低減④開口は、PCV内構造物の撤去範囲が少ない位置を選定③ユニット化された機材搬入
搬出①動線を別系統④PCV内構造物の撤去範囲が少な
い開口位置②直線的なレイアウト

新開口
X-6

搬入・搬出動線
大物搬入口

26©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

【PLAN-B】PCV新開口方式
ペデスタル内落下物の回収（イメージ）

No.27
ペデスタル内デブリの回収（イメージ）

ロングアームマ
ニュピュレータ
装置搬出入レール
ショートアームマ
ニュピュレータ
ペデスタル開口
X-6ペネ

ペデスタル底部マニュピュレータ

ユニット缶
ユニット缶/廃棄物
容器搬出入レール

クローラ型マニュピュレータ

27©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

基盤技術開発

除染

デブリ調査

PCV補修

収納・移送・保管

反力支持装置上アクセス工法作業ステップ確認

開発目的

デブリ取出 取り出し工法の基盤となる技術を要素試験（縮尺モデル、実汚機サイズモデル）に 染より成立性を確認する。 拡
コアボーリング加工

切削技術（ レーザガウジング加工
水レーザ光学系
例
水(レンズ等)）

大防止・
遮へい技術
（例）

遮へいプラットフォーム

RPV内面シール

アクセス
技術
（例）

ペデスタル内アクセスレール

柔構造アーム

飛散物

溶融部

材料

28

©International Research Institute for Nuclear Decommissioningレーザガウジング切削試験【レーザガウジングの原理】• 水流にレーザを透過させて、水流とレーザを同軸にして材料表面に照射• レーザ照射部を加熱、溶融させて、その溶融物を水流で除去
水レーザ

ガウジングヘッド内でレーザと水流を同軸化
水中

母材：ステンレス鋼

水中でのレーザはつり
ガウジング
ヘッド

レーザ

飛散物
ジルコニアペレット

溶融部

アルミナペレット

材料

レーザガウジングの概念図

H26年度試験結果【レーザはつり加工の特徴】• 溶融除去した材料の99％以上が水中もしくは沈殿物として水槽内に溜まり、気中への飛散する加工屑が少ない• デブリの硬さに左右されない加工方法• レーザが透過可能な水流を大気中に噴出することが難しい（現状の課題）
29©International Research Institute for Nuclear Decommissioningレーザガウジング切削試験(動画)30©International Research Institute for Nuclear DecommissioningRPV内面シール性機能確認試験
 気中－上アクセス工法におけるRPV内アクセス装置のRPV内面のシール性を実規模大（1/1スケール）試験設備を使って確認する。
共通装置

RPV内面シール部

板バネ

試験タンク

共通装置（試験タンク吊り下ろし）
加工機

1/1試験模擬設備
個別装置（加工機）

加工用アームRPV内面シールイメージ

フライス刃

共通装置（全景）

31

共通装置（下面）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning位置決め・反力保持機構機能確認試験
 冠水-上アクセス工法におけるRPVアクセス装置の位置決め／反力保持機構の1/1スケール単体試験、および1/4スケールモデル試験により、位置決め・反力保持性能を確認する。
位置決め・反力保持機構

展開方式

マニホールド水圧シリンダマニホールド直動

水圧シリンダ上部テーブル

直動ガイド
直動ガイド

回転

下部テーブル
下部テーブル

機構数・3本・4本・6本

下部テーブル

リンク
先端形状

板球

1/1スケール試験体

32©International Research Institute for Nuclear Decommissioningロボットアーム／アクセスレール＜ロボットアーム仕様＞＜アクセスレール機能＞①ロボットアームのペデスタル内案内①先端負荷：2,000kg（ペデスタル中央までの案内を想定）（径60mm程度のコアボーリングﾞを想定）②ユニット缶の、セル⇔ペデスタル内移動②アーム長：7,100mm（RPV底部からペデスタル底面下1.5mまでのアクセスを想定）③多軸：6軸（先端ツール位置決めより選定）

カメラ設置予定位置

ロボットアーム

アクセスレール

幅700×アーム長7,100×高さ920mm
質量 ：約3.5ton

幅1,900×長さ8,000（縮時）×高さ2,500mm
長さ17,000（伸時）質量 ：約14.5ton

図

寸法
重量33

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning柔構造アーム機能確認試験
 耐放射性、耐衝撃性に優れる柔構造アーム（愛称：「筋肉ロボット」）の基本的な成立性および開発課題を抽出する。
試作機 タイプⅠ
寸法：全長1800mm
幅630mm
高さ1000ｍｍ
重量：約690ｋｇ

階段走行試験

試作機 タイプⅡ
寸法：全長2750mm
幅590mm
高さ350ｍｍ（胴部）
重量：約220ｋｇ

コンクリート破砕試験

34

試作機 タイプⅢ
寸法：全長1635mm
幅430mm
高さ185ｍｍ（胴部）
重量：約64ｋｇ

把持動作

模擬バルブ開閉©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning35

安全系システム

除染

デブリ調査

必要な安全機能
1. 冷却
2. 閉じ込め（負圧，トーラス室水位制御）
3. 不活性化（火災・爆発防護）
4. 未臨界

PCV補修

デブリ取出

収納・移送・保管②窒素供給・排ガス処理設備
窒素供給系（RPV不活性化）

PCVガス管理系

洗浄塔

負圧管理、水素掃気、管理放出

原子炉建屋ｶﾞｽ管理系
平常時放出放射能緩和
管理放出：１次バウンダリ①循環冷却・臨界管理設備
循環冷却系

水処理設備
ホウ酸濃度
調整設備

地下水P

セル：２次バウンダリ（気体）P

トーラス室排水系
地下水位との逆転防止・放射能濃度の低減・臨界防止（ホウ酸濃度）③建屋・セル換気設備建屋・セル排気系

P
建屋間止水

デブリ冷却・放射能濃度の低減（負圧管理・ 管理放出）

P：２次バウンダリ（液体）

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建屋給気系

補助建屋内

（作業環境維持）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

目 次
1. PCV補修・止水技術開発
2. 燃料デブリ取り出し技術開発
・上アクセス工法
・横アクセス工法
・安全系システム

3. 収納・移送・保管技術開発©International Research Institute for Nuclear Decommissioning37

収納・移送・保管技術
収納缶の設計

除染

デブリ調査

PCV補修

デブリ取出

収納・移送・保管⇒1F固有の課題に対処

 燃焼度と濃縮度が高い→反応度高 コンクリートとの溶融生成物→コンクリート中の水分の放射線分解による水素発生
 海水注入、計装ケーブル他との溶融→塩分の影響、不純物の混入移送方法（気中-横アクセス工法の場合：例）
原子炉建屋

保守セル
燃料デブリ
取出し収納セル

搬出入口(増設)

燃料デブリ搬出建屋

搬出セル収納缶取扱セル

保管施設

ユニット
キャン

デブリ取出し収納缶

収納缶に収納搬送台車収納缶の洗浄等

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移送容器

収納缶を移送容器に収納

トレーラー

移送容器搬出©International Research Institute for Nuclear Decommissioning収納・移送・保管技術

除染

デブリ調査

デブリ取出

PCV補修

収納・移送・保管移送方法（上アクセス工法の場合：例）
原子炉建屋／コンテナ
デブリ取出し収納缶に収納収納缶洗浄等【高汚染区域】

収納缶を気密容器に収納

気密容器を移送容器に収納【中汚染区域】【低汚染区域】

移送容器搬出

収納缶

移送容器

気密容器

燃料デブリ取り出し装置

上部格子版
UCト取扱装置

リフター

燃料デブリ

【隔離エリア】【搬出エリア】

地上階
輸送車両

39

©International Research Institute for Nuclear Decommissioningご清聴ありがとうございました。

40©International Research Institute for Nuclear Decommissioning