NIT, Fukushima College

廃炉に関する基盤研究を通じた創造的人材育成プログラム—高専間ネットワークを活用した福島からの学際的チャレンジ—福島工業高等専門学校
廃止措置研究・人材育成推進室長
青柳克弘

大学、国立研究期間、地元企業などの協力の下で、全国の高等専門学校での卒業研究／特別研究を通じて 廃止措置に関する基盤研究を実施し、研究を通じた人材育成を進める。研究を支える教育プログラムでは、 講義や実験、人間力を高めるインターンシップを実施する。 また、廃炉に関する施設を研究・教育に役立てる。以上の取組を通じて中長期的観点から高い志 と幅広い知識を持った学生を育てる。

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廃炉創造学修プログラム
５年生 ： 原子力事故総論
卒業研究

(１単位）

４年生 ： 廃炉工学 (１単位）
放射線関連実習・インターンシップ
３年生 ： 廃炉と社会 (１単位）
廃炉ロボット概論（１単位）
２年生 ： 放射線基礎
１年生 ： 原子力発電基礎

(１単位）
(１単位）
ビジネスコミュニケーション学科

都市システム工学科

化学・バイオ工学科

電気電子システム工学科

機械システム工学科2平成２７年度
３年生：廃炉と社会
平成２８年度
２年生：放射線基礎
３年生：廃炉と社会60人

４年生：廃炉工学

10人

合計70人

100人
65人

３年生：廃炉ロボット概論
４年生：廃炉工学

63人
50人
合計278人

平成２９年度
１年生：原子力発電基礎
57人
３年生：廃炉ロボット概論 84人
４年生：廃炉工学
44人
平成３０年度
１年生：原子力発電基礎
52人
３年生：廃炉ロボット概論 111人
４年生：廃炉工学
22人
令和元年度
１年生：原子力発電基礎
71人
３年生：廃炉ロボット概論 61人
４年生：廃炉工学
64人

２年生：放射線基礎
115人
３年生：廃炉と社会23人
５年生：原子力事故総論 64人
合計387人
２年生：放射線基礎
59人
３年生：廃炉と社会37人
５年生：原子力事故総論 16人
合計297人
２年生：放射線基礎
69人
３年生：廃炉と社会59人
５年生：原子力事故総論 18人
合計342人3

高専海外サマースクール
平成28年度（6名）
アメリカ：リッチランド・PNNL / KURION 、シリコ
ンバレー
（福島高専１名、茨城高専2名、香川高専２名、北九州高専１名）

平成29年度（6名）
アメリカ：ハンフォード、KURION、UCバークレー（八戸高専1名、福島高専1名、茨城高専1名、富山高専1名、香川高専1名、北九州高専1名）

平成30年度（6名）
アメリカ：ハンフォード、KURION、UCバークレー（福島高専２名、茨城高専１名、富山高専１名、香川高専２名）

令和元年度（6名）
ウクライナ、オーストリア：チェルノブイリ、IAEA（旭川高専1名、福島高専1名、茨城高専1名、小山高専1名、富山高専1名、香川高専1名）
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B Reactor の見学

チェルノブイリ 石棺の前でUCバークレーの見学

チェルノブイリ 原子炉近くの慰霊碑

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廃炉創造ロボコン
第１回（平成28年度）１５チーム
函館高専（２チーム） 旭川高専 仙台高専（２チーム） 福島高専
東京高専 富山高専 舞鶴高専 奈良高専 高知高専 北九州高専
熊本高専 都立産技高専 大阪府大高専
文部科学大臣賞 大阪府大高専 TAPPAR
第２回（平成29年度） １６チーム
旭川高専 一関高専（２チーム） 福島高専 小山高専 富山高専
長野高専 鈴鹿高専 舞鶴高専 奈良高専 呉高専 高知高専
北九州高専 熊本高専 大阪府大高専 神戸市立高専
文部科学大臣賞 奈良高専 奈良廃炉ロボコン友の会
第３回（平成30年度） １６チーム
一関高専（２チーム） 鶴岡高専 福島高専 茨城高専 小山高専
長岡高専 富山高専 鈴鹿高専 奈良高専 舞鶴高専 呉高専 熊本高専
大阪府大高専 神戸市立高専 マレーシア工科大学
文部科学大臣賞 長岡高専 ロボティクス部OB CanDI
第４回（令和元年度） １８チーム
旭川高専 一関高専（２チーム） 鶴岡高専 福島高専 茨城高専
小山高専 富山高専 鈴鹿高専 奈良高専 舞鶴高専 呉高専 高知高専熊本高専 大阪府大高専 神戸市立高専 サレジオ高専
マレーシア工科大学
文部科学大臣賞 鶴岡高専 鶴岡高専Bチーム かきぴー

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第４回廃炉創造ロボコン（令和元年12月15日）
競技課題
１）競技フィールド
福島第一原子力発電所のペデスタル下部に存在する燃料デブリ取出しを想定し、ペデスタルモックアップを競技フィールドとする。外部からペデスタル内部へのアクセスは呼び外径250、長さ4000mmの塩ビパイプ（VP250 外径267mm×内径240mm）を使う。
２）フィールド環境①ロボットを遠隔で操作するため、本体を直視することができない。
②コンクリートの厚い壁があることから電波は直接届かない。
３）ロボットが遂行する課題
プラットフォームから3.2m下にあるデブリを模した物体を回収し、ペデスタルの外に移動させる。なお、デブリを模した物体は以下のものをそれぞれ3個ずつ床の上に置く。
・テニスボール・ゴルフボール
・重量及び形状不明のデブリ模擬体

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ペデスタル上の親機

ボールの回収に成功した
鶴岡高専チーム

開会式（選手宣誓）

ペデスタル下部でデブリ模擬体を回収する子機

競技終了後、来場者との懇談

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高専で行なっている廃炉関連研究の特徴- 多数の高専などが参加し広範な領域をカバー- 実用化への距離が大きくならない課題設定
炉内遠隔操作機器(デブリ切削、機器設計統合等)
遠隔操作法基盤技術(VR、ホットラボ分析機器等)
廃棄物の処理処分(反応生成物、セメント固化等)
炉内生成物推定(建屋の加熱による損傷推定等)
社会科学的アプローチ(作業安全への寄与)

9廃炉に関する基盤研究を通じた創造的人材育成プログラム‐高専間のネットワークを活用した福島からの学際的チャレンジ‐研究開発部分の紹介
・高専が多いので、比較的小規模な課題を多数設定し、関与する教員及び学生数を確保 → 人材育成も重視
・工学及び社会科学課題(6課題) ‐‐‐ 大型の遠隔機器は断念

・廃炉工程の流れの視点から、代表的な成果をピックアップして説明する(1)サンプリング→(2)ホット試験/解析→(取出し→)(3)廃棄廃炉に関する基盤研究を通じた創造的人材育成プログラム‐高専間のネットワークを活用した福島からの学際的チャレンジ‐研究開発部分の紹介(1)サンプリング→ 何でも切れる放電加工、
ステージ(1)
小型放射線計測機器他(2)ホット試験/解析→ 微小試料評価(ナノ硬さ)、
ステージ(2)
構造健全性推定(コンクリート)他(3)廃棄 → 合理性の高い発熱性廃棄物の扱い
ステージ(3) (保管 + セメント固化による)他

研究開発課題
比較的小規模な課題を多数設定 関与する教員及び学生数の確保を期した①炉内遠隔操作機器開発②性状分析用遠隔操作機器開発*③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討

工学的課題④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発*⑤炉内生成物推定(損傷/強度)⑥作業環境と研修内容の改善による作業安全性向上の可能性(社会科学課題)
多岐にわたるため、廃炉過程(適用)に沿って、代表的な成果をピックアップして示します(廃炉過程の例を3ケース設定)*ホット試験機器開発含む

全国の高専、大学、研究機関、地元の企業などの協力により、事業を推進できた ‐‐‐ 連携/分担の例を示す
報告書には、①から⑥の各項目での連携分担関係を記述

旭川高専

タンガロイJAEA

下図は①の場合だが、開発実施担当機関以外の高専も参加し、議論を行いつつ、IRID、CLADSからも、さらにNDFの参加を頂き、効果的な開発を期した

八戸高専

長岡高専

仙台高専
富山高専
小山高専 福島高専
東大 茨城高専
産技高専
都市大
奈良高専 木更津高専
熊本高専

都城高専

機関の分担の例「炉内遠隔操作機器開発」の場合

廃炉作業の流れに沿った研究開発項目の設定(作業や試料の流れ)

ステージ 1)• センシング、サンプリング(ガレキハンドリングも)‐小型γ線測定器‐VR、MR補助‐遠隔型振動計

以下では、センシング/サンプリング段階から、過程に沿って成果を例示• 発熱性廃棄物処理・処分(より合理的に)• ホット試験による解析‐セメント固化体性能評価‐処分負担軽減(浅地処分)‐γ線CTでの迅速汚染評価

ステージ 3)(強度、切削性など)‐ナノインデンテーション法‐微小試験片強度試験‐放電加工法(sampling)‐レーザー法、切削法‐改良型トング(手)①炉内遠隔操作機器開発②性状分析用遠隔操作機器開発、④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発

ステージ 2)②性状分析用遠隔型機器開発④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発•健全性評価(安全に作業を促進)‐コンクリート強度と加熱‐融点近傍加熱による脆化‐作業中の変形/損傷の影響③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討⑤炉内生成物推定(損傷/強度)

図 廃炉工程の流れと研究開発項目の① から⑤

1) 炉内の核種/損傷分布評価とサンプル採取(軽量リグ; 遠隔機器への適合性)

ステージ 1) ‐ 1/3

I‐a 核種分布評価 → I‐b 損傷(加熱等)分布推定• I センシング、II サンプリング

小型γ線検出器
CdTe(2mm(ガレキハンドリングも)‐小型γ線測定器‐VR、MR補助‐遠隔型振動計

遠隔型振動計、色彩測定(染色後)‐ 弾性率から損傷分布を推定する
振動→弾性率→強度(回路の耐放射線性も評価))

Preampも照射試験preAmp
LPF/ADC

多数の遠隔型振動計
で損傷分布を評価→

II CV内からサンプルセラミック/金属に対応する放電加工法(全てを切削可?)‐放電加工法(sampling)‐レーザー法、切削法‐改良型トング(手)①炉内遠隔操作機器開発②性状分析用遠隔操作機器開発、④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発

放電回路

電極制御

回転機構

加工
電極

遠隔振動計を開発
X
打撃構造物(ぺデスタル等)(染色後の色彩分布から事故時温度を推定)←放電加工によるコンクリート切削
他に、レーザー法、機械切削法も開発

重量<10kg IRIDのアーム装置にも適合

1) 炉内の核種/損傷分布評価とサンプル採取(軽量リグ; 遠隔機器への適合性)

ステージ 1) ‐ 2/3

I‐a 核種分布評価 → I‐b 損傷(加熱等)分布推定• I センシング、II サンプリング‐小型γ線検出器‐遠隔型振動計を複数配置し実用に向け回路の耐放射線性も評価

弾性率から損傷/温度分布推定
打撃の振動を遠隔で同時検出
時間差から弾性率; 強度/温度分布(ガレキハンドリングも)CdTe(2mm‐小型γ線測定器‐VR、MR補助‐遠隔型振動計

preAmpLPF/AD
Preampも照射試験
C・高すぎる線量率場で生じる)‐放電加工法(sampling) パルス重畳への対策を開発‐レーザー法、切削法
デジタル処理による‐改良型トング(手)スペクトル明確化 →パルスの立上がりを検出①炉内遠隔操作機器開発②性状分析用遠隔操作機器開発、④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発

多数の振動計(重量300g/個)(福島高専)
遠隔振動計を開発

振動X

打撃
構造物(ぺデスタル等)

遮蔽(8kg)による染色後の色彩分布からも事故時
適用領域拡大温度が推定可能(都城高専)(都市大)重量<10kg IRIDのアーム装置にも適合

1) 炉内の核種/損傷分布評価とサンプル採取(軽量リグ; 遠隔機器への適合性)

ステージ 1) ‐ 3/3• I センシング、II サンプリング

II CV内からサンプル全てのセラミック/金属を切断できる‐放電加工法(産技高専); レーザー法, 機械切削も(ガレキハンドリングも)‐小型γ線測定器‐VR、MR補助‐遠隔型振動計‐放電加工法(sampling)‐レーザー法、切削法‐改良型トング(手)①炉内遠隔操作機器開発②性状分析用遠隔操作機器開発、④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発

放電回路

電極制御

回転機構

加工
電極

コンクリート切削例
ジルコニア、窒化ケイ素も68φ12t
回転電極による安定した加工

100m長ケーブルを用いた遠隔加工に成功(実用性)

重量<10kg IRIDのアーム装置にも適合

2) 微小サンプルホット試験能力を拡張 → デブリ切削法/残存機器強度

ステージ 2) ‐ 1/3

10μm

圧痕

ナノ硬さ利用法開発に加え、ホットラボ用の試料セット治具を開発

ホット用ナノ硬さ試
験機開発
微小サンプルから硬さ等を抽出→切削法選択→損傷の評価• ホット試験による解析

ホット用曲げ試験機開発(強度、切削性など)‐ナノインデンテーション法‐微小試験片強度試験←微小試料の曲げ試験

ホット用曲げ試験機開発
微小サンプルから硬さ等を抽出→切削法選択→損傷/強度/健全性の評価へ②性状分析用遠隔型機器開発④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術開発•健全性評価(安全に作業を促進)‐コンクリート強度と加熱‐融点近傍加熱による脆化‐作業中の変形/損傷の影響③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討⑤炉内生成物推定(損傷/強度)

2) 微小サンプルホット試験能力を拡張 → デブリ切削法/残存機器強度

ステージ 2) ‐ 2/3‐ホット用ナノ硬さ試験機 荷重‐変位曲線例→
ホット試料ステージ
ホット用微小試料固定法
及び試験治具を開発(茨城高専)‐ホット用曲げ試験機

破壊靭性値を測定
しばしば、切削性推定に、破壊靭性値+硬さを要す←微小な圧痕
微小サンプル
圧痕 20μm からデータ• ホット試験による解析(ナノ硬さはホットラボでも導入方向)(強度、切削性など)‐ナノインデンテーション法‐微小試験片強度試験

微小サンプルから硬さ、破壊靭性、弾性率等→切削法選択→損傷の評価を可能にロード ←微小試料の曲げ試験
曲げ試験のセル ②性状分析用遠隔型
荷重‐変位機器開発
曲線例→試料 ④性状分析手法及び (都城高専)
ZrO2 遠隔操作機器の基礎技術開発
ジルコニア
試料(焼結温度をパラメータ)

2) 微小サンプルホット試験能力を拡張 → デブリ切削法/残存機器強度

ステージ 2) ‐ 3/3

強度(MPa)‐加熱によるコンクリート劣化評価

加熱材での特異な弾性率‐強度関係を指摘

加熱温度(C)

加熱後の微細組織/弾性率/強度関係を取得
サンプルの弾性率と弾性率‐強度関係から健全性推定‐加熱や変形による(CV)鋼の劣化の評価
短時間の高温加熱(>1300C)、少量の塑性変形(~5%)が、脆性的な挙動をもたらす微細組織で判断可能~1400Cx1h•健全性評価(安全に作業を促進)‐コンクリート強度と加熱‐融点近傍加熱による脆化‐作業中の変形/損傷の影響~5% CW

加熱 or の微細組織/弾性率/強度関係を取得サンプルの微細組織/硬さから靭性、健全性推定③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討⑤炉内生成物推定(損傷/強度)

3) 発熱性廃棄物の処理・処分 (セメント固化を含むより合理的方向)‐発熱性廃棄物周囲の温度検討
処理場の大きさ; 総
発熱量に依存(ガラス固化の利点は小)発熱評価(熊本高専) 処分場温度分布/容量(福島高専/JAEA)

ステージ 3) ‐ 1/3‐セメント固化体の特性(強度/拡散)
ゼオライト混合物< 70% 強度は十分固化体からの拡散
拡散/分配評価 →漏洩少 セメント固化の閉込め能力はセメント固化は有望
期待できよう(八戸高専、都城高専他)• 発熱性廃棄物処理・処分(より合理的に)‐セメント固化体性能評価‐処分負担軽減(浅地処分)‐γ線CTでの迅速汚染評価

ガラス固化等のメリット小セメント固化等が妥当
発熱量大のため中深度処分?
3半減期以上にできれば、ピット処分も?(より合理的)③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討⑤炉内生成物推定(損傷/強度)

3) 発熱性廃棄物の処理・処分 (セメント固化を含むより合理的方向)‐発熱性廃棄物周囲の温度検討
収容体の密度、間隔の影響を解析(左、左下)
発熱評価(熊本高専) 処分場温度分布/容量(福島高専/JAEA)

ステージ 3) ‐ 2/3

解析モデル
解析例 容器中の収容体が2本ま(円筒容器断面) でなら温度制限範囲内に留る

容器表面温度など
1

10 100年

処分後経過年数
処分坑道間隔 17m 廃棄体ピッチ 6.2m

• 発熱性廃棄物処理・処分(より合理的に)‐セメント固化体性能評価‐処分負担軽減(浅地処分)‐γ線CTでの迅速汚染評価

ガラス固化等のメリット小セメント固化等が妥当

発熱量大のため中深度処分?
但し、処理場 3半減期以上にできれば、の大きさは、主 ピット処分も?(より合理的)に総発熱量に依存
固化方法の影 ③廃棄物の貯蔵と処分の手法検討
響は小(セメント固化は有望) ⑤炉内生成物推定(損傷/強度)

3) 発熱性廃棄物の処理・処分 (セメント固化を含むより合理的方向)‐セメント固化体の特性(強度/拡散)
ゼオライト混合物< 70% 強度は十分固化体からの拡散
拡散/分配評価 →漏洩少 セメント固化の閉込め能力はセメント固化は有望
期待できよう(八戸高専、都城高専他)• 発熱性廃棄物処理・処分(より合理的に)‐セメント固化体性能評価‐処分負担軽減(浅地処分)‐γ線CTでの迅速汚染評価

ガラス固化等のメリット小セメント固化等が妥当

ステージ 3) ‐ 3/3

発熱量大のため中深度処分?
リート廃棄物中の汚染 3半減期以上にできれば、分布を迅速に把握し、 ピット処分も?(より合理的)‐CT法での非破壊検査も検討 ・大量に生じるコンク
ガンマ線CT試料像 60Co分布例

減量に寄与(JAEA/福島高専)③廃棄物の貯蔵と・加熱による損傷が、処分の手法検討
核種の拡散を促進し、 ⑤炉内生成物推定(損傷/強度)
廃棄物量を増加させる可能性(北大の指摘)

その他の成果のハイライト1(a)レーザー法(サンプリング) (長岡高専) ‐‐‐下左
デブリ等の表面の薄水層による効率の高い加工モードの指摘(b)ガンマ線CT法による放射性核種の迅速検出 (JAEA/福島高専)
北大(小崎教授)が指摘する拡散によるコンクリート中の汚染拡大の迅速評価に利用可能、処理効率の向上 ‐‐‐ 下右薄水層による高効率加工モード

ガンマ線CT試料像 60Co分布例

加工量がピーク

迅速にコンクリート中の汚染分布を評価できる可能性その他の成果のハイライト2( c)色彩によるコンクリートへの加熱温度推定(都城高専)
薬剤による染色応答による加熱温度推定の実験的確認(d)ヴァーチャルリアリティー(VR)、MR法の利用 (旭川高専)
効果的な遠隔操作シミュレーションシステムの構築(e)経済性の高いICP‐MS用の前処理法の提案(90Sr等を対象) (東大)シクロデキストリンの適用及び高専生のホット体験教育(f)作業安全向上のための提案 (福島高専)
作業安全確保への、高次なモチベーションの重要性の指摘
承認欲求以上が重要性であることを実験的に抽出他にも多数

まとめ (ステージ 1)‐3); センシング/サンプリング、ホット試験/健全性、発熱性廃棄物)
センシング/サンプリングからデブリ採取法判定/健全性評価、より合理的な発熱性廃棄物の処理・処分にわたる技術開発を進めた
1) 炉内の核種/損傷分布評価とサンプル採取 (機器<10kg; IRIDアーム対応)
小型放射線計測、遠隔振動計 汚染、損傷の分布評価
小型遠隔放電加工装置等
セラミック/金属の同時サンプリング
2) 微小サンプルホット試験能力を拡張 → デブリ切削法/残存機器強度
ホット用のナノ硬さ試験機等 微小な試料から、デブリ切削法推定
コンクリート強度への熱影響等 硬さ、弾性率、組織から強度/健全性
3) 発熱性廃棄物の処理・処分 (セメント固化を含むより合理的方向)
発熱性廃棄物による温度上昇 ガラス固化利点小、より合理的処分
セメント固化等の閉込め能力 セメント固化の性能は低くない
NDF、IRID、東電との情報交換も定期的に実施

「炉内遠隔操作機器開発」における機関間の分担

JAEA/CLADSと協議して定めた、インテグレーションのための「ベンチマークデブリピッ
クアップ問題」

協議頂き定めた、IRIDのアーム型遠隔操作機器の取り合い要件など検討結果(p.18)
インテグレーションについての検討結果を紹介する。検討の対象機器として、産技高専の小型放電加工ヘッド(本体は10kg以内)、東京都市大学の小型放射線計測機器(遮蔽付きで8kg)などを想定する。これとIRIDのアー
ム型遠隔操作機器との取り合いの検討である。ペイロードに関しては、小型放電加工ヘッドも小型放射線計測機器も、適合性は確保できたと考えられる。反力については、放電加工法、レーザー法については、問題は少ないと考えられる。寸法については、小型放電加工ヘッドに関して、電力線、ビデオカメラのケーブルを含めると高さが50cm程度になるが、これも対応可能な範囲に入る。

切削試験のまとめ (タンガロイ/福島高専)

高圧電源
CdTe

preAmp
MCA

AMP
つなぎ変えてデータ取得
Cosmo‐Z

preamp
電源
照射室

制御室

名古屋大学コバルト60照射施設での照射体系

AIによる波形の弁別 5mm角CdTe検出器を4Gy(水)/h1.33MeVのピーク

鉛遮蔽(>30mm効果的 100Gy/h)放射性コンクリート廃棄物の減容に寄与できると考えられる開発項目

研究開発部分概要の紹介

2/26/21 實川(1)研究開発課題
高専が多数参加するため、関与する教員及び学生数の確保による教育効果も期し、比較的、小規模な課題を多数設定した(大型の遠隔機器などに代えた)。
・以下の工学 5 課題及び社会科学課題(全 6 課題)からなり内容は多岐にわたる(研究開発課題)① 炉内遠隔操作機器(サンプリング等）、②性状分析用遠隔操作機器(ホット試験法等)、③廃棄物の貯蔵と処分の手法、④性状分析手法及び遠隔操作機器の基礎技術、⑤炉内生成物推定(健全性)、⑥作業環境と研修内容の改善による作業安全性向上の可能性(社会科学課題)(2)研究開発の内容紹介
6 課題は多岐に渡る。簡単のため、廃炉過程に沿い、代表的成果をピックアップし説明する。
廃炉工程は、概ね、以下の 4 ステージで構成されると考えられる(サンプリング/解析/取出/処分)(i)センシング/サンプリング(試料採取等)→(ii)ホット試験/解析(デブリ切削法、工法選択等)→(iii)取出し工事(大型機器でのデブリ/ガレキ取出し)→(iv)廃棄物処理処分(固化、埋設等)
本プログラムでは、これら(i)~(iv)の過程のうち、大型の遠隔機器を要する(iii)取出し工事を除く、以下の 3 つのステージに集中した(前述の「研究開発課題」の選択方針による)。なお、センシン
グ/サンプリング機器については、IRID アーム(ペイロード 10kg 以下)への適合性も考慮。
・センシング/サンプリング(ステージ 1)
何でも切れる放電加工法(レーザー法も)、小型放射線計測機器、事故時温度分布推定等
・ホット試験/解析(ステージ 2)
微小試料用ホット試験機(ナノ硬さ等)、構造健全性推定(コンクリート熱劣化)等
・発熱性廃棄物の処理・処分(ステージ 3)
発熱性廃棄物の温度分布、セメント固化法開発、廃棄物の負担軽減(中深度埋設回避)等(2-1)センシング/サンプリング用の小型軽量機器の開発(ステージ 1)
・小型放射線計測(γ線スペクトル検出)機器(東京都市大)高線量率下での核種分析等を実現するため、検出素子内でのパルスのオーバーラップを減少させるため、CdTe 製の検出器を小型化(2mm 立方)し、スペクトルの分解能を確保。分解能に影響しない範囲の遮蔽を評価し(数 10Gy/h まで対応、遮蔽なしでも 10Gy/h 程度)、電子回路系の耐放射線性改良も実施。遮蔽を含め、重量 8kg 以内の小型ユニットを実現(IRID アームにも適合)。
・遠隔型の小型振動計による損傷分布推定など(福島高専、JAEA)
コンクリートの弾性率分布から、事故時の加熱(温度)及び機器健全性を推定できる(後述(2-2))と考えられ、弾性率分布測定を目的とした、耐放射線製性の高い小型(重量約 300g)の遠隔型振動計

を開発(弾性率測定を実証)。線量率 1kGy/h まで、振動計の動作確認(耐久性 数 100kGy)。
・小型放電加工式サンプリング機構開発等(都立産技高専)
加工中の伝導性皮膜形成により、セラミックスも切削できる放電加工法を開発し(基本的に全ての固体を切削可能)、放電回路、電極制御機構等を統合した、小型のサンプリング用機構を試作した(高耐放射線性電子部品で構成)。遠隔加工能力実証のため、100m 程度のケーブルを介して、金属円板切出し、コンクリート等の加工能力を実証した。軽量化も達成した(10kg 以下)。
(2-2)微小試料用ホット試験機開発及び構造材料の残存強度評価法の検討(ステージ 2)
・微小試料用ホット試験機器、試験法等の開発(茨城高専、都城高専)
微小試料用ホット試験機器として、寸法 0.1mm 程度の試料から硬さ、弾性率を評価する、ナノインデンテーション硬さ試験手法(炭化ホウ素粒子等に適用)、ホット試験の実現に必要な、放射性試料の遠隔調製機器を開発した。さらに、試験片体積を最小にできる小型 3 点曲げホット試験機器(広い試験温度; 液体窒素温度から 100℃)を開発し、セラミックス等の破壊靭性評価に適用。
・構造材料の残存強度評価(木更津高専、都城高専、福島高専)
ホット試験結果の利用手法の開発として、構造物健全性の評価法を開発(切削性推定手法も開発)。
コンクリートの強度は、熱履歴で低下するが、従来から知られていた弾性率-圧縮強度関係を修正する関係を実験的に取得した。また、格納容器鋼の強度への熱履歴及び塑性変形の影響を評価し、1300℃以上の加熱(1 時間程度)や塑性変形(>5%)が破壊靭性値を大幅に低下させることを指摘。
(2-3)発熱性廃棄物の固化、処理・処分方法の負担軽減法の提案(ステージ 3)
・発熱評価及び安価な固化法(セメント固化)の開発(熊本高専、八戸高専、福島高専)
セシウム吸着ゼオライト(0.1%吸着を想定; キュリオン)等では、発熱が相当あり(>1kW/m3)、処分時期によっては負担増の可能性を指摘。さらに、セメント固化体(ゼオライト量<70%)を作製し、強度(温度依存性含む)、イオンの拡散等を評価し、安価な固化方法として利用可能性を指摘。
・合理性の高い発熱性廃棄物の処理・処分の検討(八戸高専、都城高専、福島高専、JAEA)
固化方法の比較の点では、処理場の大きさは、全発熱量と熱的な境界条件(地盤の温度等)で決まるため、耐熱性の高いガラス固化は利点が少ない。一方、早期の処分では、負担が増える可能性があるので(中深度処分)、3 半減期程度の冷却後に、セメント固化(80℃程度まで利用可)などの安価な方法による、負担が少なくなる処理・処分法(より浅い位置に)を検討する余地があろう。
その他の成果の例
・サンプリング等：レーザー法で、薄水層による 1 桁以上の効率化モード発生を指摘(長岡高専)。
機械切削工具も開発。コンクリート表面の色彩分布からの事故時温度の推定法(都城高専)。
・ホット試験機器等：ヴァーチャルリアリティー(VR)の利用による、効率的な遠隔操作シミュレーションシステム構築(旭川高専)。ICP/MS 前処理法に安価なシクロデキストリン適用(東大)。
・廃棄物の処理・処分：γ線 CT 法による大きなコンクリート塊中の核種位置の迅速検出法(拡散によるコンクリート中汚染拡大の迅速評価に利用可 --- 北大の指摘への対応法)(JAEA)。
・作業安全の向上：作業安全確保への高次のモチベーション(承認欲求等)の重要性指摘(福島高専、奈良高専など)