【公開版】

提出年月日

令和元年 12 月６日
日本原燃株式会社

Ｒ１

Ｍ Ｏ Ｘ 燃 料 加 工 施 設 に お け る
新規制

基準に安全審査

対す

る

整理資料

第２条：核燃料物質の臨界防止

適合性

目
１章

次基準適合性

１．基本方針１．１

要求事項の整理

１．２

要求事項に対する適合性

１．３

規則への適合性

２．核燃料物質の臨界防止に係る設計方針
２．１

２章

臨界安全設計補足説明資料

２章

補足説明資料ＭＯＸ燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料リスト

令和元年12月６日 R１

第２条：核燃料物質の臨界防止

MOX燃料加工施設 安全審査 整理資料 補足説明資料
資料№

名称

補足説明資料1-1 取扱制限値の設定について

(1/1)

提出日

Rev

12/6

０備考

令和元年 12 月６日

補足説明資料１－１(２条)Ｒ０取扱制限値の設定について

１． 取扱制限値の設定方針
本施設は，設備・機器の特徴を考慮し，設備・機器で取り扱う核燃料物質の性状及び量を基に運転管理上の制限値（以下，「取扱制限値」という。）を定め，核燃料物質を取扱制限値以下で取り扱うよう管理する設計とし，本施設における核燃料物質の取扱いを制限する。取扱制限値の設定方針を以下に示す。
(１) 取扱制限値は，臨界安全上の裕度確保の観点から，核燃料物質及びその他の物質の種類，量，物理的・化学的形態等を考慮したモデルで臨界評価を行い，中性子実効増倍率が 0.95 以下となる計算条件よりも安全側となるように設定する。
(２) 取扱制限値の設定は，核燃料物質の取扱い上の一つの単位である単一ユニットに対して行うことにより，従来の核的制限値としての役割も担う。
また，事故評価においても，取扱制限値を用いることとする。
(３) 形状寸法管理を行う工程については，設備・機器の構造により最大取扱数量を制限することに加え，核燃料物質を密封して取り扱うことから，ＭＯＸ質量，プルトニウム富化度（以下，「Ｐｕ富化度」という。）（ウラン質量とプルトニウム質量に対するプルトニウム質量の割合）及び含水率（ＭＯＸ質量と水分質量に対する水分質量の割合）
が工程の中で変動することはないが，質量管理を行う工程では，単一ユニット内の設備・機器ごとに取扱いが可能なＭＯＸ質量が異なるほか，ＭＯＸ粉末の希釈混合，添加剤投入により，Ｐｕ富化度及び含水率が単一ユニット内において変動する。
この特徴を踏まえて取扱制限値を設定する。
補 1-1-1

① 質量管理を行う工程においては，ＭＯＸ質量，Ｐｕ富化度及び含水率に加えて，臨界管理を確実に行うためＭＯＸ質量，Ｐｕ富化度，核分裂性プルトニウム割合（以下，「核分裂性Ｐｕ割合」という。）及びウラン中のウラン－235含有率から算出されるプルトニウム－239，プルトニウム－241 及びウラン－235 の合計質量（以下，「Ｐｕ＊質量」という。）に対して，取扱制限値を設定する。
② 形状寸法管理を行う工程においては，設備・機器で取り扱う核燃料物質に応じた，体数，基数，本数，平板厚さ又は段数に対して取扱制限値を設定する。
③ ウラン粉末のみを取り扱うグローブボックス及びオープンポートボ
ックス並びにウラン粉末缶又はウラン燃料棒を取り扱う設備・機器においては，ウラン酸化物質量，ウラン－235 含有率及び含水率に対して取扱制限値を設定する。
(４) 取扱制限値は，設備・機器で取り扱う値に対して裕度を見込んで設定する。なお，裕度としては，ＭＯＸ投入量の誤差，設備・機器内の滞留量等を考慮する。
(５) 非密封の核燃料物質は，容器単位で取り扱うこと及び容器は複数の種類があることから，容器の種類ごとに取扱制限値を設定する。

２． 取扱制限値と 0.95 対応質量（従来の核的制限値）との関係(１) 単一ユニット内の容器及び機器において，取扱いが可能な最大Ｐｕ
富化度，核分裂性Ｐｕ割合及びウラン中のウラン－235 含有率から，最大となるＰｕ＊質量をそれぞれ算出し，その合算値をＰｕ＊質量の取扱制限値として設定する。ただし，合算したＰｕ＊質量が，0.95 対応質量を超える場合は，0.95 対応質量と同じ値をＰｕ＊質量の取扱制
補 1-1-2

限値として設定する。
(２) 上記の「0.95 対応質量」とは，単一ユニットにおいて，核燃料物質及びその他の物質の種類，量，物理的及び化学的形態等を考慮したモデルで臨界評価を行い，中性子実効増倍率が 0.95 以下に対応するＰｕ＊質量のことをいう。ただし，二重装荷を考慮する単一ユニットにおいては，中性子実効増倍率が 0.95 以下に対応するＰｕ＊質量の２分の１を 0.95 対応質量とする。

0.95 対応質量の設定条件との比較例（一次混合粉末秤量・分取ユニット）
0.95 対応質量の設定条件

取扱制限値

Ｐｕ富化度

33％以下（ＭＯＸ粉末－２）

30％以下

含水率2.5％以下（ＭＯＸ粉末－２）

1.0％以下中性子実効増倍率が 0.95 以下に対応するＰｕ＊質量45.0ｋｇ・Ｐｕ＊38.6ｋｇ・Ｐｕ＊

Ｐｕ＊質量に関する取扱制限値は，0.95対応質量以下で設定している。
また，Ｐｕ富化度及び含水率に関する取扱制限値についても，0.95 対応質量の設定条件以下に設定していることから，これらの取扱制限値を超えない管理を行うことで，未臨界が確保できる。したがって，これらの値については，核的制限値としての役割も担う。

３． 取扱制限値による核燃料物質の管理方法
取扱制限値による核燃料物質の管理方法については，0.95対応質量（従来の核的制限値）の管理方法と同様の管理方法であり，質量管理は，臨界管理用計算機，運転管理用計算機等を用いて行い，各単一ユニットの核燃料物質の在庫量を常時把握するとともに，核燃料物質を搬送する容補 1-1-3

器を識別し，それにより搬送する核燃料物質の質量，形態等を把握することにより行う。
(１) ＭＯＸ質量，Ｐｕ＊質量及びＰｕ富化度の管理方法
質量管理ユニットにおける取扱制限値による管理（搬送装置による核燃料物質の誤搬入の防止）には，誤搬入防止機構を用いる。核燃料物質の搬送管理は，①ＩＤ番号読取機，②秤量器，③計算機及び④誤搬入防止シャッタ（又はストッパ）から構成される誤搬入防止機構に加えて，⑤運転員の管理で構成される。
１回の核燃料物質の搬送に対して，上記①～⑤の搬送に係る項目を全て満たさない限り，搬送先へ搬入されない設計であり，上記の搬送に係る項目が一つでも異常があれば核燃料物質は搬送されない。そのため，機器の単一故障若しくはその誤作動又は運転員の単一誤操作では取扱制限値を逸脱しない。なお，Ｐｕ富化度については，ＩＤ番号と紐付けることで管理する。

【搬送に係る項目】① ＩＤ番号の一致の確認② 秤量値の一致の確認（有意な差のないことの確認）③ 計算機による取扱制限値以下の確認④ 誤搬入防止シャッタの開放（通常時閉止）⑤ 運転員の搬入許可【誤搬入防止機構（例：一次混合粉末秤量・分取ユニットから均一化混合ユニットへの搬送）】

補 1-1-4

(２) 含水率の管理方法
質量管理ユニットにおける含水率の管理（添加剤の誤投入防止）には，誤投入防止機構を用いる。添加剤の搬送及び投入管理は，①Ｉ
Ｄ番号読取機，②秤量器，③計算機及び④誤投入防止バルブから構成される誤投入防止機構に加えて，⑤運転員の管理で構成される。
１回の添加剤の投入に対して，上記①～⑤の投入に係る項目を全て満たさない限り，投入先へ投入されない設計であり，上記の投入に係る項目が一つでも異常があれば添加剤は投入されない。そのため，機器の単一故障若しくはその誤作動又は運転員の単一誤操作では取扱制限値を逸脱しない。

【投入に係る項目】① ＩＤ番号の一致の確認② 秤量値の一致の確認（有意な差のないことの確認）③ 計算機による取扱制限値以下の確認④ 誤投入防止バルブの開放（通常時閉止）⑤ 運転員の投入許可【誤投入防止機構（例：均一化混合機への投入）】

補 1-1-5

４． 各設備における具体的な取扱制限値の設定の考え方
各設備における具体的な取扱制限値（Ｐｕ富化度，ＭＯＸ質量，Ｐｕ＊質量及び含水率）の設定の考え方を以下に示す。以下の考え方に基づいた各設備の取扱制限値の算出根拠を添付資料－1 に示す。
(１) 取扱制限値の設定におけるＰｕ富化度の考え方
各単一ユニット内で使用する核燃料物質のうち，最もＰｕ富化度が高い形態に対応する最大Ｐｕ富化度を，各単一ユニットの取扱制限値として設定する。また，最大Ｐｕ富化度は，核燃料物質の形態ごとに裕度を見込んで設定する。
以下に 0.95 対応質量の設定条件（Ｐｕ富化度）及び取扱制限値の設定における形態ごとの最大Ｐｕ富化度の比較を示す。

形態0.95 対応質量の形態ごとの注）

設定理由

設定条件（Ｐｕ富化度）

最大Ｐｕ富化度

原料ＭＯＸ粉末

60％以下（原料ＭＯＸ粉末，ＭＯＸ粉末－１）

60％

再処理施設から受け入れる際の制限値から設定する。

一次混合粉末

33％以下（ＭＯＸ粉末－２）30％

Ｐｕ富化度の裕度を過剰に見込んでいたことから適正化した。

二次混合粉末18％ 以下（ＭＯＸ粉末－３）※※

添加剤混合粉末

18％ 以下（ＭＯＸ粉末－３）

※

18％

※

グリーンペレット

18％ 以下（ペレット－１）※

製品燃料のＰｕ富化度から 18％を制限値とする。

18％

※
18％以下
18％
（ペレット－２）
注）括弧内は 0.95 対応質量の設定上の形態を示す。
※Ｐｕ富化度が 18％以下の粉末の管理に当たっては，Ｐｕ富化度に加え，核分裂性Ｐｕ割合との組合せで核分裂性Ｐｕ富化度が 11.6％以下となるように管理する。

焼結ペレット補 1-1-6

(２) 取扱制限値の設定におけるＭＯＸ質量及びＰｕ＊質量の考え方
単一ユニット内に設置する設備及び機器において，通常の運転操作時に想定される，最大の核燃料物質を収納した容器数量及び機器内（混合機等）で取り扱う核燃料物質の量に適切な裕度を考慮して最大取扱量を求め，これを取扱制限値（ＭＯＸ質量）として設定する。
また，最大取扱量に対して，当該ユニット及び当該ユニット内の容器で取扱いが可能な最大Ｐｕ富化度，核分裂性Ｐｕ割合及びＵ中のＵ－235 含有率から，最大となるＰｕ＊質量を各々算出し，合算値を取扱制限値（Ｐｕ＊質量）として設定する。
なお，算出したＰｕ＊質量が 0.95 対応質量を超える場合は，0.95対応質量を取扱制限値（Ｐｕ＊質量）として設定する。

補 1-1-7

(３) 取扱制限値の設定における含水率（添加剤量）の考え方
添加剤は潤滑剤又は密度調整剤としてＭＯＸ粉末に添加するものであるが，添加剤は有機物粉末であることから，中性子の減速効果を考慮して水分質量に換算して，ＭＯＸ粉末の含水率として管理する。
各単一ユニット内で使用する核燃料物質のうち，最も含水率が高い形態に対応する最大含水率を取扱制限値として設定する。最大含水率は，核燃料物質の形態ごとに裕度を見込んで設定する。
以下に 0.95 対応質量の設定条件（含水率）及び取扱制限値の設定における形態ごとの最大含水率の比較を示す。
なお，ＭＯＸ粉末を空気雰囲気下で保管した場合であっても，ＭＯＸ粉末中の含水率の上昇はほとんどないこと（約３ヶ月で 0.1%未満[1]）から，ＭＯＸ粉末の含水率は取扱制限値（含水率）の設定において見込んだ裕度内に収まる。
[1] 「ウラン－プルトニウム混合酸化物粉末への水分の吸着挙動」．
日本原子力学会 年会・大会予稿集．2004 年 11 月 19 日．

形態

0.95 対応質量の形態ごとの注）

設定条件（含水率）

最大含水率

原料ＭＯＸ粉末

0.5％以下（原料ＭＯＸ粉末）

0.5％

一次混合粉末1.5％以下（ＭＯＸ粉末－１）1.0％

二次混合粉末2.5％以下（ＭＯＸ粉末－２）

1.5％

添加剤混合粉末

3.5％以下（ＭＯＸ粉末－３）2.5％

グリーンペレット

3.5％以下（ペレット－１）

2.5％

焼結ペレット

0.1％以下（ペレット－２）

0.1％注）括弧内は 0.95 対応質量の設定条件上の形態を示す。

補 1-1-8

設定理由

0.95 対応質量の設定条件では，添加剤を投入する工程ごとに含水率が水分換算で一律１％増加するとして評価上の設定条件を定めていた。
取扱制限値の設定においては，運転管理で十分に添加剤量を制限できることから，0.95 対応質量の設定条件よりも低い値に設定した。

(４) 各種容器における取扱制限値の設定の考え方
Ｐｕ富化度については，各容器内に収容する核燃料物質のうち，最もＰｕ富化度が高い形態に対応する最大Ｐｕ富化度を取扱制限値として設定する。また，異なるＰｕ富化度の粉末が積層状態で存在する粉末容器（Ｊ85）については，容器内の平均Ｐｕ富化度の最大値を設定する。
ＭＯＸ質量については，通常の運転操作時に想定される各容器内に収納する核燃料物質量に適切な裕度を考慮して，取扱制限値（ＭＯＸ質量）を設定する。
Ｐｕ＊質量については，ＭＯＸ質量，各容器で取扱いが可能な最大Ｐｕ富化度，核分裂性Ｐｕ割合及びＵ中のＵ－235 含有率から算出される最大となるＰｕ＊質量を取扱制限値（Ｐｕ＊質量）として設定する。
含水率については，各容器内に収容する核燃料物質のうち，最も含水率が高い形態に対応する最大含水率を取扱制限値として設定する。
なお，搬送の際には，搬送する容器の取扱制限値に加え，搬送先の単一ユニットの取扱制限値を逸脱していないことを確認する。

補 1-1-9

添付資料―１
各設備の取扱制限値の算出根拠
１． 粉末調整工程

補 1-1-10

補 1-1-11

補 1-1-12

補 1-1-13

補 1-1-14

補 1-1-15

補 1-1-16補 1-1-17

２． ペレット加工工程

補 1-1-18

補 1-1-19

補 1-1-20

３． 燃料棒加工工程

補 1-1-21

補 1-1-22

４． 核燃料物質の検査設備

補 1-1-23

５． 実験設備

補 1-1-24