東京工業大学廃止措置技術・人材育成フォーラム／IRIDスモールワークショップ

福島第一原発事故廃棄物の処理・処分研究
2017年１月20日
技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（IRID）／国立研究開発法人 日本原子力開発機構(JAEA)
廃棄物処理処分ディビジョン 廃棄物処分技術開発グループ リーダー
大井 貴夫
本件は、経済産業省／平成26年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」で得られたものの一部を含む。
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

1内容
１．研究開発の目的
２．放射性廃棄物対策の全体概要
３．福島第一事故廃棄物の特徴
４．固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発
５．研究開発の進め方
６．研究開発の現状
７．今後の課題

Japan Atomic Energy Agency

2International Research Institute for Nuclear Decommissioning

１．研究開発の目的
本研究は、東京電力(株)福島第一原子力発電所の廃炉・汚染水対策に資する技術の開発を支援する事業を行うことで、福島第一原子力発電所の廃炉・汚染水対策を円滑に進めるとともに、我が国の科学技術の水準向上を図ることを目的とする。
東京電力福島第一原子力発電所の事故により発生した事故
廃棄物は、破損した燃料に由来した放射性核種を含んでいること、津波や事故直後の炉心冷却に起因する海水成分を含む可能性があること、高線量であり、汚染のレベルが多岐にわたりその物量も大きいこと等、従来の原子力発電所で発生する放射性廃棄物と異なる特徴がある。このため「固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発」においては、これらを安全に処理・処分するために必要とされる研究開発を実施する。
平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

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3International Research Institute for Nuclear Decommissioning

２．放射性廃棄物対策の全体概要
中長期ロードマップ（平成27年6月12日改訂）

４－５．廃棄物対策（２）処理・処分
固体廃棄物の性状把握、幅広く抽出した処理・処分技術の適用性の検討、難測定核種等の分析手法やインベントリ評価技術の開発等を実施し、原子力規制委員会の意見も聴きつつ、2017 年度（平成29年度）内に、「廃棄物の処理・処分に関する基本的な考え方」を取りまとめる。
その上で、現在設計を行っている放射性物質分析・研究施設を活用し、固体廃棄物の性状把握等を通じた研究開発を加速し、2021 年度（平成33年度）頃までを目処に、処理・処分方策とその安全性に関する技術的な見通しを得る。

平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

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4International Research Institute for Nuclear Decommissioning３. 福島第一事故廃棄物の特徴
 事故により管理できない状態で発生
 １～３号機の炉心燃料を起源とした汚染＊
 廃止措置作業が状況に応じて変化するため、発生量の想定が困難
 汚染範囲が広く、高線量箇所もあるため、データが非常に限定的（特に長半減期核種の組成）
飛散・拡散

水処理装置
＊放射化物、運転廃棄物由来のものが含まれる可能性がある。

瓦礫／伐採木等
瓦礫

伐採木

汚染水

土壌

○物量が多く、広範囲に分布○樹木、土壌は処理・処分実績が乏しい○飛散・拡散による表面汚染が主で、一部が滞留水を通じた浸透汚染

汚染水処理二次廃棄物
汚染水処理二次廃棄物

燃料デブリ／解体廃棄物○物量が多く高線量物も多い○現状ではアクセスが難しく、原廃棄物の採取が困難

交換配管・貯槽等○処理・処分実績が乏しい○原廃棄物の採取が困難○装置の特徴に応じて発生量や核種量の一部推定が可能

平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

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5International Research Institute for Nuclear Decommissioning４. 固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発
廃棄物ストリームに関する検討
廃棄物ストリーム：事故廃棄物の発生・保管から処理・処分までの一連の廃棄物の取り扱い処理・処分等に関する技術情報（前提条件を含む）、政策・制度等に係る情報個別の研究成果の総合的な判断と調整、安全かつ合理的な処理・処分の実現に向けて必要な検討課題等の提示

個別研究開発項目（廃棄物ストリームの構築に必要な知見を与える基盤研究開発）
インベントリ、有害物質の性状等不足した廃棄物の情報項目等

廃棄物の処理に関する検討

重要核種、不足したデータ等【目標】処理・処分の安全評価および廃棄物管理に必要な情報の整備/分析施設で適用する難測定核種の分析法の開発・整備【目標】処理・技術ｶﾀﾛｸﾞの整備と適用可能な廃棄体化技術候補の絞込み、提示

長期保管方策の検討

インベントリ、混在物質性状等

性状把握

廃棄体の要件等

廃棄物の処分に関する検討【目標】廃棄物ごとに適用可能な処分概念
候補とその評価手法を提示

廃棄体の性状等【目標】水処理二次廃棄物に係る長期保管・安定化方策の提示
廃棄物の性状情報
処理・廃棄体化に係る技術情報

処分技術の情報

データベース整備【目標】廃棄物の性状、処理・処分方法等に関するデータベースの整備（第三者機関との情報共有）

宮本，バックエンド研究 Vol.22 No.2 p67 （2015）
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6International Research Institute for Nuclear Decommissioning

５．研究開発の進め方[検討方法]
データの蓄積を待つことなく，これまで蓄積された処理処分の技術や知識を用いて廃棄物の処理処分方法を幅広く評価し、廃棄物の性状把握の進展に合わせてそれらを繰り返し実施し，処理・処分方策を絞り込んでいく。
処理・処分の検討を効率的に進めるためには性状に関する情報が必要不可欠”Chicken or the egg problem”
日本原子力学会「福島第一原子力発電所事故により発生する放射性廃棄物の処理・処分」特別専門委員会 平成25年度報告書 図2-2 」

不確実性を認識した上での検討からスタート，その不確実性に対して如何に取り組み，どのように処理するか？
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7

性状把握に関する検討を効率的に進めるためには，処理，処分からのフィードバック情報（重要物質，核種）が必要

International Research Institute for Nuclear Decommissioning

性状把握６．研究開発の現状優先的に取得すべき重要な情報

廃棄物試料の分析

難測定核種の分析
手法の構築(汚染水、瓦礫、伐採木、土壌)分析結果に基づく
インベントリ評価手法

解析的手法に基づく
インベントリ評価手法

 未分析試料のインベントリ(濃度)の推定

 破損燃料からの核種移行のモデル化

 未分析試料の核種組成の推定 等

インベントリ推定精度の向上
廃棄物データの収集(有害物、物性値等) 分析結果を用いた解析的手法の校正
 インベントリの検証データ等の取得

フィードバック

フィードバック[目標] 処理・処分の安全評価のためのインベントリデータセットの設定および廃棄物管理データ(核種濃度分布、物性値、有害物量等)の整備
日本原子力学会 「2016年秋の大会」 1E19,杉山他

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処理・処分の安全性の評価

8

フィードバックInternational Research Institute for Nuclear Decommissioning

汚染水処理システムのフロー廃ゼオライト
吸着塔(ベッセル）：758本
油除去装
置スラッジ
597 m3～2011年9月13日

セシウム吸着装置【KURION】

蒸発濃縮装置淡水化装置（ＲＯ）

第二セシウム吸着装置【SARRY】

滞留水

濃縮塩水タンク

除染装置【AREVA】

廃吸着材
吸着塔(ベッセル）：180本

処理水（淡水）タンク
処理水受槽＊R.O（Reverse Osmosis membrane）：逆浸透膜を利用した淡水化装置＊HIC（High Integrity Container）：高性能容器＊ALPS (Advanced Liquid Processing System）：多核種除去設備

多核種除去設備（ALPS）
増設ALPS
高性能ALPS

濃縮廃液
9,133 m3

保管容器（HIC） 2264基
処理カラム 9塔
使用済みベッセル：197本
フィルタ類：65本

東京電力株式会社、“特定原子力施設の設計、設備”、福島第一原子力発電所 特定原子力施設に係る実施計画、“平成25年8月14日認可. http://www,nsr.go.jp/activity/erathquake/25/08/0814-1.html

物量情報

福島第一原子力発電所における高濃度の放射性物質を含むたまり水の貯蔵及び処理の状況について（第286 報） （2017.1.13時点）より
http://www.tepco.co.jp/press/release/2017/pdf1/170113j0101.pdf

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9International Research Institute for Nuclear Decommissioning平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

1.E+06

1.E+05

1.E+01
15/6/17

15/6/17

1.E+02

14/6/16

1.E+02

13/6/16

1.E+03H-3

11/6/17

1.E+03

14/6/16

1.E+04

13/6/16

1.E+04

12/6/16

1.E+05

11/6/17濃度 [Bq/cm3]

Sr-90

12/6/16

汚染水の分析

1.E-01
1.E-02●：Cs吸着装置入口■：第二Cs吸着装置入口◆：Cs吸着装置出口＊：第二Cs吸着装置
A系出口▲：第二Cs吸着装置
B系出口＋：除染装置出口

Pu-238

1.E-03
1.E-0415/6/17

14/6/16

13/6/16

12/6/16

11/6/17

1.E-05

第28回会議報告、白抜きは既報

図1 汚染水（滞留水とセシウム吸着処理水）中の主な核種濃度の変化* 廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議（第20回 平成27年7月30日、第28回 平成28年3月31日）にて報告。

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10International Research Institute for Nuclear Decommissioning平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

129Iの放射能濃度 (Bq/g)

瓦礫の分析
103１1010

表1 原子炉建屋の内外で採取された瓦礫に係る輸送比*

1%
0.1%

1号周辺
3号周辺
4号周辺
1号R/B1階
2号R/B5階
3号R/B1階

ユニット
1 号機

0.01%

2 号機

13 号機
-1
10
10

4 号機

-1

102

101

104

104

60

C

*2

0.042 (5)

290

*390

Sr

Co

(1)

2.6

(2)

0.0046 (5)0.035 (5)260
建屋内（塗膜） <0.37 (0)*4 <1,600
建屋内（塗膜） 0.058 (2)23
建屋周辺
0.011 (5)<33(5)

1.2(3)

0.0044 (3)(0)<350(0)0.0030 (1)(1)<19(0)

0.014(4)

2.6(4)

0.00012 (5)

建屋内

(2)

<2.3(2)0.0012 (3)(5) <2.2×10 (4)<560(1)<0.0013 (2)建屋周辺

0.014 (4)27<1855.2×107 (2)*1 燃料プールの砂礫と小石.
*2 検出数.
*3 検出された試料の他に、より検出限界が低い試料がある.
*4 不検出のうち、最も小さい値.

10-3
10-3

100

14

H

建屋内 *1(H23.3.11の減衰補正値)(白抜きは129I検出下限値)
03

建屋内
ボーリングコア塗膜

10

採取場所
建屋周辺

106

106

137Csの放射能濃度 (Bq/g)

図2 瓦礫（コンクリート、保温材、床塗膜）中の主な核種濃度の変化* 廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議（第22回 平成27年10月1日）にて報告。

輸送比(Tx)*元素Xが核燃料 (fuel) から試料 (sample) へと移行した
割合を、基準とする核種に対する比として求めたもの。

TX =Japan Atomic Energy Agency

N X,sample N X,fuelN std,sample N std,fuel11

N : 原子数、X : 対象核種、std : 基準とする核種（137Cs）
International Research Institute for Nuclear Decommissioning(1)廃棄物のデータや分析結果等のまとめ

平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月【H27年3月までの水分析結果/瓦礫等分析結果のとりまとめ】
 原子力機構技術報告書 （JAEA-Data/Code 2014-016）の公開
対象期間： ～平成26年3月31日までの公開情報
 データ数＊福島第一原子力発電所における高濃度の放射性物質を含むたま水分析結果り水の貯蔵および処理の状況について第0報～第194報
・JAEA分析結果：25件/東京電力分析結果：313件
・インベントリ評価に係るデータ（汚染水処理に係る二次廃棄物：吸着材、スラッジ）：143報*
 原子力機構技術報告書 （JAEA-Data/Code 2015-020）の公開
対象期間： ～平成27年3月31日までの公開情報
 データ数 水分析結果
・JAEA分析結果：25件/東京電力分析結果：398件
・インベントリ評価に係るデータ（汚染水処理に係る二次廃棄物：吸着材、スラッジ）：194報*
 瓦礫等分析結果【新規取りまとめ(図１）①建屋内瓦礫：JAEA分析結果：30件/空間線量マップ：91公開情報**②建屋外瓦礫：JAEA分析結果：15件③サイト内土壌：分析結果：371件＊＊東京電力ホールディングス株式会社
建屋内の空間線量率についてJapan Atomic Energy Agency

12

図 瓦礫等分析結果のとりまとめの構造
International Research Institute for Nuclear Decommissioning解析的手法に基づくインベントリ評価手法
炉内燃料

炉内構造物

建屋内気中放出割合

炉内インベントリ解析

大気・海洋放出

建屋内土壌

建屋内気中放出瓦礫(建屋外)① 建屋外放出割合

汚染分布

伐採木

燃料デブリ
② 滞留水への移行割合

滞留水
圧力容器廃棄物(RPV、機器など)

汚染水処理

除染係数(DF)
格納容器内廃棄物(機器、構造物など)

セシウム吸着装置
第二セシウム吸着装置

除染装置
建屋内廃棄物

多核種除去設備

解体廃棄物

処理済水

： 考慮する不確実性

日本原子力学会 「2016年秋の大会」 1E19,杉山他

インベントリ算出における主要因子と設定の考え方
・移行割合：文献値等を参照して，不確実性を考慮して設定
・核種組成：文献値および実測値に基づいて算出される輸送比から推定・元素のグルーピング：輸送比等を適用する元素のグルーピング
・核種量：代表元素の実測値と推定した核種組成から算出

Japan Atomic Energy Agency

13・不確実性を低減するた
め，実測値に基づく較
正を繰り返し実施
・較正の対象とする核種の合理的な選定
International Research Institute for Nuclear Decommissioning廃棄物の処分に関する検討
福島第一事故廃棄物の処分に関する検討の特徴
既存の廃棄物の処分に関する検討（既存の評価レポート）「廃棄物の性状把握によってほぼ確定されたインベントリや想定・意図された処分概念を用いることで，対象とする廃棄物の処分の安全性等を論拠を持って提示すること」を主要な目的として作成。
 不確実な情報は，基本的に保守的に考慮することで対応

福島第一原子力発電所廃棄物の処分に関する検討
 廃棄物の性状，発生量が十分把握されていない（インベントリ,物量情報が不確定）。
 適用する処分概念が決まっていない。
 不確実性を考慮しつつ，適切と考えられる処分概念(新たな概念を含む）を選定すること【処分の安全性を考慮した廃棄物分類(処分区分）の検討】が主要な課題
 処分区分の検討においては，特定の概念に対する評価が不適切にならないように，モデル，パラメータ値等の適切な選定が重要。（不確実な情報を無条件に保守的に扱う操作は適切でない ）平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

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14International Research Institute for Nuclear Decommissioning

処分の評価プロセス
評価の目的・内容の決定
処分システムの記述・概念に基づく施設仕様の設定
・処分サイトの環境条件の設定

評価シナリオの開発

1F廃棄物の処分検討の暫定的な出発点

評価モデルの開発
評価の実施
・解析ケースの設定
・入力データの設定

見直し・修正yes

評価基準との比較
yes
Acceptance

評価結果の解釈No
評価の十分性の判断（ Safety case）

修正による改善の見込
NoRejection（IAEA-TECDOC-1380 p9, FIG.1. ）Japan Atomic Energy Agency

15

International Research Institute for Nuclear Decommissioning

処分を考慮した廃棄物分類(処分区分）の検討の進め方
 データの蓄積を待つことなく，得られる廃棄物情報に基づき，これまで蓄積された処分技術や知識を用いて廃棄物分類(処分区分）に関する定量的な検討を行う。
 廃棄物の性状把握の進展に合わせてこれらの評価を繰り返し実施し，これらの評価の信頼性を向上させながら適切な廃棄物の処分区分を示していく。

不確実性が高い現段階における処分の検討の役割
 処分区分の検討を通じて，廃棄物の管理戦略の構築や廃棄物の管理施設の立案と計画等に影響を与える重要な廃棄物や核種に関する情報を提供する。
 処分区分の検討を通じて，評価に影響を与えるシナリオ，パラメー
タの設定手法，論拠等を整備し，複数の処分概念を横並びで評価するための安全評価手法を整える。
平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月

Japan Atomic Energy Agency

16International Research Institute for Nuclear Decommissioning

処分区分の検討内容
既存の処分概念に関する情報

廃棄物特性・物量/インベントリ・含有物等

暫定的な廃棄物分類(処分区分）

廃棄物ストリームの検討
実現性，社会性等の総合的な観点からの適切な処分方法の検討
処分概念の候補案の提示
フィードバック（新たな要求事項）

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平成２６年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発）」中間報告 平成28年4月（a）処分概念の特徴整理調査
 評価の前提条件の整備(1)処分システムの応答特性の把握(2)福島第一事故廃棄物の影響特性の把握(3)安全評価の前提条件の検討(i)処分施設仕様の検討(ii)サイトモデルの検討(iii)安全評価手法（ｼﾅﾘｵ，モデル，パラメータ，解析ケース）の検討*複数の処分概念の横並びでの評価に基づく廃棄物の処分区分は，シナリオ，パラメータの設定値に強く依存する。論拠のある適切な設定が重要（b）廃棄物の性状を考慮した処分概念の検討
 安全評価に基づく廃棄物の処分区分と既存の処分概念を対象とした適用可能な処分概念の検討(1)廃棄物分類（処分区分）の検討及びそれに基づく重要核種の抽出(2)感度解析に基づく，処分の安全性を向上させるための要件等の抽出(3)適切な処分概念・安全評価手法を設定するための基盤情報の提示（c）新たな処分概念等の検討
新たな処分概念を対象とした適用可能な処分概念の検討(1)新たな処分概念の構築に向けた課題の抽出

17International Research Institute for Nuclear Decommissioning

７．今後の課題
 性状把握の課題
 データ数の少なさ(分析結果の代表性）
 サンプルの不均一性の考慮
 インベントリ推定方法の精度の向上
 効率的なデータ取得のための優先順位の設定←性能評価からの重要核種に関する情報のフィードバック 処理，処分の課題
高線量廃棄物の廃棄体化方法の検討
低線量の多量廃棄物の合理的処分概念の構築
評価におけるインベントリ，シナリオ，パラメータの不確実性の取り扱い方法の検討
諸外国等の事例を参照，取り入れた合理的な処分概念構築に向けた検討繰り返し実施に基づく結果の精度の向上
繰り返し実施において抽出される基盤情報等を参考にした総合的な検討，更なる課題，方向性の提示（意思決定の実施）
Japan Atomic Energy Agency

18

International Research Institute for Nuclear Decommissioning御清聴ありがとうございました。

Japan Atomic Energy Agency

19International Research Institute for Nuclear Decommissioning

付録

Japan Atomic Energy Agency

20International Research Institute for Nuclear Decommissioning福島第一原子力発電所における高濃度の放射性物質を含むたまり水の貯蔵及び処理の状況について（第286 報） (1/2)

Japan Atomic Energy Agency

21

International Research Institute for Nuclear Decommissioning東京電力ホールディングス株式会社 建屋内の空間線量率について
データ採取期間 1号機：2016年10月1日～2016年10月31日

Japan Atomic Energy Agency

22

International Research Institute for Nuclear Decommissioning