日本原子力学会2019年秋の大会
水化学部会 企画セッション

水化学ロードマップフォローアップの状況と概要（3）共通基盤技術（FP挙動関連）

東芝エネルギーシステムズ株式会社
高木 純一
2019年9月12日

CDC4-2019-900230 Rev.0
PSNN-2019-0560© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Contents

1はじめに

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核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

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まとめ© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

1１．はじめにu 水化学ロードマップ2020 −改訂の背景−
Ø 福島第一原子力発電所（1F）事故の教訓
Ø 核分裂生成物（FP）挙動の記載が必須
Ø 水化学ロードマップフォローアップ検討WG内で合意
u FPの基礎事象の体系化
Ø 生成、蓄積、燃料からの放出、移行挙動
n 放射性ヨウ素：これまで体系的な研究あり
n 放射性セシウム、ストロンチウムなど：
比較的データが少なくデータ整備が必要© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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１．はじめにu 「水化学共通基盤技術」とは
Ø 水化学ロードマップ2009での取り組み⇒「水化学、腐食に関わる共通基盤技術」
燃料・構造材の腐食あるいは付着物析出に起因する諸事象の本質を理解
n 燃料・構造材の健全性の確保
n 線量率の低減・廃棄物発生量の抑制
Ø 水化学ロードマップ2020での改訂⇒「核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術」
FPの基礎事象を体系化© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation3水化学の諸課題とそれらの相互関係
水化学による原子力発電プラントの安定性・信頼性維持への貢献
構造材料の高信頼化
応力腐食割れ配管減肉環境(SCC)の抑制
緩和

・SCC環境評価手法・ ・配管減肉環境緩和技術の標準化・検証技術の開発・標準化・・炉内SCCに関する基 検証
盤研究の推進・配管減肉メカニズムに・SCC環境評価手法
おける水化学因子のの高度化
定量化（配管減肉予・新たなSCC環境緩和 測評価への寄与）
技術の開発・検証・標準化

SG長期信頼性確保

状態基準保全への支援

・クレビス腐食環境監
・水化学管理システム・視技術の開発・適用
オンラインモニターの高・スケール・スラッジの付 度化
着防止技術・除去技
・腐食環境評価手法・
術の高度化
腐食環境緩和技術の実証
・不純物管理の高度化・標準化
・ヘルスマネジメント技（PWR保管時の水化 術の開発
学、PbSCCを含む）

燃料の高信頼化
CIPS による核燃料被覆管の健全性維持 核燃料の性能維持

・腐食/水素吸収メカ
ニズムの解明・腐食/水素吸収対策
技術の開発
・データや評価技術の検証
・腐食/水素化予測法の確立

・CIPS発生メカニズムの解明
・CIPS抑制策の開発
・データや評価技術の検証

被ばく線源低減
・既存線源低減技術の高度化
・革新的線源技術の開発
・水質変更の影響評価
・既設炉の廃止措置（保管時の水化学を含む）

環境負荷低減化学物質の廃棄物低減
影響低減
・廃棄物生成量低減（廃止措置時を含む）

・水化学制御薬品無添加、系外放出抑制（ヒドラジン代替剤、暴露・水質汚濁）

事故時対応の水化学
水素漏洩対策
福島廃炉推進対応の水化学

放出抑制
・SA時の放射性核分裂生成物挙動および放出抑制（格納容器内pH管理、フィルターベントを含む）

水化学共通基盤技術

被ばく線源低減

・海水を含む水の放射線分解に係る基盤研究（再結合器の触媒開発等）

基盤整備

・腐食環境評価技術
・模擬および加速試験方法
・腐食メカニズム（主として水化学側からの寄与） ・SA、非SA時の放射性核分裂生成物挙動・酸化物およびイオン種の付着/脱離メカニズム・深層防護の考え方（自主的安全性向上）に係る事項

・汚染水処理対策
・二次廃棄物処理対策
・デブリ取り出し時水処理対策
・水素発生防止対策（ラジオリシス）
・材料腐食対策（液膜腐食、気化性防錆剤等）

人・情報の整備・人材育成
・管理技術、分析技術、腐食緩和技術の標準化
・関連分野および産官学の協力
・国際協力および国際貢献© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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ロードマップ2020の目次
目次

１．はじめに
２．水化学ロードマップの意義
３．水化学を取巻く環境の変化
４．自主的安全性向上に向けての水化学ロードマップ改訂の基本方針および実施体制
５．水化学ロードマップ2020
６．安全基盤研究6.1 構造材料の高信頼化
6.1.1 応力腐食割れ（SCC）の抑制
6.1.2 配管減肉環境緩和
6.1.3 SG長期信頼性確保
6.1.4 状態基準保全への支援
6.2 燃料の高信頼化
6.2.1 核燃料被覆管の健全性維持
6.2.2 CIPS対策による核燃料の性能維持
6.3 被ばく線源低減
6.4 環境負荷低減
７．基盤整備
7.1 水化学共通基盤技術
7.2 人・情報の整備

８．事故時対応の水化学
8.1 水化学が関与する事故時対策
8.2 福島廃炉推進対応の水化学（汚染水処理対策、デブリ取出し時水処理対策、水素発生対策、材料腐食対策）

９．まとめ
略語表

執筆者
渡邉
渡邉
高木
久宗、杉野
稲垣
内田内田
BWR:長瀬、山本、PWR:寺地阿部、藤原荘田
小野河村
河村
河村
稲垣、中野、杉野、赤峰BWR:稲垣、PWR:赤峰佐藤、内田佐藤、内田
小野、阿部，室屋
内田、高木、長瀬、箭内渡邊、高木、長瀬、箭内、佐藤渡邉
河村© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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１．はじめにu 水化学ロードマップのローリングの主眼
Ø 1F事故を受けて、深層防護レベルに対応した水化学の研究開発の位置づけを明確にしてロードマップを見直し
n すべての項目につき深層防護レベルとの対応を明確化
n 「水化学共通基盤技術」についても深層防護の各レベルとの対応を明確化© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation6

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

u 深層防護レベル4までの評価を行う上でのFP挙動との関わり
Ø 事故時対応の水化学とFP挙動との関わり
n 汚染水の処理処分
n 建物の汚染とその除染
n 環境汚染の修復
u FP挙動の共通事象を理解して対応するための基盤技術を追加
Ø 水化学ロードマップ2009：「水化学、腐食に係わる共通基盤技術」を記載
Ø 水化学ロードマップ2020：「核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術」を追加© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation7

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

SA時の燃料ふるまいの概念図© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation8

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.1 核分裂生成物の種類と主な特性(1/2)
u ウランあるいはプルトニウムの核分裂
Ø2個余の中性子を放出し、2つのFPを生成Øトリチウムを含む3体に分裂するケースもあり
u FPは質量数の等しいものに分裂するよりも、質量数の異なる2つのグループの原子核に分裂
Ø 質量数130付近の比較的重い元素：
131I、137Csなど
Ø 質量数90付近の比較的軽い元素：
99Mo、90Sr、95Zrなど© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation9

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

核分裂生成物の収率© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation10

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.1 核分裂生成物の種類と主な特性(2/2)
u 短期・中期・長期的な観点で重要となる主なFP

u これらのFPは、燃料中においては以下に示すような物
理化学状態で存在
Ø 事故時における燃料からの放出挙動や化学形態に影響© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation11

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

n ウランまたはプルトニウム酸化物に固溶：全FPのほぼ半数、Sr, Y, Zr, La, Ce, Nd等
n 酸化物析出相を形成：ウランまたはプルトニウム酸化物への固溶限度あり、Ba, Nb等
n 金属析出相を形成：Tc, Ru, Rh, Pd, Moの一部
n 揮発性FP：存在状態が完全には解明されておらず、状態に応じて、酸化物へ固溶、低温領域で凝縮相形成、CsI, Cs2MoO4, Cs2Te, Br, Rb, Te, I, Cs等
n FPガス：低固溶率で酸化物相に固溶、粒内または粒界にバブルとして析出、Kr及びXe© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation12２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.2 開発項目と現状分析(1/4)①事故時のFP挙動の解明
u シビアアクシデント（SA）時のFP挙動の基礎の解明が重要Ø実際の燃料体からのFPの放出とその移行については
Phébus FPプロジェクト実験の知見あり
Ø1F事故時に問題となったセシウムについては必ずしもデータが多くない
u 過去の知見との技術的なギャップを埋める新たな研究開発が必要© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation13

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.2 開発項目と現状分析(2/4)②1F事故時のFP挙動の実態解明
u 1F事故時のFP挙動とPhébus FPプロジェクト実験との対比を実施Ø現状、まだ1F事故時のFP挙動の把握は不十分
u 今後の対応
Ø実機のデータ収集と分析の継続Ø既存データおよび知見で理解できるものと新たなデータベースが必要なものとに弁別して実態を解明© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation14

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.2 開発項目と現状分析(3/4)③事故時FP挙動解析コードの整備と標準化
u 既存のSA解析コードをPhébus FPプロジェクト実験データに基づくベンチマーク評価に適用
Ø今後のSA解析の高度化に貢献
u 1F事故とPhébus FPプロジェクト実験データの技術的なギャップを認識ØSA解析コードを活用して解決© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation15

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.2 開発項目と現状分析(4/4)④アクシデントマネージメントへの対応
u 原子力発電所に関する新規制基準の制定
Ø発電プラントにおいては深層防護の考え方に則り、従来のレベル3を超えたレベル4対応を、アクシデントマネージメントとして明確化していくことが必要
Øその前提として、レベル4事象発生時のFP挙動に対する基礎的な知識を広く共有することが重要© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation16

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

核分裂生成物挙動関連の研究に係る導入シナリオ© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation17

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

2.3 研究方針および研究開発推進体制
u 1990年代後半まで
Øチェルノブイリ事故を受けてSAに関する研究が活発
Øヨウ素を中心とするFP挙動関連の研究が進展
u 2000年代
ØFPを研究対象とする研究者、技術者が減少
Ø今後、FP関連の技術を再整理し、次世代へ的確に技術伝承して行くことが不可欠
u 「シビアアクシデント時の核分裂生成物挙動」研究専
門委員会の設置（2017 年6 月）
Ø現状分析、関連データ収集、技術課題発掘を推進
Ø共通基盤技術の整備と同時に人と情報の整備への寄与を期待© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation18

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

シビアアクシデント時の核分裂生成物挙動研究専門委員会−３つのＷＧの役割分担と主要成果−© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation19

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術
核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術に係る技術マップ© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation20

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術
核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術に係るロードマップ© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation21

２．核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術

核分裂生成物挙動に関する共通基盤技術確立のための産官学の役割分担© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

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３．まとめu 水化学ロードマップ2020では、1F事故を契機にFP挙動に関する共通基盤技術の整備を行うこととした。
u そのため、日本原子力学会に「シビアアクシデント時の核分裂生成物挙動」研究専門委員会を設置し、技術継承を図りつつ活動を継続していく。

© 2019 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation23参考文献1) 日本原子力学会水化学部会「核分裂生成物挙動」研究専門委員会準備会、「Phebus FPプロジェクトにおける核分裂生成物挙動のまとめ – 福島プラント廃炉計画およびシビアアクシデンと解析への適用」、水化学部
会報告 #2017-0001 (2017).

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END

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