Nuclear Damage Compensation and Decommissioning Facilitation Corporation

第3回福島第一廃炉国際フォーラム

１F廃炉の戦略と遠隔技術の活用

2018年 8月6日
福田 俊彦
原子力損害賠償・廃炉等支援機構（NDF）

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本日の内容「１F廃炉の戦略と遠隔技術の活用」

福島第一原子力発電所廃炉の戦略とこれまでの歩み（遠隔技術を中心として）
燃料デブリのリスク低減戦略とこれまで実施した遠隔技術を活用した調査燃料デブリ取り出しに向けた方針と今後の進め方
燃料デブリ取り出しに向けた遠隔技術開発
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福島第一原子力発電所廃炉の状況
福島第一サイト
固体廃棄物
減容・保管施設

本丸

N

固体廃棄物
貯蔵庫

二の丸

5,6号機

お堀
乾式キャスク
内燃料

凍土壁

HICスラリー「福島第一の廃炉は、堅牢な城攻め？！ 」
プール内燃料

吸着塔類

原子炉圧力容器（RPV)

共用プール
内燃料

原子炉格納容器（PCV)

燃料デブリ
太平洋

敷地面積*：約4.4km2

1-3号機原子炉建屋*参考：英国セラフィールド約6km2, 米国ハンフォードサイト約1500km2

建屋内滞留水（汚染水）

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福島事故対応・廃炉戦略の変遷
2011年

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

11.18
12.16
▽冷温停止状態 ▽4号機プール燃料取り出し開始

3.11
▽事故発生

緊急時対応

2019

2020

2021

2022

2023
以降

▽初号機燃料デブリ
取り出し開始▽現在

外から持ち込んだ設備によるR/B外からの機動的な対応

安定化（事故収束）

既存技術によりR/B内部の調査、ガレキ撤去、除染等を実施後、対応

ステップ1/2
中長期RM ▽R0 ▽R1

▽R2

▽R3

戦略プラン ▽2015
研究開発を含めて計
画的な廃炉の推進

Ⅰ期

汚染水対策

▽2016

▽R4
▽2017

Ⅱ期
海側遮水壁
▽廃棄物対策

Ⅲ期

陸側遮水壁
▽

プール燃料取り出し 4u

燃料デブリ取り出し▽2018→

建屋内滞留水処理完了
▽

1u
2u

3u
方針
▽

基本的考え方
▽初号機方法確定▽

初号機開始

処理・処分方策と安全性見通し▽

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福島事故対応・廃炉の特徴と遠隔技術の必要性
3号機原子炉建屋1階 雰囲気線量率2016/08

福島事故対応・廃炉の特徴①既設機器・設備がほとんど使えない②広範囲の汚染・高放射線環境③建屋・構造物の大きな損傷と建屋内外にガレキ散乱④燃料デブリがPCV内に分散、使用済燃料は高所に存在⑤それぞれの号機で現場の状況が異なる

2号機原子炉建屋オペフロ 雰囲気線量率2012/06⑥現場の状況に不確かさが大きい

調査・作業のためのアクセス確保が最大の課題↓

遠隔技術の有効活用が必須
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緊急時対応・安定化等における遠隔技術の活用例

消防車による注水遠隔操作重機

調査用ロボット

ガレキ撤去用ロボット

コンクリートポンプ車による使用済燃料への放水

建屋内部他

除染用ロボット

PCV内部

3号機プール燃料/各号機原子炉建屋内

建屋周辺

3号機プール燃料

1号機プール燃料

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プール燃料取り出し準備における遠隔技術の活用例

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燃料デブリのリスク低減戦略
燃料デブリの現状


一定の安定状態
 冷却維持 未臨界維持 放出量の大幅抑制



リスクのある状態
 不確かさ 不安定さ 十分な管理ができない
中長期的には経年劣化によりリスクが上昇する恐れ

燃料デブリのリスク低減戦略

燃料デブリの速やかで安全な取り出し

燃料デブリの安全・安定保管

取り出し時の安全確保状況の調査・把握取り出し装置・工法①PCV損傷箇所把握（トーラス室、原子炉建屋内調査）

PCV補修工法開発②原子炉内状況把握（燃料デブリ分布、PCV内部状況）
SA解析コード、ミュオン測定、PCV内部調査

燃料デブリ取り出し工法開発
PCV内水位：冠水or気中
アクセス方向：上or横7

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① PCV損傷箇所把握（トーラス室調査）：遠隔技術の活用例

１号用S/C上部調査装置
トーラス室内調査装置

ﾍﾞﾝﾄ管下部周辺調査
4足歩行ロボット

トーラス室S/C内周側調査 水上ボート

トーラス室壁面調査装置

トーラス室壁面調査装置

S/C下部外面調査装置

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② 原子炉内状況の把握
シビア・アクシデント
解析コード

ミュオン測定遠隔調査
１号機 形状変化型ロボット

MAAPやSAMPSONから推測される状況
シュラウド

ペレットの一部残存
外周部

CRガイドチューブの一部残存

容器下部が破損

http://photo.tepco.co.jp/en/indexe.html

2号機 クローラ型ロボット

粒子状デブリの蓄積

３号機 水中遊泳型ROV

燃料棒の一部残存
燃料デブリの一部はMCCIを起こさずに固化した可能性
CRガイドチューブの破損

MCCI
燃料デブリ が拡散

２号機 テレスコピック式
調査装置
無断複製・転載禁止 原子力損害賠償・廃炉等支援機構 9©Nuclear Damage Compensation and Decommissioning Facilitation Corporation1号機 PCV内部調査（201７年 3月の調査結果）
燃料デブリが拡散した可能性のあるペデスタル外の状況を確認 ペデスタル開口部近傍のPCV底部の状況を初めて撮影
 PCV底部、配管等に堆積物を確認
 水中に入ると線量は低くなるが、床面に近づくと線量が上昇
 既設構造物について大きな損傷は確認されなかった 今後、得られた画像データと線量データを元にPCV床面の状況を検討する

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2号機 PCV内部調査（2018年 1月の調査結果）
燃料デブリが存在する可能性のあるプラットホーム下の状況を確認

PCV外部
X6ペネ前作業エリア

堆積物の付着グレーチング脱落部②
ペデスタル内壁

燃料集合体の一部

堆積物
落下物

小石状の堆積物

ペデスタル底部

ペデスタル底部

 ペデスタル底部の全体に、小石状・粘土状に見える堆積物を確認
 ペデスタル底部に燃料集合体の一部が落下しており、その周辺の堆積物は燃料デブリと思われる
 線量率はペデスタル外部よりペデスタル内が低い傾向
 今後、取得した画像や線量等のデータについて解析を進める

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3号機 PCV内部調査（2017年 7月の調査結果）
水中遊泳式 遠隔調査装置（水中ROV）によるペデスタル内部の調査

ペデスタル内下部
映像からのペデスタル状況の３次元復元参考）2015年10月の調査

 ペデスタル内下部に、砂状、小石状や塊状の堆積物を確認
 作業員アクセス開口部は視認できなかったが、近傍に堆積物を確認
 今後、得られた情報を基に，干渉物となる構造物の状態・位置」や「燃料デブリの性状・位置」から，取り出し装置および先端治具の設計や取り出し手順等を検討していく

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号機ごとの燃料デブリの状況（推定）
1号機

２号機

３号機

原子炉格納容器（ＰCＶ）
原子炉圧力容器（RＰＶ）
ペデスタル

燃料デブリの状況（分布推定）●原子炉圧力容器（RPV）底部に少量存在●大部分は原子炉格納容器（PCV）底部に存在●原子炉圧力容器（RPV）底部に多くが存在●ペデスタル（原子炉本体を支える基礎）底部に少量が存在●原子炉圧力容器（RPV）
底部に一部残っている●2号機に比べ多くが原子炉格納容器（PCV）底部に存在

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燃料デブリ取り出し方針【燃料デブリ取り出しには、安全性を最優先に周到な準備が必要】
１：放射性物質の漏洩防止
２：作業員被ばくの低減
３：燃料デブリを安全に回収

技術要件
地震時における格納容器（PCV）や建屋の健全性維持

使用済
燃料プール

労働安全の確保作業者被ばく低減（除染・遮へい）

高性能フィルタ

放射性物質の閉じ込め機能の確保

ガス浄化系

水循環浄化系

燃料デブリ取り出し装置の開発
再臨界の防止格納容器（PCV）内及び建屋内水位管理

取り出し方針①ステップ・バイ・ステップのアプ
ローチ②廃炉作業全体の最適化③複数の工法の組み合わせ④気中工法に重点を置いた取組⑤PCV底部に横からアクセスして取り出すことを先行【燃料デブリ取り出し方針決定後の取組】
予備エンジニアリング

研究開発の絞り込み・重点化

技術開発から具体化に向けたエンジニアリングのフェーズへ

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燃料デブリ取り出しステップ・バイ・ステップのイメージ
ステップ・バイ・ステップのアプローチ
 原子炉格納容器（PCV）底部へ横アクセスで取り出しを先行
段階的プロセスのイメージ
 新たな知見を踏まえた柔軟な計画の下、段階的に規模を拡大内部調査装置 R/B
ペデスタル

搬入口
PCV
一時保管エリア

輸
分析送施設等 容器

取り出し用
気密セル R/B
ペデスタル

PCV
輸送
容器

増設建屋・安全設備
・収納設備①詳細内部調査
 既存PCV開口を利用し、燃料デブリ取り出しに資する情報、知見を入手、反映（内部状態、燃料デブリ分布等の調査）
 堆積物等の性状把握のため採取、分析②小規模な取り出し 燃料デブリの性状分析のために必要な量の堆積物等を採取
 大規模取り出しを行うための事前段階として、調査設備や現状の安全設備を活用し、少量の燃料デブリを継続的に取り出す
 保管方針を定めて建屋内等の一時保管エリアへ保管

保管施設等
取り出し用
気密セル R/B
ペデスタル

アクセス部
拡張

PCV

③大規模な取り出し 継続的な燃料デブリ取り出しとして、PCV開口拡大等を行い、長期的作業に必要な安全設備、保管設備（保管方針含む）を準備し、作業環境を整えた上で実施
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燃料デブリ取り出し TMI-2の戦略（参考）TMI-2の特徴
 燃料デブリがRPV内に留まっていた 燃料デブリが冠水状態で作業可能
 原子炉上部の放射線量が比較的低⇒高汚染・作業範囲が限定的⇒遮蔽、ダスト飛散防止が容易⇒人が原子炉上部へアクセス可能
コアボーリング装置

作業プラット・フォーム

輸送キャスク
回転プラット・フォーム

燃料取り出し作業
プラット・フォーム

中間プラッ
ト・フォーム

損傷した
上部炉心板
バイパス領域の内表面の溶融
材料の付着

空隙
ルース炉心デブリ

遮へい付輸送キャスク

水中ドリルパイプ・サポート
燃料キャニスター

クラスト
溶融した
炉心材料

バッフル板の貫通孔損傷した炉内計装案内管

燃料キャニスター・カルーセ
ル・マスト

ドリル・ケーシング

空隙

下部プレナム・デブリ
劣化ウラン

原子炉内部の状況

0.87mSv/h

冠水での燃料デブリ取り出し

燃料デブリ取り出し作業の様子
出典：NUREG/KM-0001, Supplement1

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燃料デブリ取り出しへの遠隔技術適用の難しさ
遠隔技術適用10の挑戦①極めて厳しい放射線環境：耐放射線性（電子部品、特に、カメラ）②厳しい作業環境（暗い、湿潤、ダスト等）：視覚の確保、耐候性③損傷した構造物、障害物の存在（ガレキ、水、堆積物等）：障害物の回避・撤去④インフラの不在（電力、通信、計器）：有線による電源供給・情報伝達、自己位置検出⑤長いアクセス距離と重量物の移動：長い移動距離と必要なペイロードの両立⑥不明で多様な燃料デブリ性状（硬さ、粘さ等）：多様なツールの準備⑦安全機能（閉じ込め、冷却、未臨界、不活性化、構造健全性）との両立：特に、α核種等の閉じ込めを確保しつつモノを出し入れするシステム、必要最小限の開口部⑧離れた場所からの遠隔オペレーション：マン・マシン・インターフェイス⑨長期間のオペレーション：高い信頼性の装置・保守性の確保⑩トラブル、想定外事象の発生可能性：レスキュー機能の確保

個々の課題解決と要素技術開発及びそれらを統合したシステム開発により克服可能
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新たなステージに入った遠隔技術開発
 燃料デブリ取り出しは、難度の極めて高い遠隔技術活用の新たなステージ‐Ⅳ

ステージ ｰ Ⅰ

ステージ ｰ Ⅱ

ステージ ｰ Ⅲ
場所：PCV内
目的：調査
遠隔技術：
・小型ロボット等
特徴：
・小さなアクセス
・全く不明な状況
・閉じ込め確保ステージ ｰ Ⅳ
場所：PCV内
目的：デブリ取り出し
遠隔技術：
・大型ロボット等
特徴：
・大きなアクセス・デブリの搬出と閉じ込め確保両立
・長いリーチ,重量物・複雑なシステム・長期作業とメンテ

場所：屋外
目的：ガレキ撤去、運搬
遠隔技術：
・既存大型重機
特徴：
・緊急性

場所：原子炉建屋内
目的：除染、調査
遠隔技術：
・小型重機,ロボット
特徴：・ガレキ,狭隘・電力,通信の確保

ステージ ｰ Ⅰ

ステージ ｰ Ⅱステージ ｰ Ⅲ

ステージ ｰ Ⅳ

環境

低放射線

高放射線

極高放射線

極高放射線

規模

大型

中型

小型

大型

型式

移動型

移動型

移動型

据付型

用途

作業用

調査・作業用

調査用

作業用

使用期間

短〜中期

短期

短期

長期（常設）

開発要素

無小中

大

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（1）PCV内部詳細調査-1

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（1）PCV内部詳細調査-2

動画

動画

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（1）PCV内部詳細調査-31号機アクセス・調査装置の構成
地下階広範囲移動方法

走査型超音波距離計測

水中遊泳型装置

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（2）RPV内部調査

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（3）PCV下部止水技術

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（4）小規模な取り出し

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（5）大規模な取り出し-1

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（5）大規模な取り出し-2

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（6）要素・計測技術

ガンマカメラによる放射線計測装置の開発

水中非貫通レーザー切削ヘッドの開発

光切断法による形状寸法計測装置の開発

チゼル加工予備試験

耐放射線撮像管カメラの開発（線量率10kG/h 累積線量2MGy）

小型中性子検出器の開発（コロナカウンター 核分裂電離箱）

インフレートシール要素試験

ペデスタル内干渉物撤去要素試験

密封試験

切削試験

切削刃

密封機構

デブリの切削採取工具の要素試験

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燃料デブリ取り出しに係わる遠隔技術開発（7）収納・移送・保管

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遠隔モックアップ戦略
 V&V (Verification & Validation)と開発モックアップ

 要求事項に対するリスク評価によるモックアップ試験目的の明確化
 要求、設計、製品の各段階の妥当性確認へのステークホルダーの関係構築

 環境モックアップ

 燃料デブリ取り出しの全体遠隔システムを検証するためには、環境モックアップ試験において、不確定な１F現場環境を模擬して適用性を確認
 燃料デブリ取り出し開始以降のPCV内状態解明に応じて、環境モックアップを更新し、環境モックアップ試験を重ねることでリスクを低減
 号機毎の状態の特徴、取り出し工法（横アクセス、上アクセス）等を考慮しつつ、共用、改造等を含め合理的なコスト、期間とする計画策定

 訓練モックアップ

 運転関係者は環境モックアップの段階から参加し、訓練モックアップを効率的、効果的に行うとともに、装置異常等への柔軟な対応力を養成 ３DシミュレーションやVRの利用は、モックアップ試験数、訓練時間の低減に有効 燃料デブリ取り出しの長期的な視点で、運転、保守、改良の訓練が必要
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まとめ １F廃炉では、その放射線環境の厳しさ等により遠隔技術の活用が必須 これまで、調査、ガレキ撤去、除染等さまざまな場面で遠隔技術が活躍
 １F廃炉は、燃料デブリ取り出しの具体化に向けた新たなフェーズに移行

 燃料デブリ取り出しは本丸であり、遠隔技術適用に対する難課題の見本市
 世界のいかなる遠隔技術適用の経験もそのまま活用できない異なる状況
 遠隔技術の活用も新たなステージに移行（本丸突入）

 成功裡に現場適用するためには以下がキー
 世界の叡智を結集し、個々の課題解決と要素技術開発
 個々の要素技術開発を統合したシステムとしての技術開発

 現場適用性を検証・改善し、訓練する戦略的なモックアップ
 プログラム/プロジェクト管理体制のさらなる強化も重要
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資料提供への謝辞
本講演にあたっては、東京電力HD及び国際廃炉研究開発機構（IRID)に以下のように多くの資料提供をしていただきました。
（東京電力HD）
 福島事故対応・廃炉の特徴と遠隔技術の必要性（画像）P.4
 緊急時対応・安定化等における遠隔技術の活用例（画像）P.5
 プール燃料取り出しにおける遠隔技術の活用例（画像）P.6
 トーラス室調査における遠隔技術の活用例（画像）P.8
 原子炉内状況の把握、 ３号機PCV内部調査（画像）P.9,12（IRID）
 トーラス室調査における遠隔技術の活用例（画像）P.8
 原子炉内状況の把握、１〜３号機PCV内部調査（画像）P. 9,10,11,12
 PCV内部調査-1、-2、-3（画像、動画）P. 19,20,21
 RPV内部調査（画像）P.22
 PCV下部止水（画像）P.23
 小規模な取り出し、大規模な取り出し-1、-2（画像）P. 24,25,26
 要素・計測技術（画像）P.27
 収納・移送・保管（画像）P.28

深く感謝します。
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ご清聴ありがとうございました

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