令和３年３月１日
University of Fukui

平成27～令和元年度国家課題対応型研究開発推進事業
廃止措置研究・人材育成等強化プログラム

福島第⼀原⼦⼒発電所の燃料デブリ分析・廃炉技術に関わる研究・⼈材育成
研究代表者

再委託機関

成果報告会（web）
国立大学法人福井大学
附属国際原子力工学研究所
所長・教授 宇埜正美大阪大学、九州大学、京都大学、福井工業大学、大阪府立大学、若狭湾エネルギー研究センター、日本原子力研究開発機構

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事業概要
University of Fukui

課題目標
 １F廃炉現場のニーズを踏まえた中長期的視点での基盤研究を実施
 １F廃炉における課題解決に貢献できる高い知識と社会貢献意識を持った
広い専門分野の若手人材を継続的に育成
基盤研究： 課題設定のポイント(1)廃止措置技術研究
多様に変化する状況の中で廃炉工程全体を俯瞰して意思決定するための手法を開発(2)デブリ物性・分析研究
熱力学計算に基き模擬
燃料デブリを作成し、革新的な分析手法を開発・使用
して未知のデータを取得(3)廃炉技術開発研究
多様な分野の研究者
が先進的技術と産官学連携により、１F廃炉の課題解決に挑戦（１）廃止措置技術コース① 廃止措置技術研究（福井大）② 廃止措置技術セミナー（福井大）③ 廃止措置技術実習（福井大・若狭エネ研）④ 廃止措置国際セミナー（福井大）⑤ 廃止措置工学学生サミット（福井大）（２）燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究（各大学・機関）② 模擬燃料演習（阪大/府大、福井大/九大）③ 燃料デブリ実習（福井大・JAEA大洗）④ 臨界管理実習（京大炉・大阪大）（３）廃炉技術開発コース① 廃炉技術開発研究（各大学・機関）② 非破壊検査実習（福井大）③ 放射線管理・計測実習（福井工大）④ 放射性核種分析実習
（福井大）

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(1)廃⽌措置技術コース①廃⽌措置技術研究
University of Fukui

目的：福島第一原子力発電所の廃炉を対象に、様々な条件下で進められる作業計画（シナリオ）のリスクを統合して評価する方法論の基盤を整備。
成果：WBSの作成、工程遅延と被ばくリスクを分析、廃棄物の潜在的危険度（HP）を評価し、１F廃炉シナリオ（WBS）に対応したリスク指標（工程遅延、想定外作業者被ばく、廃棄物の潜在放射線危険度）を計算、リスク指標の俯瞰と分析。
１F作業シナリオ（WBS）

作業を俯瞰した
リスク分析

マトリックスを用いたリスク評価モデル

例
横アクセス

頻発

低中（3）

高（1）

高（2）

高（3）

しばしば発生

低中（2）

中（3）

高（1）

高（2）

時々発生

低中（1）

中（2）

中（3）

高（1）

横取出設備設置

起こりそうにない

低

低中（1）

中（2）

中（3）

破損機器回収まず起こり得ない

低

低

低中（1）

中（2）

PCVデブリ回収

無障

軽微

中程度

重大

致命的

作業毎のリスク評価• リスクマトリックスを用いたリスク指標の計算。（）はリスク大となった作業の数HPの変化

工程遅延 想定外被ばく
41 (3)

45 (0)

20.2* -> 18.610 (0)29 (2)

27.6* -> 17.3

27 (0)

73 (4)

13 (0)

75 (0)

上アクセス

分類

点数

Very High5High

4Medium

3

RPVデブリ回収

27.6* -> 17.5

48 (0)

124 (7)

Low

2

RPV撤去

20.2* -> 11.3

5 (0)87 (6)

Very Low

1★“ Study on strategy construction for dismantling andradioactive waste management at Fukushima Daiichi
Nuclear Power Station” Nuclear Engineering and Design,
Accept.

取出設備設置福島への貢献： 1F廃炉作業の計画検討及び作業管理に係るリスク分析の基盤として活用できる。
今後の展開：1F廃炉シナリオの分析

3

(1)廃⽌措置技術コース
University of Fukui②廃止措置技術セミナー （福井大研究所）
毎年２月後半頃 於楢葉遠隔技術開発センター他、参加学生１５～２０名/年•廃炉・環境修復・廃棄物管理およびそれらのシナリオに関する講義・討論（福井大研究所）•１F廃炉現場・楢葉遠隔技術開発センター見学★新規国際原子力人材育成事業により敦賀で継続③廃止措置技術実習 （福井大工学研究科、若エネ研）、廃止措置技術セミナーに続いて•マニピュレータ動作の最適化実習•VR施設などを用いた遠隔操作実習④廃止措置国際セミナー（例年８月、９月頃） 招聘外国人：16名
日独シンポ（H27年４月@大阪）
例：平成30年度：CLADSとの共同開催で、「１F 事故の知見に基づく炉心溶融挙動と燃料破損現象の解明に関する基礎研究」（平成30 年度第2 回の福島リサーチカンファレン）於J-Village他
・MELCORE 開発者の講演やメンターの指導の下での学生の英語による討論・発表

例：令和２年度 日韓学生セミナー 於 ウルサン科学技術大学•福井大、KAERI、UNIST、KHU、北海道大学•日本と韓国の廃止措置・廃棄物処分の現状の紹介と学生による研究紹介・討論⑤廃止措置工学 学生サミット（NDEC-1～5、全機関合同、（毎年２～３月、NDEC-3以降「まなびの森」）参加学生数十名/年、参加人数150名前後/年
廃炉研究に取組む全国の学生・若手研究者の研究発表会、成績優秀者を表彰

4

(2)燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究
University of Fukuia. 模擬デブリ構成物質の機械的・熱力学的物性評価（大阪大学）
目的：熱力学データベースを構築し、熱力学平衡計算による燃料デブリの相状態を予測する。また、燃料デブリ関連化合物を合成し機械的及び熱的物性を評価する。
成果：燃料デブリを形成する可能性のある物質の中でこれまで物性が未知であった物質（特にボライドに着目）について熱力学平衡計算による燃料デブリの相状態の予測、及び燃料デブリの構成物質の物性把握
FeB
30
廃炉への貢献：デブリの相状態や物性についCrB
ZrBての基礎的なデータを取得。事故進展解析と25Fe B
連携し、デブリの位置等の具体的な情報とデUO
ブリの相状態や物性とを関連付づけ、廃炉に20(UO ) (CaO)
大きく資するx = 0.13
Concrete
15（NDEC） 研究奨励賞
SUS316L
・杉崎光之(M1) 「Cr-Bの物性評価」
10・中森文博(D3) 「BWRにおける燃料デブリおよびMCCI生成物の物性評価」
5・岡田大輔(M2) 「燃料デブリの金属相の物性評
0価と高温酸化挙動」
2Vickers hardness HV / GPa

222 1-x0.1★F. Nakamori et al., J. Nucl. Sci. Technol. 2017.
★Y. Ohishi et al., J. Nucl. Sci. Technol. 2019.
★中森 文博 他, 日本原子力学会和文論文誌 2016.

1

10100x1000

Fracture toughness KIC, MPam1/25(2)燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究
University of Fukuib. 溶融固化体の空隙率と物性の相関（福井大学研究所、工学研究科、JAEA）
目的：共晶反応を利用して空隙率の異なる模擬溶融凝固デブリを合成し、その機械的性質の評価、X線CTを用いた空隙率評価、破壊挙動解析を用いて、空隙率と破壊強度の関係を評価する。
成果：
・UO2-B2O3、 ZrO2・Al2O3、UO2-B2O3/ZrO2・Al2O3、 …模擬溶融凝固デブリを合成、物性を測定し、空隙率と破壊強度の関係を評価。
・有限要素法を用いた破壊挙動解析による破壊挙動評価手法を確立し、 UO2-B2O3、ZrO2・Al2O3、の静的圧縮強度の空隙率依存性を評価。
・X線CTによる模擬溶融凝固デブリの空隙率評価手法の確立

ZrO2-Al2O3およびUO2-B2O3の圧縮強度と空隙率の関係

廃炉への貢献：空隙生成に伴う燃料デブリの機械的強度の低下を、X線CT測定より予測するための手法を確立。JAEAでは、Ｘ線ＣＴ応用法・解析法の研究を進め、1Fから取り出した実燃料デブリの性状把握及び計量管理等に貢献する。
★A. Yusufu, M. and Uno J. Nucl. Mater 499 (2018) 175-181

6(2)燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究
University of Fukui

Ruの放出挙動（酸化状態では８５０℃以上で顕著）
10-11

Cs+

10-12

Intensity/Ac. 燃料デブリからのＦＰ放出・溶出挙動評価（福井大学）
目的：主要なFPの放出・溶出挙動を整理し、熱力学データや基礎的放出・溶出モデルを推定し、デブリ取出に資するデータを得る。
成果
・デブリ加熱時に放出量の多いFPはCsおよびIであり、酸化状態ではRu酸化物も、溶融デブリ中にはCs,Iはほとん
ど残らず
・Cs・Iがデブリ中に残存している場合には溶出しやすい。
・事故時に放出されて構造材と反応したセシウムも浸水するとセシウムが溶出しやすく、７００℃以上に加熱されると再放出される。
・ストロンチウムはジルコニウムと速やかに反応し溶出しにくい物質に

10-13福島への貢献
今回のデータ(蒸発エンタルピー・分解のエンタルピー・溶解速度など）を冠水工法、非冠水工法時の条件での放射性FPの放出・溶出量の評価に

10-1420040060080010001200Temp/℃

構造材反応物からのCs再放出（７００℃以上で顕著）

7(2)燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究
University of Fukui

d. 燃料デブリの融点評価（九州大学）
目的：レーザー加熱法を用いて模擬デブリの融点を系統的に測定・評価する。併せて、計算化学による融解現象のミクロな解析を行う。
成果
 レーザー加熱法：融点測定システムを構築。融点の精度にまだ改良の余地はあるもののCeO2-ZrO2系模擬デブリは、その低い放射率を考慮すると、2800K以上の融点、Fe酸化物、SiO2の混入により溶融温度は低下
 分子動力学法：燃料デブリの現実的な融点評価が可能となるように、ポテンシャルパラメータを整備し、CeO2 (又はUO2)-ZrO2系酸化物の融点を系統的に評価した。
CeO2及びUO2の融点を低下させる効果は、ZrO2に比べてFe酸化物及びSiO2の方が大きいことを明に。
福島への貢献：１F事故進展解析への貢献として、複雑な組織を持つデブリの融点評価に本手法を活用できる可能性がある。
★レーザー加熱法による融点測定法：新たな展開として、高速度カメラを用いたより局所的な分析（位置分解能～数十μm）を可能とする装置の開発*＊原シス・放射性廃棄物減容・有害度低減技術研究開発・タイプA「マイナーアクチニド含有低除染燃料による高速炉リサイクルの実証研究」（代表：JAEA・加藤正人）

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（２）燃料デブリ分析コース
University of Fukui②模擬燃料演習a. カリキュラムの実施、 b. PIXEを利用した実習（福井大学、大阪大学、九州大学、大阪府立大学） 参加学生数名/年
目的：模擬物質を用いた実験と計算化学に燃料デブリ研究人材の育成
内容：毎年8月下旬から9月上旬の2泊3日程度
・阪大・大阪府大グループによる模擬デブリの物性測定、PIXEによる分析
・福井大・九大グループによる模擬デブリの物性測定と計算による物性評価★今後はJ-Actinetの実習活動の一環として、福井大、阪大、九大が中心となり実施していく予定③燃料デブリ実習（JAEA、福井大学） ２～３名/年
目的：PIEについて一通の知識の習得
実施内容：8月中旬、2泊３日程度で原子力機構大洗研究所にて、燃料の取扱い、Ｘ線ＣＴ、画像解析等に関する講義、施設見学及び実習
福島への貢献：カリキュラムや実習教材を利用し、燃料デブリ分析技術者の人材育成に活用していく予定

MS操作実習9(2)燃料デブリ分析コース
University of Fukui④臨界管理・未臨界度測定実習（京都大学・大阪大学） ～10名/年
目的：京大炉で廃炉作業に必要な臨界管理・未臨界度測定の技術を習得
実施内容：年度末に前半は未臨界の講義とシミュレーション実習（阪大）。後半は京大炉実習。
日時
内容
3月2日
開講、手続き、保安教育、施設概要、施設見学（月）午後
未臨界シミュレーション実習（１）
3月3日（火）
3月4日（水）
3月5日
（木）
3月6日
（金）

未臨界シミュレーション実習（２）
未臨界シミュレーション実習（３）
未臨界シミュレーション報告会
未臨界度測定実習（１）
講義・実験：臨界近接講義・演習：未臨界度測定手法入門
午後 講義・実験：放射化試料測定、U濃縮度測定

午前
午後
午前
午前/
午後
午前

午前 実習報告会、閉講

担当者
京都大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
京都大学
京都大学
京都大学
京都大学、大阪大学

福島への貢献：参加延べ人数は25名、その多くが原子力関連の事業者、メーカー、エンジニアリング会社等への就職あるいは原子力系大学院に進学★今後も本実習の内容を各大学の学生実験及び講義に反映
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(3)廃炉技術開発コース①廃炉技術開発研究
University of Fukui

ａ. コンクリート健全性非破壊評価（福井大工学研究科）
目的：超音波探傷法によるコンクリート内鉄筋欠陥の非破壊検知手法の確立
成果：複数探触子による高速探傷については、一部再検討すべき点があるものの、概ね全体計画通りに研究が進み、コンクリート内鉄筋や欠陥の画像化手法を確立
福島へ貢献：長期に渡る廃止措置に鑑み、本研究の成果をコンクリート構造建屋の健全性評価に用いることができる★T. T sunoda & K. Suzuki, Maintenance, Safety, Risk, Management and Life-Cycle
Performance of Bridges, pp.2385-2392, 2018.7.
★T. Tsunoda, K. Suzuki et aｌ. 44th Annual Review of Progress in Quantitative
Nondestructive Evaluation, V.37, AIP Conf. Proc. 1949, pp.040007-1–040007-12, 2018.5.
★2016年 角田貴也 他 土木学会第７１回年次学術講演会 優秀講演者賞★2019年 角田貴也 他 土木学会応用力学委員会 平成29年度応用力学講演賞受賞

b.原子炉解体ロボット技術探査（福井大工学研究科）
目的：福井大学PBLにより、原子炉解体プロセスで使用するロボットの必要仕様（機構、制御手法など）についてまとめ、問題点抽出と解決策の提案させる。
実施内容：4年間で課題の抽出、設計、ダウンスケール
模型の作成とロボット設計の提案書を作成★国際ロボット博に若エネ研と共同出展、学生が実演★引き続き、福井大PBLで★地元企業（株）シマノとの共同研究実施中
試作機の操作模様

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(3)廃炉技術開発コース①廃炉技術開発研究
University of Fukui

d.アルゴンプラズマを用いたヨウ素、セシウム捕集技術開発（福井工業大学）
目的：アルゴンプラズマと静電捕集技術を組み合わせた、ドライプロセスによる放射性ヨ
ウ素、セシウムの分離捕集技術を開発する。
成果
・ｓ-ｂａｎｄ大気圧マイクロ波放電装置を利用した大気圧下で作動するプラズマ発生シス
テムと静電捕集技術を組み合わせヨウ素、セシウムの分離捕集技術を開発
・アルゴンプラズマによる放射性セシウムを含む土試料からのセシウム分離を行い、その定量化を行った。

プラズマ反応管の概略図★アルゴンプラズマによる放射性セシウムを含む土試料からのセシウム分離においてセシウムを99%以上除去することに成功、日本原子力学会 2021年春の年会において発表予定。

セシウム分離後の挙動

正電極放電による捕集メカニズムの概略図

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(3)廃炉技術開発コース①廃炉技術開発研究
University of Fukuiｃ.マニュピュレータの手先軌道計画（福井大学工学研究科）
目的：除染用冗長自由マニピュレータの手先の軌道を最適化する手法を開発。
成果：コンピューター内で安川電機 MOTOMAN SIA20の関節角軌道の総距離を最短とする軌道最適化プログラムの開発と柱の凹凸面を含むような壁の評価最適計算に基づく方法により逆運動学解の冗長性を解消した効率良い除染動作を計画するシステムを開発。
★今後、若エネ研の除染機にインストールを検討計画した軌道の例

d.耐放射線性ロボットレーザー基礎技術開発（若エネ研）
目的：JAEA楢葉遠隔技術開発センターの模擬施設やIT技術を活用し、高線量下や閉所での除染ロボットに必要な要件の確認・評価を行う。
実施内容：
・若エネ研で試作したロボットレーザー除染機（安川電機 MOTOMAN SIA20）のJAEA楢葉での福島第1建屋内部を想定した状況での走行試験
・同施設所有のモーションキャプチャによる仮想現実空間（VR）技術を利用し、非放射線曝露下での模擬放射線曝露環境による照射線量評価
福島への貢献：VRによる被曝作業線量の評価は安全な作業の効率化に★２０１９国際ロボット展での好評価と実現場適用へのアピール★この除染用ロボットシステムへの軌道計画法の搭載の方法の検討

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(3)廃炉技術開発コース
University of Fukui②非破壊検査実習（福井大工学研究科） 年末～年度末 十数名/年
目的：各種非破壊検査手法の原理、長所・短所の知識を備えた人材の育成
実施内容：疲労き裂導入の鋼製試験片に対する浸透探傷と超音波探傷のき裂開口幅、き裂深さの評価★受講生の増減に対応するため工大から超音波探機★今後はJNEN夏季実習③放射線管理・計測実習（福井工大）
年末～年度末 十数名/年
目的：除染技術に必要とされる化学・放射化学に関する実践的知識の習得
実施内容：管理区域入退室、検出器の原理・操作、自然放射能等の測定★管理区域の入退室の実習★福井工大正規カリキュラム、基盤工学実験★新規国際原子力人材育成イニシアティブ事
業（福井大代表）でのアイソトープ実習
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(3)廃炉技術開発コース
University of Fukui④放射性核種分析実習 前期/後期数日程度、医学部学生： 工学部学生
目的：福井県原子力環境監視セン
ター・医学部との協働による医療関係者の放射線教育
実施内容
・福井県原子力環境監視センター（6日）、座学、試料調整、放射線測定、核種分析測定、敦賀市周辺の放射線測定
・国際原子力工学研究所（1日）
放射線影響の座学、・福島でのグループワーク
福島への貢献：廃炉作業中の事故を想定した医療従事者の放射線教育★正規カリキュラムでの継続★サーベイメータのデジタル化等新しいシステムの導入

15平成３１年度 人材育成事業の年度全体概要
University of Fukui

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（２）燃料デブリ分析コース① デブリ物性・分析研究 その後
University of Fukui

デブリ物性・分析グループ（福井大、阪大、九大）
これまでの研究で、燃料デブリがどのような物で、その物性がどのようなものかが評価できた。（純粋な物質の物性）
実際の燃料デブリは未知な混合物であり、生成条件により、燃料デブリの組成・構造は変化する。
炉内の場所のどのような割合の混合物か？
⇒CLADS主体で、参加機関を追加し「燃料デブリ研究における事故進展解
析と核燃料の専門家連携について」会合・事故進展挙動解析からの燃料デブリ合成条件⇔それを模擬する模擬燃料
デブリ合成と物性評価
溶融固化体の空隙率と物性の相関（福井大学、JAEA）

X線CT画像取りこまず（解像度が不足、…数十μm）

破壊は仮定（結晶粒内で破損？粒界で破損？）⇒SPring-8を用いた模擬デブリの破壊試験による変形・破壊挙動解析手法の確立（JAEA所内公募・１F推進費）

SPring-8での応力下でのX線CT（μmの解像度）

17⼈材育成事業の継続
University of Fukui

 継続するセミナー（〇：本年度も実施（予定）、×：コロナの影響により中止）（１）廃止措置技術コース② 廃止措置技術セミナー（福井大）…新規国際原子人材育成イ事業：〇⑤ 廃止措置工学学生サミット…CLADS支援の下、NDECとして：〇（２）燃料デブリ分析コース② 模擬燃料演習（福井大、阪大、九大）…J-Actinet実習として：×③ 燃料デブリ実習（JAEA）…所内教育でのカリキュラム・テキストの利用④ 臨界管理実習(京大、阪大）…カリキュラム化を検討（３）廃炉技術開発コース② 非破壊検査実習（福井大）…JNEN実習：×③ 放射線管理・計測実習（福井工大）…正規カリキュラムにて継続：×
新規国際原子人材育成イ事業：×④ 放射性核種分析実習（福井大）…正規カリキュラムにて継続：×
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