東京電力福島第一原子力発電所の廃炉「廃炉の論点と展望」

日本原子力学会 福島第一の廃炉に関わるシンポジウム
会 期
２０１８年３月１８日（日）会 場
東京大手町 サンケイプラザ

福島第一廃炉の課題

法政大学 デザイン工学研究科 客員教授
日本原子力学会東京電力福島第一原子力発電所廃炉検討委員会委員長

宮野 廣

第４回

日本原子力学会の組織体制
部会・連絡会

標準委員会

福島第一原子力発電所廃炉検討委員会
福島特別プロジェクト（2014年6月に設置）

福島復興・廃炉推進に貢献する学協会連絡会
３４団体が参加（2016年5月に設置）

炉物理
核融合工学
核燃料
ﾊﾞｯｸｴﾝﾄﾞ
熱流動
放射線工学
ﾋｭｰﾏﾝ･ﾏｼﾝ・ｼｽﾃﾑ研究
加速器・ﾋﾞｰﾑ
社会・環境
保健物理・環境科学
核ﾃﾞｰﾀ
材料
原子力発電
再処理・ﾘｻｲｸﾙ
計算科学技術
水化学
原子力安全
新型炉

海外情報、学生、原子力青年ネットワーク、シニアネットワーク、核不拡散・保障措置・核セキュリティー
1

福島第一廃炉の課題
項目
１ 背景（学会の体制、廃炉各組織の役割）
２ 福島第一廃炉のロードマップ
３ 福島第一廃炉の現状－廃炉の作業－４ 福島第一廃炉の論点
５ 福島第一廃炉の手順
６ 福島第一廃炉の技術課題
７ まとめ

2

１ 背景

福島第一の廃炉に取り組む組織と廃炉委の役割
東京電力（廃炉推進カンパニー）

原子力規制委員会
原子力規制庁
経産省・エネ庁

NDF

文科省
環境省など

（原子力損害賠償・廃炉等支援機構）

廃炉研究開発連携会議

東芝
日立・GE
三菱重工
ほか産業界

研究開発機関
国際廃炉研究開発機構(IRID)
日本原子力研究開発機構(JAEA)
各大学（ 東京大学､ 東京工業大学
東北大学 ほか）

日本原子力学会
福島第一原子力発電所
廃炉検討委員会

・技術の集約・統合
・異分野の結びつけ・知の統合

インタープリター
連携
他の学会

レビュー

発信
研究・開発
（研究者）

社会

福島第一廃炉の課題 （体制と役割）
廃炉の体制と役割分担○ 取り組み体制の課題
・責任を持つ体制
体制の一貫性と明確な責任の所在
・R&Dの目標と成果の見える化○ 仕組みの課題 （経営判断、PJ判断は誰が）・ ロードマップによる管理
効果的な運営管理の構築
研究開発の成果の反映
・ 海外からのR&D、技術提供を受け付ける仕組み
・ 国際社会と連携した知見の集約の仕組み （データベース化）

4

2 ロードマップ

福島第一廃炉の論点

ロードマップ とマイルストーン 2017年度版

2021

現在 2018

汚染水対策

現在

課題：溜め込んだ水の処分
建屋内滞留水処理完了

燃料取り出し課題：ハードの健全性の確認
1号機燃料取り出しの開始

課題：取り出し燃料の処分
２号機燃料取り出しの開始
３号機燃料取り出しの開始

燃料デブリ
取り出し

初号機燃料デブリ取り出し方法の確定

課題：リスクへの対応
初機燃料デブリ取り出しの開始

課題：取り出し工法の開発

ガレキ等
処理処分

課題：大量の放射性廃棄物の処理処分
安全性の技術的見通し

エンドステートからのバックキャストの考え方
5

福島第一廃炉の課題 （ロードマップ）
ロードマップの活用○ 福島第一原子力発電所の廃炉のロードマップ
・ その概要と課題－全体の工程を示す－マイルストーンの明示と実行の責任を明確にする－最新のデイリー管理とフォロー・対策の仕組みを作る－データの集約と管理、活用○ 本来のあるべきロードマップとは細部から全体まで「見える化」する。
専任の管理者・組織を置き、日管理、月管理、年管理を行う。
ロードマップによるプロジェクト全体の目標・成果管理を行う。

6廃炉の進捗概要
2011年12月【ステップ2＊完了】
プラントの状態を安定化する取り組み＊ステップ２•放射性物質放出管理、放射線量大幅低減の達成•冷温停止状態の達成

炉内調査
使用済燃料取り出し（中長期ロードマップの概要）

2013年11月

デブリ取り出し開始
2021年度内

解体

第1期

第2期

第3期

初号機の使用済燃料プール内の燃料取り出し開始まで（2年以内）

初号機の燃料デブリ取り出し開始まで（10年以内）

廃止措置終了まで（30～40年後）

汚染水対策( )内はステップ開始からの期間
汚染水発生量 150ｍ３/日に抑制 2020年内滞留水処理完了
2020年内
使用済燃料取り出し開始（1，2号機） 2023年度目処
廃棄物対策 処理・処分の方策見通し 2021年度頃○中長期ロードマップは、平成2９(201７)年９月２６日に改訂された。
○目標工程(マイルストーン)の明確化【燃料デブリ取り出し】
・号機毎の燃料デブリ取り出し方針の決定 ２０１７年夏頃目処(済)・初号機の燃料デブリ取り出し方法の確定 ２０１9©International
年度 Research Institute for Nuclear Decommissioning
・初号機の燃料デブリ取り出しの開始
２０２１年内

３ 現状

環境汚染と汚染水
提供：日本スペースイメージング（株）、(C)DigitalGlobe

対策の基本方針

方針１．汚染源を取り除く
・多核種除去設備等による汚染水浄化①・トレンチ内の汚染水除去②⑦地盤改良

方針２．汚染源に水を近づけない
・地下水バイパス③、建屋近傍井戸④・凍土方式凍結０℃完成（２０１６年１０月）⑤
・敷地舗装 ⑥⑤陸側遮水壁

１

地下
水の流
れ

③地下水バイパス
セシウム除去
淡水化

原子炉建屋

地下水位

上部透水層

タービン建屋④サブドレン
汲み上げ⑨タンク設置予定地①多核種除去設備

⑦水ガラス
地盤改良

②トレンチ
汲み上げ
海水面

難透水層
下部透水層

４⑥土壌浸透を抑える
敷地舗装

⑥敷地舗装

④サブドレン
汲み上げ

３③地下水バイパス

・水ガラスによる地盤改良⑦、海側遮水壁⑧・タンク増設⑨汲み上げ

２④建屋近傍の井戸（サブドレン）

方針３．汚染水を漏らさない雨⑧海側遮水壁②トレンチ内高濃度
汚染水除去

揚水井
ウェルポイント
地下水ドレン

難透水層⑤陸側遮水壁

⑤陸側遮水壁

⑧海側遮水壁

出典：経産省資源エネルギー庁資料より

原子炉、建屋の現状○○ 福島第一原子力発電所の現状（原子炉や建屋の状況）
各号機の作業状況
 各号機ともに冷温停止状態を継続
使用済燃料
プール(SFP)

建屋カバー

ﾌﾞﾛｰｱｳﾄﾊﾟﾈﾙ（閉止完了）

原子炉建屋(R/B)

上部ｶﾞﾚｷ
撤去済

原子炉
格納容器
(PCV)

３９２

注水

原子炉
圧力容器
(RPV)
燃料デブリ
ベント管

燃料取り出し用カバー

構台体

６１５

注水

ｸﾛｰﾗｸﾚｰﾝ1535/1535※

福島第一安全第一
福島第一
福島第一
安全第一
安全第一

（2014/12／22４時点）
５６６
体

注水体

移送済み燃料（体）

福島第一
安全第一

・がれき撤去の準備中

・PCV内部調査中

・SFP内より燃料撤去の準備中

トーラス
室
圧力抑制室

2号機
1号機
○ (S/C)各号機ともに冷温停止状態を継続

SFP内燃料は2014-12-22に取出完了

4号機

3号機

原子炉注水量

圧力容器底部温度

格納容器内温度

燃料プール温度

１号機

約29℃
14℃

１号機

14℃
約29℃

１号機

26℃
28.0℃

１号機

3/h
注水量：2.9m
4.3㎥/h

２号機

19℃
約34℃

２号機

約36℃
20℃

２号機

29℃
27.6℃

２号機

3/h
注水量：2.9m
4.5㎥/h

３号機

18℃
約33℃

３号機

18℃
約33℃

３号機

23.3℃
28℃

３号機2.8m3/h
注水量：4.3㎥/h
2015年8月26日現在
11:00 現在
2018年2月13日

出典：東京電力ホールディングスＨＰよりのデータを使用※４号機使用済燃料プール内の燃料は2014年12月22日に取り出し完了済み

福島第一廃炉に適用する研究開発等の拠点（福島県内）
欧州100基以上（仏58基）

ロシア圏45基以上
北米115基以上

日本45基
中国35基 韓国15基（米99基）

世界440基以上
世界の原子力発電所の数世界から、技術を日本、福島に結集する必要がある
10

福島第一廃炉に求められる技術開発 （ＰＪテーマ）
技術分野と重要な課題

以下は現在取り組まれている国の研究開発の分野を示す。

（注）ここには、除染・設備（機器・配管）撤去工法の開発はない。

11

福島第一廃炉の現状と課題○ 現在の開発・技術の状況
・ 周辺の状況：汚染の低下
・ 冷却循環水の処理：順調な汚染水処理。
地下水の流入回避したが、いくつかの課題もある。
閉冷却水循環は未完成であり、大量の処理水が溜まる問題が残っている。
・ SFPから燃料の取出し移動保管：4号機完了。3号機に着手。
・ PCV内燃料デブリ調査ほか：１，２，３号機それぞれに実施。
見えてきた格納容器内のデブリの状況、だが詳細な情報はこれから。
・リスクに基づく運用からは遠い状況○ 国プロにおける研究開発では、現場に適用する具体的成果はまだまだ不十分。
長期間の成果・知見の蓄積と活用法の仕組みが必要

12

福島第一廃炉の作業を考える

13

４ 論点

福島第一の廃炉の論点
論点１：バウンダリーがない→ 新たにバウンダリーを設置する→ 何を基準とするか

発電所敷地
バウンダリー
建屋カバー

使用済燃料
プール(SFP)

論点２：高い放射線、汚染が強い→ 作業員の被ばくが大きい→ 除染か、ロボットか

原子炉建屋(R/B)

原子炉
格納容器(PCV)

バウンダリー
からの漏えいによる飛散

原子炉
圧力容器(RPV)

３９２

注水体

港湾

燃料デブリ
ベント管

論点４：開放型の冷却システム→ 地下水の流入が大きい→ 閉ループの冷却システムを構築

トーラス室
圧力抑制室
(S/C)

汚染水の漏えい汚染水

発電所敷地境界

論点３：格納容器内の汚染が大きい
閉空間で見えない
破損で障害物が分からない→ 遠隔技術か、ロボットか地表等の汚染の飛散

論点５：溶融燃料、デブリの状態がわからない→ 溶融物の把握（場所、物理特性）→ サンプルの採取→ 把握の後、取り出し技術・方法を開発

14福島第一の廃炉の論点 （号機の差異）
事故炉の状況は、大きな差異はない。
燃料溶融が起き、炉内、炉外あらゆるところに溶融燃料や燃料と金属、コンクリートが融合したものが大きな塊、小さなか塊、粒子状、構造物に付着の様々な形態で存在している。

福島第一の廃炉の論点 （工法）
溶融燃料が大きな塊であるとすれば、それをどのように取りだすか、工法には３つの方法が考えられる。
① 同じ工法が全ての炉に適用できるか。妥当か。
② 溶融燃料の状況で、工法を適用すべきではないか。
③ 選択の判断基準、判断理由が得られるか。
15

５ 手順

福島第一廃炉の手順 （作業対象区域）

領域を下図のように分類する。

基本的な考え方E① 建屋カバーは、二次バウンダリを形成するものとして構築する。
この領域を（E)とする。
② 建屋内の機器フロアー部を（A)③ その下、建屋内1階フロア以上を（B)④ トーラス室内（C)⑤ 一次バウンダリとしてのPCV内を一括して（D）とする。

A
Bとして、区分除染。廃棄する。

DC

ＲＰＶ：原子炉圧力容器
ＰＣＶ：原子炉格納容器

福島第一廃炉の手順 （例：上部水中取り出しを中心に）
新格納容器（PCV)設置（環境条件として実施する作業）

除染作業項目

建屋内除染
建屋内除染・撤去

建屋内除染

建屋内構造物撤去

ＰＣＶ外壁止水

PCV外壁止水（仮防水）主要作業・要技術開発項目＊１

排水システムの設置

冷却システムの構築及び除染廃液システム共用

冷却システムの確保

ＰＣＶ外壁止水

閉冷却システム構築

PCV上機器フロア隔離室設置
PCV内上部除染

PCV上機器フロア接続構造改造

PCV内上部除装置装取付

隔離室設置

PCV内上部除染＊１
PCV上蓋の開放（同時進行可能な作業）

ＲＰＶ・ＰＣＶ内除染
RPV内部除染・撤去

除染・切断・搬出・装置の機材
RPV内上部除染ＲＰＶ銅部除去

ＲＰＶ内上部構造物撤去

RPV下部構造物撤去

ＰＣＶ内構造物撤去＊１

ＲＰＶ炉心部燃料・燃料デブリ撤去（切り出し→撤去）＊１

RPV内下部除染

ＲＰＶ内下部構造物撤去・燃料デブリ撤去（切り出し→撤去）＊１

RPV除染・撤去

ＲＰＶ切断・撤去（切り出し→撤去）

RPV底部の撤去＊１

RPV内炉心構造撤去

燃料デブリ除去

PCV内上部構造物撤去＊１

除去物質保管・処理・処分（例示） １ユニットをCRD・ハウジングとして、順次はずしていく
ＲＰＶ下部除去
ペデスタル下部除染・撤去

除染・中間構造物撤去(一部燃料デブリ含む）

PCV内下部除染・撤去

除染・ＰＣＶ内下部構造物(一部燃料デブリ含む）撤去

低部構造物・燃料デブリ撤去（切り出し→撤去）

＊１

計量管理

ＰＣＶ低部構造・デブリ除去＊１

廃棄物搬出装置・構造設置搬出

廃棄物建屋へ移動

廃棄物保管

17

＊１

６ 技術課題

福島第一廃炉での技術開発○ 廃炉では、どんな技術が必要とされるのか（例示）(1) リスク低減
・福島第一の廃炉作業における「安全目標」は、なにか、どこにあるのか。
・「リスク」で作業管理・・・具体的になにをするのか。
(2) 建屋の長期健全性
・建屋だけではない、構造全体の健全性はどこまで求めるのか。
・健全性の判断基準はなにか。
・長期（30年？）これまでの使用期間を超えて運用する健全性の評価の在り方は。

(3) 除染・設備撤去および燃料デブリ取り出しでの遠隔操作技術の開発
・設計基準を明確にする必要がある。
・どんな「ロボット技術」が求められるのか・実証試験などを、現場と一体となった組み込み、高放射線下、遠隔での「原子力安全」の確保を前提とした工法の検証に取り組むべき。
(4) 汚染水対策、廃棄物処理処分
・廃棄物の管理を含めた、安全確保の基準を明確にした取り組みが必要。
・エンドステートをにらんだ工法の開発が必要。

18

福島第一の廃炉の課題と学会・廃炉委の役割(1) 放射性物質のリスク評価法（作業員含む）
シナリオの見えない事象のリスク評価の在り方

安全目標とリスク評価
監視方法の開発・提言（リスク管理による工程管理をどのように行えるか）(2) 建屋・構造の長期健全性
大きく損傷した構造物の健全性評価の在り方

構造物全体はどこまで耐えるか（40年を超す構造物の長期健全性評価をどのようにおこなうか）(3) 燃料デブリ取出工法での遠隔操作技術
高放射線場での作業ロボット・システムの開発

ロボット技術
アイディア貢献（高度なロボット技術だけではなく人との協働も視野に入れたシステム化を考えなければならない）(4) 汚染水対策、廃棄物処理処分
長期間、場所の制限などの課題

廃棄物の観点より廃炉工法への提言（どこまで取り壊すべきか、廃棄物の処分をどのようにすべきか、コンセンサスの形成が必要）(5) 学 として技術課題
事故事象の未解明問題への対応

新知見への対応（全ての成果、データを構成に残し役立てることが学の重要な役割の一つである）

７ まとめまとめ－福島第一の廃炉の論点

基本的には福島第一の廃炉技術の研究開発にどのように取り組むか
これは、わが国として、国として取り組むべき国家プロジェクトである。
○ 福島第一の廃炉は国としてのプロジェクトである。このプロジェクトを動かす全体の責任は誰が持っているのか。責任ある体制を明確に作るべきであろう。”リーダーシップ“を持った責任者を置くことが必要。
○ 特別の廃炉の「安全目標」を明確にすることが必要である。
放射線リスク、発生費用、工期、設計基準を明確にしなければならない。
○ エンドステートを見据えた廃炉のシナリオが必要であり、総合的な放射性廃棄物の取り扱いを考えて進めなければならない。
○ 実効性のあるロードマップによるプロジェクト管理が必要である。
○ 技術課題・シナリオの見えない事象のリスク評価の在り方
・大きく損傷した構造物の健全性評価の在り方
・高放射線場での作業ロボット・システムの開発
・廃棄物保管の長期、場所の制限を考えた総合的な廃炉作業20

日本原子力学会 福島第一の廃炉に関わるシンポジウム会 期
２０１８年３月１８日（日）会 場
東京大手町 サンケイプラザ

第４回「東京電力福島第一原子力発電所の廃炉－ 廃炉の論点と展望」
福島第一廃炉の課題

ご静聴ありがとうございました。
本日は、よろしくお願いいたします。

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