日本原子力学会シンポジウム「東京電力福島第一原子力発電所の廃炉」
第4回：確実な廃炉のために今すべきこと
2019年3月9日 機械振興会館

国際協力への提案

岡本孝司
2019年3月9日

Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS),

Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
0

Japan’s Organizational Structure
for Fukushima Daiichi NPP Decommissioning(MEXT) Ministry of
Education, Culture, Sports,
Science and Technology(METI) Ministry ofEconomy, Trade, andIndustry

Nuclear Damage Compensation andDecommissioning Facilitation Corporation

TEPCO

Role of CLADS :“Bridge” between Fundamental/ Advanced
R&Ds (international) and “Needs” or“Expectation” of TEPCO, IRID and NDF innear/mid/long-terms.

Forefront
International Research Institutefor Nuclear Decommissioning

Applied TechnologyR&Ds
Japan Atomic Energy Agency

R&Ds for advanced applied technologies
Infrastructure for R&Ds for decommissioning
and advanced R&Ds
Universities, Institutes
Fundamental Research1

廃炉国際共同研究センターでの具体的な取組

2• 海外からの研究者の招聘• 海外の研究機関等との共同研究• 廃炉に必要な研究分野について、外部の研究者、専門家を含めたワーキンググループを形成し活動
文部科学省「英知を結集した原子力科学技術・人• 材育成推進事業」の平成30年度新規分からは、原子力機構の補助金事業として実施

廃炉に向けた基礎・基盤研究の推進～廃炉基盤研究プラットフォーム～

3

 文部科学省公募事業採択者等と設置した「廃炉基盤研究プラットフォーム」を活用し、基礎基盤研究分野におけるシーズを廃炉へ応用していくための道筋をつける研究も 着実に実施する。

１．廃炉基盤研究プラットフォームの形成

２．国内外の研究者との国際ワークショップ開催『福島リサーチカンファレンス(FRC) 』
廃炉研究関連分野における最高ステイタスの会議とすることを目指す。
（平成30年度開催実績）① 廃棄物の分析技術開発に関する研究(H30年6/19-21、参加者：約60名、海外7名）② 1F事故の知見に基づく炉心溶融挙動の解明と燃料破損現象(H30年9/18-20、参加者：約100名、海外2名）③ 原子力施設における遠隔技術(H30年10/30-31、参加者：約80名、海外5名）④ 損傷燃料及び燃料デブリの取扱いに関する知見の共有（H30年11/5、参加予定者：約50名、海外12名）⑤ 廃炉遠隔技術のための耐放射線化、運用技術及び計測技術の高度化の展望（H30年11/26-28、参加予定者：約100名、海外27名）

富岡町「学びの森」

国際共同研究棟の整備 経緯

4目的
廃炉国際共同研究センターの中核となる国際的な研究開発拠点「国際共同研究棟」を １Ｆ近傍に整備し、国内外の大学、研究機関、産業界等の人材が交流できるネット ワークを形成しつつ、産学官による研究開発と人材育成を一体的に進める体制を構築 して、廃止措置を推進する。
経緯
H27年
4月 ：CLADS発足、開所式開催
5月 ：国際共同研究棟の設計開始
8月 ：福島県富岡町王塚地区に立地を決定
12月 ：富岡町王塚地区内の建設地を決定

開所式（H29.4.23）

H28年
2月 ：施工業者決定（株式会社安藤・間）
3月 ：富岡町と用地売買契約を締結
4月 ：安全祈願祭及び起工式開催、着工
H29年
3月 ：国際共同研究棟 竣工
4月 ：開所式及び開所式記念講演会

開所式記念講演会（「学びの森」）

国際共同研究棟の概要

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施設概要
用途： 研究施設
構造・規模： 鉄骨造、地上２階建て
建築面積 ： 1,096㎡
延床面積 ： 2,115㎡
高さ： 10.3m（屋上ルーパー12m）

主な設備
・走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型Ｘ線分光計
・多目的X線回析装置
・実験室 XAFS装置
・光ファイバーLIBS分析装置
・ガンマ線エネルギー分析装置
・蛍光イメージングリーダー・顕微ラマン分光装置
・制御棒ブレード破損試験装置
・水蒸気雰囲気での急速昇温反応炉 等

国際共同研究棟

実験室XAFS装置

ガンマ線エネルギー分析装置

多目的試験棟

制御棒ブレード破損試験装置

国際共同研究棟で実施中の研究例（１）6

分析基礎課程、発光スペクトル解明

レーザー遠隔分析技術に関する研究
実施内容：分光分析原理の検証
期待成果：核燃物質を用いた実証研究への反映

プラズマ発光の様子

発光スペクトル評価

可搬型遠隔分析装置開発

N

炉内現位置での組成分析への適用

N

放射性微粒子の挙動解明に関する研究

30 km
30 km

実施内容：微粒子確認と性状観察
期待成果：粒子起源・事故進展挙動解明への貢献

15日 3号機

15日 2号機

15 km

15 km

12日 1号機

Ratio of 110mAg/137Cs

Ratio of 110mAg/137Cs
0.0110.0110.0080-0.011
0.0080-0.0110.0060-0.0080
0.0060-0.0080
0.0040-0.0060
0.0040-0.0060
0.0023-0.0040
0.0023-0.0040
0.0012-0.0023
0.0012-0.0023-0.0012-0.0012
137Cs Inventory (MBq/m2)
137

多核種同位体比分析を利用した環境中の粒子分布(左)と、土壌から分離した放射性微粒子（右）70um

Cs Inventory (MBq/m2)

放射線可視化検出技術に関する研究
実施内容：密封線源による基本動作確認
期待成果：可視化センサの小型 高性能化

30

3010

1100.110.1

可視化
２線源イメージング

放射性物質
散乱体

高線量下（１ｍSv/h)

吸収体

小型高分解能のセンサー開発

線源からの放射線イメージング

国際共同研究棟で実施中の研究例（２）プラント内線源・線量率分布評価手法の開発

粒子輸送モンテカル
ロ計算コードによる線量率分布計算用3次元モデル（左 ）と1号機に対するプラン
ト内線量率分布の評価例（右）実施内容：理論計算と実測値を組み合わせた
PCV内線源・線量率分布評価手法開発
期待成果：最確評価手法の確立と1～３号機のPCV内線量率分布の推定

含水廃棄物の保管安全技術開発
実施内容：放射線照射装置の導入による材料腐食研究、並びに廃棄物の水分蒸発挙動の解析（電中研共研）
期待成果：含水廃棄物の合理的な保管等の検討に必要な評価手法の提示

7

崩壊熱の継時変化、残水の移動（ゼオライトによる吸い上げ、ゼオライト層内での還流）を考慮した、水分蒸発挙動を予測する解析コードを作成
セシウム吸着塔内の残留水の塩分濃縮の例
水蒸気流量：少BWR炉燃料破損メカニズムの解明
実施内容：制御棒ブレード破損試験、被覆管材の急速昇温試験
期待成果：制御棒ブレードやチャンネルボック
スの破損メカニズムの解明とモデル化、1F炉内状況把握への知見提供

装置内部

多BWR燃料集合体

試験体
試験体

水蒸気流量により事故進展傾向が異なる可能性制御棒ブレード破損試験装置（左）と加熱後試験体の状態（右）基礎・基盤研究の全体マップ(2019版・案）

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国際協力の必要性• 海外における過去の事故処理事例– TMI（米）、チェルノブイリ（露・ウ）、ウィンズケール（英）等• 海外における核燃料施設の廃止措置事例– セラフィールド（英）、マルクール（仏）、サバンナリバー（米）等• 国際研究が主流、または日本が遅れている分野– シビアアクシデント研究– IoT、災害ロボット等• 日本では実施が事実上不可能な研究– 核燃料を使った新規の研究– 大規模な研究(MCCI等)
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核燃料を使った実験• シビアアクシデント研究– 多成分・多相・多次元・物理・化学・・・・・・・・・ きわめて非線形– 国内の核燃料関連人材の不足（物理・化学・材料・放射線・計測・・・）

解析
理論評価
メカニズム
模擬実験

実機情報
（ミュオン、サンプリング等）

モデル化＆シミュレーション

実機の理解

核燃料利用
模擬実験
海外の設備、人材、知見
10International Cooperation in CLADSInternational Cooperation for 1F Decommissioning
The CLADS has been carrying out above research and development encountered 1F
decommissioning with concentrating wisdom and expertise from national and internationalcooperation.
 Major international collaboration in
CLADS is as follows; Radioactive waste management in thedecommissioning, Characterization of fuel debris and
MCCI product, damaged fuel handlingand treatment and storage,
 Investigation on severe accident
phenomenon and core degradation
process and etc.
 Multinational cooperation as IAEA andOECD/NEA are conducting.
11Collaboration on MCCI product analysis
Collaboration with JAEA and French Atomic Energy and Alternative Energies Commission (CEA)

Calculation by TOLBIAC-ICBMCCI Test Resultsin Fukushima simulated conditions

Oxide phasewith Si richConcrete richarea

Oxide phasewith Zr rich

Metal grain

Engineering scale MCCI Test Facility
VULCANO @CEA

Mixture of corium
and Concreate

Coriumrich area

1mm

SEM/EDS analysis

Oxide phasewith U rich

MCCI sample

Metallic phasewith Fe rich

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Example of Information exchange-BWR control blade degradationBWR control blade degradation, including its influence to channel box and fuel rods
degradation is a key issue which Japan and EU are interested in (as a trigger of fueldegradation).

JAEA

Steam flow rate highly influences the tendency on codegradation between molten control blade (SS-B4C) andChannel box (Zry)↓In steam-starved condition, co-degradation more likely
happens and it leads inhomogeneous distribution of molten
metallic material in the early phase of fuel degradation.
Quoted from H. Shibata et al., presented at TOPFUEL2016, Sep. 2016 @Boise, ID,USA.

QUENCH (KIT)Steam starvation effect before
fuel bundle reflooding↓Strongly degraded bundle afterIf steam-starved conditions
air ingress and quenching
happen before refooding, it can↓weaken protective effect ofAir ingress scenario, degradation
surface ZrO2 layer of Zry.
of Zry highly accelerated.
Quoted from M. Steinbrueck, presented at FRC in July 2017 @Tomioka, Japan.

13

Assessment of RadiologicalContamination< Collaboration with JAEA and LBNL >Radiation measurement in the bldgs.
of the FDNPS (1F)
JAEA

- Compact Compton camera- LIDAR (Laser Imaging
Detection and Ranging)- Photogrammetry- Robot/DroneSDF in theHigh DoseRate Fieldsof 1F

SDF (Scene Data Fusion) Technologyin the Environment
LBNL- Real-time 3D maps
onboard- 3D gamma-ray imaging- Multi-sensor data fusion- Localization andMapping Platform
HotspotsFoundComplex 3D Environment
Forest Contamination Mapping

Full 3-D mapping, contextual data fusion, and visualization ofradiation in the high dose-rate fields
14Collaboration with SRNL on a-Radiolysis
To contribute to rational estimation for H2-safety in disposal of a-waste forms and todevelopment of evaluation tool for aquatic reaction process in long-term change offuel debris, radiolysis experiments will be conducted with a-emitting nuclides in SRNL.
[This R&D activity will become an example for U.S. National Laboratory Fukushima Support Network]

CLADS (JAEA)SRNL Radiation research on water treatment
has been done since the 1F accident.

 A lot of kinds & amounts of a-emitters
are available for experiments.

 Radiolysis data and mechanisms (b, g)have been provided to 1F companies
such as TEPCO and TOSHIBA.

 Scientists, engineers & staffs are wellexperienced in utilizing and analyzinga-emitters in RAD laboratories.

KURIONHigh Integrity Container (HIC)

SUS pressurevessel

White spots are a-emitters

overflow

overflow

HIC (PE)
overflow

cavityhead space

upper lid
cushion rubber

supernatant water
reinforcement(steel)slurrySARRYLong-term storage of spent vessels

normalbox culvert (concrete)

Overflow of water from HIC wastes

mixing container

Reaction vessel for gas production

a-Emitter in cement matrix

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国際協力の推進
 JAEA/CLADSをハブとした国内外の研究推進 基礎基盤研究の全体マップの充実と改善• 英知事業（CLADS補助金）– 日英共同研究– 日露共同研究– （日仏共同研究）– （日米共同研究）• NEST (Nuclear Education, Skills and Technology)– OECD/NEA研究者養成プロジェクト– Project on Remote Technology (CLADS-東大提案)• 基盤研究としての共同研究の推進– 特に核燃料関連の研究
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