日本原子力学会2014年秋の大会

燃料デブリの調査、取り出しに関わる技術開発

2014年9月10日
技術研究組合国際廃炉研究開発機構

鈴木俊一（プラント情報等の一部内容は、東電ホームページより引用）
無断複製・転載禁止 技術研究組合 国際廃炉研究開発機構©International Research Institute for Nuclear Decommissioning燃料デブリ取出しへ作業イメージ■燃料デブリを冠水させた状態で取り出す方法が、作業被ばく低減の観点から最も確実■格納容器の水張りに向けた調査・補修技術に加え、燃料デブリ取り出し・収納・保管に必要な研究開発を推進■燃料デブリ取出し代替工法について、国内外に技術情報提供依頼（ＲＦＩ）を実施。
燃料デブリ取り出し（イメージ）
原子炉格納容器下部補修（止水）～下部水張り（イメージ）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning2

福島第一原発の廃炉・汚染水対策に係る研究開発等のフロー図
使用済燃料プールからの燃料取出し・保管
使用済燃料等
使用済燃料等
使用済燃料等
取出し
保管
再処理（2013年度～）（2013年度～）
長期健全性評価
損傷燃料等処理

【凡例】

（1-1）

（1-2）

（～2017年度）（～2017年度）

エネ庁補助
研究開発事業

原子炉建屋内の作業環境の確保（線量低減等）
遠隔除染装置開発

東電が実施(研究成果も活用)

現場の安定状態の確保

線量低減計画策定（2-①1b）（2-①1a）（～2014年度）（～2015年度）

原子炉建屋内の線量低減完了除染装置現場投入（2014年度～）

電源、通信、水等の供給（～2019年度）

格納容器/圧力容器健全性評価（2-①-8）（～2016年度）

腐食抑制策（2017年度～）

デブリ臨界管理
（2-①-9）（～2019年度）

臨界防止策（2019年度～）

プロジェクトの流れ
インプット情報（2-①-9）などの括弧内の数字
は事業番号【冠水工法（燃料デブリを冠水させた状態での取出し）】①全部冠水（格納容器上部まで水張りできる場合）②部分冠水（格納容器上部まで水は張れないが、燃料デブリの取り扱いは水中で行う場合）
格納容器下部（ベント管, S/C，トーラス室等）
調査装置開発各箇所の調査（2-①-2）（～2014年度）（2014年度～）

補修・止水技術
補修工事
開発/実規模試（2-①-3）（2017年度～）
験（～2016年度）
格納容器上部（ハッチ，配管貫通部，冷却系統等）
調査装置開発各箇所の調査（2-①-2）（～2017年度）（2016年度～）

補修・止水技術（2-①-3）開発（～2017年度）

補修工事（2018年度～）【冠水工法が難しい場合の代替工法（気中取出し）】
技術情報の募集

代替工法FS（2014年度）

凍土方式の陸側遮水壁（～2014年度）
高性能多核種除去装置（～2014年度）

炉内状況（デブリの位置、量等）の把握
S/C等放射性物質 格納容器内部調査（2-①-4）

燃料デブリの取出し※2018年度に取出方法を確定

燃料デブリ・炉内構造物取出検知（～2016年度）（2-①-6）（2014～2015年度）
炉内の調査（2014～2019年度）
原子炉内燃料デ（2016年度～）
ブリ検知 （2-②-2）（2014～2016年度） 圧力容器内部調査（2-①-5）
過酷事故解析コード
燃料デブリ取出し（～2019 年度）
炉内状況把握（2-②-1）（2020年度～）（～2016年度） デブリサンプリング
デブリ収（圧力容器内部調査
納・移送・事業の一部） （2-①-5）
燃料デブリ搬出
デブリ特性の把握（2019 年度） 保管（2-①-7）（2020年度～）（～2019年度）
燃料デブリ性状把実デブリ性状把握
握・処置（2-③-1,3）
計量管理（～2019 年度）（～2019 年度）（JAEAが運営費交付金で実施中）※「Ｓ／Ｃ」は「サプレッションチェンバ－」の略称。
（～2019年度）

維持・管理（2015～2020年度）
運転（2014年度～）

技術情報の募集

廃棄物処理・処分
燃料デブリ保管（2020年度～）
発生廃棄物の保管（2011年度～）
廃棄物処理・処分（2011年度～）

デブリ、廃棄物の安定的な保管汚染水対策ＦＳ・海水浄化 （2014年度）
・土壌中放射性物質捕集©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
・汚染水貯蔵タンク除染
・無人ボーリング3

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発
原子炉格納容器水張りに向けた調査・補修（止水）技術の開発 （２－①－２，３）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning4【１号機】PCV下部の現状イメージ図
漏
え
い
箇
所

真空破壊
ライン

ドライウェル（D/W）①真空破壊ラインのベローズ部分
からの漏えいを確認。
（写真①参照）【写真①】
R/B１階 OP.10200

水位約OP.9000（水深約3m）

真空破壊ライン１
サプレッション
チェンバ（S/C）②サンドクッションドレン管からの流水を確認。
（写真②参照）

燃料デブリ（位置、分布、形状は不明）

２

サンドクッション
ドレン管
流水を確認

→ポンプへ
【写真②】

トーラス室

ストレーナ

（R/B地下階三角コーナー等）

東京電力提供資料©International Research Institute for Nuclear Decommissioning5【２号機】PCV下部の現状イメージ図

R/B１階 OP.10200

水位約OP.5824（水深約30cm）

300A-AC-10

ドライウェル（D/W）①ベント管スリーブ（写真①参照）②サンドクッションドレン管（写真②参照）③ベント管ベローズカバー（写真③参照）
からの流水は確認されなかった。

500A-AC-1
燃料デブリ（位置、分布、形状は不明）

サプレッション
チェンバ（S/C）
１
３

４

２

④S/C内の水位測定により、S/C
内水位とトーラス室内滞留水水位は同程度であることを確認。

ストレーナ
【写真①】
→ポンプへ

【写真②】

トーラス室
【写真③】

（R/B地下階三角コーナー等）

東京電力提供資料©International Research Institute for Nuclear Decommissioning【３号機】PCV下部の現状イメージ図

主蒸気配管Ｃ

ドライウェル
（D/W）

伸縮継手Ｃ

水位約OP.12000（水深約6.5m）

１

R/B１階 OP.10200

D/W内とS/C内の圧力差からの推定値

【写真①】

漏えい箇所

①主蒸気隔離弁室内の主蒸気系配管ベローズ付近からの漏えいを確認（写真①参照）。

サプレッション
チェンバ（S/C)
燃料デブリ（位置、分布、形状は不明）

ストレーナ

→ポンプへ

トーラス室

（R/B地下階三角コーナー等）

サンプピット

東京電力提供資料©International Research Institute for Nuclear Decommissioning7格納容器補修技術の開発 (補修対象箇所)

電気配線貫通部

配管貫通部ベローズ

PCV上部の補修対象箇所

PCV下部の補修対象箇所

機器ハッチ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning8燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

格納容器内部調査技術の開発（２－①－４）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

9調査及び調査装置の開発方針
1～3号機の炉心・PCVの状況推定(*1)より、開発方針を以下に設定【 1号機 】

・溶融した燃料は、ほぼ全量がRPV下部プレナムへ落下しており、元々の炉心部にはほとんど燃料が存在していない【 2号機 】

・溶融した燃料のうち、一部はRPV下部プレナムまたはPCVペデスタルへ落下し、燃料の一部は元々の炉心部に残存していると考えられる
・尚、3号機では従来の予測よりも多くの燃料がPCV内に落下している
と推定。
開発方針

開発方針

・燃料デブリがペデスタル外側まで広がっている可能性があり、ペデスタル外側の調査を優先して開発を推進する【 3号機】

・1号機と比べると、燃料デブリがペデスタル外側まで広がっている可能性は低く、ペデスタル内側の調査を優先して開発を推進する
・尚、3号機はPCV内の水位が高く、1･2号機で使用予定のペネが水没している可能性があり、別方式を検討する必要がある。

*1：【出展元】東京電力殿ﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞ(平成25年12月13日) ｢福島第一原子力発電所1～3号機の炉心・格納容器の状態の推定と未解明問題に関する検討第1回進捗報告｣より抜粋©International Research Institute for Nuclear Decommissioning10

各号機の開発ステップ (1号機)【調査対象部位】：ペデスタル（外）地下階 作業員アクセス口近傍【調査及び装置開発ステップ】(1) X-100Bペネからの調査（～2015年度）
X-6ペネが高線量であり、現状接近可能なX-100B(Φ100mm)を使用して、優先度が高い以下のペデ
スタル外からの調査を計画。
① PCV内の1階グレーチング上の情報（CRDレール使用可否の調査等）を取得。：B1② 2013年11月の水上ボートによるトーラス室調査結果を受け、ペデスタル（外）地下階(作業員アクセ
ス口及び近傍ベント管)の映像取得に特化した調査を計画。：B2(2) X-6からの調査(2016～2017年度)①ペデスタル（外）地下階に対して、デブリ形状計測装置を搭載し更なる状況把握を行う。：B3
追加を検討中B１．ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ外1階ｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ上調査（2014年度/下予定）：X-100Bﾍﾟﾈ使用

Ｂ２．ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ外地下階状況調査（2015年度計画中）：X-100Bﾍﾟﾈ
X-100Bﾍﾟﾈ

１階ｸﾞﾚｰﾁﾝ
ｸﾞ開口部

B2調査の結果を踏まえ実施要否の検討

Ｂ３．ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ外地下階及び作業員ｱｸｾｽ口調査(2016～17年度予定)：X-6ﾍﾟﾈ使用

X-6ﾍﾟﾈﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ内部の調査については、2号機の調査終了後の実施を検討。
11©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

作業員ｱｸｾｽ口

開発状況(ペデスタル外 装置)
ペデスタル外 １階グレーチング上調査装置(１) 装置概要
狭隘なアクセス口(X-100Bペネ貫通口：内径φ100mm)からＰＣＶ内へ進入し、グレーチング上を安定走行可能な、形状変形機構を有するクローラ型装置(２) 調査ルート及び装置のイメージ
X-100B
ｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟ走行時

既設ｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟD/W１階ｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ

進行方向

X-100B
ﾎﾞｰﾄﾞｶﾒﾗ※ｶﾞｲﾄﾞ
ﾊﾟｲﾌﾟ内進行時に使用。

既設ｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟ

複合ｹｰﾌﾞﾙ
ｸﾛｰﾗ
（2個）

変形
ｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ走行時

温度計※ｶﾊﾞｰ内に設置

D/W地下階
ＰＣＶ
X-6：調査ルート（案）（※１）

【ＰＣＶ断面】※１）ルートのイメージを記載したものであり、調査経路及び範囲は現場状況による。

高線量【Ｄ/Ｗ１階】

PCV内調査ルート(計画案)

調査用
ｶﾒﾗ

装置の外観写真©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

12

各号機の開発ステップ (2号機)【調査対象部位】：プラットホーム上(ﾌﾟﾗｯﾄﾎｰﾑ上面，CRDﾊｳｼﾞﾝｸﾞ下部)及び下(地下階)【調査及び装置開発ステップ】(1) X-6ペネ（Φ115mm）からの調査（～2014年度）
・X-6より、ペデスタル内部プラットホームの状況調査を2014年度/下に計画。：A2(2) X-6（穴径拡大、またはペネ開放）からの調査（2015～2016年度）：A3～A4
・デブリ可視化装置を投入し、ペデスタル内部の調査を行う。

Ａ１．CRDﾚｰﾙ状況調
査(2013/8実施済)

Ａ２．ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ内部ﾌﾟﾗｯﾄﾎｰﾑ状況調査（2014年度/下予定）

X-6ペネ使用までのステップ
・ペネ前_遮蔽の撤去
・ペネハッチへの穴あけ
・ペネの内包物撤去

Ａ３．CRD下部及びﾌﾟﾗｯﾄﾎｰﾑ状況調査（2015年度/下予定）
ＲＰＶ

Ａ４．ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ地下階の状況調査(2016年度/下予定)

ＣＲＤ
ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ
CRDﾚｰﾙX-6ﾍﾟﾈ

開口部
プラットホーム

ＰＣＶ

１階ｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ
上移動©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

ﾍﾟﾃﾞｽﾀﾙ外部の調査については、A2～A4の内部調査結果を踏まえて実施要否を検討。 13

開発状況 (燃料デブリ計測装置)（1）開発目標
燃料デブリと推定される溶融物の位置と分布を把握する計測装置を開発する。
（2)実施内容・H24年度に選定した光切断方式をもとに装置基本設計を実施する。
・要素試験により適用条件下による性能を確認し、基本設計の妥当性を評価する。
・また、光切断方式以外の計測手法(成分計測等)ついて追加調査を行い、その計測手法を用いた装置の成立性を評価する。

光切断方式計測原理

外観・形状計測以外の計測手法整理（3）開発要素・霧状大気中、雨滴共存大気中、水中環境下での計測性能と耐放射線性の両立©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
14
・アクセス装置に搭載できる小型、軽量化と計測性能の両立

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

圧力容器内部調査技術の開発（２－①－５）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

15

ＲＰＶ内部へのアクセスルートの検討
表No

アクセス技術の開発計画（上部穴あけアクセスの例）

開発技術要素

課題

2014

1

穿孔技術

蒸気乾燥器、気水分離器の穴あけ

2

拡管技術

蒸気乾燥器、気水分離器の穴径拡管

3遠隔操作技術曲がり、狭隘部の通過、作業状態の監視

4

バウンダリ形成技術

オペレーションフロア（シールドプラグ）上でのバウンダリ再形成

配管アクセス

2015

2016

上部穴あけアクセス

2017

2018

原子炉開放後アクセス©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

16

ＲＰＶ内部調査アクセスルート （配管からのアクセス ）ＲＰＶ内部調査計画の立案
アクセス方法の検討（配管からのアクセスルート）
給水Ａ系（給水ノズルＮ４Ａ，Ｂ）
OP26601

選定結果（3号機の例）•RPVに開口部を有する系統として、ジェットポンプ
計装ライン、給水系配管、コアスプレイ系配管などを抽出した。
•系統配管の曲り、弁の開閉状態等、装置概念設計に応じた通過可能寸法の確保有無等が課題であり、装置設計にあわせ更なる絞り込みを実施していく。

炉心スプレイ（ＣＳ）Ａ系 （ＣＳノズルＮ５Ａ）
OP26131

ジェットポンプ計装（ジェットポンプ計装ノズルＮ８）
OP17673

OP14320（Vessel0）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning17

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発
事故進展解析技術の高度化による炉内状況把握 （２－②－１）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning18

MAAPのモデル改良・追加
MAAPコードの改良により、デブリ位置の推定、プラント挙動の評価精度を高める■MAAP5コードの改良と検証
下記改良項目及びその高度化仕様に基づいた
コード改良を米国EPRI委託にて実施• 炉心損傷進展モデル改良（溶融物の移行経路を複数考慮）• 下部プレナム内デブリ挙動モデル改良(堆積形態、構造物相互作用)• 格納容器内デブリ挙動モデル改良(拡がり挙動、コンクリート相互作用)改良されたコードの検証• 個別現象のモデルを要素試験等により検証• プラント全体挙動は実機試験等により検証追加された経路①
燃料が乗っている
穴にデブリが落下追加された経路②
制御棒（十字型）
が挿入されている
穴にデブリが落下©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

19

SAMPSONのモデル追加・改良(a)格納容器内圧力抑制プールの温度成層化現象のモデル化
・水の自然循環を解く3次元流動モデルを開発（座標系：デカルト/円筒）・2号機を対象とした解析で、RCIC動作時の解析機能を検証(b)下部プレナムへの流出経路モデルの改良と下部プレナムにおける溶融物と構造材/冷却材との相互作用モデル
・炉心溶融物の下部プレナムへの流出経路を解析により検討し、モデルを改良・溶融物と構造材/冷却材相互作用モデルを開発し、機能を検証(c)高温条件での共晶反応及び酸化反応モデルの改良
・B4C及び鉄の酸化反応モデルを追加
・B4Cと鉄との共晶反応モデルを開発し、機能を検証(d)圧力容器の下部における溶融物・構造材相互作用モデル

(c)
(b)

・相互作用モデルを開発し、機能を検証(d)(a)©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

20

MAAPコードによる1号機事故解析
イベント

発生時刻

原子炉水位≦燃料有効部上端

2011/3/11 17:50頃

炉心損傷（燃料棒最高温度≧1200℃） 2011/3/11 18:40頃
炉心溶融（燃料棒最高温度≧2200℃） 2011/3/11 18:50頃
RPV破損

2011/3/12 10:00頃
ペデスタル床上：91ton
ドライウェル床上：89ton（注）2011/3/12 13:00頃のデブリ量（燃料、構造材）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning21

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

原子炉内燃料デブリ検知技術の開発（２－②－２）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning22プロジェクトの概要（ミュオン観測技術）

透過法

散乱法
ミュオン検出器

ミュオン

ミュオン

入射角

ミュオン
検出器
測定対象

測定対象

透過割合を測定

出射角：検出エレメント

散乱角を測定飛来方向の物質有無（２次元）

散乱位置の物質有無（３次元）

識別能力（燃料デブリ）：１ｍ程度

識別能力（燃料デブリ）：３０ｃｍ程度

一つの小型ミュオン検出器（早期適用可）

２つの大型ミュオン検出器（開発要）ウラン等の重元素を識別可能©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

23これまでの成果概要（ミュオン透過法）
日本原子力発電東海第２原子力発電所にて、同規模の装置で測定
・原子炉内には燃料がない
・使用済燃料プールには燃料があるとの測定結果。

原子炉建屋

東海第二原子力発電所での測定位置（３地点）

各地点での測定結果

釣り鐘型の格納容器の外に密度の高い物質が存在©International Research Institute for Nuclear Decommissioning24これまでの実績（ミュオン散乱法１/3）
・福島第一原発の1/10スケールの研究炉でウラン識別試験
・シミュレーションは実験値と3%以内で一致
・福島第一原発で30～40cm識別能力の達成目途
円柱炉
心
燃料棒２
燃料棒１

左に細い燃料棒を確認

ミュオン
検出器１
ミュオン
検出器２
右に細い燃料棒を確認

測定体系

手前に置いた障害物を確認

３次元測定での各断面での画像©International Research Institute for Nuclear Decommissioning25

これまでの実績（ミュオン散乱法2/3）

福島第一原発２号機

ミュオン検出器２： 7ｘ14ｍ2

ミュオン検出器１: 14ｘ7ｍ2

数値シミュレーションを2号機の実規模体系で実施©International Research Institute for Nuclear Decommissioning26

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

燃料デブリ収納・移送・保管技術の開発（２－①－７）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning27

【燃料デブリ収納・移送・保管技術開発の目的】
1FではTMI-2と比較して以下に示すような条件に相違がある
 1F-1～3の燃料デブリはRPV下部、PCV内に存在。位置や性状が不明。
 建屋内は高線量で、人のアクセスが困難。
 燃料は、TMI-2より燃焼度・濃縮度が高く、収納・移送・保管条件が厳しい。
 炉内への海水注入により、腐食の進行も懸念。
TMI-2では専用の収納缶を開発、収納缶を使用して燃料デブリの収納・移送・保管作業を実施。
収納作業は、RPV上部に作業台を設置、炉内で収納缶に燃料デブリを収納。
本研究は、1F燃料デブリの収納・移送・保管技術の開発として、TMI-2の実績等を参考に、１Ｆの状況にあった燃料デブリ収納缶及び収納缶取扱い技術の開発を行う。

【 開発の目標】
1F実施計画に基づき、燃料デブリ取出しは、臨界未満に維持、安全な取出し、飛散防止、適切な遮へい、冷却、貯蔵、作業員及び敷地内外の安全確保が求められる。
 1F燃料デブリ収納・移送・保管に適した収納缶要求仕様を設定、収納缶材料を選定
 燃料デブリ収納缶の安全性に関する評価手法を開発
 モックアップ試験用収納缶を設計・製作し、燃料デブリ取出モックアップ試験に供する©International Research Institute for Nuclear Decommissioning28

破損燃料移送・保管に関する調査
収納缶取扱いクレーン（遮蔽体）

収納缶取扱いクレーン（遮蔽体）（TMI-2燃料デブリ処置の概要）
収納缶取扱いクレーン（遮蔽体）

ボロン水をスプ
レイして収納缶
の表面除染

デブリ装荷
蓋締め
閉止プラグ取付INL作業

TMI-2作業

輸送キャスク

水抜き
不活性ガス注入
閉止プラグ取付

ドレン/ベント孔
Ｏリング(排水が可能なレベル)

緩衝体

収納缶

ベント管取付
脱塩水注入

作業台

収納缶

回収
タンク

遮蔽蓋

収納缶

輸送キャスク

ベント管

収納缶

収納缶

輸送キャスク
二重容器(収納缶のシールは期待せず、二重化の要求)

デブリ

収納缶

収納缶
（100Ｗ/体）

原子炉容器

デブリの装荷（水中、遠隔）収納缶の取り出し
1979年：事故発生
1985-1989年：燃料取り出し （気中、遠隔）加熱真空乾燥
用容器

燃料プール

燃料キャナル

収納缶の移動 収納缶の仕立て（水中、遠隔）（水中、遠隔）収納缶の収納缶の移動キャスクへの装荷（気中・遠隔）（気中・遠隔）構外輸送（鉄道・車両）収納缶の取り出し（気中、遠隔）・湿式貯蔵
1985-2001年：湿式貯蔵

カバー
真空乾燥
装置

キャニスタ
本体

加熱真空乾燥
用容器

フィルタ

横型サイロ

キャニスタ蓋キャニスタ本体

キャニスタ蓋

輸送
ベント管

収納缶
（70Ｗ/体）サンプリング孔

加熱真空乾燥
用容器
収納缶
キャニスタ
本体

収納缶
収納缶

収納缶

収納缶
収納缶

収納缶の取り出し（気中、遠隔）1999-2001年：取り出し

加熱真空乾燥

収納缶のキャニスタ
への装荷（気中、遠隔）

一次蓋、二次蓋溶接

乾式貯蔵（横型サイロ）
1999年～：乾式貯蔵開始©International Research Institute for Nuclear Decommissioning29

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

模擬デブリを用いた特性の把握、デブリ処置技術の開発 （２－③－１，３）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

30

模擬デブリを用いた特性の把握（研究開発の方針）
検討方針● 最新の1Fプラントデータや事象進展解析の結果を反映して、炉内デブリの化学形等を推定。
● 適宜、現場やデブリ取出しPjと情報交換し、ニーズに合わせて項目を見直す。（②～⑤でも同様）● 現在、調整中の他Pj(収納保管、臨界安全,計量管理）ニーズを踏まえて必要な項目を見直す。
● 国際的な知見（SA研究、TMI-2等）を反映する。
● 主要な工法（穿孔など）に対して、影響の大きな物性を検討し、工法に応じた模擬デブリの選定基準となる物性を検討する。
● 模擬デブリを用いて、主要なデブリ材料について機械的物性データを取得する。
● 組成や不純物の影響などを含めた幅広いデータを取得する。
● 早期に多くのデータを必要とすることから、種々の可能性を考慮し前もって幅広いデータを取得。

検討の進め方
①TMI-2情報、SA研究情報、
福島情報の調査・整理
性状把握対象となる燃料デブリの暫定②サンプリング・取出しに必要なデブリ物性の検討
各工法に影響を与える燃料デブリの特性

実デブリ特性リスト（データベース）の項目（物性）検討

模擬デブリ特性データ

実デブリ特性リストフォーマット

③1F事故に特有な反応の把握

実デブリ特性の推定・評価

1Fに特有な反応による変動に関するデータ● 模擬デブリを用いて、1F特有の反応の影響を評価する。
● 炉内の状況などについては並行して解析が進められているため、種々の可能性を考慮し前もって幅広いデータを取得。

実デブリ特性推定方法④ MCCI生成物の性状把握
MCCI生成物の特性に関するデータ● 海外知見や国際協力を有効に活用し、MCCI現象及び生成物に関する情報を入手する。

⑤ TMI-2デブリとの比較

実デブリ特性推定値● TMI-2デブリを用いて物性データを取得する。

TMI-2デブリの物性データ

実デブリ特性リスト（データベース）作成● 取得したデータ・情報を基に実デブリ特性を推定し、特性リストとして取りまとめる。

一般材料の特性比較

実デブリ特性リスト● 影響の大きい特性が類似する一般材料を選定し、各工法・技術に対するコールド模擬デブリ材料を提案する。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
各工法・技術に対する
31
デブリ取出しPj等のへ反映
コールド模擬デブリ材料の提案

模擬デブリを用いた特性の把握、デブリ処置技術の開発
模擬デブリを用いた特性の把握（平成２５年度成果）
Fe-Cr-Ni

ZrB2（箔状又は (Fe,Cr,Ni)2(Zr,U)
平板状結晶） (Fe2Zr型立方晶）(Fe,Cr,Ni)2B

アーク溶解

酸化雰囲気で焼鈍（ Ar-0.1%O2,1500℃）

Fe-Cr-Ni(Zr,U)O2 (Zr-rich)（合金及びZrB2酸化）制御材（B4C+SUS）との反応（溶融固化物断面観察像の例）（制御棒と燃料が溶融した場合にできる固化物の組織等に係る知見を取得）

生成 した各相のビッカース硬さ（デブリの化学系（ホウ化物、酸化物、金属）毎に硬度の分布を推定）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning32

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発

燃料デブリの臨界管理技術の開発（２－②－１）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning33

未臨界監視および再臨界検知の概要
ガス処理系ＦＰガンマ検知システム
Xe,Kr

中性子による炉内再臨界検知システム

R/B

PCVガス
処理システム吸引ファン

プロセス建屋T/B

臨界 PCV外部の廃液処理、冷却設備におい中性子による炉内ては、設備をメンテナンスする作業員の再臨界検知システム
臨界による被ばくリスクを未然に防ぐ必
検出器
要がある。
＝＞未臨界監視

滞留水
現状

将来

廃液処理、冷却設備の未臨界監視装置

U, Pu

格
本設水処理
臨界

設備

 PCV内部と外部で臨界管理の要求は異なるため、目的に応じて未臨界監視と再臨界検知を使い分ける。
（デブリ取出し前の段階を想定）

 PCV/RPV内部において臨界になった場合、直接放射
線はPCV壁外側に届かな
いため、被ばくリスクは極めて小さい。一方、比較的広い範囲の状況を監視す
ることが重要である。
1＝＞再臨界検知
PCV内臨界時の中性子線分布©International Research Institute for Nuclear Decommissioning34

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発
圧力容器／格納容器の健全性評価
技術の開発 （２－①－８）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning35健全性評価全体評価フロー
建屋動解＊（建屋損壊状態模擬）

モデルの作成＊ 東京電力よりインプット条件提示

建屋-機器連成動解(a) PCV冠水状態（例）（平成24年度評価実施）・水位・基準地震動Ss
・機器損壊状態
・腐食の影響評価条件

荷重条件の整理・許容値
・腐食減肉量（試験データ）・高温強度劣化（試験データ）

機器毎の強度評価

裕度の低い機器のリストアップ／リスト更新

建屋損壊状態、現状水位など 、機器余寿命評 価の精度向上につながる条件
設定において、調査すべき
項目と、調査実施により期待される成果を整理（PCV
内部調査他プロジェクトとの連携が必要）：平成25年度評価対象(b) 現状想定されるプラント
状態（例）(c) PCV冠水までに想定されるプラント状態（例）＊＊＊

裕度の低い機器が万が一損
壊した場合に想定されるシナリオ検討とリスク評価
止水（グラウト補修）

腐食抑制策の適用（本プロジェクトで抽出した防錆剤等）

効果なし

他プロジェクトへの情報イ
ンプット（内部調査、補修工法等の検討を依頼＊＊）＊＊機器設計や構造の専門家を中心とした検討が不可欠であり、 現状の研究開発体制の見直しが必要：平成24年度実施：平成24-27年度実施

余寿命評価の概略フロー（例）＊＊＊他プロジェクト「原子炉建屋漏えい箇所止水・格納容器下部補修技術の開発」からのインプット情報

現状及びPCV冠水までに想定されるプラント状態から推定されるPCV内水位（例）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning36

燃料デブリ取り出し準備に係る研究開発
燃料デブリ・炉内構造物取出技術の開発（ ２-①-６ ）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning37

No.38

研究方針① 燃料デブリ取出工法
燃料デブリ取出し工法は各プラント（１～３号機）の状態を考慮する必要があるが、プラントごとに状態が異なり、各プラントに適した取出し工法が定まっていない。
⇒ＰＣＶを冠水させて取り出す工法（完全冠水）に加えて、冠水できない場合の代替工法として、部分冠水（ＰＣＶ上部まで水を張らない）
または気中で取り出す工法（部分気中、完全気中）を比較し評価する。現状の１～３号機の状態及び推定情報を整理した上で、各プラントに対する各工法の適用性を評価する。
② 燃料デブリ取出し技術
性状が不明確な燃料デブリや、溶融した炉内構造物を加工して取り出す技術が必要となるが、１Ｆに適用可能な確立された技術がない。
⇒前例として、ＴＭＩ－２で実施した燃料デブリ取出しや、国内プラント
における大型改造工事が挙げられる。これらの実績のある技術を中心に、燃料デブリを模擬した試験体の加工試験を実施し、適用可能な技術を選定する。炉内構造物の取出しに関しては、炉内構造物が設計通りの状態ではない可能性があることから、このような状況を想定した上で適用可能な技術の開発を行う。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning燃料デブリ・炉内構造物取出技術開発の概要◎工法検討
プラント状態情報、関連技術開発、現地調査結果等を考慮してシナリオを検討する必要がある。
⇒多くの情報を総合的に評価し、不明点は想定することも必要。
⇒既存技術調査も含め、本ｐｊで検討

セル等◎燃料デブリ取出し作業の開発課題
工法によらず、燃料デブリ取出し作業共通の課題
で主なものは下記。
①燃料デブリ切断②遠隔作業③汚染拡大防止
④遮へい
⑤臨界防止
◎要素試験
上記課題のうち、燃料デブリ切断、遠隔作業、汚染拡大防止の要素試験を実施。
(1)燃料デブリ切断①セラミック試験体の切断試験②試験体製作(2)遠隔作業①長尺アーム制御技術②遠隔作業アーム試作（セル内含む）(3)汚染拡大防止①隔離フィルム・シートの選定

作業台車

隔離フィルム

遠隔作業アーム

遮へい

SFP

DSP

デブリ収納缶長尺アーム

切断装置、カメラ
ハンドリング装置（

取出し工法のイメージ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning39

燃料デブリ取り出し
搬送装置(遮蔽プラグ)

100t級天井クレーン
バリア

コンテナ

換気設備

オペフロ

主な課題
・バウンダリの確保
・遮蔽プラグの設置精度
・作業時の反力の制御

搬送装置(伸縮管等)

SFP

DSP

搬送装置
切削装置
視覚装置 他

伸縮

RPV

換気設備

PCV
約35m
ﾄｰﾗｽ室

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
図 気中でオペフロに遮蔽プラグを設置し取り出す工法
40

燃料デブリ取り出し
100t級天井クレーン

搬送装置(門型クレーン等)
換気設備

主な課題
・バウンダリの確保
・作業時の遮蔽

コンテナ
オペフロ
SFP

遮蔽機能付きバリア

DSP

切削装置
搬送装置
視覚装置 他

解体に従い降下

RPV
換気設備

PCV
ﾄｰﾗｽ室

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
図 気中でオペフロから装置本体を降ろしながら取り出す工法
41

燃料デブリ取り出し
100t級天井クレーン
コンテナ

主な課題
・バウンダリの確保
・作業時の遮蔽・進入開口の位置

オペフロ
DSP

SFP

機器ハッチ/新規開口

切削装置
視覚装置 他

遮蔽機能付きバリア

RPV
換気設備

PCV

ﾄｰﾗｽ室

換気設備
搬送装置
搬送装置

アクセスルート

図 気中で側面から取り出す工法©International Research Institute for Nuclear Decommissioning42

燃料デブリ取出し代替工法の概念検討と要素技術の実現可能性
検討についての提案公募（RFP）
燃料デブリ取り出し代替工法に関する提案公募を三菱総研が実施。
ＩＲＩＤの燃料デブリ調査チームは本件に関する技術支援を行っている。
事業説明①燃料デブリ取出しの代替工法に関する概念検討事業

気中において、燃料デブリを安全かつ確実に取り出すための工法の概念検討を行う。

②代替工法のための視覚・計測技術の実現可能性検討事業

過酷な条件の下、高線量下でも使用可能なコンパクトで軽量の照明機能を有した内部観察のための視覚機材や、燃料デブ
リ識別等のための計測機材の実用化検討を行う。

③代替工法のための燃料デブ
リ切削・集塵技術の実現可能性検討事業

燃料デブリの切削を可能とする機材（集塵機能も含む）の実用化検討を行う。

注）工法に依存する度合いの強い搬送技術あるいはコンクリートや鋼鉄製壁面の切削技術等の提案は工法が具体化してから必要に応じて募集するものとする。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

43

最後に

－燃料デブリ取り出しに向けて－福島第一における燃料デブリ取出し作業は，TMI-2と比較して一層の困難が予想される。作業の全体戦略、取出し工法、デブリ取出しツールの開発については，国内外の叡智を結集する必要がある。
燃料デブリ取り出し達成のためには、関連する各プロジェクトの目的・ゴールを明確にした上で、部分最適ではなく、全体最適となるように計画し、柔軟に技術開発を行う必要がある。
戦略の策定にあたっては、End-State（最終的にどうしたいか）を考え、実現可能な様々なオプションを検討し、その結果、第一案だけでなく必ず代替案を準備しておくことが重要である。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

44