5-3 敷地内貯蔵と敷地外貯蔵
1.

ールが満杯になる前に、キャスクやキャニスタと呼ばれはじめに使用済燃料は、再処理あるいは処分されるまでの一定る貯蔵容器に小容量（たとえば約10tU）ごとに乾式貯蔵期間、貯蔵される。本節では、貯蔵方式、国内外の貯蔵する。容器内は、通常、熱伝導性の良いヘリウムなどのの状況及び貯蔵に係る課題と対策について概説する。

不活性ガス雰囲気にする。

2.

（3）貯蔵容器（金属キャスク、キャニスタ等）

貯蔵方式の分類

乾式貯蔵に用いられる容器には、金属キャスクとキャ使用済燃料の貯蔵には以下のような方式がある。

ニスタがある。金属キャスクは元々使用済燃料を輸送す（1）敷地内貯蔵と敷地外貯蔵
使用済燃料を原子力発電所の敷地内または敷地外に貯るために開発、実用化されたが、使用済燃料の貯蔵専用蔵する場合がある。第1図に、発電所から発生した使用済または輸送・貯蔵兼用にも使われる。この場合、閉じ込燃料の流れと、発電所の敷地内貯蔵と敷地外貯蔵の位置め性能を監視するため蓋は二重構造で、キャスク内は負づけを示す。敷地の内外に貯蔵する選択は、国や事業者圧である。金属キャスクはそれ自体が閉じ込めや遮蔽のの固有の条件により異なる。また、敷地内・外貯蔵の一機能をもつ。一方、キャニスタは使用済燃料を閉じ込め般的な長所、短所を第1表に示す。

るステンレス鋼製の薄肉容器である。この場合、遮蔽はコンクリートキャスク等が機能分担する。
なお、地震時の安定性や使用済燃料の装荷の容易性等

原子力発電を考慮して貯蔵容器を横型に設置する場合と、地震を考SF 移送

敷地内貯蔵慮する必要のないサイト条件や敷地面積の有効活用等のSF
輸送

MOX 燃料輸送

燃料加工Pu,U
輸送

観点から貯蔵容器を縦型に設置する場合がある。

敷地外貯蔵

SF
輸送

再処理

3. 我が国における貯蔵の状況

SF
輸送

我が国では、1995年から東京電力福島第一原子力発電所で、貯蔵専用金属キャスクによる乾式貯蔵施設（第2図）

廃棄物貯蔵・輸送処分が運転されている1)。貯蔵建屋は全長71m、幅30m、高さ22mである。本施設は、元々船待ちのキャスク保管庫として設置された経緯からキャスクは横置きである。2012年現

第1図 使用済燃料(SF)の流れにおける敷地内・外貯蔵

在、9基（約73tU）のキャスクを横置き貯蔵し、耐震の観点から床に固縛している。2011年3月11日の震災時にも、第1表 使用済燃料の敷地内・外貯蔵の主な長所、短所
長
敷地内
貯蔵
敷地外
貯蔵

所

・敷地外輸送の回数、距離を最小化可能。
・炉と共通管理可能。
・複数サイトの使用済燃料を大量、集中的に管理可能。
・経済性が向上。

短キャスクは大きな被害を受けなかった。

所・貯蔵量を制限されることがある。

排気口、風遮蔽板・立地点を得る必要。

キャスク台車
給気口
貯蔵キャスク（2）湿式貯蔵と乾式貯蔵
使用済燃料を水プール内で貯蔵する方式を湿式貯蔵と呼び、発電後5-10年間は使用済燃料の発熱量が高いので、通常、湿式貯蔵により冷却を行う。使用済燃料集合体の配置をラック、バスケット等で制限することにより未臨界性を確保し、必要に応じて中性子吸収材を利用する。
また、プール水による除熱の維持、遮蔽水深の維持等が第2図 東京電力のキャスク貯蔵施設（東電パンフレット1992,1996）考慮されている。
使用済燃料を水プール内で冷却貯蔵後、あるいは水プ（１）日本原子力発電東海第二発電所では、2001年から貯蔵

4. 世界の貯蔵の状況

専用金属キャスクによる乾式貯蔵施設（第3図）が運転さ

4.1 米国1)れており、24基（約250tU）まで貯蔵できる。キャスクを第6図に、米国での貯蔵施設の立地と主な乾式貯蔵方式縦置き貯蔵（床に固縛）している。貯蔵建屋は全長54m、を示す。2010年11月の時点で、全米63サイト（サイト固幅26m、高さ21mである。

有認可15サイト、一般認可48サイト）で使用済燃料の独立貯蔵施設(ISFSI: Independent Spent Fuel StorageInstallation)が運転中である。1986年6月に乾式貯蔵を開始して以来、作業員、公衆および環境に影響を及ぼす
排気口

放射性物質の漏れはなく安全に貯蔵が行われている。

給気口
天井クレーンキャスク
検査台

第3図 日本原電のキャスク貯蔵施設（原電東海パンフレット2001）
中部電力では、浜岡原子力発電所に輸送・貯蔵兼用金属キャスクによる乾式貯蔵施設（約700tU）の設置計画がある（第4図）。

左上から時計回りに、金属ｷｬｽｸ(R. Einziger ISSF2010)
ｺﾝｸﾘｰﾄｷｬｽｸ(AsCaitolTimes2011)
横型ｻｲﾛ(IAEA web Nuclear
Fuel Cycle & WasteTech.)。

第4図 中部電力のキャスク貯蔵施設イメージ図（中部電力プレスリリース2008）
第5図は、青森県むつ市で建設中の中間貯蔵施設（敷地外）のイメージ図である。貯蔵建屋は全長130m、幅60m、第6図 米国における使用済燃料貯蔵施設の立地点と高さ30mで、3,000tUの使用済燃料を輸送・貯蔵兼用キャ主な貯蔵方式例

スクで貯蔵する。最終的には5,000tUの使用済燃料を最長50年間貯蔵する。

4.2 ドイツ1)
ドイツ国内では、当初敷地外キャスク貯蔵施設を建設、操業した（第7図(上)）。しかし、使用済燃料輸送への公衆の反対が根強く、2002年の原子力法改正以降、使用済燃料の中間貯蔵は各発電所の敷地内貯蔵で実施されることとなった。また、事業者は緊急避難的な対策として、水平横置き型の暫定保管庫による貯蔵を実施している。
第7図(下)に暫定保管庫の概要を示す。遮蔽機能を強化するため、貯蔵庫には耐候性のあるプレハブ方式のコンクリート部材が用いられている。この貯蔵庫は容量が小さく建設期間も1～2カ月と短い。また、敷地の制約から、第5図 むつ市に建設中の中間貯蔵施設のイメージ

世界で唯一のトンネル貯蔵方式が敷地内で採用されている。第8図に、トンネル方式の概要を示す。2本のトンネ（２）4.4 スイス 1)

ル内に貯蔵ホールを設け、立杭を通じて除熱を行いトンネルの岩盤に遮蔽機能を持たせている。

第10図に、スイスのビューレンリンゲン村の原子力研究所(Paul Sherrer Institut)に隣接する金属キャスク中間貯蔵施設(ZWILAG)（発電所敷地外）を示す。本施設は、スイスの4つの電力会社が共同出資し、2001年に運転開始した。最大200基のキャスクを貯蔵できる。本施設では、使用済燃料のほか再処理高レベル廃棄物も貯蔵する。貯蔵建屋は全長26m、幅41m、高さ18mである。

第10図 敷地外金属キャスク中間貯蔵施設（W.Heep ISSF2010）
第7図 敷地外キャスク貯蔵施設（ｺﾞｱﾚｰﾍﾞﾝ）（上）と敷地4.5 スペイン1)

内キャスク暫定保管庫（下）(W.Sowa ISSF2003)

第11図に、スペインにおける貯蔵施設の計画を示す。
貯蔵の許認可年数は40年（初期20年＋更新20年）である。
2002年よりTrillo発電所で金属キャスク貯蔵施設が、2009年よりJose Cabrera発電所でコンクリートキャスク貯蔵施設が、運転を開始している。また、2015年までに、さらに２サイトで運転開始が予定されている。さらに、一定期間敷地内貯蔵した後、敷地外集中貯蔵施設に輸送し、収納缶方式に詰め替えボールト貯蔵（設計貯蔵期間100年）を行う構想であり、2016年頃の建設を予定してい第8図 トンネル方式（ネッカーウエストハイム発電所）る。

(H.Voelzke, PATRAM 2010)
4.3 スウェーデン1)
第 9 図に、オスカーシャム原子力発電所に隣接する使用済燃料中央貯蔵施設（CLAB）（敷地外）の概念を示す。
地下が強固な岩盤であることから、天然の遮蔽、閉じ込め機能を有する地下式のプール貯蔵施設となっている。
1985 年に運転を開始し、現在の貯蔵使用済燃料
キャニスタ

容量は 8,000tU で、ガラス固化体キャニスタ（敷地外集中貯蔵施設の設計概念例）

2009 年時点で第11図 ボールト貯蔵施設の運転・計画状況

5,000tU の使用済燃料が中間貯蔵さ5. 金属キャスク貯蔵の課題と対策れている。

中間貯蔵に用いられる金属キャスクについて、長期間貯蔵中の密封性能に対する健全性評価として、金属ガス
第 9 図 地下プール貯蔵施設（CLAB）ケットの長期密封性能試験2)が行われている。
(1)実物大の金属キャスク蓋部モデル2体を用いて、約19（３）LMPを用いた評価から、金属ガスケットの密封寿命とガスケット初期温度の関係が明らかにされた（第14図）。本結果から、ガスケット初期温度（設計条件）に応じて密封寿命が容易に推定可能となった。
(2)応力緩和解析により金属ガスケットの密封性能が評価された。金属ガスケットの密封性能を解析評価するため、圧縮クリープ試験により新たにガスケット外被材（アルミニウム）のクリープ構成式が作成された。その構成
第12図 実物大の金属キャスク蓋部モデル

漏洩率 (Pa･m 3/s)の比較の結果、評価手法の妥当性が検証された。さらに、

Ⅰ型モデル

10-510式を組み込んだ解析で、1/10縮尺試験体での実験結果と基準漏洩率-6

平均標準偏差

10-710-8

長期密封試験に使用した実物大金属キャスクを対象に、ニ次蓋

6.50×10-10
3.40×10-10

一次蓋
ヒ ータ

クリープ解析の結果、初期温度139℃で60年間の貯蔵期間

密 封部
胴10-9に対し、金属ガスケットの残留反発力が漏えい喪失限界

10-1010-11以上残っており、密封が維持されることが明らかとなっ

10-12024681012141618た（第15図）。本研究は原子力安全・保安院の受託研究と20して実施された。

経過時間 （年）
Ⅱ型モデル

160

基準漏洩率-11平均 5.70×10
標準偏差 2.25×10-11

10-710-8

試験の温度条件（139℃一定）での解析結果
使用済燃料の発熱低下を考慮した条
件での解析結果（初期温度139℃）

ニ次 蓋
一次 蓋

140

密封 部ヒータ胴

10-9120

10-1010-11

残留反発力 （N/mm）

漏洩率 (Pa･m 3/s)

10-5
10-610-120

2468101214161820

経過時間 （年）第13図 金属ガスケット漏えい率測定結果

100806040

年間の金属ガスケットの長期密封性能に関する実証デー20タが取得された（第12図）。金属キャスク蓋部モデル2体0

密封喪失限界残留反発力（12N/mm）0の二次蓋金属ガスケットの漏えい率は、試験中ほぼ一定

102030405060708090 100 110

時間（year）の値となっており、長期密封性能が維持されることが示

第15図 金属ガスケットの応力緩和解析結果の例された（第13図）。これらデータを基に、ラーソン・ミラ
6. コンクリートキャスク貯蔵の課題と対策ーパラメータ（LMP）を用いて密封寿命が評価された。

自然換気を利用したコンクリートキャスク貯蔵施設でLMP = T X (C + log(t))

は、使用されるキャニスタ表面の塩化物応力腐食割れ式(1)

ここで、T:温度(K)、t:時間(hour)、C:材料定数(16)

査技術の実証が残された課題であり、以下にこれら課題に係わるトピックスを示す。

100

6.1 キャニスタのSCC評価手法の開発3),4),5)

I型二次蓋ガスケット

90

II型二次蓋ガスケット

80
125℃70
評価年数（SCC）による密封機能の喪失がない設計や経年変化の検SUS304L等を使用したキャニスタについて、SCC発生防C=16134℃止基準およびき裂進展管理基準による密封機能評価シナ60リオが構築され、設計貯蔵期間（60年）に対してキャニ50スタが成立する環境条件や溶接残留応力低減によるSCC4030抑制技術が提案されている。第16図に、貯蔵年数とキャ20

ニスタ表面に付着する塩分量との関係を示す。SUS304L材

10のSCC発生限界塩分濃度は0.8g/m2 as Clであり、気中塩分

0120125130135140145150155160

蓋初期温度（℃）

第14図 密封寿命と初期温度の関係

濃度が0.5mg/m3を下回る環境であれば、SUS304L製キャニスタを用いたコンクリートキャスク貯蔵（60年）の成立性が期待できることになる。
（４）

また、キャスク内の冷却流路狭隘部を想定した、レーザー誘起ブレイクダウン分光法（LIBS）によるキャニスタ表面塩分濃度計測方法の評価が行われ、Cl濃度0.05～1.0g/m2の範囲で定量計測の実用化に向けた原理が実証された。定期的監視への応用技術として有望である。
6.2 キャニスタ蓋溶接部検査技術の開発6)
キャニスタ蓋溶接部に対して、原子力安全・保安院の技術要件では、米国の検査手法である液体浸透法試験(PT)に加え、超音波探傷(UT)検査が求められている。オーステナイト系ステンレス鋼キャニスタ蓋溶接部の欠陥検査としてフェーズドアレイ（PA）法のUT検査手法を適第18図 溶接不良模擬欠陥の蓋上面からの検出結果用した試験結果に基づき、蓋溶接部に内包される欠陥の画像化による探傷方法が提案された。第17図と第18図に、

6.3 塩分付着予測7)

溶接不良模擬欠陥に対する検出の概要を示す。溶接欠陥

SCCの環境対策では、海岸から飛来する海塩粒子のキャニ（放電加工欠陥と溶接不良欠陥）を挿入した実径大のスタ表面への付着量を定量的に評価し、応力腐食割れのSUS304L製キャニスタ蓋モデルを製作し、自動化したPA法発生や進展による閉じ込め性能喪失の有無を評価する必UT試験を実施した。その結果、構造評価では溶接深さの要がある。海塩粒子を含んだ冷却空気は、コンクリート1/4（8mm）以上に発生する欠陥の検出が要求されている

キャスク内に設置されているキャニスタの表面に沿ってが、UT検査では深さ2mmから検出可能であることが確認さ下から上へ流れる。従って、キャニスタ表面への塩分付れた。また、初層に発生した融合不良の欠陥（図中の赤着量を評価するためには、垂直姿勢かつ表面と平行に流丸）についても識別可能である。一方、ブローホールのれる状態での評価が重要である。さらに、キャニスタ表ような小さい球状欠陥（図中の黄丸）に関しては、2mm以面が高温であることや海塩粒子が非常に小さいことにも上であれば識別可能である。

注意が必要である。そのため以下の試験を行ったが、本研究は原子力安全・保安院の受託研究として実施した。
(1)室内試験1.0

気中塩分濃度μg/m SUS304LのSCC
2050 発生限界塩分濃1002505000.81000.680
キャニスタ温度0.4600.240

キャニスタ温度(℃）

付着塩分量(g/m2 as Cl)

120

3

垂直風洞内にノズルで塩水を噴霧し、風洞に取付けた金属試験片（SUS304製）への付着塩分量を測定した結果、以下が明らかになった（第19図）。
①風洞を垂直に設置し空気の流れを垂直にした場合、付着量は重力沈降による付着が生じる水平姿勢に比べ、約1/28小さい。
②垂直姿勢の試験で、付着量は温度が高いほど減少した。

0.0③垂直姿勢の試験で、付着量は空気流速が大きいほど200102030405060

乱れが大きくなり、増加した。

貯蔵年数

なお、室内試験ではノズルによる塩分制御が困難なため、第16図 貯蔵年数とキャニスタ表面付着塩分量

実環境試験での気中塩分に対し約550倍濃度の高い加速試験になっている。
(2)実環境試験
室内試験では塩分濃度が非常に高い条件のみの試験となったため、別途、実環境での塩分付着量測定試験を実施した。試験装置は千葉県銚子市にある日本ウェザリン
グテストセンター銚子暴露試験場（海岸線から4km）に設置された。実環境では、気中塩分濃度が非常に小さいこともあって、塩分付着量の増加は非常に小さかった。

第17図 キャニスタ蓋溶接部におけるUT検査（５）②10000（気中塩分濃度：11mg/m3 as Cl）

室内試験結果-付着塩分量 （mg/m as Cl ）1000

Q:付着塩分量（mg/m2 as Cl）
t:時間（h）

で超長期貯蔵する場合の材料劣化、設計要件、経年劣化

Q=5.07 t

対策、オーバーパック等の考え方、制度的な管理、一般

Q=0.0892 t

2

100

100年を超える超長期貯蔵の指針
使用済燃料貯蔵施設（湿式・乾式の両方を対象とする）

公衆の信頼性、規制の考え方等について、指針を作成し10ている。

1
暴露試験結果0.1（気中塩分濃度：2μ/m3 as Cl）

0.01
1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03
1.E+04時間（h）

1.4m/s、30℃
1.4m/s、100℃
0.85m/s、30℃
0.3m/s、30℃
1.4m/s、200℃
暴露試験結果1.E+05

7.2 120～300年の長期貯蔵の米国研究プロジェクト
米国では、政権交代により、ユッカマウンテンでの処分プロジェクトが頓挫し、使用済燃料の長期貯蔵へ政策

1.E+06

1.E+07がシフトしつつある。使用済燃料の長期貯蔵対策を着実に推進するため、EPRI主導で使用済燃料の長期貯蔵研究プロジェクト（ESCP）を2010年度から着手している。こ第19図 室内と実環境における付着塩分量測定結果

れまでに、米国政府機関(DOE, NRC)、国立研究所、電力、原子力産業界の代表からなるESCP運営委員会を中心に、6.4 貯蔵施設への塩分流入低減技術の開発8)
自然換気を利用した貯蔵施設では、コンクリートキャスク内部に入る海塩粒子を低減することによるSCC対策も有効な選択肢である。そこで、貯蔵施設の除熱性能に影響を与えない低圧力損失で、塩分捕獲率の高い塩分流入低減装置が開発された。実環境下での長期にわたる性能評価データが取得され、その有効性が確認されている。
第20図に、塩分流入低減装置のコンクリートキャスクへの適用例を示す。神奈川県横須賀市の海岸近傍での塩分2020年度からの長期貯蔵実証試験の開始に向けて必要な検討や、長期貯蔵の安全評価において不足する知見の評価（ギャップ解析）を実施中である。米国の国立研究所(PNNLやSNL等)は、貯蔵期間は120年以上（実力評価期間は300年）、貯蔵後の再取出性と複数回にわたる貯蔵後輸送（特に、高燃焼度燃料）の保守的な安全確保を前提にギャップ解析を行い、実証試験等により解決が必要な課題を抽出している。

環境に対し、塩分粒子捕獲板（長さL=0.5m）の数量（15枚）を最適化した低減装置を用いた場合、塩分捕獲率は40％、圧力損失増加による排気温度上昇は1℃以下と小さくなっており、今後の実用化が期待される。

参考文献
1)

IAEA Joint Conventionに基づく、各国国別報告書
http://www-ns.iaea.org/conventions/results-mee
tings.asp?s=6&l=40

給気温度：Tin(℃)

33

排気温度：Tout(℃)

98

給排気温度差：ΔT(℃)

65

排気口キャニスタ2)

電中研

地球工学研究所・環境科学研究所「研究概要－2009年度研究成果－」

キャスク発熱量：Q(kW)22.6

給気流速：Ｕ 0(m/s)

0.865

給気口高さ：H0(ｍ)0.28

給気口幅 ：B(ｍ)0.33)

白井他「コンクリートキャスク方式による使用済燃料貯蔵の実用化研究」電中研報告N10035（2010）.

4)

亘他「コンクリートキャスクのキャニスタ表面付着塩分量評価(その2)」電中研報告N11028（2012）.

塩分低減装置5)給気口技術の開発」電中研報告H11020（2012）.

コンクリートキャスクL

江藤他「レーザーを用いたキャニスタ付着塩分計測

6)

後藤他「コンクリートキャスク方式による使用済燃料貯蔵の実用化研究」電中研報告N11057（2012）.

第20図 塩分流入低減装置のコンクリートキャスクへの7)

適用例

亘、三枝「コンクリートキャスクのキャニスタ表面付着塩分量評価」、電中研報告N09023(2010).

8)
7. 使用済燃料貯蔵の長期健全性

竹田、三枝「キャニスタSCC防止に対する塩分流入低減装置の開発（その2）」、電中研報告N11044（2012）.

7.1 IAEAにおける長期貯蔵の指針類策定活動
使用済燃料の長期貯蔵は世界的な動向と考えて、次の指針作りが行われている。
①

電力中央研究所 三枝利有・白井孝治（2013年2月15日）

100年までの長期貯蔵のセーフティケース指針
輸送・貯蔵兼用金属キャスクの貯蔵後輸送のセーフテ

ィケースを作成する際の指針となるものである。
（６）