INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

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2008 年度から 2013 年度までのINSS 技術システム研究所の研究活動と今後の方針
Research Activities of the INSS Institute of Nuclear Technology
from FY2008 to FY2013 and Future Policy
三島嘉一郎（Kaichiro Mishima）＊1

要約 （株）原子力安全システム研究所（INSS）は 2012 年に設立 20 周年を迎えた．これを機に，INSS 技術システム研究所（以下，単に当研究所という）ではこれまでの研究活動を振り返り，
また，
前年に発生し世界に衝撃を走らせた，福島第一原子力発電所事故の後生まれた新たな状況に対応するために，今後，我々として何をなすべきか，何ができるかを検討した．当研究所では，当初より，高経年化研究，原子力情報研究および技術支援研究を三本の研究の柱としてきた．それぞれの分野で，研究の重要性は増しこそすれ減じることはなく，その成果も，現場適用は言うまでもなく，徐々にではあるが対外的にも認められるようになり，研究の方向性は概ね適切であったと考える．
しかし研究所としては，現状に甘んじることなくさらなる高みを目指し，また，新たな状況に対応するために，たゆみない努力が必要である．このため当面の方針として，①高経年化研究では，新たな状況に対応するために研究資源の再配分・最適化の観点から，テーマの絞り込み・重点化を図る，②原子力情報の収集・分析については，深層防護を脅かすような事象に対する感受性を高め，取組みを強化する．このため海外との情報交換，情報入手経路の多様化を図る，③深層防
護強化の観点から，過酷事故対応を含めた安全防災研究・防災実務支援への取組みを強化するとともに，確率論的リスク評価の研究に取り組むこととした．
キーワード

高経年化対策，配管減肉，熱疲労，構造健全性，材料劣化，非破壊検査，状態監視，原子力情報，技術支援，原子力防災

Abstract
The Institute of Nuclear Safety System（INSS）
celebrated its 20th anniversary
in 2012. On this opportunity, the Institute of Nuclear Technology（INT）
of INSS reviewed its
research activity to think what we should do and what we can in the coming years to copewith the emerging situation after the accident at Fukushima-Daiichi Nuclear Power Station
which took place in the previous year and shook the people in the world. From the beginningof its research activity, the INT has been focusing their eﬀort on three main ﬁelds. i.e. nuclear
power plant aging, nuclear power plant information, and technical support. The importanceof each ﬁeld is not diminishing but even growing and not only the results from research anddevelopments are applied to real plants but also the accomplishment is gradually receiving
external recognition. Thus it is thought that the direction of our eﬀort so far was generally
appropriate. The institute, however, needs continuous eﬀort to aim at a higher peak and tocope with a possible new situation. In view of this, we decided on our policy at present is asfollows:（a）on nuclear power plant aging, research subjects should be focused and prioritized toredistribute and optimize our research resources,（b）more eﬀort should be put on nuclear power
plant information research, and the sensitivity should be raised to such incidents as threaten
the defense-in-depth,（c）research on nuclear disaster prevention and mitigation including severe
accident management should be strengthen and probabilistic risk analysis should be addressedalso in view of defense-in-depth.
Keywords

aging management, ﬂow accelerated corrosion, thermal fatigue, structural integrity, material
degradation, non-destructive inspection, condition monitoring, information gathering andanalysis of nuclear power plant, technical support, nuclear disaster prevention and mitigation＊ 1 （株）原子力安全システム研究所

技術システム研究所

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

1. 2008 年度から 2013 年度までの
主要な経過

239

を活用しながら今後取り組むべき研究課題の検討を行った．
本稿では，第２章において主な研究活動とその成1992 年（平成４年度）に原子力安全システム研究所（INSS）が設立され，その当初から，技術シ果を報告し，第３章「今後の研究の方針」において検討の結果をまとめた．

ステム研究所（以下，当研究所）では，応力腐食割
れや照射脆化などの材料劣化研究，原子力情報の収2. 主な研究活動と成果集・分析，原子力プラントの安全解析や防災対応技
術に関する研究に取り組み，少し遅れて熱流動・構2.1 高経年化研究センター

計画グループ

造強度に関する研究（1998 年〜）と検査・状態監
視技術に関する研究（1995 年〜）を開始し，現在計画グループは，高経年化研究センターにおけに至っている．2007 年までの 15 年間における当研る研究の企画，調整，とりまとめ等を担っており，究所の研究活動については，木村逸郎前所長によっ2006 年度（平成 18 年度）から 2010 年度にかけて経（1）

ここでは，2008 年か

済産業省原子力安全・保安院の高経年化対策強化基ら平成 2013 年までの６年間の研究活動をまとめた．

盤整備事業に参画した．当該事業は，我が国の原子てまとめられているので，この間，世界的には，チェルノブイリ事故以後続力発電所における高経年化対策に資するため，国内いていた原子力の冬の時代からようやく抜け出し，

実用原子力発電プラントの高経年化に関する技術情エネルギー安定供給および地球温暖化対策の観点か

報基盤整備を行うことを目的として４つの地域に研ら原子力発電が再評価され始めた．原子力先進国で究クラスタを形成し，図１に示す体制にて実施されは原子力発電所の新・増設の気運が高まり，アジア

た．

地域を中心とした新興国では原子力への新規参入を研究の推進にあたって，当研究所は，福井地域を目指す国々が現れた．わが国では，既設炉の運転長基盤とした近畿圏連携（以下，福井クラスタ）によ期化に伴い，プラント高経年化への関心が高まり，る研究の実施母体として，図２に示すように，域内

2006 年より経済産業省原子力安全・保安院の高経の大学，研究機関，電気事業者およびメーカと協力

年化対策強化基盤整備事業が開始された．2010 年

して福井地域高経年化事業コンソーシアムを立ち上までのこの事業では，全国を４つの地域に分け研究

げ，その中心として研究の受注，円滑な実施およびクラスタを形成，INSS は福井クラスタのとりまと

報告書の取り纏め業務といった総合的立場での役割めを行った．高経年化研究の一環として配管減肉やを担ってきた．

熱疲労を対象とした熱流動研究の一層の強化を図る

具体的研究課題は，産学官・学協会連携の下に，ために熱流動実験棟を建設し，2010 年に運用を開（独）原子力安全基盤機構（以下，JNES）によって始した（これに先駆けて 2009 年に軽水炉熱流動解取りまとめられた高経年化対応技術戦略マップの析に関する国際シンポジウムを開催した）．

一部を担うことを念頭に，加圧水型軽水炉（PWR）

2011 年３月 11 日に発生した東京電力福島第一原を中心として 15 基の原子力発電プラントが立地し，子力発電所事故（以下，福島事故という．
）は，原地域内及び近隣の近畿圏に多くの原子力関係の研究

子力安全研究に従事する我々のみならず世界中に衝機関や大学を有する福井地域の特徴，および各組織

撃を走らせた．このような事故を二度と起こさないの研究・事業実績をもとにその専門性を十分生かせために，我々は何ができるか，何をなすべきかを考るものとして下記の４つの分野を選定し，表１の形

え，また，我々の活動の成果を現場に反映していたで合計 11 の研究を各研究機関へ再委託し実施した．

だき，実プラントの安全性の向上に寄与したいと

（2）
（5）
-

願った．2012 年は，ちょうど INSS 設立 20 周年に当① 原子力発電プラントの配管減肉管理の高度化にたり（当研究所は，記念事業として二相流のシミュ
レーションと検証に関する国際シンポジウムを開催した．
），その機会に技術システム研究所のこれまで関する研究② 劣化発生・進展状況把握のための検査技術評価に関する研究の研究活動とその成果を振り返り，また，事故後生③ 溶接補修技術に関する研究

じた新たな状況に対応するために，我々の研究資源④ 主要構築物の劣化に関する研究

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

240

原子力安全基盤機構
・原子力システム
安全部
高経年化対策Gr

東北･北海道クラスタ

図１

高経年化対策強化基盤整備事業の実施体制

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図２

福井クラスタでの高経年化対策強化基盤整備事業活動の全体像（2010 年度ベース）

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

表１
研
分

野

究
課

課

研究課題，実施担当および実施期間
＊

題
題

個別課題

機

担

当＊＊

関

取纏め者

名 古 屋 大 辻
大学院 教（1）配管減肉予測・評価法の精度向上

1）原子力発電プラントの配管減肉管理の高度化に関する研究

241

義

之
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

（2）液滴衝撃エロージョンに対応した配管減 福
肉評価法の構築
大

井
学

大 服
院 教

部

修

次
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

福
大

井
学

大 飯
院 教

井

俊

行
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

島
学

大 西
院 准

野

秀

郎
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

戸
学

大 小
院 教

島

史

男
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

（1）高調波によるニッケル基合金溶接部 SCC 超 音 波 材 料 川 嶋 紘 一 郎の評価と画像化に関する研究
診断研究所 所長

平成 18 年度
〜同 22 年度

（2）３次元超音波探傷法によるニッケル基合 発 電 設 備 古 村 一 郎
金溶接部 SCC の高精度サイジング
技術検査協会 研究グループ長

平成 19 年度
〜同 22 年度

（3）減肉配管の破壊モード評価法の高度化

a. ガイド波による広域
徳
モニタリング手法の大
検証（4）配 管 減 肉 の 定 量
評 価 法 の 有 効 性 b. ガイド波検査シミュ
検証
レータの構築および 神
配管減肉サイジング 大の高度化

2）劣化発生・進展状況把阪
大 関
握のための検査技術評 （3）マ イ ク ロ 波 検 出 a. 放射線照射による経 大
技
術
を
用
い
た
高
年劣化過程の解明
大学
院 教
価に関する研究
分子材料への放射 線 照 射 に よ る b. 経年劣化測定技術の砂
福 井 工 大経年劣化測定技
評価精度向上准術に関する研究教修

平授

平成 19 年度
〜同 22 年度

武義授

平成 18 年度
〜同 22 年度

和俊授

平成 18 年度
〜同 22 年度

一蔵
授

平成 18 年度
〜同 22 年度

川教（1）高経年化プラント補修における溶接健全大性評価技術および補修後溶接部における大信頼性評価技術に関する研究

阪
学

大 西
院 教

本

4）主要構築物の劣化に関 （1）コンクリート構造物のひび割れによる鉄 大する研究
筋腐食評価法の高度化に関する研究
大

阪
学

大 岸
院 准

本

3）溶接補修技術に関する
研究

実施期間

教

＊ 原則として 2010 年度ベース（各年度で実施内容を反映し若干の相違有り）．
＊＊ 2010 年度現在．

「評価指針や技術基準の素案策定を念頭に，よりされ，当研究所は，これまでの高経年化研究に関す

実用性の高い研究成果の達成を目指す」という本事

る実績や知見を活用し，照射劣化，環境疲労，熱疲

業の最終目的に沿った成果の取り纏めが全クラスタ

労関連の安全基盤研究に，受託元の（株）三菱総合

共通の大きな課題であったが，研究実施機関・研究研究所からの再委託の形で研究実施機関として参加

者各位の精力的なご努力，検討委員会委員各位のごした．

指導・ご協力により．この課題に円滑かつ適切に対処でき，所期の成果が達成され，原子力発電プラン
トの高経年化に係る安全規制の高度化に貢献できる

2.2 高経年化研究センター
熱流動・構造グループものと評価している．当研究所としても，複数の研究実施機関が共通の目標の下に，各機関の社会的役

熱流動・構造グループは，原子力発電所の事故・割である人材育成，研究意欲の増進，技術シーズ開故障の未然防止に貢献することを目的として，機器発等に適切に配慮しながら事業を遂行するという，劣化の一因である応力負荷・熱負荷を評価する研究，コンソーシアム型研究事業の企画・推進に係る組織劣化によるトラブルを未然に防止する研究に，熱流力の向上を図ることができたと考えている．

動評価と構造強度評価の観点から取り組んできた．

2011 年度からは，第２ステージの事業として原

熱流動評価の観点では，構造物に影響を及ぼす熱子力安全・保安院にて高経年化技術評価高度化事業

流動現象について数値解析と実験の両面から研究にが５ヶ年計画で開始（現在は原子力規制庁へ移管）

取り組み，熱疲労，流れ加速型腐食及びキャビテー

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

242

高温水
タンク

混合水
タンク

低温水
タンク

図４
図３

熱疲労実験装置および配管合流部の壁温測定実験

流れ加速型腐食（FAC）実験装置

参画し，流れ加速型腐食やキャビテーションに関する研究成果は分科会報告書（13） の一部に引用され，ションを中心に，定量的な評価技術の開発を実施し配管減肉管理に関する規格の改定時に技術知見としてきた．原子力発電所における高温水と低温水の合て反映される予定である．

流部等の配管には温度変動による疲労（熱疲労）が一方，構造強度評価の観点からは，溶接継手部の生じる場合がある．流体の温度変動，配管壁内の温残留応力評価，小口径配管の振動疲労評価，配管系

度変動，熱応力の変動，疲労き裂の発生・進展など，の耐震安全性評価に関する構造評価技術の構築に取熱疲労を防止するためには多岐にわたる研究開発がり組んできた．残留応力は構造物の脆性破壊やき裂必要である．2010 年より運用を開始した熱流動実進展に影響するため，高精度の評価が必要である．

験棟において，図３に示すような熱疲労実験装置を大学との共同研究により３次元溶接残留応力解析を（6）設置し，配管壁内の詳細な温度分布の測定を行っ

実用的時間で高精度計算が可能な解析コードを開発ている．有限要素解析を用いれば，管壁温度分布の（14）

時刻歴から熱応力分布の時刻歴が求められる．将来員会（NRC）が実施した PWR 一次系管台の異材溶

的には，このような配管壁の構造解析と配管内の熱接部に関する残留応力解析の国際ラウンドロビンテ

流動解析とを連成させることにより熱疲労解析が可,して解析精度の検証を行い，モッストに参加（15）（16）

能になろう．熱疲労に関して 2009 年度より前述のクアップ実験に対する予測性能を確認した．

した．このコードを用いて，米国原子力規制委

高経年化対策強化基盤整備事業および高経年化技術

比較的頻度の高い原子力発電所のトラブルに小口

評価高度化事業の一部を受託し，熱流動数値解析を

径配管の疲労破壊がある．その未然防止を目的とし

（7）

（8）

と応力変動

用いた温度変動の評価や多軸応力（9）

場での疲労実験を実施した．

て，配管に生じる振動応力をレーザー光を用いた非接触評価手法を提案し，手軽に現場へ持ち込み簡便

配管減肉を生じさせる現象として，流れ加速型腐,した（図５）．
に測定できる計測装置を開発（17）（18）

食（FAC）やキャビテーション・エロージョンが現在，現場実測等により実績を蓄積している．このある．前述の実験棟には図４に示すような局所的な研究過程で配管内圧力脈動の測定技術も開発（19）し減肉速度を計測する実験装置を設置し，流れ場と腐た．

食速度との関係を調べている．オリフィス，弁，エ

わが国では，原子力施設の耐震安全性は社会の重ルボなどの配管要素下流での腐食速度を計測する

大関心事となっている．当グループでは，設計想定（10）を超えた地震に対して配管系の地震応答を現実的にとともに，流れ場をレーザーで計測し，数値計算により評価した壁面せん断応力等による腐食速度,し，評価できる合理的なモデル化方法を提案（20）（21）の加速メカニズムを調べている（11）．キャビテーショ

モックアップ試験装置（図６）を使ってその方法のンについては振動や騒音を計測して流動状態を推検証を進めている．また，地震荷重のような動的荷（12）

重は動的ひずみを発生させるため，鋼材強度に対す定し，エロージョンを防止する手法を開発した．

日本機械学会の配管減肉に関する調査研究分科会にるひずみ速度の影響評価も行っている．

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2243の脆化要因が有るのかどうかの研究が必要である．
照射データについては，取替え旧材や廃炉プラントからの実機照射材をサンプリングして調べるのが確実で重要であるが，高照射された実機照射材の入手や取扱いは容易ではないので，実機照射材とイオン照射材との違いについての議論はあるものの，メカニズムは類似との観点から，当グループでは，東京大学や京都大学にある加速器を使ってイオン照射により中性子照射を模擬した材料を用いて研究を実施している．低合金鋼を構成するマンガンの硬化への寄与が大きく，ニッケル，シリコンの影響は小さかった（22）．また，原子炉容器には運転時に 157 気
図５ 開発した配管振動応力の非接触計測装置と現場計
測のイメージ圧の内圧による応力が負荷されているため，応力が脆化に与える影響を調べたが，応力負荷により脆化が促進する傾向は確認されなかった．比較的銅濃度の高い材料では応力負荷により硬化が抑制され，３次元アトムプローブによる分析では硬化要因の析出
物の集積度合が低くなっていた（23）．図７に３次元
アトムプローブ分析結果の一例を示す．JNES のプ
ロジェクトにも参加し，照射量や照射速度の違いによる脆化影響について検討した（24）．2012 年からは日本原子力研究開発機構（JAEA）の廃止措置研究センターで 2010 年に運用を開始した高経年化分析
室の分析装置を使用して実機監視試験片の分析も実施している．2010 年に原子炉容器照射脆化に関する研究で藤井主任研究員が日本原子力学会第２回材図６ 弾塑性を考慮した配管系解析モデル化方法を検証するための振動実験

料部会賞奨励賞を受賞した．2011 年には大阪で開催予定の原子炉容器照射脆化に関する国際会議の日本代表事務局として準備を進めていたが，福島事故

2.3 高経年研究センター

材料グループ

により中止となったことは残念であった．脆化研究
では加速器の使用や分析技術向上の観点から京都大

材料グループは，原子力発電所主要構造物である

学や物質材料研究機構との共同研究を実施するとと

金属材料の劣化について研究を進めてきた．特に放もに，電力中央研究所や JAEA とも研究交流を実施

射性物質を内在する一次冷却系の安全確保が重要とし，研究ネットワークの構築に努めている．

の認識で，この系統構成材料を中心に研究している．
具体的には原子炉容器の低合金鋼，炉内構造物や配管のステンレス鋼，原子炉容器管台，蒸気発生器細管等に使用されるニッケル基合金である．
原子炉容器の低合金鋼は，実機において監視試験片を用いた脆化管理がなされている．脆化予測については，従来，統計解析に基づく予測式が使われていたが，脆化機構に基づいた予測式が提案され，現在これが使用されている．しかし，近年，高照射量のデータがこの脆化予測式を上回る事例も出ている．この観点では高経年化の脆化予測に対して未知

応力なし
図７

応力負荷

３次元アトムプローブ分析結果の例（INSS 研究成果報告会ポスターより）

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2244

炉内構造物はほとんどがオーステナイト系ステン

力規制庁が実施する高経年化技術評価高度化事業のレス鋼である．その経年劣化事象としてはバッフル

うち「炉内構造物の経年劣化に係る評価手法の高度

フォーマボルトの照射誘起応力腐食割れ（IASCC）化」では中性子照射材の破壊強度予測法や破壊評価

が広く認識されている．当グループでは，実機炉法の検討がなされた．INSS もこれに参加し，これ内で最大 74dpa 照射されたステンレス鋼を用いてまでに蓄積した研究ノウハウを活かして他の研究機

IASCC 研究を実施し，照射による材料特性の変化

関や大学に対して研究指導を実施するとともに，とや IASCC 特性について幅広く学会等で発表するとりまとめも担当した．

（25）

．こ

実機ではニッケル基合金の PWR 一次系環境での分野では研究交流のある EDF の材料劣化研究所の SCC（PWSCC）が原子炉容器や蒸気発生器等の（MAI）への研究貢献として，IASCC 発生に対する管台で発生している．国はこの PWSCC のメカニ

溶存水素の影響や照射による酸化皮膜形成への影響

ズム検討に関する研究プロジェクトを実施したが，結果を報告した．また，2008 年度から３年間，米INSS もこれに参加して，多角的な視点でメカニズ

国での照射研究の第一人者であるミシガン大学のムを検討した（28）．ニッケル基合金に関しては，耐Was 教授と照射材の変形挙動に関する共同研究や食性改良材としてクロム濃度を増加させた 690 合金

2010 年度から３年間九州大学と材料中の水素拡散が実機で使用されるようになっている．690 合金は挙動に関する共同研究を実施した．IASCC 研究を優れた耐食性を有し，実機での PWSCC 損傷は発生

進めるに当たり，粒界強度を定量的に測定する手法

していないものの，PWSCC のき裂進展速度に大きの開発ニーズが高まり，試行錯誤の検討により集束

なばらつきがある可能性を米国の研究機関が指摘しイオンビーム加工装置内でミクロサイズの引張試験たことをきっかけに 690 合金の SCC 進展速度の研究

片を作製して，同じ装置内で引張試験を実施する超がここ数年多くの研究機関でなされてきた．INSS

ともに，2009 年にモノグラフをまとめた

（26）

．つまり，

においても，690 合金 SCC 進展速度を冷間加工度

集束イオンビームを使った加工装置を即，試験装置

や温度を変えて調べる（29） とともに，690 合金がスに使うというユニークな試験方法である．これら

テンレス鋼との溶接材としても使用されることかの研究成果が認められ，2013 年に三浦研究員が日ら，材料組成が混合した状態も模擬して調べてき

本原子力学会第５回材料部会賞奨励賞を受賞した．

た（30）．一方，試験や解析結果をもとに，SCC が冷

フェライト相を含むステンレス鋳鋼も炉内構造物と間加工等により材料内に導入された空孔が温度，応して使用されている場合もある．フェライト相は高力勾配で粒界に拡散集積することによりき裂が発温状態に長時間曝されることにより熱時効により脆生・進展するメカニズムも提案してきた（31）．これ化することが知られているが，照射による熱時効へ

らの研究が評価され，有岡主席研究員が米国腐食防の影響についても研究を実施し，照射によって脆化

食技術者協会（NACE）から 2013 年に NACE 2013

微小引張試験方法（図８）を開発した（27）が加速されることはないことを確認した．原子

Corrosion Best Paper Award を，2014 年 に Willis
Rodney Whitney Award を受賞した．
ステンレス鋼については，溶存酸素が存在する
BWR の炉水環境では，当初から SCC が多発し，材料や水質改善の対策がなされてきたが，その後も冷間加工されたステンレス鋼では SCC の発生が認識されるようになった．PWR では腐食防止目的で一次系冷却水に水素が添加され，溶存酸素抑制対策がなされていたため，系統的な SCC 発生はなかった
が，BWR の状況を踏まえると PWR でも PWSCC の発生進展の可能性が否定できないため，冷間加工したステンレス鋼の PWSCC の研究を実施してきた．
温度，応力，冷間加工度等をパラメータとして体系的に SCC 進展速度を調べ，その結果に基づいて進

図８

超微小引張試験装置の構成

展速度の実験予測式を提案し，約 10 年間の研究成INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

245

果を 2012 年にモノグラフにまとめた（32）．ニッケル
基合金とステンレス鋼の PWSCC 研究により，き裂進展速度がある温度でピークを示し，ニッケル，ク
ロム濃度による違いもあること，鋭敏化したステンレス鋼やフェライト相を含むステンレスの溶接
金属や鋳鋼ではき裂が進展しにくいこと，実機でPWSCC 事例の多い従来のニッケル 600 合金は PWR
環境で粒界酸化しやすいこと，粒界の炭化物がき裂進展速度に影響すること等が分かった．これらの知見は，PWSCC メカニズムを解く重要なヒントと考えられるが，多数の要因が影響する SCC のメカニ
ズムを解明するには更に研究を継続していくことが必要である．粒界炭化物のき裂進展速度への影響に関する知見については，PWSCC を低減する最適熱
処理条件を考案し 2011 年に特許を取得した．実機では，2007 年に美浜２号機の蒸気発生器管台のス
Ni-16%Cr-Fe 合金 SCC 進展速度の Ni 濃度依存性（9）テンレス鋼に粒界割れが発生したが，それまでの研図９究を踏まえて電力大でのメカニズム検討にも参加し

設計疲労線図に対して実機での疲労繰り返し回数とた．腐食研究に関しては，最先端分析装置を有する応力を想定して健全性評価がなされてきた．
しかし，

オックスフォード大学や Spring-8 を有する（財）高設計疲労線図は安全裕度を有しており，プラント運輝度光科学研究センターとの共同研究を実施し，分転で累積疲労損傷係数が１に達しても材料が破断す

析技術の向上に努めるとともに，原子力材料腐食研ることはない．実用的な疲労評価のため，疲労損傷

究の世界的権威である R. Staehle 博士との研究交流

をき裂の進展ととらえ評価手法を検討している．疲も実施し，研究の質的向上を図っている．また，「原

労損傷観察には電子線後方散乱回折手法を活用して

子炉構造材の応力腐食割れに関する腐食挙動の研いるが，これは材料の結晶方位測定をベースとした究」で 2009 年に寺地研究員（現，関西電力）が，「加

新しい材料分析手法である．この手法を活用した研圧水型原子炉の構造材料の腐食に及ぼす水環境の影

究結果を蓄積することにより，材料の局所歪測定手響」の研究で 2012 年に福村主任研究員がそれぞれ法

福井大学で博士学位を取得した．

得した．

（33）

や測定誤差低減処理法（34）について特許を取

ニッケル基合金，ステンレス鋼はともに鉄，ニッ

以上の研究成果を国内外の学会で発表するととも

ケル，クロムを主要元素とする合金であるが，世界に，学会での規格策定や国の研究プロジェクト等への原子力プラントでは日本では使用されていない

材料研究専門家として参加する機会が増しており，

800 合金も使用されている．800 合金も主要構成元

2011 年以降，米国 NRC と米国エネルギー省（DOE）

素は同じであるが，そのニッケル濃度はニッケル基が進める 60 年を超える長期運転を視野に入れた材合金とステンレス鋼の間にある．800 合金も耐食性

料劣化研究課題の検討にも日本から選ばれて参加しに優れた材料で実機での SCC 発生は報告されていている．

ない．現在 INSS では，ニッケル基合金とステンレ

材料研究ではないが，海水からのウラン回収につス鋼の研究知見をもとに更に幅広くニッケルやクロ

いても基礎的な研究を実施した．従来，高分子有機

ム濃度を変えて SCC 進展速度への影響を調べてお材を利用してウランを回収する方法が研究されてきり（図９は，SCC き裂進展速度に対する Ni 濃度のたが，バイオアーミング技術を活用して海水中のウ影響を表す．
），数 10 年間の原子力プラントの運転

ランを選択的に捕捉する酵母の開発を京都大学とので経験した PWSCC に対する教訓として，その成果共同研究で実施した（特許出願中）．

が今後の世界の原子力プラント材料の信頼性向上に活用されることを期待している．
疲労も高経年化の課題の一つである．
疲労は従来，

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2246

部の応力腐食割れ（SCC）を対象とする米国原子力

2.4 高経年化研究センター
検査技術グループ

規制委員会 NRC による国際ラウンドロビン試験に参加し，評価ための分析を受けているところである．

検査技術グループは，金属材料の非破壊検査と評またこれらの探傷技術について超音波伝播シミュ

価の技術に関する分野と機器の診断・状態監視・寿レーション解析により，探触子の仕様の選定や技術

命評価の技術に関する分野で研究開発に取り組んでの検証を行っている．

いる．

直接近接しての検査が不可能な原子炉格納容器鋼

金属材料の非破壊検査や評価技術に関する研究開

板のコンクリート埋設部の検査を目的とする大型振発では，金属材料の割れなどの欠陥の検出，寸法測

‑ 43）
，超
動子による探傷技術の開発も行っており（41）（定を行う超音波探傷試験に関する技術開発を行って音波伝播シミュレーション解析により必要な超音波いる．

入力の評価を行い，超音波探触子の仕様を検討しPWR 一次冷却材配管材料である鋳造ステンレス鋼の超音波探傷試験に大型２振動子探触子を用いた
（35）
（36）
,

（図 10），実機配管の

自動探傷手法を開発し（37）

た．（44）
欠陥の検出や寸法測定に用いる非破壊検査法は種々あるが，それぞれ一長一短があるので，それらおを目的に応じて使い分けて最適な検査手法を採用でよび電力共通研究へも参画し，第三者による開発技

きるような非破壊検査技術を提供する必要がある．

術の検証を行い，現在はさらに探傷方向などの適用

そこで，検査手法の多様化の観点から，現行手法と（38）．また，原子炉容器など

異なる原理や方法による超音波探傷試験技術としの管台の異材継手部を対象に新たに開発したフェーて，レーザー超音波による可視化探傷法（45）や非線

ズドアレイ法を用いた非対称 TOFD 法およびマル形超音波法の実用化検討（46）にも取り組んでいる．

,
について，Ni 基合金溶接
チアングル合成法（39）（40）

金属材料の劣化評価のための非破壊検査技術とし適用性検証試験を実施した．国の事業の受託性の検討を進めているて，熱起電力法を使って一次冷却材配管（ステンレス鋳鋼）の熱時効を評価する技術を開発し（47），実㛜Ⓠဗ

機の一次冷却材配管の測定により技術の検証を行っᚉᮮᆵ

（図 11）．現在，原子炉容器の照射脆化の評価た（48）
技術としての開発を行っているところである．
さらに，非破壊検査により測定されたき裂の評価
‑ 53）
やき裂進
技術として，破壊評価法の高度化（49）（‑を行い，そ展評価のための解析技術の検証（54）（58）の成果を踏まえて日本機械学会維持規格などの規格
大型２振動子探触子

自動探傷装置
図 10

一次冷却材配管超音波探傷試験装置‑ 62）．
基準に係る学協会活動にも参画している（59）（

図 11

一次冷却材配管（ステンレス鋳鋼）の熱起電力測定装置による測定

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

一方，機器の診断・状態監視・寿命評価の技術に

247

2.5 原子力情報研究プロジェクト関する分野においても，実用化に向けた種々の取り本プロジェクトでは研究所の設立当初から，国外組みを行っている．
IM（Indenter modulus）法によるケーブル劣化の原子力発電所で発生したトラブル情報等を入手,については，発電所の低圧ケーブ評価技術（63）（64）するとともに，詳細に分析して教訓を抽出し，国ルの絶縁劣化評価技術として開発し，国の事業によ

内 PWR 電力へ改善提言する活動を継続的に実施しりその有効性が実証されたが，さらに装置の改良てきた．この活動を主軸として，さらに自ら欧米のを重ね（図 12）
，現在 IAEA による国際ラウンドロ

原子力発電所や関係機関を訪れ，良好事例や国内プビン試験に参加しているところである．また，AE

ラントへ反映すべき案件の情報を収集・分析する活（Acoustic Emission）法による監視技術は，ポン動や，電磁過渡応答解析コードを駆使して非常用（図
プのすべり軸受の監視を目的として開発し（65）ディーゼル発電機の過渡性能を評価する研究も併せ

13），現在，実機環境での適用性の検証の準備を進て実施し，着実に実績を積み上げている．福島事故

めている．

以後は，海外原子力情報の収集・分析の重要性に鑑
み，深層防護の脆弱性に関連する事例への感受性を高めるとともに，海外との情報交換・情報入手経路の多様化を図っている．国外原子力発電所のトラブ
ル情報等の分析と有効活用に係る取り組みは，本プ
ロジェクトの基本的なルーチンワークであって，年間 4000 件（図 14）にのぼる情報を分析している．
その分析の手順を図 15 に示す．玉石混交の情報
から，国内原子力発電所と関係のない事象や軽微な労働災害等「他山の石」と成り得ない情報を除外（一次スクリーニング）した後，残った情報については一件ずつ分析担当者に割り当てて，教訓を抽出
図 12

IM 法測定装置

するとともに国内 PWR プラントに反映すべき事項を検討する．最終的に，国内 PWR プラントにおいて対策が必要と考えられるものについては「提言」，
対策までは必要ないが把握しておくべき情報については「参考情報」として，PWR 電力各社が参画す
る PWR 海外情報検討会へ提示し，その場で電力会社を交えて検討・議論している．福島事故以降，この類の活動の重要性が一層高まっている状況を踏まえ，スクリーニング基準の見直しと分析の視点の充実を図って，さらに有益な活動とすべく改善を重ね
ている．

図 13

ポンプのすべり軸受を監視する AE 測定プローブ

このほか，福島事故を受け．当グループでは，過酷環境下で使用できる作業ロボットの開発に寄与するために国内の作業ロボット関連技術に関する情報
収集・評価も行っている．

図 14

海外トラブル情報の年度別推移

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

248

影響を予測するため，事故進展中に原子炉冷却材の漏えい量を推定する手法を確立し，図 16 に示す事
象進展予測システム（IPPS）を改良した（66）．さらに，
公衆防護の観点から放射性物質放出量を予測する公衆防護措置範囲迅速予測システム（R-Cubic：図 17参照）を改良（67）した．これらのシステムは原子力
防災訓練時に活用するとともに，災害時に備えて実機で運用されている．最近では，
福島事故を受けて，
図 15

情報スクリーニング , 分析の手順

R-Cubic システムの BWR プラントへの適用拡大（68）も行った．

一方，机上で海外の情報を入手・分析するのみでなく，自ら海外へ出向いて直に海外原子力発電所や事態の推移予測解析機能

事態の再現解析

初期事象合わせ

関係機関から情報を入手する活動にも力を入れてき開始

承認ており，過年度において「日米原子力発電所の自衛事態の推移予測解析

事態の再現解析（良好解析）

消防隊に関する比較・分析」や「ミッドループ運転

常時１つ指定時の異常時対応手順の調査」，「欧米の規制動向フォ

事態の推移予測解析（最確解析）

ロー」等を実施してきた．福島事故後は，さらに欧
米のシビアアクシデント対策等についても詳細な情報を得るべく尽力している．

指示者
指示書
報告書

通知

事態の再現解析機能

AMの緩和効果
予測解析

引用
依頼

解析指示・進捗管理機能

回答

解析

指示

作成指示

情報収集・分析以外の調査研究として，サーモグ

レポート様式

ラフィによる状態監視の技術開発を行い，その成果

指示

解析

指示内容

履歴

AM緩和効果予測解析機能

放出放射能量予測解析
放出放射能量予測解析機能

レポート作成・履歴管理機能

は，すでに原子力発電所で適用されている．また，
図 16

電磁過渡応答解析コード（EMTP）による「非常用事象進展予測システムの概要

ディーゼル発電機のコンピュータ・シミュレーショ
ンによる過渡性能評価」や海外で発生したトラブル
事例を同コードを用いて定量的に評価・検討する活動も成果を上げている．例えば，原子力発電所の非常用所内電源系統の外部電源変圧器の一相欠相時のEMTP による応答解析は，同事象への対策が規制要求化されたことにより注目されている．

2.6 技術支援研究プロジェクト
技術支援研究プロジェクトは，原子力防災対応の支援技術および事故時プラント挙動の評価を中心と図 17した研究を推進している．本プロジェクトの最近５年間の活動を以下に示す．

R-Cubic システム予測例

原子力防災要員の活動に伴う被ばく評価では，災

原子力防災対応の支援技術研究では，主に，災害害発生時にアクシデントマネジメントの現場操作を発生時における事態の予測技術，原子力防災要員の行う際の移動経路を含む被ばく線量の評価（図 18）

活動に伴う被ばく評価，原子力防災訓練シナリオにに基づく知見の充実（69）を図るとともに，深層透過用いるシビアアクシデント解析技術の高度化に取り時のガンマ線ビルドアップ係数フィッティング手法組んできた．

の開発・適用（70），ガンマ線スカイシャインの高速

災害発生時における事態の予測技術では，災害発計算手法の構築（71）を行い，FSKY4C コードを開発

生中に時々刻々と変化する事態に合わせて今後の事（72）

態の推移とアクシデントマネジメントの介入によるの性能を比較検討した成果（73） を公開したところ，して公開した．さらにガンマ線輸送計算コード

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

図 18

249

シビアアクシデント時における発電所構内放射線量率マップ

規制側検討会（74）や電気事業者報告書（75）等に参考
文献として引用され，広く参照された．最近では，

図 20

ミッドループ運転中余熱除去系喪失時の代替手段（蒸気発生器を用いたリフラックス冷却）

原子力防災要員の教育システム（図 19）やアクシ
デントマネジメントガイドラインの見直し研究にも,，高温側冷却材配管を対象とした気液対向
析（81）（82）

取り組んでいる．原子力防災訓練シナリオに用いる‑ 89）に取り組み，2009 年
流挙動（図 21）の解明（83）（

シビアアクシデント解析技術の高度化では，従来かに南，村瀬は日本混相流学会論文賞を，2010 年にら原子力防災訓練のシナリオ解析（76）を実施してき南は日本機械学会動力エネルギーシステム部門優たが，シビアアクシデント解析コード MAAP およ

秀講演表彰を，2012 年に村瀬，歌野原，柳は第９

（77）

を通じ

回原子炉熱流動・運転・安全に関する国際会議にて得られた知見をフィードバックして，原子力訓練

おいて Best Paper Award を受賞した．最近では，

び R-Cubic を用いた福島事故の推定解析
（78）
（79）
,

用のシナリオ解析を実施し，実際の訓練で活用した．

PWR 原子炉冷却系統小破断時における高圧注入系
不作動事象を対象として統計的安全評価手法の適用‑ 92）を進めている．
研究（90）（

図 21

蒸気発生器高温側配管気液対向流実験

実機プラントの運用管理面での裕度評価では，格
納容器内温度分布の三次元解析（図 22）による温図 19

教育ツールを使ったシビアアクシデント教育状況

度裕度の詳細評価（93），炉心三次元核熱カップリン
グ解析による PWR 主蒸気管破断事故時における局事故時プラント挙動の評価では，統計的安全評価

所 出 力 上 昇（ 図 23） と COBRA-EN コ ー ド を 用 い

手法の適用による事故解析技術の精度向上，および‑ 97），東京電力福島第一
た DNB の燃料裕度評価（94）（

実機プラントの運用管理面での裕度評価に取り組ん

原子力発電所事故を踏まえた使用済燃料プール水できた．統計的安全評価手法の適用による事故解析‑ 102）とシステム（Pit
位，水温評価手法の構築（98）（

技術の精度向上では，PWR 原子炉停止中に原子炉

Calculator）を開発した．

水位を低下して運用する状態において，余熱除去系
が機能喪失した場合の代替手段の有効性評価（図20）に適用（80）し，代替手段を成功させるための管理基準を抽出した．その際，Purdue 大学，神戸大学との共同研究により，加圧器内蓄水現象の数値解

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

250

い努力が必要である．このような考えで，今後の方向性としては以下のとおりとし，これに向けて研究
資源の再配分・最適化を図ることとした．
① 高経年化研究では，その重要性は変わることはなく，また世界的に認められるような研究成果を上げている分野もあるものの，新たな状況に対応するために，テーマの絞り込み・重点化を図ることとし，経年劣化事象のメカニズム解明，
監視・評価・予測技術の精度・信頼性向上，規格・基準類の充実支援等，成果を上げているテーマについては，研究内容の深化を図ることとする．
② 原子力情報の収集・分析については，その重要性を再認識し，低頻度高影響の外因事象や見習
うべき海外の良好事例についても積極的に情報
図 22

格納容器三次元温度分布の解析結果例

収集するなど，深層防護を脅かすような事象に対する感受性を高め，取組みを強化する．このため海外との情報交換，情報入手経路の多様化を図る．
③ 深層防護強化の観点から，過酷事故対応を含めた安全防災研究・防災実務支援への取組みを強化するとともに，原子力発電のリスク全体を俯瞰して効果的にリスク低減につながる研究を進めるため，確率論的リスク評価の研究に取り組む．
この方針に従って 2013 年度からすでに取り組みを開始した．今後は，実績を踏まえ，原点を見失わ

図 23

炉心局所出力上昇の解析結果例（出力密度 MeV/cm3/s）

ず，新しい情勢にも対応しながら，より専門性の高い貢献を目指して更に研鑽を積み，世界最高水準の
原子力安全の達成に寄与したい．研究所の役割につ3.

今後の研究の方針

いては，現場ニーズに対応して問題解決を図ることはもとより，大学・研究機関等の基礎・基盤研究の2012 年，INSS 設立 20 周年を機に，技術システム
研究所のこれまでの研究活動とその成果を振り返

成果を現場に反映する橋渡しの役割も果たせればと願っている．

り，また，福島事故後生まれた新たな状況に対応す

今後，研究を進めるうえでの課題としては，るために，研究資源の再配分と活用を図りながら今① これまで獲得した知見・技術・ノウハウを確実後取り組むべき研究課題について検討した．これまに継承するとともに，それにとどまらず，それでの技術システム研究所の研究成果は，木村逸郎前らを活用してあらゆる状況の変化にも柔軟に対所長のまとめ，および本稿第２章で紹介したとおり

応できるような力を身に着ける．

である．高経年化研究，原子力情報研究，技術支援② 前記①のために，および研究のレベルを維持・研究のそれぞれの分野で，徐々にではあるが研究成向上させるために，研究人材の育成・確保に努果が対外的にも認められるようになり，研究の方向力する．人材は研究所の貴重な財産である．

性については妥当であったと考える．しかし研究所③ 厳しい財政状況の中で研究予算の確保・捻出にとしては，現状に甘んじることなくさらに高みを目努力する．研究設備については，陳腐化した設指し，また，新たな課題に対応するためにたゆみな

備は計画的に更新あるいは整理する必要があり，

INSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

251

また，大学や他研究機関等との連携のもと効率

a T-junction pipe, The 7th Korea-Japan

的に研究を進める必要がある．

Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics
and Safety（NTHAS-7）, N7P-0011,（2010）．

最後に，地域との共生について触れたい．原子力（8） M. Kamaya and A. Nakamura, Thermal

発電所立地地域に位置する研究所として，これまで

stress analysis for fatigue damage evaluation

も福井県エネルギー研究開発拠点化計画等に協力

at a mixing tee, Nuclear Engineering and

し，また，地域社会との共生に配慮した活動にも取Design, Vol. 241（2011）pp.2674‑2687．

り組んできた．今後も，これらの活動に積極的に取（9） M. Kamaya and T. Tsuji, Evaluation of

り組んでいく．そして，研究所の理念である，中立

equi-biaxial fatigue of stainless steel by the

的・第三者的立場で研究を行い，その成果を広く国

pressurized disc fatigue test, International

内外に公表し，社会の発展にいささかなりとも貢献

Journal of Fatigue, vol.61, pp.107‑115（2014）．

できれば，そして，その結果として，研究所の存在（10） K. Kamahori, Y. Utanohara, A. Nakamura,

意義を一般にもお認めいただけるような研究所にな

M. Murase and Y. Nagaya, Flow

れればと願っている．

Accelerated Corrosion Downstream froman Orifice（1.Measurement of Corrosion

参考文献Rate）, International Conference on Flow
Accelerated Corrosion（FAC2013）, Paper（1） 木村逸郎，"INSS 技術システム研究所 15 年間の研究活動と今後の方針 "，INSS JOURNAL,
VOL15, p. 2（2008）．

Reference No. 1234,（2013）．
（11） Y. Utanohara, Y. Nagaya, A. Nakamura,
M. Murase and K. Kamahori, Correlation（2） 藤村公也，渡海親衛，藤堂二彦，" 福井地域

between Flow Accelerated Corrosion andを基盤とした近畿圏連携による高経年化対Wall Shear Stress Downstream from an

策 強 化 基 盤 整 備 事 業 の 実 施 報 告 "，INSS

Oriﬁce, JSME, Journal of Power and Energy

JOURNAL，Vol.15，p. 345（2008）．

Systems, Vol.7, No.3, pp.138‑147（2013）．

（3） 藤村公也，渡海親衛，藤堂二彦，" 福井地域を（12） Y. Nagaya and M. Murase, Detection of

基盤とした近畿圏連携による高経年化対策強Cavitation States with Microphone Placed

化基盤整備事業の実施報告 "（平成 20 年度），

Outside Pipe Components, JSME, Journal of

INSS JOURNAL，Vol.16，p. 293（2009）．

Environment and Engineering, Vol. 7 No. 1,（4） 藤村公也，渡海親衛，藤堂二彦，" 福井地域を

pp.23‑38（2012）．

基盤とした近畿圏連携による高経年化対策強（13） 日本機械学会，P-SCCII-3 配管減肉管理高度化基盤整備事業の実施報告 "（平成 21 年度），化に向けた最新技術知見適用化のための調査

INSS JOURNAL，Vol.17，p. 317（2010）．

研究分科会成果報告書，（2012）．

（5） 藤村公也，長山滋，渡海親衛，藤堂二彦，" 福（14） 前川晃，河原充，芹澤久，村川英一，反復サ

井地域を基盤とした近畿圏連携による高経年

ブストラクチャー法を用いた配管継手の多層化対策強化基盤整備事業の実施報告 "（平成

溶接シミュレーションの高速化，日本機械学

22 年度），INSS JOURNAL，Vol.18，p. 317

会 論 文 集（A 編 ），Vol.79，No.808，pp.1852‑（2011）．

1856（2013）．

（6） 三好弘二，中村晶，T 字合流配管部の熱疲労（15） 前川晃，芹澤久，村川英一，溶接残留応力解現象解明に向けた管壁温度分布の測定− 熱析の米国 NRC 国際ラウンドロビンへの参加−

電対を用いた温度測定方法の検討−，INSSPWSCC 防止プログラムにおける応力解析とJOURNAL，Vol.18，pp.106-117（2011）．
（7） A. Nakamura, H. Ikeada, S. Qian, M. Tanaka

検 証 −，INSS JOURNAL，Vol.19，pp.50-64（2012）．

and N. Kasahara, Benchmark simulation（16） M. Kerr and H.J. Rathbun, Summary ofof temperature fluctuation using CFD

Finite Element（FE）Sensitivity Studies

for the evaluation of the thermal load in

Condition in Support of the NRC/EPRIINSS JOURNAL Vol . 21 2014 RV 2

252

Welding Residual Stress（WRS）Program,stainless steel," J.Nucl.Mater.,Vol.440, p.612

Proceedings of ASME Pressure Vessels and（2013）．

Piping Conference, PVP2012-78883,（2012）．

（28） 寺地巧 , 宮本友樹 , 山田卓陽 , 戸塚信夫 , 有（17） 辻峰史，高橋常夫，前川晃，非接触型変位計

岡孝司 , 高倉賢一 ," ニッケル基合金溶接部のを用いた小口径配管の振動応力測定方法の

SCC 進展に関する機構論的研究（その 5）,"開発（第 4 報）−実機適用に向けた改良−，

INSS JOURNAL, Vol.17, p.130（2010）．

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