資料番号：PS-6-5-4

改0

平成30年5月14日
日本原子力発電株式会社

添付 1
コリウムシールド厚さ，高さの設定について

1.

はじめに
コリウムシールドは，溶融炉心・コンクリート相互作用の影響抑制の目的で設置するが，ペデスタル（ドライウェル部）（以下「ペデスタル」という。）
内の設備配置上，設置高さに制限があり，これを考慮した上で，原子炉圧力容器（以下「ＲＰＶ」という。）から落下する溶融炉心（以下「デブリ」という。）を全量保有でき，かつ，溶融炉心・コンクリート相互作用の影響も抑制できるよう，その厚さを設定する必要がある。以下に設定方針を示す。

2.

コリウムシールド高さの設定
ペデスタル内には人通用開口部や床ドレン配管等のドライウェルと通じる経路があるため，デブリ堆積高さがこれらの経路に到達した場合，ペデスタル外へ流出するおそれがある。そのため，デブリをペデスタル内に全量保有する観点から，デブリ堆積高さはデブリがペデスタル外に流出する可能性のある経路よりも低い位置とする必要がある。ペデスタル床高さに対して最も低い位置となる経路は，ドライウェルからペデスタル床ドレンサンプへのドレン配管である（第 1 図）。当該配管の下端は，ペデスタル床から約 1.88mの位置に存在することから，コリウムシールド設置高さの上限として 1.88mを設定する。

3.

コリウムシールド厚さの設定

3.1

コリウムシールド厚さの設定方針

添付 1－1コリウムシールド厚さは，コンクリート侵食抑制及びコンクリートへの熱影響を抑制する観点から，可能な限り厚さを確保する方針とする。ただし，コリウムシールド厚さを増やした場合の影響として，以下を考慮する。
・ペデスタル床面積の減少によるデブリ保有可能量の減少
コリウムシールドの設置高さには上限があるため，厚さを増加させると保有可能なデブリ量が減少する。ペデスタル内に落下するデブリのうち，粒子化したデブリは水プール中で冷却されやすいため，ペデスタル内構造物への熱影響を抑制する観点では，粒子化していない溶融デブリからの寄与が大きい。そのため，コリウムシールドの厚さとしては溶融デブリが全量保有できることが重要となる。
ただし，コリウムシールド厚さの設定に当たっては，粒子化デブリからの影響も緩和できるよう，粒子化デブリも含めたデブリ全量を保有できるよう考慮する。
・水プールとの接触面積の減少
コリウムシールド厚さを増加させると，水プールとの接触面積が減少するため，水プールへの除熱量が崩壊熱を下回ることでデブリ温度が上昇し，コリウムシールドが侵食するおそれがある。そのため，コリウムシールドの厚さを設定した上で溶融デブリによる侵食量を評価し，ペデスタルに要求されるＲＰＶ支持機能及びデブリ保持機能に対する影響を評価する。
以上を踏まえ，コリウムシールド高さを上限である 1.88m とした上で，粒子化による堆積高さ上昇も踏まえたデブリ堆積高さを考慮した場合においてもデブリが全量保有できるコリウムシールド厚さを設定する。

添付 1－2添付 2
溶融物量として考慮する制御棒駆動機構の設定について

制 御 棒 駆 動 機 構（ 以 下「 Ｃ Ｒ Ｄ 」と い う 。）及 び Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン グ の破損本数としては，ＭＡＡＰ解析においてＲＰＶ底部の破損後にアブレ ー シ ョ ン に よ り 拡 が る 最 大 の 破 損 口 径：約 76cm に 含 ま れ る 本 数 9 本を 考 慮 し て い る（ 第 1 図 ）。ま た ，タ ー ン テ ー ブ ル 及 び Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン
グサポートについては，アブレーションにより拡がる最大の破損口
径 ： 約 76cm を 包 絡 す る 範 囲 と し て ， 一 辺 1m の 正 方 形 の 範 囲 を 考 慮 している。
ここで，第 2 図及び第 3 図に示すとおり，ＣＲＤハウジングサポー
トは，ペデスタル内側の鋼板に固定された上部サポートビームにハンガーロッド等を介し，グリッドプレートを接続した構造によりＣＲＤハウジングの逸出を防止する設計となっているため，ＲＰＶ破損時に現実的には逸出は考えにくい構造となっている。このため，現実的なＲＰＶ破損時のデブリ流出箇所としては，ＣＲＤハウジングとスタブ
チ ュ ー ブ 上 部 の 溶 接 部 に 生 じ る 間 隙 が 考 え ら れ る（ 第 4 図 ）。以 上 を 考
慮すると，ＲＰＶ破損時は上記溶接部からデブリが流出し，アブレーションにより口径が徐々に拡がる状況になると考えられる。また，ＲＰＶ下部の形状及びデブリ流出に伴う下部プレナム部のデブリ深さの減少を踏まえると，ＣＲＤから流出するデブリ量は中心から外側になるにつれ少なくなることから，外側のＣＲＤ及びその下部にあるＣＲＤハウジングサポートが溶融する可能性は小さくなると考えられる。
一方，本評価では，外側のＣＲＤ及びその下部にあるＣＲＤハウジングサポートの全てが溶融（例えば，第 1 図の破損口の外側付近に一部
添付 2－1添付 3
粒子化割合の算出

粒子化割合は以下のＲｉｃｏｕ－Ｓｐａｌｄｉｎｇ相関式により求めた。

ddj2 ,0 ddj2
entddj2 ,01/ 2

d dj ,0 2 E0d djw

H pooldj

ここで，Φ e n t ： 粒 子 化 割 合 [-]E0： エ ン ト レ イ ン メ ン ト 係 数 [-]ΔH p o o l ： プ ー ル 水 深 [m]ddj： プ ー ル 底 部 に お け る デ ブ リ ジ ェ ッ ト 径 [m]d d j , 0 ： 気 相 部 落 下 を 考 慮 し た 水 面 に お け る デ ブ リ ジ ェ ッ ト 径 ※ [m]ρ d j ： デ ブ リ ジ ェ ッ ト 密 度 [kg／ m ３ ]ρ w ： 水 密 度 [kg／ m ３ ]※解析コードＭＡＡＰによる破損口径の拡大（アブレーション）を考慮

添付 3－1添付 5
粒子状デブリによる側壁コンクリートへの影響について

1.

はじめに粒子状デブリは，間隙の冷却水による除熱によりデブリ温度が速やかに低下すると考えられるため，側壁コンクリートへの影響は軽微であると考えられる。
ここでは，粒子状デブリ上面からの除熱によってデブリが冷却されることを定量的に評価するともに，粒子状デブリの温度が高い場合を想定しても側壁コンクリートに与える影響が小さいことを解析
コードＭＡＡＰで評価する。

(1) 粒 子 状 デ ブ リ 上 面 か ら の 除 熱 に よ る 冷 却 性 評 価
水プールによる上面からの除熱量を評価し，粒子状デブリの崩壊熱と比較する。
①

デブリ条件
粒子状デブリがコリウムシールド高さを超えて堆積している場 合 を 想 定 す る (第 1 図 )。
・評価シーケンス：大破断ＬＯＣＡ＋注水機能喪失（ＲＰＶ破損時の崩壊熱を高めに評価する設定）
・ Ｒ Ｐ Ｖ 破 損 時 の 崩 壊 熱 ： 22.4MW（ＭＡＡＰ結果に基づくＲＰＶ破損時のデブリ全量（連続層を含む）の崩壊熱であるが，保守的に粒子化層の崩壊熱として設定）

添付 5－1

②除熱量評価
粒子状デブリ上面に水プールが存在する体系であることから，
Lipinski-0D モ デ ル （ 第 2 図 ） に お け る ポ ロ シ テ ィ 0.41（ 粒 子化デブリがコリウムシールド高さを超える最少ポロシティ）での 熱 流 束 1.75MW／ m ２ を 設 定 し ，除 熱 量 を 計 算 す る 。粒 子 状 デ ブ
リとの接触面積はコリウムシールドを設置していない場合の床面 積 約 30m ２ と 等 し い た め ，
除 熱 量 ＝ 1.75MW／ m ２ ×約 30m ２ ＝ 約 52MWとなる。
よって，粒子化層の崩壊熱を十分上回ることから，粒子状デブリは適切に冷却される。

(2) 解 析 コ ー ド Ｍ Ａ Ａ Ｐ に よ る 影 響 評 価
デブリ堆積高さの影響評価として，粒子状デブリがコリウムシールドを超えて堆積した場合のペデスタル（ドライウェル部）の側壁コンクリートの侵食量を解析コードＭＡＡＰにて実施した。
評価においては，感度ケース（粒子化割合）に加え，別紙 1 に示す参考ケース（追加溶融物）を包絡するデブリ堆積高さにて評価を実施した。
①

解析条件
評価モデルは第 1 図に示すとおり，粒子状デブリがコリウムシールド高さを超えて堆積している場合を想定する。
・ 粒 子 化 デ ブ リ の 堆 積 高 さ ： 7cm
堆積高さが最も高くなる参考ケース（追加溶融物）を想定（ 別 紙 1）
添付 5－2

・粒子化デブリの初期温度：連続層を含む全デブリの平均温度
粒子化するデブリは，間隙の冷却水による除熱によりデブリ温度が速やかに低下すると考えられるが，保守的に高めの温度を設定
・評価シーケンス：大破断ＬＯＣＡ＋注水機能喪失
ＲＰＶ破損時の崩壊熱を高めに評価する設定
・ 崩 壊 熱 ： 7cm 堆 積 分 の 粒 子 化 デ ブ リ の 崩 壊 熱・ 粒 子 化 デ ブ リ か ら 上 面 の 水 プ ー ル へ の 熱 流 束 ： 1.75MW／ m ２
Lipinski-0D モ デ ル（ 第 2 図 ）に お い て ，ポ ロ シ テ ィ 0.41（ 粒子化デブリがコリウムシールド高さを超える最少ポロシティ）に対応するドライアウト熱流束を設定
・ 粒 子 化 デ ブ リ と 水 プ ー ル の 接 触 面 積 ： 約 30m ２
コリウムシールド高さより上部のペデスタル（ドライウェル部）の断面積を設定②解析結果
崩壊熱に対して粒子化デブリから上面の水プールへの除熱量が大きいことから，側壁コンクリートの温度が融点に到達するまでにデブリ温度が低下することで，ペデスタル（ドライウェル 部 ） の 側 壁 コ ン ク リ ー ト の 侵 食 量 は 0cm と な っ た （ 第 3 図 ）。
以上より，コリウムシールド高さを超える粒子化デブリによりペデスタルの構造健全性に影響ないことを確認した。

添付 5－3

別紙 1
更なる保守性を考慮する場合のデブリ堆積高さについて

福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 ２ 号 機 の 格 納 容 器 内 部 調 査 （ 平 成 30 年 4 月26 日 公 表 ） に よ れ ば ， Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン グ サ ポ ー ト の 脱 落 は 見 ら れ ず ，ハウジングサポートを含め制御棒 9 本分の溶融物を考慮するベースの評価条件は，一定の保守性を有すると考える。
しかし，同調査では，デブリの落下経路が複数個所存在している可能性について言及があるため，更なる追加の溶融物として炉内に位置する全ＣＲＤ及び炉内外の全核計装について考慮し，この場合のデブリ堆積高さについて参考に評価した。

１．ＣＲＤ
ＭＡＡＰ解析では，第 1 図に示すスタブチューブより上部の制御棒，制御棒案内管，ＣＲＤハウジングがモデル化されており，ペデスタル（ドライウェル部）内へ落下するデブリ重量として考慮されて い る（ 第 1 図 紫 参 照 ）。一 方 で ，Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン グ 内 の 構 造 物（ 第1 図 赤参照）並びにスタブチューブより下部のＣＲＤハウジング及び Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン グ 内 の 構 造 物（ 第 1 図 緑 参 照 ）は ，ペ デ ス タ ル（ ドライウェル部）内へ落下するデブリ重量として考慮されていない。
重大事故が発生しＲＰＶ破損に至った場合，ＣＲＤハウジングとスタブチューブ上部の溶接部の損傷により生じた間隙より，ペデスタル（ドライウェル部）内へデブリが流出すると考えられる。このデブリが流出するタイミングにおいて，当該破損個所以外のＣＲＤハウジングについては，内部に保有されている冷却水の冷却効果に添付 5－6

より溶融しておらず，ペデスタル（ドライウェル部）内へ流入するデブリに含まれないと考えられる。
ただし，更なる保守性を考慮した感度解析を実施するため，炉内のスタブチューブより上部に存在する全てのＣＲＤハウジング内の構造物（第 1 図 赤参照）がデブリに取り込まれることを想定する。
具 体 的 に は ， 全 185 本 の Ｃ Ｒ Ｄ の う ち ， 全 溶 融 を 想 定 す る 9 本 を除 い た 残 り 176 本 分 の ス タ ブ チ ュ ー ブ よ り 上 部 の Ｃ Ｒ Ｄ ハ ウ ジ ン グ
内 の 構 造 物 が 溶 融 す る も の と 想 定 し ， 1 本 当 た り 約 70kg の 構 造 物 重量 と し ， 合 計 と し て 約 1.6m ３ の 追 加 的 な デ ブ リ 体 積 を 考 慮 す る 。

２．核計装
核計装についてはＭＡＡＰ解析においてペデスタル（ドライウェル部）内へ落下するデブリ重量として考慮されておらず，ペデスタル（ドライウェル部）内へ落下するデブリ重量として考慮することとする。
具 体 的 に は ，炉 内 外 の Ｌ Ｐ Ｒ Ｍ（ 43 本 ），Ｓ Ｒ Ｎ Ｍ（ 8 本 ）及 び ド
ラ イ チ ュ ー ブ （ 4 本 ） は ， そ れ ぞ れ 1 本 当 た り 約 90kg の 構 造 物 重 量と し ， 合 計 と し て 約 0.7m ３ の 追 加 的 な デ ブ リ 体 積 を 考 慮 す る 。

３．まとめ以 上 よ り ， 本 参 考 ケ ー ス で は ， 追 加 の 溶 融 物 と し て 約 2.3m ３ （ ＣＲ Ｄ ： 約 1.6m ３ ， 核 計 装 ： 約 0.7m ３ ） の デ ブ リ 体 積 を 考 慮 す る 。 この場合のデブリ体積，デブリ堆積高さ及びコリウムシールドを超える範囲について，ベースケース及び感度ケースと比較して第 1 表に示す。全て連続層とした場合は，十分な余裕を持ってコリウムシー
添付 5－7

ルド内に保持可能であるが，粒子化層を含めて考慮する場合は，コ
リ ウ ム シ ー ル ド 高 さ を 約 7cm 超 え る 。

添付 5－8

第 1表

各ケースの比較

デブリ堆積高さ
ケース

デブリ体積全て連続層相当

連続層＋粒子化層

備考

３【今回の評価】
参考ケース（追加溶融物）

溶 融 物：36m （ MAAP）
追 加 溶 融 物 ： 2.3m

３ペデスタル内構造物 ： 4m約 1.57m

３ペデスタル内構造
物 ： 4m

感度ケース（粒子化割合）約 1.48m

３

同上

・十分な余裕を持って連続層を保持

・ 連 続 層 ： 約 1.32m

・ コ リ ウ ム シ ー ル ド 高 さ （ 約 1.73m）

・粒 子 化 層：約 0.48m

３

溶 融 物：36m （ MAAP）
ベースケース

約 1.80m

約 1.71m・十分な余裕を持って連続層を保持

・ 連 続 層 ： 約 1.25m

・粒 子 化 層 を 含 め ，コ リ ウ ム シ ー ル ド・粒 子 化 層：約 0.46m

同上

を 約 7cm 超 え る

高 さ （ 約 1.73m） に 保 持

約 1.78m

・十分な余裕を持って連続層を保持

・ 連 続 層 ： 約 1.18m

・ コ リ ウ ム シ ー ル ド 高 さ （ 約 1.73m）

・粒 子 化 層：約 0.60m

添付 5－9を 約 5cm 超 え る別紙 2

ＲＰＶ中心位置以外で溶融物が落下した場合のデブリ堆積高さについて

ＲＰＶ中心位置以外で溶融物が落下し，さらにデブリの拡がりの不確かさを考慮した場合においても，以下の理由により堆積高さがコリウムシールド付近で局所的に高くなることはないと考える。
・溶融物の落下位置として最もコリウムシールドに近くなる部分として，ＣＲＤのうち最外周のものが破損する場合（コリウムシー
ル ド 表 面 ま で 約 60cm） を 考 慮 し た と し て も ， Ｒ Ｐ Ｖ 底 部 に は デ ブ
リが残存するため堆積高さが高くならないこと・残存したデブリが落下する場合には，ＣＲＤのうち最外周のものより中心付近に落下し，セルフレベリング効果による均一化や溶融デブリ落下により堆積した粒子状デブリが撹拌される影響などで堆積形状はより均一化されること・セルフレベリングの効果によってデブリは均一に拡がる方向となること

添付 5－11

添付 6
床ドレン配管の侵食量評価について

1.

はじめに感度ケース（粒子化割合）及び添付 5 の別紙 1 に示す参考ケース（追加溶融物）では，粒子化層は床ドレン配管の上端高さまで到達しないものの，コリウムシールド高さを超えて床ドレン配管下端高さを超過する評価となっている。ただし，以下のとおり床ドレン配管内への粒子化デブリの流入はほとんどなく，流入しても床ドレン配管入口付近のみに堆積すると考えられる。
ＲＰＶが破損し，デブリがペデスタル（ドライウェル部）に落下し堆積していく際には，密度の関係からデブリの上に冷却水が移行した状態でデブリの堆積高さが増える（＝ペデスタル（ドライウェル部）水位が上昇する）
床ドレン配管はほぼ水平（約 1 度の傾斜）であることから，床ドレン配管内はペデスタル（ドライウェル部）水位の上昇に伴い，冷却水によりほぼ満たされた状態になると考えられる
その後，粒子化層の堆積高さが床ドレン配管下端高さを超過した場合でも，床ドレン配管上端には到達せず，粒子化デブリが床ドレン配管内に流入するための駆動源もないため，流入しても床ドレン配管入口付近のみに堆積すると考えられる
以下では，粒子化デブリが床ドレン配管入口付近に堆積した場合を想定し，床ドレン配管に与える影響が小さいことを評価する。

添付 6－1

2.

床ドレン配管入口付近の侵食量評価
粒子化デブリによる侵食量評価として，粒子化デブリの温度が床ドレン配管の融点まで低下するのに必要な除熱量を算出し，この除熱量が配管に加わった場合の侵食量について評価した。
①

解析条件
評価モデルは第 1 図に示すとおり，粒子状デブリがコリウムシールド高さを超えて堆積している場合を想定する。
・ 床 ド レ ン 配 管 内 径 ： 73.9mm
・ 床 ド レ ン 配 管 厚 さ ： 7.6mm
・ 床 ド レ ン 配 管 内 の 粒 子 化 デ ブ リ の 堆 積 高 さ ： 約 56mm
堆 積 高 さ が 最 も 高 く な る 参 考 ケ ー ス（ 追 加 溶 融 物 ）の 場 合 に おける，床ドレン配管内の堆積高さ。均一に堆積すると仮定
・粒子化デブリの初期温度：連続層を含む全デブリの平均温度
粒子化するデブリは，間隙の冷却水による除熱によりデブリ温度が速やかに低下すると考えられるが，保守的に高めの温度を設定
・除熱量：冷却水による除熱を考慮せず配管への熱移行を計算（ 冷 却 水 に よ る 除 熱 量 が 崩 壊 熱 量 を 上 回 る （ 別 紙 1）が，保守的に粒子化デブリの顕熱分を全て考慮）②

解析結果
解 析 の 結 果 ， 配 管 の 侵 食 量 は 約 6mm と な り ， 床 ド レ ン 配 管 は貫 通 し な い 結 果 と な っ た 。 な お ， 1.に 記 載 の と お り 粒 子 化 デ ブ
リ が 堆 積 す る の は 床 ド レ ン 配 管 入 口 付 近 と 考 え ら れ ， 約 6mm 浸食によるペデスタルの構造健全性等への影響はない。
なお，粒子化デブリの初期温度をデブリ固相線温度とした場
添付 6－2

合 の 配 管 の 侵 食 量 は 約 1.1mm と な る （ そ の 他 解 析 条 件 は ① と 同じ ）。粒 子 状 デ ブ リ は ，間 隙 の 冷 却 水 に よ る 除 熱 に よ り デ ブ リ 温度が速やかに低下するため，床ドレン配管に粒子化デブリが流入した際の温度はデブリ固相線温度を下回っており，配管の侵
食 量 は 約 1.1mm 以 下 に な る と 考 え ら れ る 。
また，仮に床ドレン配管入口付近のみだけでなく，床ドレン配管の奥に粒子化デブリが流入した場合でも，東海第二では，シビアアクシデント時においてＲＰＶ破損までに代替循環冷却系により格納容器スプレイを実施するため，ダイヤフラムフロアにスプレイ水が溜まり，ドライウェルに近い配管及び制限弁は冷却される。したがって，ドライウェルに近い配管及び制限弁の侵食量はさらに軽減されるため，これら設備が貫通すること は な い と 考 え ら れ る（ 第 2 図 ）。加 え て ，粒 子 化 デ ブ リ の 堆 積
高さはダイヤフラムフロアから床ドレン配管に流入する溝の高さを超えておらず，この高さ関係からも粒子化デブリはダイヤフラムフロアから床ドレン配管に流入する溝を越えて移動する
こ と は な い （ 第 2 図 ）。

添付 6－3

3.

除熱量評価
Lipinski-0D モ デ ル に お け る ポ ロ シ テ ィ 0.41 で の 熱 流 束
1,750kW/m ２ を 設 定 し ， 除 熱 量 を 計 算 す る と ，粒子状デブリ上面からの除熱量＝ 配 管 内 デ ブ リ 表 面 積（ 単 位 長 さ 当 た り ）×除 熱 量＝ 6.40×10 － ２ ×1,750＝ 113kWと な り ，配 管 内 デ ブ リ の 崩 壊 熱 1.08kW を 十 分 上 回 る こ と か ら ，配 管
内デブリ粒子の崩壊熱は除去可能である。

添付 6－6