福島第一原子力発電所構内環境評価・デブリ取出しから廃炉までを想定した地盤工学的新技術開発と人材育成プログラム(受託者)公益社団法人 地盤工学会(研究代表者)東畑郁生 福島第一原子力発電所廃止措置に向けた地盤工学的新技術と人材育成に関する検討委員会委員長(再委託先)早稲田大学、千葉工業大学(研究期間)平成２７年度～３１年度

1.研究の背景とねらい
今後 40 年にもわたる福島第一原子力発電所の廃止措置には、地盤工学・土木工学の技術の活用が必要不可欠であると共に、原子力工学分野の学術知見にも精通した地盤工学・土木技術者教育が求められる。そこで本研究課題では、2015 年度に引き続き公開された「原子力損害賠償・廃炉等支援機構：東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の廃炉のための技術戦略プラ
ン 2016（2016 年 7 月 13 日）」と「原子力損害賠償・廃炉等支援機構：東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の廃炉のための技術戦略プラン 2017（2017 年 8 月 31 日）」（以下、戦略プランと称す）に基づき、地盤工学・土木工学の観点から、実効性の高い研究及び技術開発を行うと共に、それを支える次代の技術者を育成する教育プログラムの構築をねらいとして研究推進を行っている。戦略プラン 2015 では優先順位により 3 つに分類された主要なリスク源のうち、可及的速やかに対処すべき「汚染水等」については既に対策が進められているという認識の下、周到な準備を必要とし、数多くの課題にチャレンジしなければならない「燃料デブリ取り出し」と「長期的な措置を要する廃棄物対策」の検討を実施するとされ、これは引き続き戦略プラン 2016及び 2017 においても踏襲されている。そこで、本研究では「燃料デブリ取り出し」及び「長期的な措置を要する廃棄物対策」に焦点を当てると共に、福島第一原子力発電所でこれらの作業を実施するにあたり、安全確保の観点から必要不可欠となる工事環境や工事に伴う周辺環境への影響評価も取り上げ、このような狙いを達成すべく、次のテーマ①～③を基盤研究として実施する。
また、図 1 に下記の基盤研究テーマの相関を模式図として示す。

図1

各基盤研究で予想される成果の福島第一原子力発電所の廃止措置への適用の概念図

テーマ①：現状から廃止措置までの長期間の地下水環境・作業環境の状況調査と将来予測
高精度且つ広域な地下水状況の把握、特に放射性物質濃度の地下分布の高精度測定と将来予測技術を開発する。また、福島第一原子力発電所構内で行われる工事の安全性や資材搬入経路選定などに活用するため、極めて高精度且つ長期将来に適用可能な地下水調査・予測技術を構築する。
さらに、開発した技術は廃止措置までの地下水モニタリングにも応用する。

テーマ②：土･地盤の放射線遮蔽性能を活用したデブリ取出し補助技術と掘削技術の適用評価､それに基づく実効性の高い数種類のデブリ処理メニューの提示
土・地盤の持つ高い放射線遮蔽性能を活用しながら、炉心溶融により格納容器内に残置されている燃料デブリを取り出す方法の実効性評価と非常に数多くの実績のある掘削技術を援用したデブリ処理メニューの提示を行う。
テーマ③：福島第一原子力発電所構内の除染廃棄物処分と原子炉建屋デコミッショニングに関する実現可能な技術の開発
地盤工学分野で開発された放射性廃棄物処分技術を起点に、実現可能なデコミッショニング技術の開発と処分シナリオの構築を行う。これは、未解決の課題であるデブリ取出しに向けた発電所構内で進められている除染工事で発生する廃棄物の処理・処分、及び取り出されるデブリや解体される原子炉建屋の処分におけるデコミッショニング技術の開発を行うものである。
以上の個別基盤研究に対し、地盤工学会では日本全国に及ぶネットワークを活用して、広い分野の英知を結集した専門の学術研究委員会「福島第一原子力発電所廃止措置に向けた地盤工学的新技術と人材育成に関する検討委員会（略称：廃炉地盤工学委員会）」を学会内に設置し、各テーマの研究開発成果を議論し、よりよい研究成果となるよう導く。また、廃止措置に寄与可能な地盤工学技術を個別基盤研究で開発した技術も含めて体系化し、原子力技術者と協働できるような新しい地盤工学技術者を育成するプログラム「廃炉地盤工学」を構築する。
2.これまでの研究成果(1)廃炉地盤工学を通じた人材育成プログラム①

廃炉地盤工学の構築と廃炉プロセス技術シナリオの評価
廃炉地盤工学の内容の充実のため「福島第一原子力発電所廃止措置に向けた地盤工学的新技術と人材育成に関する検討委員会、（略称：廃炉地盤工学委員会）」を年 3 回開催し、廃止措置に寄与可能な地盤工学的技術の位置付けや新技術発掘及びその実現性について検討すると共に、これまでの研究で浮上してきた地盤工学的新技術を用いた廃炉シナリオについても検討し、その内容の拡充と実効性の評価を行った。また、NDF、IRID 及び当プログラム採択機関との協調強化のため、データベースの作成や機関担当者との打合せ等を通じて、廃炉地盤工学技術（地盤工学的技術）の見える化を進めた（図 2 参照）。さらに、検討の深化のために福島第一原子力発電所の視察や、関連する国内の学術研究機関や企業などと協議の機会を設けて有用な情報の収集に努めたほか、廃炉・廃棄物処分に携わる海外の関連機関からも国際会議などを通じて情報を収集した。
技術分類
技術名称

コンクリートの耐久性評価技術（LIFE D.N.A.）

地下水･核種拡散ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝを活用した原子力建屋周囲の時間的変化に対応した評価技術

社名

鹿島建設(株)

千葉工大

No.

(A)

①

①C-01

②Ｃ-01

適用性①①

ｿｲﾙｱﾝﾄﾞﾛｯｸ
ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ

長期間の地下水環境･作業環境状況を調査するための地下水流動評価技術の確立に向け､室内土層実験･現場①

ためのディープウェル工法自動制御システム

鹿島建設(株)（WIC)

放射線量を速やかに測定する
オリオン・スキャンプロット

試験

○

○

○

○

○

○

○

○

適用性②
実用特許

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

onoffsitesite

出典鹿島建設㈱HP
http://www.kajima.co.jp/tech/c_renewal/diagno
sis/index.html①

蔽性能･遮水性能の両方を保有する覆土材について､仕様設計や含水･保水状態等の施工性評価などに資するためのデータを取得中｡

②A-03
②C-03

②B-03

②②②

②

②

②C-08

②A-12

汚染水の挙動を予測する物質移行解析技術

清水建設(株)広域水循環を評価できる解析プログラム群(株)地圏環境テ

②A-02

クノロジー

②C-02

（GETFLOWS）

試験により､現状把握から予測解析への展開に向けた課題を抽出｡また､広域･長期間の地下水環境変動予測技

ガンマ線･中性子線両方の遮蔽性能を有する超重泥水､並びに除染廃棄物の一時仮置施設のためのガンマ線遮

②B-01

②A-09
(株)大林組実規模試験術を開発に向けたモデル化等も実施｡(株)
揚水量の抑制と安定した地下水位管理を行なう

を拡散･移流といった基本的な物質移動だけでなく､移動速度に関連するCO内の化学反応も考慮して把握す

室内

理論ることで精度良く解析し､高い精度でCOの耐久性を評価する｡

①

早稲田大・
地盤系材料の放射線遮蔽性能の評価技術

概要

(C)

コンクリート（以下､CO）の耐久性を評価するために重要となる劣化因に着目｡CO内部での廉価因子の移動

①B-01

②Ａ-01

(B)

②C-01

②②②

②②②

揚水井戸と観測井戸の水位データをもとに揚水井戸の稼動状態を自動運転管理すると共に､揚水ポンプをインバータ制御することにより効率的な排水を実現する｡

GPS（全地球測位システム）を搭載した計測システムで放射線を測定し､汚染状況をマップ表示する｡放射性物質の種類や量､広がり状況などが一目で把握できるのが特徴である｡

汚染水の起源､漏出量等を入力データとした非定常の物質移行解析を実施することにより､今後の汚染水挙動を予測すると共に､対策検討に資する時間的･空間的データを提供することを可能とする｡

鹿島建設㈱HP
http://www.kajima.co.jp/tech/c_railway/eco/index.html#body_02○㈱大林組HP
http://www.obayashi.co.jp/news/news_201109
21_2

※社

IRID HP○

http://irid.or.jp/cw/public/605.pdf

陸域における水循環システムを多相多成分流体系として定式化し､従来困難であった地上及び地下の水の流れを完全に一体化させた点が特徴である｡一般的な地下水解析､河川流出解析､洪水･氾濫解析､地表水･地下水の相互作用解析､汚染物質（放射性物質等）を含む移流分散解析､油層解析､熱解析など極めて広範な分野に○㈱地圏環境テクノロジーHP○

http://www.getc.co.jp/software/aboutgetf/

おける地圏流体モデリングと数値シミュレーションを可能とする｡

岩盤の割れ目を個別にモデル化し岩盤内の地下水の流れを評価する割れ目ネットワークモデル

鹿島建設(株)

物質移行解析手法

単孔式物質移行試験

②A-04
②C-04

原位置の地質環境特性調査によって得た情報に基づき､割れ目の不均質性を考慮した物質移動特性の評価を実施｡地質･地質構造と岩盤の水理特性が､物質移動現象に与える要因を検討するため､既存調査結果の整理及び地下水流動解析を実施｡具体的には､原位置調査結果に基づく(1)三次元割れ目ﾈｯﾄﾜｰｸﾓﾃﾞﾙ構築､(2)水理地

鹿島建設㈱HP○

http://www.kajima.co.jp/tech/katri/technical/annual/vol062.html

質構造ﾓﾃﾞﾙ構築､(3)一様流れ場浸透流解析､(4)ﾊﾟｰﾃｨｸﾙﾄﾗｯｷﾝｸﾞ法を用いた物質移動解析を実施｡

鹿島建設(株)②A-05

物質移行解析技術であり､地下水中に流出した汚染物質の移動をシミュレーションにより予測する｡これによ②

り､汚染物質の移動や拡散を評価するを可能とする｡

鹿島建設㈱HP○http://www.kajima.co.jp/news/digest/dec_1999/techplz/tech.htm

技術特許紹介ページ

密度可変固体とレーサを用いた極低流速まで計測可能な地下水3次元流向・流速計測技術

鹿島建設(株)

②A-06
②C-06

②

②

低流速地下水の流向流速計測方法及び装置のうち､特に地下深部における低流速の地下水流向及び流速を正確に計測する技術である｡

http://www.ekouhou.net/%E4%BD%8E%E6%B5%81%E9%80%9○○

F%E5%9C%B0%E4%B8%8B%E6%B0%B4%E3%81%AE%E6%B5%81%E5%90%91%E6%B5%81%E9%80%9F%E8%A8%88%E6%
B8%AC%E6%96%B9%E6%B3%95%E5%8F%8A%E3%81%B3%E
8%A3%85%E7%BD%AE/disp-A,2007-256026.html

図2

廃炉地盤工学技術の見える化（技術マップと公開用技術マップ）

②

廃炉地盤工学教育システムの構築
学問単元ごとに開催した WG での検討結果を踏まえ、シラバスの検討を進めると共に、教材（教科書）を試作した。また、試作した教材を基に、早稲田大学などで廃炉地盤工学の模擬的授業を実施した。なお、この結果は廃炉地盤工学委員会にフィードバックすることで、廃炉地盤工学の構築に向けた内容の更なる充実に役立てた。
③

廃炉地盤工学に関する認知度の向上と技術の集約体制の構築
地盤工学研究発表会（名古屋開催）において廃炉地盤工学に関する特別セッションの開催、研究成果の発表を行ったほか、当学会主催の講演会を開催し、全国レベルでの認知度向上を図った。
また、平成 28 年度に立ち上げた当プログラムホームページの内容を拡充し、学会会員だけでなく広く一般社会に対して業務内容や成果に関する情報を発信したほか、土木学会などの関連学会の大会において当該プロジェクトの活動内容を発信した。
一方、委員会や講演会等を通じて、学会会員より廃炉地盤工学に関する意見や技術情報の集約に努めた。また、関連学会の大会等では積極的に情報収集を行い、適宜、収集した情報を廃炉地盤工学委員会にフィードバックし、共有化することで検討の深化を図った。

図3(2)

認知度向上に向けた活動（左：特別セッションの様子、右：ホームページ）

超重泥水・各種覆土の放射線遮蔽性能評価（再委託先：早稲田大学）

デブリ取出し補助のためのガンマ線と中性子線両方の遮蔽性能を有する超重泥水や、構内除染廃棄物の一時仮置き施設のためのガンマ線遮蔽性能と遮水性能の両方を保有する覆土材の仕様設計に資するため、各材料仕様に応じて取得した放射線遮蔽データを拡充すると共に、一次データベースの作成を行った（図 4 参照）。

図 4 超重泥水と覆土系土質材料の放射線遮蔽性能データベースの一案

さらに、各材料仕様に応じた施工性を評価するため、平成 28 年度に導入した超重泥水の充填施工性評価実験装置と液圧測定のできるタクタイルセンサシステムを用いて超重泥水の充填施工性と安定性を、水ポテンシャル測定装置により覆土材の保水性能を定量評価した（図 5 参照）。
今後は、上記成果を踏まえ、各材料の仕様に応じて整理した上で、廃炉地盤工学委員会で進める廃炉プロセス技術シナリオを支援するための新技術メニューを作成する予定である。

図 5 覆土系土質材料の保水性能データ(3)

地下水環境等の解析・調査技術と予測技術の高度化（再委託先：千葉工業大学）

地下水流動評価技術の開発基盤として、室内土層を用いて塩水トレーサーによる実流速の測定方法を検討し、現状把握のための現場試験に展開するための課題をまとめた。図 6 は室内土層実験における投入孔と観測孔の平面図と電気伝導率の時間変化を示したもので、ここで示したとおりトレーサーの移動状況を把握できた。

図 6 室内土層試験による電気伝導率の時間変化
また、平成 28 年度に引き続き、現場で実際の地下水流動を把握するため、既設ボーリング孔 2本に加えて新たに 3 本のボーリング孔を掘削し、これらを用いて物質移動評価のための現場実証試験としてトレーサー試験を実施した。

図 7 は現場トレーサー試験における観測井戸（投入孔 No.1 と観測孔 No.3～5）の位置関係・投入深度と電気伝導率の時間変化を示したものであり、同じ孔でも深度によって反応にばらつきが生じるものの、実流速を評価できることがわかった

図7

現場トレーサー試験による電気伝導率の時間変化

さらに、地下水環境変動予測技術として、広域の概略地下水流動解析結果を引き継ぎ、サイト周辺の詳細地下水流動解析（数値解析のプロトタイプ開発）を実施し、非定常解析の可能性を検討した。今後は、実流速である移流だけでなく、分散や拡散の性質を定量的に把握する研究を進める予定である。
3.今後の研究（継続課題の場合）
再委託先の研究成果を整理し、廃炉地盤工学委員会で進める廃炉プロセス技術シナリオに組み入れ、より実効性の高い技術メニューとして試案を作成する。また、大学における博士研究・修士研究・卒業研究を通じて、原子力分野と協働できる土木技術者の育成を行うと共に、試作した「廃炉地盤工学」カリキュラムに基づく講義を開講する。
4.参考文献(1) 吉川絵麻，小峯秀雄，後藤茂，吉村貢，鈴木聡彦，成島誠一，新井靖典，氏家伸介，佐古田又規，長江泰史：土質系材料の放射線遮蔽性能の定量評価，土木学会論文集 C（地圏工学），Vol. 73, No. 4, pp. 342-354, 2017.
(2) Yoshikawa, E., Komine, H., Goto, S. and Saito, Y., “The evaluation for radiation
shielding ability of the soil materials and application to design for construction”,Proc. 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering(19th ICSMGE), TC308-6, Seoul, Korea, September 18-22, 2017.
(3) Goto, S., Komine, H., Saito, Y., Yoshikawa, E., Suzuki, M., Watanabe, Y., “Needs forthe decommissioning geotechnical engineering for Fukushima daiichi nuclear powerplant”, Proc. 19th International Conference on Soil Mechanics and GeotechnicalEngineering (19th ICSMGE), TC308-6, Seoul, Korea, September 18-22, 2017.

(4) 伊藤大知，小峯秀雄，諸留章二，関口高志，三浦玄太：ベントナイト原鉱石の膨潤特性・透水係数の測定結果に基づく膠結作用による物理特性への影響評価，第 12 回環境地盤工学シンポジウム，長崎，9 月 25-26 日，pp. 547-552，2017.
(5) 那須郁香，吉川絵麻，小峯秀雄，後藤茂，新井靖典，氏家伸介，吉村貢：各種土質材料の放射線遮蔽性能に関する実験的研究，第 12 回環境地盤工学シンポジウム，長崎，9 月 25-26日，pp.145-150，2017.
(6) Komine, H., Towhata, I. and Narushima, S., “Environmental geotechnics and education
initiatives for recovery from the Fukushima I Nuclear Power Plant accident”, Japanese
Geotechnical Society Special Publication, Vol. 2, No. 57, pp.1982-1985, 2016.
(7) Yoshikawa, E., Komine, H., Saito, Y., Goto, S., Narushima, S., Arai, Y., Mizuno, M.,
Ujiie, S., Sakoda, Y., Nagase, Y., Yoshimura, M. and Suzuki, A., “Radiation shielding
properties of heavy bentonite based slurry for decommissioning of the Fukushima firstnuclear power plant” Proc. Geo-Chicago 2016 (In CD-ROM), 2016.
(8) 齋藤裕己・鈴木 誠・菱谷智幸：地盤における透水係数の検証, 第 52 回地盤工学研究発表会,
D-04, 0452, pp.901-902, 2017.
(9) 竹内真司・鈴木誠・後藤和幸・星野泰士・時津光・齋藤裕己：浅層地盤における地下水・物質移行調査、日本地下水学会秋季講演会講演予稿集, pp.102-105, 2017.
(10) 時津光・竹内真司・鈴木誠・齋藤裕己・大瀧修平・田嶋康史郎・吉田竜矢・後藤和幸：浅層帯水層におけるトレーサ試験、第 27 回環境地質学シンポジウム論文集, pp.5-10, 2017.