Nuclear Damage Compensation and Decommissioning Facilitation Corporation

2022年8月29日
第6回福島第一廃炉国際フォーラム (DAY 2)
いわき市芸術文化交流館 「アリオス」

わが国の分析の力量と大学の取組み

原子力損害賠償・廃炉等支援機構
湊 和生

無断複製・転載禁止 原子力損害賠償・廃炉等支援機構©Nuclear Damage Compensation and Decommissioning Facilitation Corporation

講演内容

1

◼ 分析する対象の特徴、目的➢ 分析対象はどのようなものか？
➢ 何のために分析するのか？
➢ 分析するには何が必要なのか？

◼ 既存の分析施設・方法・人材◼ 1F廃炉に向けた分析に係る課題◼ 課題解決に向けた取組み方策◼ 大学の新たな取組み◼ まとめ

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分析対象はどのようなものか？

2◼ デブリ、事故由来廃棄物➢ 世界初の沸騰水型原子炉の炉心溶融事故➢ 事故時の停電により多くのプラントパラメータの記録がない➢ 安全機器の作動状況が不明瞭➢ 事故収束のために海水注入➢ 炉内状況、デブリの状態、核分裂生成物の放出経路等に多くの不確かさ-

通常の廃止措置では、見られないもの
性状が未確認のもの
高線量のものが多い
多種多様なものがある
難測定核種がある
高い適時性が求められる分析量が膨大
サンプル量が限定
１Fの2号機のペデスタル底部の小石状の堆積物（資料提供：東京電力）
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何のために分析するのか？

3◼ 基礎的な物性を迅速に把握➢ 核種インベントリ、化学組成、化学形態、密度、・・・等◼ 分析結果は、重要な基礎情報で、多くの反映先➢ 廃炉作業-取り出し工法
保管・管理
処理処分➢ 事故原因の究明-現象の理解原子力に関する安全性向上◼ 分析結果は、廃炉を円滑に進めるにあたり、不確かさの幅を小さくするための一つの重要な要素
分析・調査結果の反映先とその関係 (出典：技術戦略プラン2021)
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分析するには何が必要なのか？

4◼ 分析する施設➢ デブリ、事故由来廃棄物を取り扱える施設・設備◼ 分析する方法➢ デブリ、事故由来廃棄物に適用できる方法・技術・装置➢ デブリ、事故由来廃棄物のために新たに必要となる方法・技術・装置◼ 分析する人材➢ 分析の実務を行う人➢ 分析結果を評価し解釈する人➢ 新たな分析の方法・技術・装置の開発を行う人（資料提供：JAEA原科研）
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既存の分析施設・方法・人材 (1/7)

5◼ 分析施設、分析方法はあるのか？人材は？
➢ デブリ、事故由来廃棄物の取扱い-

照射済み燃料・材料／放射性廃棄物と同等の取り扱いが必要
 放射線管理区域（核燃料取り扱い、放射性同位元素取り扱い）
 ホットセル、グローブボックス、フード➢ 既存の燃料・材料の照射後試験施設／放射性廃棄物取扱いの施設、分析方法、人材の利用が可能-

日本原子力研究開発機構・原子力科学研究所（JAEA原科研）
日本原子力研究開発機構・大洗研究所（JAEA大洗研）
日本原子力研究開発機構・核燃料サイクル工学研究所（JAEA核サ研）
日本核燃料開発株式会社（NFD）
MHI原子力研究開発株式会社（NDC）（大学の施設・設備）◼ 事故直後から、これらの施設・方法・人材で1F試料の分析実施
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既存の分析施設・方法・人材 (2/7)

6◼ JAEA原科研➢ 米国TMI-2（スリーマイル島2号機）のデブリ分析-

OECD/NEA国際共同研究の一環
約60個のデブリを1991年に日本に輸送
成果は、事故進展の解明などに貢献

ウランとジルコニウムの酸化物（セラミックス）が主成分

ジルカロイとインコネルの混合物（薄茶）UO2（緑）
ジルカロイとステンレスの混合物（白）Ag-In-Cd制御材
（濃茶）

デブリ
10 mm

JAEA原科研における米国TMIのデブリ分析例（資料提供：JAEA原科研）

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既存の分析施設・方法・人材 (3/7)

7◼ JAEA原科研➢ １Fの瓦礫類・汚染水などの分析➢ 模擬デブリの分析

グローブボックス

ホットセル

がれきの採取伐採木の採取試料前処理

固相抽出剤を用いた分析◆ 東京電力への放射能分析に関する協力◆ 東電パワーテクノロジー
への技術指導ホットセルにおけるデブリの溶解試験

瓦礫などの分析（資料提供：JAEA原科研）
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既存の分析施設・方法・人材 (4/7)

8◼ JAEA大洗研➢ １Fの瓦礫類・汚染水などの分析➢ PCV内付着物・スミア試料などの分析➢ 模擬デブリの分析

TEM（透過型電子顕微鏡）
STEM-EDS
元素マッピングU

金相セル（鉄セル）

FIB（TEM観察用試料薄片加工）

100nm
O

Cr

Fe

格納容器内部付着物分析
試験セル（コンクリートセル） FE-SEM（電界放出型走査電子顕微鏡）（資料提供：JAEA大洗研）

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既存の分析施設・方法・人材 (5/7)

9◼ JAEA核サ研➢ １Fの瓦礫類・汚染水などの分析

ホットセル

外観

ホットセル内での性状観察開発した除染装置スラッジの分析（前処理）法
10μm

光学顕微観察SEM-EDX分析

水処理二次廃棄物（除染装置スラッジ試料）分析（資料提供：JAEA核サ研）
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既存の分析施設・方法・人材 (6/7)◼ NFD

FeCr2O4➢ １Fの瓦礫類・汚染水などの分析➢ PCV内付着物・スミア試料などの分析➢ 模擬デブリの分析

10立方晶(U,Zr,Fe,Cr)O2200 nm

立方晶(U,Zr,Fe,Cr)O2+FeCr2O4

2号機原子炉建屋ｵﾍﾟﾚｰﾃｨﾝｸﾞﾌﾛｱ養生ｼｰﾄ上のU含有粒子の詳細構造（STEM-HAADF像）

ホットセル

SEI

20 µm

U

20 µm

Fe

20 µm

Zr

20 µm

TEM（透過型電子顕微鏡）

SEM（走査型電子顕微鏡）試料の採取

3号機PCV調査装置付着物スミア上で観察されたU含有粒子（SEM-EDS）（資料提供：NFD）

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既存の分析施設・方法・人材 (7/7)

11

◼ NDC
➢ １Fの瓦礫類・汚染水などの分析➢ 模擬デブリの分析

放射性核種分析前処理設備
ホットセル

溶解前

模擬燃料デブリホットセル硝酸溶解

硝酸添加後

溶解後

固液分離後

模擬燃料デブリのホットセル内での硝酸溶解操作

化学分析装置（左：ICP-MS 右；ICP-AES）

放射性核種分析（資料提供：NDC）

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1F廃炉に向けた分析に係る課題 (1/3)

12◼ 既存の施設だけで１F 廃炉に対応できるのか？
➢ 他のタスクもあり、１F 廃炉のための分析に専念できない➢ １F から離れた茨城地区にあり、適時性に劣る➢ １F 廃炉で要求される分析量に対して容量不足◼ 新たな施設が 1F 隣接地/敷地内に建設・計画中➢ 放射性物質分析・研究施設第１棟（竣工済、管理区域設定準備中）➢ 放射性物質分析・研究施設第２棟（建設準備中）➢ 東京電力総合分析施設（計画中）

放射性物質分析・研究施設 完成イメージ図 （資料提供：JAEA福島部門）
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1F廃炉に向けた分析に係る課題 (2/3)

13◼ 既存の分析の方法だけで１F 廃炉に対応できるのか？
➢ １F廃炉で求められること-

多くの試料に対応すること
廃炉作業を効率的に進める分析をすること
現場の目的に合わせた分析をすること
事故原因の究明につながる分析をすること限られた分析人材を有効活用すること分析作業への負荷を軽減すること◼ 新たな分析の方法・技術・装置の開発が必要➢ 分析の迅速化、自動化➢ 分析の簡素化、効率化➢ 分析の精度向上、高度化➢ １F 廃炉の工程における特化した項目の分析技術➢ 少ないサンプル量の分析結果から全体を推定する統計論的アプローチ
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1F廃炉に向けた分析に係る課題 (3/3)

14◼ 分析する人材はいるのか？
➢ 既存の施設で分析に携わっている人は、既存の施設で必要➢ 新たな施設では、新たに分析に携わる人が必要◼ 分析に係る人材の新たな育成、確保、維持が必要➢ 多岐にわたる知見・技術を持った人材が必要-

一般的な化学分析や機器分析
放射線の特性と測定、放射性同位元素の物理・化学・生物学的特性
放射線防護、原子力・放射線の関係法令
燃料・材料の化学反応性、など◼ JAEA等においては、α核種の取扱い、燃料の分析技術に関して十分な知識と経験が蓄積➢ 東京電力とJAEA等の間における人材交流は重要➢ 分析評価する人は希少であり、これを増やすことに取り組むことも重要
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課題解決に向けた取組み方策15◼ 政府による支援➢ 廃炉・汚染水・処理水対策事業（国プロ）-

応用研究、実用化研究及び現場実証のうち難度の高いものを対象➢ 英知を結集した原子力科学技術・人材育成事業（英知事業）-

国内外の大学、研究機関等の基礎的・基盤的研究及び人材育成の取組
みを推進するものを対象◼ 産学官の多様な機関による取組み➢ 国内外の大学や JAEA 等の研究機関による基礎・基盤研究及び応用研究➢ IRID、海外企業を含むメーカ、東京電力等による実用化研究、現場実証等

廃炉研究開発の研究範囲と実施機関(出典：技術戦略プラン2021)
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大学の新たな取組み (1/4)

16◼ 放射性微粒子の基礎物性解明（英知事業）（京都大学・五十嵐教授（当時茨城大学）を中心としたグループの成果）➢ 環境に放出された不溶性放射性微粒子を見出し、先見的に研究開始- 種々の分析方法で基礎的な物性を解明➢ 誘導蛍光の発見- Cs 含有ガラス状物質の蛍光による検知可能性➢ 安全確保および事故進展シナリオ深化への寄与
5000

蛍光強度(相対値)

UV光励起
4000

T-12粒子
正味UV蛍光スペクトル（背景光除去)数 µm の微小な粒子で高 Cs 濃度（タイプA；2号機由来）

3000
2000
1000
0420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620

波長 (nm)

UV光照射により蛍光を発するタイプ B 粒子

数十～数百 µm と粗大な粒子で低 Cs 濃度（タイプ B；1号機由来）（資料提供：京大・五十嵐教授）

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大学の新たな取組み (2/4)

17◼ ストロンチウム-90の迅速分析手法の開発（英知事業、東電との協力）（福島大学・高貝教授を中心としたグループの成果）➢ 高周波誘導結合プラズマ-質量分析装置（ICP-MS）を基軸とした分析手法-

複雑な分析作業と熟練の技術 ⇒ 自動前処理、自動制御・計測システム
長時間（2週間～１か月）⇒ 測定時間 23分、検出下限値 0.3 Bq/L

➢ １Fの現場で運用開始（2014年12月1日から）

大学が開発した技術の初の１F現場適用

90Srの迅速分析法の概要（資料提供：福島大学・高貝教授）

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大学の新たな取組み (3/4)

18◼ 固体試料のミクロ領域定量イメージングの技術開発（英知事業）（福島大学・高貝教授を中心としたグループの成果）➢ レーザーアブレーション-高周波誘導結合プラズマ質量分析法（LA-ICP-MS）-

固体標準物質を使用せずに、安定同位体と放射性同位体の同時定量法を開発し、マッピング化への展開する（資料提供：福島大学・高貝教授）
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大学の新たな取組み (4/4)

19◼ タイアップ型人材育成（英知事業）（福島大学・高貝教授を中心としたグループの取り組み）➢ 福島大学とJAEA研究者とのタイアップ-JAEA(三春)に 博士課程，博士後期，ポスドク，クロアポ教員が常駐して研究実施
JAEA研究者による講義・実習＠三春を履修単位として認定
研究推進および教育の双方で東京電力と連携学生への講義
民間企業・官公庁・東電と連携したボランティア教育＝ 羽ばたく人材（育成する能力）
JAEA
東電研究機関民間連携ラボ• 化学分析-物理分析の両面から解析できる分析技術者• 物理・化学の素養を有するシミュレーター
• ビックデータを取り扱う分析技術者• AIを取り扱うことのできる物理・化学技術者

この事業で育成する人材像（資料提供：福島大学・高貝教授）

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まとめ20◼ デブリや事故由来廃棄物の分析は、１F廃炉を円滑に進めるにあたり、不確かさの幅を小さくするために重要➢ デブリや事故由来廃棄物は、通常の廃止措置では見られないもの➢ 基礎的な物性を迅速に把握し、廃炉作業、事故原因究明に反映◼ 既存の分析施設・分析方法・人材だけでは、１Fの廃炉に必要な種々の多量な分析に、適時に対応できない➢ １F廃炉のための新たな分析施設が必要➢ 既存の施設と新施設の特徴を活かし、役割分担した分析体制の構築が必要➢ 分析の目的に合わせた分析の簡素化、効率化、精度向上、高度化等が必要➢ 分析に係る人材の新たな育成、確保、維持が必要◼ 今後、数十年にわたる１F廃炉に若い人たちの参画を待望➢ 人材の供給源となり得る大学における活動を支援することが必要

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