第7回 福島第一廃炉国際フォーラム Day2 いわき芸術文化交流館「アリオス」

1F 1～3号機の原子炉・格納容器の状況把握の歴史的展開
Historical challenges to understand the in-reactor and containment status of unit 1 to 3
2023.08.28©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

はじめに（事故進展解析による状況把握）• 事故直後は原子炉建屋内の線量が高く、事故炉を直接確認することは困難• 炉心損傷・炉心溶融を起こした1～3号機の原子炉・格納容器の状況把握は廃炉を進めるうえで基本となる重要な情報• そのため、解析コードを用いて事故進展を評価し、その結果として原子炉・格納容器の損傷状態を評価することから始めた
解析コードによる評価〇 • 原子炉の設計に関する十分な知見• 事故に関するこれまでの研究成果を解析コードに取り込むことで、事故により、燃料・原子炉・格納容器の損傷状況を評価可能
2011年の段階で、事故の厳しさが1号機>3号機>2号機であるといった基本的な事故の特徴が判明していた× • 実際のBWRの事故は世界初であり、実物を見たことのない技術者には知識の限界がある• すべての構造物・現象を評価するわけではない
ことから、解析コードによる解析結果だけで、事故炉の状況をすべて評価することはできない©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

過去の知見を考慮すれば、こうなるのでは？

1

解析コードによる評価でわかること
福島第一原子力発電所1～3号機の事故は崩壊熱を冷やせなかったことが原因
すなわち、崩壊熱のエネルギーが燃料を融かし、原子炉を破損させた。
40.0「冷やす」ができなかった期間

35.0

2号機崩壊熱崩壊熱[MW]

30.0

解析コードによる評価は、冷却ができていない期間の蓄積エネルギー（赤い部分）がどう使われるかを評価することで事故進展を評価すること

原子炉 力上昇 で水が十分でなかった期間

25.0

沸騰により水位低下
して燃料露出20.0
15.0

崩壊熱で燃料温度上昇

10.05.00.000.5

11.5

22.5

地震後の経過日数[日]©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

3

水ーZr反応で炉心損傷・溶融
3.5

4①水が沸騰する→水が無くなる②燃料温度が上昇する③化学反応が発生（発熱・吸熱）④燃料が溶融する⑤溶融燃料から構造物への熱移動とそれによる構造物の破損・溶融

2はじめに（内部調査）• 減衰により、敷地内・原子炉建屋内の放射線量が徐々に低下していくことにより、2012年以降、直接の調査を実施することができるようになった• 事故後に開始された研究開発により、調査のためのロボットや測定器が完成し、それらを現場に投入することで格納容器の内部の状態が少しずつ分かり始めた
内部調査による直接確認〇 • 百聞は一見に如かず• 廃炉を進めるために必要な情報が得られる
解析コードでは評価されないような構造物や現象を含め、実際の状況が映像・線量情報として得られるため、原子炉・格納容器の状況把握には直接の調査が必須
× • 直接アクセスできる場所は限られる• カメラを通じてしか見られない• 状況確認が遠隔からのものになるため「群盲象を撫でる」のような状況になることから、見えたものが何であるかその解釈が問題となることがある©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

3

事故進展解析と内部調査の協働による原子炉・格納容器内の状況把握
事故進展解析の担当者は象を見たことのない象の専門家、内部調査担当者は象をさわるだけでそれが何かを判断するしかない目隠しをした人、のようなものであるが、両者が協働し、お互いを補い合うスパイラルアップで状況把握を進めてきた△△ロボットで××を見るなら、□□を確認できれば見えていない★★も予測できるかも？

そうか、Aシナリオだと思い込んでいたがBシナリオの方が現実に近そうだな！！

その場合、〇〇ペネから△△ロボット投入ですね

この評価結果を踏まえて、次の調査項目を考えましょう

次は○○の観点から××を見てはどうでしょう？

原子炉内にあった制御棒の一部がペデスタル内で確認できたということは・・・©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

4事故後からこれまでの経緯

内部状況調査2号機 トーラス室内調査（2012年 4月)

1号機 PCV内部調査（2012年 10月)

1号機 PCV内部調査（2017年 3月）

海外でデブリ経験調査
1) TMI 2 WS @ Idaho
2)チョルノービリデブリ分析経験研修@ホローピン研究所

Muon
2015年3月

3号機PCV内部調査（2017年 7月）

事故進展解析

2号機PCV内部調査（2018年 1月）

内部状況調査1号機PCV内部調査（2023年 3月）©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

5燃料デブリ取り出しへの歩み

デブリ取り出し燃料デブリ取り出し工法評価小委員会

2号機 試験的取り出し⚫
⚫

段階的取り出し

第1回：2023年3月29日 開始
現在、第5回：2023年7月19日まで議論を重ねており、今後も工法に関する評価を継続する

取り出し規模の本格的な拡大工法
気中工法©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

気中工法のオプション

冠水工法

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1号機の事故進展

3/23給水系からの 水で冷却開始（他系統への流れ込みがない）

地震後約1時間の津波により冷却機能を喪失

崩壊熱[MW]

沸騰により水位低下
して燃料露出

崩壊熱のエネルギーがPCV内で蓄積し高温化

3/23

崩壊熱で燃料温度上昇
水ーZr反応で炉心損傷・溶融
溶融燃料が炉内構造物・RPVを高温化
原子炉破損
ベント実施

水素爆発

地震後の経過日数[日]©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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2012年10月１号機原子炉格納容器（ＰＣＶ）内部調査
雰囲気線量○○mSv/h
だけど作業できるかな？

ファイバースコープを挿入してなんとか中を見てみましょうこのボルトは、X100ペネの内側の鉛板を留めていたものだな。
でも、その鉛板は見当たらないな？

X100ペネなら線量が比較的低いし何とかなるのでは？
これは、鉛が溶けたものだな。とすると、327.5℃以上になったということか。

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2015年 ミュオン測定結果

この白黒の模様は何を意味しているんだろう？

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2015年 ミュオン測定結果の説明

１号機のシミュレーション画像と比べてみよう。

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2015年 ミュオン測定結果の説明

ICタンク

R/B 外壁はっきりは見えていないけれど、これは位置的にはRPVだな。
あっ、そうするとRPV炉心部にも底部にもなにもなさそうだぞ！

RPV境界©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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2017年3月 変形ロボットを用いた格納容器内部調査©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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サンプル分析から得られる情報•

サンプル全体の観察結果– SEM-EDS分析では、鉄さび上にU含有粒子が混在していることが確認された。
– ただし、観察領域（300μm×200μm程度）の平均でみると、Ｕ濃度は低く検出されない程度。
– ICP-MS分析結果では、Feが多く次いでAl、Cu、Zn、Pb、U が確認された。

• U含有粒子の観察結果– Uリッチな立方晶（U,Zr）O2、Zrリッチな正方晶（Zr,U）O2、単斜晶Zr０２が確認。

これらはTMI-2のデブリからも観察されたものだね。
これは、非常な高温を経験したことを意味しているし、ZrO2はゆっくり冷却されたことを示しており、事故進展予想とも整合しているな。
化学的に不安定なU3O8やUO3は確認されていないことは、今後の取出しに向けて有利な情報じゃないかな。

立方晶(U,Zr)O20.5µm

デブリ取り出しに関するデブリの分布に関する重要な情報。
全体量からは小さい割合だが、Uを含んだ物質がペデスタル外で確認されたことを示す。
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2022年2023年の水中ロボットで確認された情報（その１）
床面

従来のMCCI実験結果（米国アルゴンヌ研究所webサイトより）

これまでの実験で得られたMCCIの知見では、溶融した燃料がコンクリート上に落下すると、下方やその後横方向にコンクリートを侵食していくはずだった。
1号機ペデスタルの様相は、それとは大きく異なるな。

ペデスタル開口部の下部コンクリートの欠損、鉄筋がむき出しとなっている状態が確認された。
事故進展に関する新たな情報であるとともに、廃炉作業への影響も考慮が必要©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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2022年2023年の水中ロボットで確認された情報（その２）◼

◼

調査箇所⑧、⑨、⑩については、ROVが到達できなかったものの、開口部にて撮影した映像や、ROVが遊泳中に撮影した映像からペデスタル基礎部の状態を確認

原子炉

確認した基礎部の状態は他の調査箇所と似ている状態であり、ペデスタル内側下部のコンクリートが一部消失している箇所には配筋を確認
配筋

ペデスタル縦断面(推定)インナースカートPF⑫⑪ 写真2⑬⑩ ⑥ 写真1 ③④⑨ ⑧ ⑦ ②⑤

格納容器

①

写真1,2

開口部

写真1. ポイント⑧ペデスタル基礎部
ポイント⑨
ポイント⑩
ポイント⑪

写真2. ポイント⑨，⑩ペデスタル基礎部
画像処理：東京電力ホールディングス(株)ペデスタル全周にわたって内側コンクリートが消失していることが確認された。
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2022年2023年の水中ロボットで確認された情報（その２）◼

◼

調査箇所⑧、⑨、⑩については、ROVが到達できなかったものの、開口部にて撮影した映像や、ROVが遊泳中に撮影した映像からペデスタル基礎部の状態を確認

原子炉

確認した基礎部の状態は他の調査箇所と似ている状態であり、ペデスタル内側下部のコンクリートが一部消失している箇所には配筋を確認
配筋

ペデスタル縦断面(推定)インナースカートPF⑫⑪ 写真2⑬⑩ ⑥ 写真1 ③④⑨ ⑧ ⑦ ②⑤

格納容器
ほぼ全周にわたってペデスタルのコンクリートが剥離している。しかし、その高さがほぼ同じ
写真1,2なのはなぜだろう？

①開口部

写真1. ポイント⑧ペデスタル基礎部
ポイント⑨
ポイント⑩ポイント⑪

写真2. ポイント⑨，⑩ペデスタル基礎部
画像処理：東京電力ホールディングス(株)ペデスタル全周にわたって内側コンクリートが消失していることが確認された。
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ペデスタルの健全性について⚫ 格納容器部調査によりペデスタル下部におけるコンクリートの消失を確認したことを踏まえ、３つの評価を実施
1. ペデスタルに残存しているインナースカートの強度評価にてペデスタルの支持機能喪失時の影響を評価しており、2011年に経験した東日本大震災と同程度の地震を受けた場合でも大規模な損壊 に至る可能性は低いことを確認している。
「ペデスタルは支持機能喪失しない」で思考停止をしない
2. ペデスタルの支持機能が低下した場合を仮定して、保守性を持たせたシナリオにて敷地境界における実効線量を評価しており、事故時における基準である5mSv/事象を大きく下回る影響（0.03～0.04mSv/事象）であると評価している。
「万が一の状況の発生時」でも、影響緩和のための方策を準備
3. 万が一の支持機能低下に備え、放射性ダストの放出を抑制するため、原子炉格納容器の閉じ込め機能を強化し、機動的な対応を強化する取り組み。
支持機能低下事象が発生した際に、原子炉格納容器内に供給している窒素の封入量を排気量よりも少なくすることで放射性ダストの非管理放出を抑制するとの考えから、事象が発生した際に速やかに窒素封入を停止する準備を進めている。加えて、機動的対応（可搬式設備を用いた排気設備の復旧 ）の準備を進めている。
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2号機の事故進展

40.0「冷やす」ができなかった期間

35.0

2号機崩壊熱崩壊熱[MW]30.0

原子炉 力上昇 で水が十分でなかった期間

25.0

沸騰により水位低下
して燃料露出20.0
15.0

崩壊熱で燃料温度上昇

10.0
5.0

水ーZr反応で炉心損傷・溶融

0.0
00.5

1

1.5
2
地震後の経過日数[日]©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

2.5

33.54182012年3月2号機原子炉格納容器（ＰＣＶ）内部調査

なんで2号機だけ、こんなに水位が低いんだろう？

原子炉

サプレッションチェンバーにつながっているベント管の高さしか水位がないですね。ということは、ベント管かサプレッションチェンバーから水が漏れているということですかね？
PF©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

19

格納容器

2016年に実施された2号機のミュオン測定結果

垂直方向（ｍ）

力容器の底に色が濃い部分があるな。ということは、ここに燃料があるということか。

北側

水平方向（ｍ）©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

南側

RPV下部構造断面図20

2018年のカメラロボットを用いたペデスタル内部調査

小石みたいな堆積物がペデスタル全体に広がっている。しかも、高く積もっているところがいくつかあるぞ！？
しかも、これだけの構造物が残っているということは温度はそれほど高くないのでは？

原子炉
PF©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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格納容器

2018年のカメラロボットを用いたペデスタル内部調査

しかも、これだけの構造物が残っているということは温度はそれほど高くないのでは？

高いところは、上から落ちてきたってことを意味してるんじゃないですか？だとすると、 力容器にいくつかの穴が開いている可能性がありますね！
しかも、燃料集合体の一部であるハンドルも見えるということは少なくともその大きさは・・・。

原子炉
PF©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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格納容器

2018年のカメラロボットを用いたペデスタル内部調査

しかも、これだけの構造物が残っているということは温度はそれほど高くないのでは？

原子炉
PF©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

23

格納容器

2019年の改造カメラロボットを用いたペデスタル堆積物接触調査
小石みたいな堆積物、取り出せないかな？
板状のものや、岩みたいなのもあるけど、そっちはどうだろう？
ロボットで触って確認してみよう。

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2019年の改造カメラロボットを用いたペデスタル堆積物接触調査

小石状や板状のものは動きますね。

でも岩みたいなのは動きません。

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2019年の改造カメラロボットを用いたペデスタル堆積物接触調査

小石や板状のものは、拾えるから取り出せるな！

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3号機の事故進展

40.0
35.0
3号機崩壊熱「冷やす」ができなかった期間

崩壊熱[MW]

30.0
25.0

沸騰により水位低下
して燃料露出20.0

崩壊熱で燃料温度上昇 水ーZr反応で炉心損傷・溶融

15.0
10.0
5.0
0.0
00.5

11.5
22.5
地震後の経過日数[日]©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

33.5

427

2017年水中ロボットによるペデスタル内部調査（その１）

CRDサポートが無くなりCRDハウジングがむき出しだ

撮影エリアA1

撮影エリアA1

震災前のCRDハウジング支持金具の状態
（3号機）

原子
炉

水面がゆらゆら撮影エリアA2
しているのは原子炉から水が落ちてきているからだな

PF

格納容器
©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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2017年水中ロボットによるペデスタル内部調査（その１）

撮影エリアA1

撮影エリアA1

震災前のCRDハウジング支持金具の状態（3号機）

水面がゆらゆらしているのは原子炉から水が落ちてきているからだな©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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2017年水中ロボットによるペデスタル内部調査（その２）円筒状の構造物（CRガイドチューブと推定）

これは制御棒を炉心に挿入するためのインデックスチューブのようだ。
原子炉内にあったものが格納容器に落ちてきている

グレーチング

これは制御棒の図と見比べると制御棒の下部にある速度リミッタとそっくりだ。
原子炉の燃料装荷位置から格納容器に落ちてきている。

落下物（制御棒下部と推定）

①スリット
制御棒
速度リミッタ②ローラー③筒状の構造（ソケットと推定）③ソケット（直径約3cm)

付着物©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

①スリット

②ローラー
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2017年水中ロボットによるペデスタル内部調査（その３）

PCV floor LV.
T.P. 4044

CRGT

ペデスタル下部の堆積物は中心部が高くなっている。
©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

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PCV内部調査及び試験的取り出し◼ アーム型装置をX-6ペネからPCV内に進入させ、PCV内障害物の除去作業を行いつつ、内部調査や試験的取り出しを進める計画◼ 試験的取り出しにおいては、数g程度の燃料デブリを採取予定
X-6ペネ接続構造
双腕マニピュレータ

格納容器の壁
1階グレーチング
CRDレール

ロボットアーム

X-6ペネ

（格納時)

エンクロージャ接続管

ロボットアーム（調査時)
CRDハウジング
ペデスタルPCV
ペデスタル開口部（地上階）

2号機 内部調査・試験的取り出しの計画概要©Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. All Rights Reserved.

デブリを数g取れるといっても何ができるの？

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試験的取り出しの数グラムのサンプルへの期待
数μmの微小な粒子の分析で実績を積んできたから数gあればいろいろ見られる他の専門家の意見も聞いてきます

小石状・板状のデブリは動くことはわかっているけどどれをサンプリングすべき？

デブリを取るからには小石状でしょうね

初めてのデブリ分析だからしゃぶりつくすつもりで分析しよう

燃料デブリ取り出しの第一歩の大事な仕事ですから、安全着実にやり遂げましょう

デブリがどのようにできたか分析結果を活用して評価してください
分析や輸送を円滑にするためにも、採取時の情報はしっかり残しておきましょう

デブリの中のウランの濃度がわかると事故分析の精度も上がりますよ。
無断複製・転載禁止 東京電力ホールディングス株式会社

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ご清聴ありがとうございました。

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