本⽇の構成

廃炉措置 サマースクール

廃炉⽤遠隔技術とその設計論
2017年9⽉6⽇
楢葉町 JAEA 楢葉遠隔技術センター
国際廃炉研究開発機構 副理事⻑
東京⼤学名誉教授

新井⺠夫

 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

tamio‐arai@irid.or.jp

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning2

新井⺠夫 ⾃⼰紹介
 70 東京⼤学精密機械⼯学科卒
 77 同博⼠課程修了「⾃動組⽴の研究」で⼯学博⼠

 87〜 精密機械⼯学専攻教授
 00〜05 東京⼤学

⼈⼯物⼯学研究センター⻑ 12 芝浦⼯業⼤学教授

東京⼤学名誉教授

 13 国際廃炉研究開発機構 副理事⻑ ⾃動組⽴・⽣産システム
 丸棒―丸⽳挿⼊作業
 クレーンとロボットの協調制御
 産業⽤ロボット⾔語の標準化
 ホロニック⽣産システム（HMS)• セル⽣産⽅式の⾼度化• 技能伝達• 作業疲労の測定 ロボット 群ロボット制御
 ロボカップ(AIBO League)
 環境構造化 精密⼯学会会⻑(08〜10)

 サービス学会 初代会⻑(12〜16)
 サービス産業⽣産性協議会幹事
 ⽇本学術会議会員(11〜17)

本⽇の構成
 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量化作業
 研究開発課題例(ニーズ調査)

 設計とは サービス⼯学
 サービスの表現・評価
 プロダクトサービスシステム（PSS) サービス標準化

3©International Research Institute for Nuclear Decommissioning ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

4廃炉措置計画

原⼦⼒発電所の構造
原⼦炉建屋

 過酷環境︓放射性物質のリスク
 多分野複合技術︓ 連携作業、⼈材

気⽔分離機

燃料集合体

• 実際の内部状況が不明で⼿探りの状況• あらゆる事態を想定した対処の検討• 進捗によって廃炉措置全体の構想の変化

3F

制御棒

格納容器
圧⼒容器
(PCV)
(RPV)

使⽤済
み燃料
プール
4F (SFP)
11m

2F

再循環系
出⼝
ペデスタル

1F

 未踏分野︓ 開発の⽴案と変更
 ⻑期計画︓ ⼈材育成、産業技術化

DSピット

5.5
m
21m

• アクセスできる空間や使えるリソースの制約• 研究開発は国の仕事• 社会的課題としての廃炉

ドライウェル
34m

技
術

オペレーションフロア(5F)

蒸気出⼝
ノズル

46m

社
会

蒸気乾燥器

燃料集合体

46m

圧⼒容器（RPV）

タービン
発電機

20m

ベント管

トーラス室
（地下）

9m

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

サプレッション
チェンバ(S/C)©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

5

6

原⼦⼒発電所の建設

燃料デブリ取り出し（イメージ）

沸騰⽔型原⼦炉(BWR) 格納容器(PCV)

使⽤済み燃料
プールから燃料の
取り出し

過酷環境

圧⼒容器内部作業
・燃料デブリ取り出し
・内部構造材損傷状況

重作業

圧⼒容器内部調査
・燃料デブリ形態、拡散状況
・内部構造材損傷状況

加⼯・取出
作業、移動
エリアの除染取出

調査

格納容器内部調査
・燃料デブリ形態、拡散状況
・ペデスタル、格納容器
損傷状況

格納容器の⽔漏れ調査、⽌⽔除染
ペデスタル内外作業
・燃料デブリ取り出し
・構造材損傷状況

周辺機器の⽌⽔｢Browns Ferry Unit 1 under construction 1966.Sep.｣
Tennessee Valley Authority – TVA’s 75th Anniversary webpage

準備©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

7©International Research Institute for Nuclear Decommissioning8燃料デブリ取り出し（複数案）燃料デブリ取り出し
２０２１年〜

本⽇の構成

オペフロ︓1mSv/h

冠⽔⼯法

気中⼯法

 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

約25m

約35m

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

RPV︓1000 Gy/h

作業エリア︓3mSv/h
通路︓
5mSv/h 廃炉⽤ロボットの課題（機器開発のための想定）

バウンダリ構築 ⾼線量化作業
 研究開発課題例(ニーズ調査)

PCV︓100 Gy/h

（機器開発のための想定）

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

910

廃炉に向けたロボット開発

過酷事故直後に福島第⼀に投⼊したロボット

投⼊時期

役割

T-Hawk名称

2011 Apr.

⽬視調査（上空より）

3

Packbot

Apr.

⽬視調査、放射線量計測

17

WarriorJun.

障害物（ガレキ）除去2

Quince

Jun.

階上階調査

13

Sep.

放射線量計測(ガンマカメラ)

1
2

JAEA-3
サーベイランナー

2012 Apr.

トーラス室内部調査

適⽤回数

Dec.

トーラス室内部調査

FRIGO-MA2013 Apr.

エアロック室内部調査

61

⾼所調査ロボット
ASTACO-SoRA

Jun.

⾼所・狭隘部の調査

2

Jul. ~ Aug.

障害物（ガレキ）除去

1

Sep.

S/C 内⽔位計測Nov.

トーラス室内部調査

1
2

4⾜歩⾏ロボット

磁気クローラ装置
⽔上ボート
東京電⼒ホームページ>写真・映像ライブラリー>写真・動画
http://www.tepco.co.jp/tepconews/library/index-j.html©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

1112駆動系で分類

⽶国産ロボット
T-HawkWarrior3号機上空 (2011.4.15)

3号機⼤物搬⼊⼝のガレキ撤去

クローラタイプ・ロボット
CBRNE災害（科学、⽣物、放射性物質、核、爆発物）の際に、消防等の隊員に代わって現場に進⼊し、状況調査を⾏うことを⽬的に開発

Quince(2011.11.3)（国際レスキューシステム研究機構、千葉⼯業⼤学、東北⼤学が共同で開発）
ロボカップ2007、2009世界⼤会運動性能の部で優勝したクローラ型ロボットKenafを改良

PackbotiRobot社では『Packbot』を4500台以上⽣産

3号機建屋への進⼊ (2011.4.17)

FRIGO-MA

サーベイランナー

⾼い運動性能（階段、段差、ガレキ⾛破性）をもとに、映像
撮影、環境モニタリング、軽量物のハンドリングに威⼒を発揮
⽥所諭「閉鎖空間内⾼速⾛⾏探査群ロボット」2011
⽥所諭「国際レスキューシステム研究機構の活動」2011
千葉⼯業⼤学 未来ロボット技術研究センター(fuRo) http://www.furo.org/©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

1413

駆動系で分類

駆動系で分類

磁気吸着移動ロボット

サプレッションチェンバ（S/C）やベント管上の漏えいなどの調査を⾏うため、磁⼒で鋼鉄製壁⾯に吸着し、全⾯を移動可能なクローラを開発。
SC-ROV

S/C内⽔位をS/C外⾯より超⾳波で測定する
マグネットクローラ

S/C上の⻲裂、漏えいを調査
探触⼦（1ケ）（固定）カメラ

漏えい箇所調査の⽔上移動機構の⻑尺
ケーブル操作技術を確⽴するため、ベント
管下部周辺の状態を確認

⽔上ボート
ケージに格納し天井孔から滞留⽔中に着⽔させる

光ケーブル
定位型
⽔位測定装置マーカー
機構

マグネット⾞輪

探触⼦押付機構

1号機ベント管/サンドクッション
ドレン漏えい(2013.11.13)

ケーブル処理装置

調査カメラ

⾞輪リフト機構
ベント管上を移動し、 PCV接合部の漏えいを調査

装置吊り
下ろし・
回収装置

監視カメラ

VT-ROV
Ｓ／Ｃ内
⽔位測定
装置

⽔中カメラ

東京電⼒「福島第⼀原⼦⼒発電所 1号機ベント管下部周辺の調査結果について(1⽇⽬)」2013.11.13
遠隔技術タスクフォース WG2「遊泳調査ロボットの技術開発 実証試験の実施について」2013.10.31©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

1516駆動系で分類

駆動系で分類

⽔中ロボット(1)３号機⽔中ROV外観（モックアップ機）

トーラス室壁⾯の⽔没したペネ貫通部の漏えいを調査するための⽔中調査ロボットを開発。⽔中の漏えいを調査するために、超⾳波ソナーによるドップラ計測機能を装備する。

推進⽤スラスター

昇降⽤スラスター

中性浮⼒ケーブル

後⽅カメラ

上⽅カメラ(前/後)

トレーサ放出

ドップラ計測画像（反射波の変化）時間

前後進スラスタ

前⽅カメラ

⽔中ロボット(2)げんごROV

項⽬

仕様

外形⼨法

外径︓φ125mm
全⻑︓約300mm

重量約2000g（気中）

耐放射線性

200Gy

配管表⾯から
の反射エコー

トレーサの動き
トレーサ

パイプからの反射

垂直スラスタ

後⽅カメラ

トレーサからの反射

前⽅カメラ

垂直スラスタ
ソナー

クローラ

前⽅カメラ

トライダイバー

照明

後⽅カメラ
照明
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

17

作業⽬的で分類18

作業⽬的で分類

作業ロボット

除染装置およびPCV内部調査のアクセスルート確保、ならびに線量低減のために、無⼈重機を活⽤
双腕作業ロボット
ASTACO-SoRA

破砕ロボットBROKK(スウェーデン）サプレッションチェンバ(S/C)上⽅の真空破壊弁配管などの漏えいを調査するため、カメラ位置を上下伸縮可能なロボットを開発
カメラ

3号機⼤物搬⼊⼝周辺の障害物除去

S/C上部調査ロボット
伸縮継⼿

3.8m
真空破壊ライン

(2013.7.25-8.23)

⽔漏れ

調査カメラ
真空破壊弁

Bobcatテレランナー

⽔漏れ

0.8m

交換先端⼯具建設作業機器のロボット化©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

19©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

20

作業⽬的で分類

作業⽬的で分類

⾼所調査⽤ロボット

除染ロボット

原⼦炉格納容器漏えい箇所の調査・補修等の作業環境改善のため、現場の汚染状況にあった遠隔除染装置を開発

⾼所の狭い箇所などの構造把握と現場調査を⾏うため、・調査対象の周囲の構造物を⽴体的に表⽰する技術
・多関節を同時に制御するシステム
・アームが構造物に接触した際にその衝撃を吸収する制御技術を搭載したロボットを、産総研とHondaで共同で開発

4.0m

10mSv/h

天井

3.5m

9mSv/h2.5m

7mSv/hブラスト・吸引除染装置

サイクロンセパレータ
付ブラスト機

回収ホース

第2サイクロン
フィルタ集塵
セパレータ
ユニット

供給ホース
除染台⾞

ブロア

ブラスト材供給/回収設備

研磨剤を除染対象に噴射、表⾯を研削する⼯法。
噴射後の研削材（スチールグリット）を回収し、セパレータで汚染と分離後再利⽤。

⾼圧⽔除染装置

ドライアイスブラスト除染装置

ブラスト（径0.3mmスチールグリット）
壁面

産総研プレスリリース「『⾼所調査⽤ロボット』東京電⼒福島第⼀原⼦⼒発電所で稼働を開始」 2013 http://www.aist.go.jp/
Honda「⾼所調査⽤ロボット ASIMOの技術、福島第⼀原発へ」 2013 http://www.honda.co.jp/robotics/©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

作業⽬的で分類22

PCV内部調査⽤ロボット

本⽇の構成

PCV内部調査のため、100mmの配管の通過、グレーチング（格⼦状の鋼材）平⾯の⾛⾏、凹凸のクローラ型遠隔操作ロボット(2号機)
形状変化型ロボット(1号機)ある⾯上の安定⾛⾏可能な、⼩型ロボットを開発中
起き上がり機構
平面走行時

配管通過時
カメラ
形状変化

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

21

形状変化

カメラ＆ 配管通過時 温度計
照明
カメラ

線量計

平⾯⾛⾏時

クローラー
小型クローラ

カメラ＆
照明

カメラ

カメラ

カメラ

クローラー

CRDレールからペデスタル内部に進⼊
小型クローラ 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

 廃炉⽤ロボットの課題【1号機】
X-100B ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

ペネトレーション(φ115mm)

【2号機】
X-6

ペネトレーション

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

23

24©International Research Institute for Nuclear DecommissioningPCV内部調査⽅針

原⼦炉格納容器（PCV）内部調査

1号機

PCV内部調査の⽬的

2号機●燃料デブリ取り出しに向けて、原⼦炉格納容器内の燃料デブリの位置、状況を調査する●圧⼒容器を⽀持するペデスタル等の状況を確認する調査および調査装置の開発⽅針

3号機

CRDﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ
⽔位約3m

⽔位約6.5m

⽔位
約0.3m

漏⽔

1号機

2号機

3号機

・溶融燃料は、ほぼ全量がRPV下部プレナムへ落下、炉⼼部には殆ど燃料が存在せず・溶融した燃料のうち、⼀部は下部プレナムまたはPCVペデスタルへ落下、
燃料の⼀部は炉⼼部に残存と推測

・燃料デブリのペデスタル外側までの拡散の可能性から、ペデスタル外側の調査を優先・ペデスタル外側までの拡散の可能性低く、ペデスタル内側の調査を優先
・3号機はPCV内の⽔位⾼く、1・2号機で使⽤予定のペネが⽔没の可能性あり、別⽅式の検討要

核燃料︓約69トン

核燃料︓約94トン

核燃料︓約94トン

デブリ量(ﾄﾝ)
炉内
15ﾄﾝ
炉外
264ﾄﾝ

炉外のデブリ量(ﾄﾝ)
解析等
195ﾄﾝ
ミュオン調査0〜30ﾄﾝ

デブリ量(ﾄﾝ)
炉内
21ﾄﾝ
炉外
343ﾄﾝ

ペデスタル外側調査を優先(デブリのシェルへの到達状況)

作業員アクセス⼝

デブリのイメージ

ペデスタル内側調査を優先(プラットフォームの
損傷状態)

損傷なし

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

25

PCV内部のロボットによる調査
ペデスタル外側の調査（１号機）

ペデスタル内側の調査（２号機）○クローラ型遠隔調査ロボット（A2調査）○形状変化型ロボット（B2調査)

狭隘部
⾛⾏時

狭隘部⾛⾏時

⼀部破損

⼤規模破損

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

26

26

PCV内部のロボットによる調査
 燃料デブリの広がりや格納容器内の損傷状況をさぐる
 1号機格納容器内 ペデスタル外グレーチング上を移動し、カメラ付き線量計を⽔⾯下に投⼊して調査 2号機格納容器内 ペデスタル内
変形

CRD レール

調査時

変形

調査時

CRDレールを経由して直接ペデスタル開⼝部へ侵⼊

 3号機格納容器内 ペデスタル内

⽔位が⾼いため、遊泳ロボットを採⽤
着⽔後、潜⽔によりペデスタル⼊⼝から内部へ

ペデスタル内側の調査（3号機）
昇降⽤スラスター（注）上の写真はB1調査時のロボットです。

A︓ペデスタル内部
B︓ペデスタル外部
１＆２︓回数推進⽤スラスター
照明

前⽅カメラ○⽔中遊泳型ロボット©International Research Institute for Nuclear Decommissioning
27

28©International Research Institute for Nuclear DecommissioningPCV内部調査︓

PCV内部調査 の特性(1)【1号機】
X-100B

ペネトレーション(φ115mm)

課題︓「映像」「温度」「線量率」情報の収集（１）狭隘空間（φ100mm）と安定⾛⾏の両⽴（２）過酷環境 (⾼線量，暗闇，蒸気雰囲気等)（３）放射性物質の⾶散防⽌
PCV外

PCV内

1000Gy 耐放射線装置構成イメージ

放射線に弱い制御回路を制御装置側（低放射線環境下）
へ移設

ｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟ(X-100Bﾍﾟﾈに設置)

バウンダリ構築ｹｰﾌﾞﾙ
送りﾄﾞﾗﾑｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟとの
取合部

【2号機】
X-6

ペネトレーション「映像」「温度」「線量率」情報の収集

CCD

形状変化型
ﾛﾎﾞｯﾄ

ﾚﾝｽﾞ
ｶﾒﾗﾍｯﾄﾞｹｰﾌﾞﾙ

ｶﾒﾗﾍｯﾄﾞ変形

ガイドパイプ⾛⾏時

制御回路

放射性物質⾶散防⽌装置（ﾁｬﾝﾊﾞｰ）

課題︓（１）狭隘空間（φ100mm）と安定⾛⾏の両⽴（２）過酷環境 (⾼線量，暗闇，蒸気雰囲気等)（３）放射性物質の⾶散防⽌（４）遮へいブロックの遠隔取外し

制御装置

ｹｰﾌﾞﾙ

PCV内部調査 の特性(2)ペデスタル内部調査

PCV内
低放射線
環境下に
設置

チャンバ

ガイドパイプ

グレーチング⾛⾏時
温度計

プラットホーム進⾏⽅向CRDレール

クローラ（2個）
調査装置を内包

ガイトパイプ進⾏⽤カメラ

形状変化機構

調査⽤
カメラ

PCV
ペネトレーション
線量計©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

29

30

PCV内部調査︓

クローラ型遠隔操作ロボット(サソリ型)
・内径約φ100mmのガイドパイプを通過。

後方カメラ＆照明

・調査時は後⽅カメラを起こし、後⽅カメラによる
⾼い空間認知性（＋起き上がり）を実現。
・集光度の⾼い追加照明により、霧滴中における視認性を向上。
・耐放射線性︓1000Gy以上（積算）・気密性のあるチャンバから装置を送り出すことで作業中の放射性物質の⾶散を防⽌。
後⽅カメラ＆照明
追加照明
前⽅カメラ＆照明

【2号機】
X-6

ペネトレーション

追加照明

クローラ
前方カメラ＆照明

リスク対策として、CRDレール上の堆積物除去装置及びペデスタル内事前確認装置（代替調査⽅法）も開発。
⾼圧⽔ノズル

後⽅カメラ
クローラ
前⽅カメラ

クローラ
モックアップでのプラットホーム上調査

スクレーパ

堆積物除去装置

ペデスタル内事前確認装置©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

31

PCV内部のロボットによる調査 技術的課題の例
 ⾼線量率環境への対応
 〜数⼗ Gy/h, 累積線量〜数百 Gy
 耐放射線性の⾼い電⼦機器、測定器、カメラの採⽤ 照射試験による確証、測定誤差の検証
 PCVバウンダリの確保
 ロボットサイズ ＜ 貫通⼝径（⾛破性、搭載機器制約）
 隔離弁の追設、シール機構、窒素加圧管理
 チャンバー内にユニット化されたケーブル送り機構、ロボット
 現地施⼯の取合い、PCV外装置設置エリア作業線量率の低減
 ケーブル，ケーブルマネジメント
 乱巻の抑制、⼲渉物の回避、ロボット放置時の処置
 ケーブル重量＜ロボットのけん引⼒（調査範囲を制約） ケーブルサイズ・特性 [動⼒、制御、通信]（搭載機器を制約 ） オペレーション
 （損傷）環境に応じた⾛破性
 ⾃⼰位置の確認⽅法、俯瞰カメラ、後部カメラ、ランドマークの活⽤ 徹底した訓練、実機モックアップ試験※

東京電⼒HD web

32©International Research Institute for Nuclear Decommissioning1号機 B2

1号機 B２調査ロボット「PMORPH（ピーモルフ）」 PMORPH
ガイドパイプ⾛⾏時︓ ⻑さ699mm× 幅72mm× ⾼さ93mm
グレーチング⾛⾏時︓ ⻑さ316mm× 幅286mm× ⾼さ93mm
幅20mm×⾼さ40mm
ケーブル︓⻑さ3.5m
約10kg
カメラ×5、放射線線量計×1
約1000Sv以上

本 体 ⼨ 法
センサユニット⼨法
重量
ス ペ ッ ク
耐放射線性

⾛⾏⽤カメラクローラ部

Ｉ型(ガイドパイプ通過時)【調査⼯法】
Ｂ２調査装置が１階グレーチング上を⾛⾏。
線量計・カメラを降下させる。

作業員
ｱｸｾｽ⼝

Ｂ２調査装置

時計回りルート

PCVｼｪﾙ
燃料
ﾃﾞﾌﾞﾘ

PCV底部断⾯

ウインチ確認⽤カメラ(内部)

センサユニット
計測⽤カメラｶﾞｲﾄﾞﾊﾟｲﾌﾟ通過⽤ｶﾒﾗ【調査⽬的】① 燃料デブリの広がり状況の確認② 燃料デブリのPCVシェルへの到達有無の確認
RPVﾍﾟ
ﾃﾞｽﾀﾙ

ウインチ部

【実施時期】

作業員
アクセス⼝

2017年3⽉

コ型(平⾯⾛⾏時)

1号機 B2PMORPH

１号機ペデスタル外調査（B2調査）

線量計・カメラ（計測ユニット）【取得情報】• 降下ポイントの⾼さ⽅向の線
量率分布• 地下階床⾯の近接映像

放射線線量計(内部)

組合せ評価
LED

燃料デブリの広がり（イメージ）①、②を判定計測⽤カメラ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

33

34

2号機 A2サソリ

２号機ペデスタル内上部調査（A2調査）【調査⽅法】
 カメラによる撮影【実施時期】
 2017年1〜２⽉
１.事前確認装置
ガイドパイプペネ内事前確認

調査⼿順

１.ペデスタル内事前確認

２.レール上堆積物除去

３.A2調査2017年1⽉30⽇実施

2⽉9⽇実施2⽉16⽇実施

２.堆積物除去装置

３.A2調査装置

カメラ

パンチルトカメラ・照明

２号機ペデスタル内調査結果

調査⽇︓2017年1⽉30⽇
ペデスタル壁⾯

CRD交換機C部

スロット開⼝ペデスタル開⼝内部右側壁⾯
CRD交換機

後⽅カメラ＆照明

テレスコピック機構

スクレーパ板クローラ

CRDハウジング

X-6ペネ

C部

CRDレールペデスタル

CRDプラットホーム

B部

グレーチング
脱落部

スロット開⼝CRDプラットホーム

A部

ペデスタル開⼝内部
左側壁⾯

B部

ペデスタル開⼝内部
側壁⾯

CRDレール

A部
CRDレール▶ CRDプラットホームのグレーチングが脱落しているが、フレームは残存している。
※上記画像は、東電HDにて鮮明化した画像をもとに画質改善したものを全天球化©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

35

３DCADイメージ洗浄ノズル
前⽅カメラ＆照明

パンチルト
カメラ

2号機 A2
サソリ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning36

３号機ペデスタル内調査

調査⽇︓2017年7⽉19〜22⽇【調査⽅法】カメラによる撮影【実施時期】2017年7⽉

3号機
ミニマンボ
ウ

３号機⽔中ROV外観（モックアップ機）
推進⽤スラスター
昇降⽤スラスター

中性浮⼒ケーブル

CRD
ペデスタル
開⼝部
⼩型⽔中ROV

X-53ペネ
CRDレールCRDスロット

プラットホーム
X-6ペネ

PCV

項⽬

仕様

外形⼨法

外径︓φ125mm
全⻑︓約300mm

重量約2000g（気中）

耐放射線性

200Gy

作業員アクセス⼝① 配管貫通部（X-53ペネ）からアクセスしペデスタル内に侵⼊。プラット
フォーム、CRD下部の損傷状況を確認する。
② ペデスタル地下階へのアクセスルートを確認する。
③ 地下階への進⼊が可能であれば、ペデスタル底部デブリの堆積状況や作業員アクセス⼝からペデスタル外へのデブリの流出状況を確認する。

後⽅カメラ
前⽅カメラ

照明

照明
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

38

37

本⽇の構成

今後の展開を考える
 PCV内調査の拡充︓燃料デブリの所在（分布・量） 得られた情報の活⽤ 獲得したノウハウ（例） バウンダリの確保、ケーブルマネジメント、確実な回収、耐放射線を考慮した機器、PCV外準備作業
遠隔操作、モックアップ訓練の効果 etc
 教訓・課題（例） ⾛破性、⼲渉物（損傷機器）への対応、堆積物
 ⾃⼰位置確認
 ロボットサイズ、機能拡張、貫通部⼝径の拡⼤ etc
 RPV内の調査

 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか

 燃料デブリのサンプリング
39©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

39

40©International Research Institute for Nuclear DecommissioningPCV内部のロボットによる調査 技術的課題の例(再掲)

廃炉ロボットの課題
福島第⼀原⼦⼒発電所の事故対応

使⽤済み燃料
プールから燃料の取り出し

放射性物質によるリス
クから⼈や環境を守る

圧⼒容器内部調査
・燃料デブリ形態、拡散状況
・内部構造材損傷状況＜廃炉措置＞• ⼈が近づけない⾼放射線環境• 安全最優先で着実な調査や作業
ロボット技術を活⽤した

遠隔基盤技術作業、移動エリアの除染

格納容器内部調査
・燃料デブリ形態、拡散状況
・ペデスタル、格納容器
損傷状況

格納容器の⽔漏れ調査、⽌⽔＜課題の難しさ＞• 実際の内部状況が不明で⼿探りの状況• 想定ベースの仕様設定• アクセスできる空間や使えるリソースの制約• ⾼信頼な特注製品• あらゆる事態を想定した対処の検討• ⼈間機械系の導⼊• 進捗状況によって廃炉措置全体の構想の変化• 開発途中での仕様変更©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

41

電⼦機器に対する放射線の影響

 ⾼線量率環境への対応
 〜数⼗ Gy/h, 累積線量〜数百 Gy
 耐放射線性の⾼い電⼦機器、測定器、カメラの採⽤ 照射試験による確証、測定誤差の検証
 PCVバウンダリの確保
 ロボットサイズ＜貫通⼝径（⾛破性、搭載機器制約）
 隔離弁の追設、シール機構、窒素加圧管理
 チャンバー内にユニット化されたケーブル送り機構、ロボット
 現地施⼯の取合い、PCV外装置設置エリア作業線量率の低減
 ケーブル，ケーブルマネジメント
 乱巻の抑制、⼲渉物の回避、ロボット放置時の処置
 ケーブル重量＜ロボットのけん引⼒（調査範囲を制約） ケーブルサイズ・特性 [動⼒、制御、通信]（搭載機器を制約 ） オペレーション
 （損傷）環境に応じた⾛破性
 ⾃⼰位置の確認⽅法、俯瞰カメラ、後部カメラ、ランドマークの活⽤ 徹底した訓練、実機モックアップ試験※

東京電⼒HD web

42©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

グレイとシーベルトの関係

１号機: 原⼦炉建屋内線量: １階約数ミリ〜約4000mSv/h以上(南側)
２号機: 原⼦炉建屋内線量: １階約数ミリ〜約30mSv/h、オペフロ最⼤880mSv/h
３号機: 原⼦炉建屋内線量: １階約20ミリ〜約4000mSv/h以上(北側の⼀部)、オペフロ最⼤約2000mSv/h
構成要素部品の放射線耐⼒を把握し、遮蔽材なしでの⾼放射線下の運⽤可能性を検討
参考︓ガンマ線の影響を1/10とする遮蔽 = 鉛版︓2-30mm ／ 鋼鉄︓7-80mm

カメラ
計測⽤
センサ

線源

レンジセンサ電池/CPU/モータドライバ

ガンマ線照射試験

ガンマ線照射試験(20Gy/hour-40Gy/hour）
スキャナ式レンジセンサ

124Gy

カメラ

169Gy

CPUボード、電池
モータ・ドライバ
無線機、LANハブ
３次元距離画像センサ
広⾓ネットワークカメラ
通信デバイス等

200Gy以上

1Gy/hourの⾼放射線下でも100時間以上の動作が可能「汎⽤重機やロボットにおける耐放射線評価と管理⽅法の基本的な考え⽅」対災害ロボティクス・タスクフォース 2011年4⽉27⽇

電気事業連合会 デジタルパンフレット 「原⼦⼒・エネルギー図⾯集」

43

http://fepc-dp.jp/©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning44

原⼦炉建屋・作業エリアの除染

遠隔制御

従事者の線量限度︓1年間で50ｍSv、5年間で100mSv
作業エリア︓3 mSv/h、アクセスルート︓ 5 mSv/h

除染技術開発の課題

漏えい箇所調査、補修等の各種作業を円滑に進めるためには、作業場所の環境改善が必要
課題

調査活動(無線)

無線は⾒通ししか通じない
無線LAN●⾼線量エリアでの作業⇒ ・遠隔技術の確⽴●多様な汚染形態／多様な作業場所への対応要・対象部位ごとの仕様検討・開発
１~３号機の放射線量状況 2014年~2015年調査
2012年~2013年調査
1号機1階
3

2号機1階

1.2
5
20 11.4
1.2 4.5
上部
5 1.3
4.5 6.5
8.0 3.0
1.５3 100
6.5 3.0
1.7
1
上部
4.5 22.0
2.0
10
15
4.5
9.0
1.5
50
X100B
4
2
1200
2.2 2.52
2.5
7.0 7 2.6
3.5
上部
3.5
1700
2.7
X40B表⾯
7.0
2.4
3.5
MAX 23
2.7
X49表⾯
4.0
2.5
3.5 2.5
MAX8003.5 3.2
4.5
5.0
2.2
3.5
床近傍
4.0
2100
3
6.0
100
6
230
5.0
4
5.0
6.0
5.5
6 20
ファンネル直上 床貫通部
4.5 7.0202200 4700
6 23
5 5.5
15 42
40 95
7.0 7.5
6.5659
7.0 8.02031280
6.5 6.5
20 60
300 2201100
120 54 247
52
150
5
1662
90
290
1820 314
800 1097
5.0
8
9
139
167
15
138 91 290
26
600
60
10
48 1271.2
1.9

3mSv/h 以下

3mSv/h 〜10mSv/h

10
6.7

30

RCIC-26

表⾯130

9.0

2.1
9.0
6.0 4
4.8
7.3
14 15
7 7.8
20
13
11
18
10 10
9
20 7.09.1 15 5.5
13 18
25 25
3 12 1312410
7.9 918 4.5 7.3
14
1040
3.6 2.5
8.0
7
6.5
8.0
4.0 6.0
25
8
7.9

11

7.0

8.1
36.0

315°側上部

28〜60

7.3

10
19

10mSv/h 〜20mSv/h

無線/有線
LAN

3号機1階

6.5
10
25
8 6.0 5.6 7
6.5
13
7 2.5
5 4
15 8.513
8.0 5
24 7.55.3
4.8 4.2
14
7.0
5 5.1 5.1
5.8
1214
7.0 8.0
8.0 4.5
13
13
5.9
5 5.5
4.2
10
5.5
5.4
7.0 6
24 4.9
X6 6.5
サンプラック
8.5
1.4 46.0 4.5
6.5 15 5.4
前28
4.7 1512
4.8
9.0 上部ペネ近傍20〜69 計装ラック4.8 4 5.5
3.5
4.1
6.2
前22
4.0 8.0 下部ペネ表⾯7〜220
6.5
3.6
1.8
5

エアロック
（作業員出⼊り⼝）

サポート(有線)

20mSv/h 〜50mSv/h

操作卓

27 53
20
44 50 2037
20
50 155 46 50
21
27 56
63
24 37.51
36 90
45 44
34.12
203.1
30 19 1523
50 124981510 22 21
22152712 27.5
105
2290
18 40
19 28
55
200
9
床表⾯ＭＡＸ
22
21.74

430

8

移動中に配線がからまる、切れるなどを回避する、
配線の「繰り出し／巻き取り機構」が必要
光ケーブル

4780

14
35
13
68.88
31

リール本体

35
80
16
26
45
31
41 3469.8
3560
9.2
28 58 91.6
43 50 1352 65.591410
30 46.2 405734221415 9.731147563 100 35
35
11
40
7 2.2
7.2
2.3
14 9.0
8.5
4.5
7.4
96

50mSv/h 以上「建屋内の空間線量率について」
東京電⼒ H25.3.22を参考に作成繰出し装置

Quince

4⾜歩⾏ロボット
⽔上ボート

千葉⼯業⼤学 未来ロボット技術研究センター(fuRo) http://www.furo.org/
千葉⼯業⼤学、東北⼤学、国際レスキューシステム研究機構プロジェクトチーム「Quinceによる福島原発対応」2011.6.8©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

ケーブル繰出し©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

4645

原⼦炉格納容器（PCV）内部調査

燃料デブリ取り出し（複数案）燃料デブリ取り出し
２０２１年〜

PCV内部調査の⽬的

オペフロ︓1mSv/h

気中⼯法

約25m

冠⽔⼯法

約35m

●燃料デブリ取り出しに向けて、原⼦炉格納容器内の燃料デブリの位置、状況を調査する●圧⼒容器を⽀持するペデスタル等の状況を確認する調査および調査装置の開発⽅針

RPV︓1000 Gy/h

作業エリア︓3mSv/h
通路︓
5mSv/h（機器開発のための想定）

バウンダリ構築

PCV︓100 Gy/h

（機器開発のための想定）

1号機

2号機

3号機

・溶融燃料は、ほぼ全量がRPV下部プレナムへ落下、炉⼼部には殆ど燃料が存在せず・溶融した燃料のうち、⼀部は下部プレナムまたはPCVペデスタルへ落下、
燃料の⼀部は炉⼼部に残存と推測

・燃料デブリのペデスタル外側までの拡散の可能性から、ペデスタル外側の調査を優先・ペデスタル外側までの拡散の可能性低く、ペデスタル内側の調査を優先
・3号機はPCV内の⽔位⾼く、1・2号機で使⽤予定のペネが⽔没の可能性あり、別⽅式の検討要©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

47©International Research Institute for Nuclear Decommissioning48

モックアップ試験

本⽇の構成
 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

右写真のモックアップ範囲

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

試験棟

 設計とは楢葉モックアップ施設全景
試験棟

楢葉モックアップ施設計画

研究管理棟

 ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか

遠隔操作機器実証
試験エリア

福島第⼀原⼦⼒発電所廃⽌措置のための研究開発拠点整備と将来構想 2014年2⽉17⽇ ⽇本原⼦⼒研究開発機構©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

49

50

ニーズの洗い出し31件ニーズの分類

 PJ固有の課題のうち、⾃分たちだけでは解決が難しく、⼤学等研究機関の⼒を借りたい、研究開発ニーズ（基礎・基盤技術）を集約。

31件のニーズ※
関連するプロジェクト※︓2016.4時点

ニーズ件数

使⽤済燃料プールからの燃料取出し技術

2

除染・線量低減技術

1

PCV補修・⽌⽔技術

11

内部調査・分析・評価技術8

燃料デブリ取り出し技術

7

廃棄物処理・処分技術

2• ﾏﾝﾏｼﾝｲﾝﾀｰﾌｪｲｽ• ⻑期健全性評価• 軽量遮へい材• 簡易分析技術
• デブリ基礎試験

2
2

5

1
2

12
5

2

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning51

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ
遠隔監視・検査
遠隔補修
新材料
形状認識
耐放性カメラデブリ検知
その他©International Research Institute for Nuclear Decommissioning52

遠隔除染技術の開発
遠隔除染技術の開発⽅針

格納容器補修・止水技術の開発
補修・⽌⽔の⽬的●操作性➜吸引●表⾯の堆積物を回収あるいは除去➜⾼圧⽔噴射●表⾯の固着物を除去●塗膜あるいはコンクリートに浸透した汚染を除去 ➜ドライアイス・ブラス●コンクリートに浸透した汚染をコンクリートごと除去 ト
➜ブラスト
⾼所⽤
低所(床、下部壁⾯)⽤

課題（ニーズ）分類

3.遠隔運転技術の操作性を向上させる（オペレーター
⽀援、オペミス回避等）

ﾏﾝﾏｼﾝｲﾝﾀｰﾌｪｲ
ｽ技術

試験⽤昇降設備

伸張

回転アーム

吸引／ブラスト

 【⽬的１】⼀次バウンダリのPCVに⽔を張るため以下に⽰す⽌⽔対象箇所の⽌⽔⼯法を開発する。
 【⽬的２】原⼦炉建屋（⼆次バウンダリ）地下階のトーラス室壁⾯貫通部から隣接建屋へ漏えいを防⽌するため、トーラス室壁⾯貫通部の⽌⽔⼯法を開発する。
 【⽬的３】燃料デブリ切削時に発⽣するデブリ粉（α核種）を含んだ⾼濃度汚染⽔を極⼒⼀次バウンダリ（PCV）内に閉じ込めるため、PCV→トーラス室漏えい量（①）の低減するとともに、PCV⼩循環ループ（②）によりデブリ粉を回収する。
PCV上部⽌⽔対象箇所
1. D/Wペネ（配管ベローズ、電気ペネ等）
2. 機器ハッチ
3. PCV接続配管
4. D/Wシェル（１号機）

上部階⽤除染装置（試験⾵景）

⾼圧⽔噴射

上部階⽤
100m

コンプレッサー台⾞ 除染ユニット台⾞

40m

20m

②

①

作業台⾞

ドライアイス
ブラスト

PCV下部⽌⽔対象箇所
1. S/C脚部補強
2. ベント管3. S/C内充填（クエンチャ、ストレーナ、ダウンカマ）
4. PCV接続配管
5. 真空破壊ライン（１号機）
︓⼆次バウンダリ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

53

54

ベント管止水

格納容器（PCV）内部調査
PCV内部調査ロボットの開発

⽌⽔材

遠隔装置（マニュピレータ）

閉⽌補助材設置後に⽌⽔材を投⼊、S/Cを冠⽔保有範囲から切り離す。

S/C・ベント管への⽳あけ、⼲渉物撤去等。

課題（ニーズ）分類

4.遠隔施⼯による作業完 遠隔監
了確認（漏えい有無） 視技術
5. 経年劣化等による漏えい検知

20. 追従性の⾼い⽌⽔材の選定【今期国プロ】

遠隔装置
R/B１階床課題（ニーズ）

分類

8. 穿孔作業前の⽔素濃度の遠隔⾮破壊測定

残留⽔素⾮破
壊検知技術

S/C

ベント
管

材料

●約φ100mmのガイドパイプを通るスリム形状と、PCV内での安定した⾛⾏能⼒の両⽴●過酷環境（⾼放射線量、暗闇、蒸気雰囲気等）における運⽤と、 「映像」「温度」「線量率」情報の収集
起き上がり機構
温度計
カメラ＆形状変化型ロボット
サソリロボット

形状変化

閉⽌補助材設置後に残存する隙間を⽬詰め、流⽔経路を縮⼩する。

課題（ニーズ）

分類

20. ⽬詰め性・追従性の⾼い副閉⽌補助材の選定【今期国プ
ロ】

材料

線量計
平⾯⾛⾏時

φ115mmのペネトレーションからPCV内に進⼊

⽌⽔材投⼊前に⽔みち（隙間）を縮⼩するための仮堰を構築する。
課題（ニーズ）分類●燃料デブリ視認

11.閉⽌補助材の挙動を解析評価して有効性を事前に確認

15. 滞留⽔中（濁⽔） 形状認識技術
での視認性向上。
（濁⽔中）

20.漏えい量が増加した時
材料、の追加補修材の選定、補 補修
修⽅法【今期国プロ】
技術

CRD*レールからペデスタル内部に進⼊

【2号機】
X-6

ペネトレーション

課題（ニーズ）

分類

CRD レール

滞留⽔（堆積物浮遊）燃料デブリ（イメージ）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

55*CRD︓制御棒
駆動機能

クローラー

(φ115mm)

閉⽌補助材

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ技術

カメラ

耐放射線要件
100Gy/h
1KGy累積【1号機】
X-100B

ベント管膨張への追従・⽌⽔部劣化対策に⽤いる補修材が必要。

分類

カメラ＆
照明

クローラー

ペネトレーション

補修材
課題（ニーズ）

カメラ

照明

配管通過時

副閉⽌補助材遠隔監
視技術

9.⽌⽔の⻑期健全性（放 ⻑期健
射線、⽔質、錆、地震
全性評等）の評価⼿法
価技術

︓⼀次バウンダリ

トーラス室壁⾯貫通部

上部階⽤除染装置（オペレーション⾵景）●燃料デブリ検知

課題（ニーズ）

分類

16. ⾼γ線下での燃料デブリ検知。

デブリ検知
技術©International Research Institute for Nuclear Decommissioning56

本⽇の構成原子炉圧力容器（RPV）内部調査
RPV内部調査の⽬的

 廃炉作業とはRPV内部の残存燃料や燃料デブリの位置、炉内構造物の損傷状態、RPV内の温度、線量等を取得する。
●原⼦炉開放後アクセス

遮へい材

RPVヘッド⽳開け装置

 廃炉⽤ロボットとはアクセス⽅法の検討

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム●線量、遮へい体の設置性●調査装置の接近性●観察性を考慮●デブリサンプリング

給⽔A系

課題（ニーズ）●上部⽳あけアクセス
RPVヘッド⽳開け装置

炉⼼スプレイ

課題（ニーズ）分類

18.取扱いが容易な遮蔽材料（例︓軽量）。

軽量遮
蔽材

カメラ

 廃炉⽤ロボットの課題

分類

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

20.デブリサンプリング時の耐放射性
デブリサンプリングの⽬的
切削/掘削等の監視⼿
カメラ
燃料デブリ取り出し他に活⽤す段の確⽴【今期国プロ】
形状認識技術る基礎情報（燃料デブリの組（濁⽔中）
成、硬さ等）を取得する。

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

サンプリングセル●原⼦炉内調査カメラ

課題（ニーズ）

分類

20.⾼線量環境下での画像取得【今期国プロ】

耐放射
性カメラ

CRDレール

滞留⽔

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning58

⼯学的な設計

仕様が変動する設計
想定困難、時間変動、個⼈変動、外乱⼤、ネットワーク外部性

 ⼯学的な設計＝最適設計©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

57

設計対象の仕様の枠組みを決める＝Domainを定める
設計⽬標を定める＝評価関数を定める
その他の拘束条件を抽出する
最適化を図る

選択した設計パラメータ内に対してのみの最適化

拘束条件 2

パラメータの選択が重要
拘束条件１

顧客要求を設計パラメータと評価関数へ転換評価関数の等⾼線設計のパラメータ

最適化⼿法

環境

未知

変動⼤

変動⼩(固定)

未知

惑星探査

深海探査

(調査)

変動⼤

⽕⼭災害対策変動⼩(固定)

(調査)

対象

製造業製品
製造業製品

対象知識⼩、利⽤者の経験不⾜、
量的変動、質的劣化、故障、©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

59

コモディティ商品©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

60

システム開発

価値創成モデル by 上⽥完次
未踏分野

 クラスⅠ︓価値創成モデル(提供型価値)


製品やサービスの主体(プロバイダ)と対象(レシーバ)の価値が独⽴に明⽰化でき，かつ，環境が事前に確定できる．モデルは閉じたシステムとして完全に記述が可能．最適解探索が課題．

 クラスⅡ︓価値創成モデル (適応型価値)


製品やサービスの主体と対象の価値は明⽰化できるが，環境が変動し，予測困難である．モデルは環境に開いたシステム．適応的戦略が課題．

 クラスⅢ︓価値創成モデル (共創型価値)

製品やサービスの主体の価値と対象の価値が独⽴に確定できない．両者が相互作⽤し分離できな
い．主体が参⼊するシステム．共創価値が課題．

・ 想定するニーズの網羅性
・ ニーズの重要度・ 得られる成果(情報)の意味
・ 代替案の検討
・ 代替案の公開
・ 開発期間の制限
・ 資⾦の制限・ 合意形成・ 設計の意図開⽰

⽬的の設定
NEEDSの確定設計における・ 要素選択の網羅性
・ システム要素としての妥当性
・ システムの成⽴性・効率性

NEEDSを満⾜する
全体システムの構成案
システムの要素分解

FTA/FMEA
Risk Analysis

要素の並べ挙げ
要素の組合せチェック

・ リスク評価・ リスクの伝播性評価

システム構成案選定
 P,Rは内部構造を持つ⾏動主体
 Eは内部構造を持ち、変容する環境
 SもクラスⅡ,Ⅲでは内部構造を持たなければならない

構成案の詳細設計
テスト©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

62

廃炉のためのロボット技術コンペ(1)

廃炉のためのロボット技術コンペ(2) ⽇本ロボット学会と原⼦⼒学会合同©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

61

公募説明︓https://www.rsj.or.jp/databox/openforum/2016/of01_02.pdf
結果報告︓https://www.rsj.or.jp/activity/committees‐sg/dec/＜最優秀賞＞
 ミミズ・アメンボ等の⽣物規範ロボットの協⼒作業による廃炉システム
⼭⽥ 泰之，中村 太郎（中央⼤学）＜優秀賞＞
 デブリサンプリングのための複数ロボットシステム
内村 裕（芝浦⼯業⼤学），⼩林 泰⽣（芝浦⼯業⼤学），⼩宮夢（芝浦⼯業⼤学）
 Twin‐tube構造による柔軟レール仮設式流体駆動ロボット
塚越 秀⾏（東京⼯業⼤学）

幸⼤（芝浦⼯業⼤学），法⽉＜奨励賞＞
 ワイヤーロープ吊り下げ式デブリサンプル採取装置
沖野 晃久（オキノ⼯業株式会社），武⽥ 和久（オキノ⼯業株式会社）
 エンドエクスプローラ
下⼭ 未来（芝浦⼯業⼤学），松⽇楽 信⼈（芝浦⼯業⼤学）
 ヘビ型ロボットによる狭隘空間、⽔中の移動および弾丸燃料デブリ粉砕吸引回収植⽥ 聖（芝浦⼯業⼤学），澤野 凪佐（芝浦⼯業⼤学）©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

63

64

広

ロボットの設計(1)ロボットの設計(1)ロボットの制御構造

 環境︓⾼放射線、⾼温多湿、塵埃
未知、特性不明、光なし＆地図なし、
 対象︓物理特性不明、臨界、デブリの判別感覚
 Open‐loop sysetems 開ループシステム(Sensor) Closed‐loop systems 閉ループシステム=Feedback systems フィードバックシステム

判断(Brain) Sensor‐Brain‐Actuator+Mobilityの組合せ
 Sensor: 電⼦機器の耐放性
 Brain: ⼈による判断




感覚
(Sensor)

作業員訓練
判断基準の構築
システムによるサポート対 象

⼿先繰返し位置決め精度、固有振動数
反⼒の受け、⼿先交換 Mobility︓⼤型(40m程度)、⽔中＆気中

⾼温多湿、塵埃環境
保守のための出⼊り

65

壊れたロッド境

環境の制御
移動能⼒構築作業能⼒構築保守⽅法の確⽴

セメント

境

気流、⽔流、温度
PCV内部、構造体

 ⽌⽔︓⼀回試⾏、開ループ的 デブリ取出し︓閉ループ、できれば実時間で©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

66

保守作業︓症状が多様、その原因も多様、対応策も多様
想定外故障︓周辺環境の準備が不⼗分
悪環境︓⾼放射線環境、センサ運⽤困難

4.
5.

⽌⽔︓⾮可逆反応、成功の保証低い
漏⽔︓検知困難、時間遅れあり

⽌⽔シミュレーション

デブリ取出し用ロボットシステムの開発

運転監視

 何を解析し、条件とするか

2.
3.

作業解析＆計画︓対象物検知、地図作成、作業計画
機械作業、作業員による遠隔操作、収納作業
保守︓リスクアナリシス、故障検知、保守作業
環境対策︓汚染物質閉じ込め、臨界管理、作業員被爆対策

4.

対象の特性（対象、作業・⼯法）

1.

観測

シミュレーション

状態判断

環境シミュレーション

対応機器

 多くの補修作業共通、最後は実時間でのロボット技術

対象シミュレーション

センサ
作業
⼯法
開発

運転
監視

知能
アクチュエータ ロボットは全体の⼀部分©International Research Institute for Nuclear Decommissioning67

環 測定結果とモデル計算結果との突き合わせによる内部状態の⾼精度推定©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

1.
2.
3.

⽌⽔・漏⽔メカニズム

移動系
対 象

働きかけにより、変化するダイナミックなモデル

 なぜ補修・⽌⽔は難しいのか

⼯法
開発

働きかけ
(Actuator)

 作業のモデル化＝対象物のモデル、環境のモデル

格納容器補修・止水システムの開発

⽌⽔材料

実時間

 作業︓One‐trial/Few trials/Repetitive trials
移動系 Actuator︓作業依存で多数の機器


realtime

働きかけ(Actuator)

環

判断(Brain)©International Research Institute for Nuclear Decommissioning68本⽇の構成IRIDはいかなる機器を開発しているのか 環境︓ 通常 ⇔ 低放射線 ⇔ ⾼放射線
 制御︓ 遠隔 ⇔ 直接
 形態︓ ⼤型 ⇔ ⼩型 ⇔ 超⼩型

 廃炉作業とは 廃炉⽤ロボットとは

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

⾼放射線

 仕様︓ 不明確 ⇔ 明確
 ⽬的︓ 特殊 ⇔ 汎⽤

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)環境⼤型 保守︓ 必要

⼩型

 作業員被爆⇒ ロボットによる保守
 ⼤型機器⇒ 共通プラットフォーム

 設計とは ロボットの設計
 IRIDの役割

超⼩型

低放射線

設計仕様
の明確化

 君に何を期待するか

通常©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

69©International Research Institute for Nuclear Decommissioning70

遠隔制御技術通信技術

作業員の⾏動モデル

VR, AVR

対象の挙動
モデル

マンマシンインタフェース
作業員訓練・教育

臨界制御技術事故進展解析

除染技術
耐故障技術、復帰技術
廃棄技術

加⼯技術
保管技術
極⼩化技術
耐放射線技術

作業の作⽤
モデル

遠隔制御技術
通信技術
臨界制御技術事故進展解析

除染技術
耐故障技術、復帰技術
廃棄技術©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

71

環境の挙動
モデル

原⼦⼒⼯学
材料学・化学

加⼯技術
保管技術
極⼩化技術
耐放射線技術システム統合技術
シミュレーション技術
センサフュージョン
データベース技術機械⼯学
電気電⼦⼯学⼟⽊建築学

機械⼯学
電気電⼦⼯学
⼟⽊建築学

⼈材育成
産業応⽤

廃炉技術の構成分野(2)

原⼦⼒⼯学
材料学・化学

合意形成
プロジェクト管理

システム技術情報学

廃炉技術の構成分野©International Research Institute for Nuclear Decommissioning72

認識科学と設計科学
 設計とは選択の連鎖である。
 選択の理由付けとして理論による分析結果を使⽤する
 どの理論を採⽤するかは設計者の選択にかかっている

ある対象が持続的進化をするための基本構造
設計科学(例)⼯学、法学
選択

分析

設計

同化

助言

構成者

観測

適⽤

⾏動者

“情報循環”

Do
(適⽤)

警告

観察者

観測︓惑星の運動を調べる
分析︓共通の法則を⾒つける
設計︓α＝ F/ｍを使って軌道計算
適⽤︓砲弾の着地点制御

Act
(分析)

認識科学

Check
(観測)

PDCA︓繰返し適⽤
Plan‐Do‐Check‐Act
P‐D‐Study‐A(例)理学、経済学

IRID（TEPCO）

助言

対象

廃炉技術の施工
施工技術の集積行動
社会とのコミュニ
ケーション
同化

廃炉
状態

聴取
問題の発見
構造の提案 警告
新しい視点抽出

 学問体系の構築︓⼒学の成⽴と利⽤





選択

構成型研究者
科学技術政策者(NDFを含む)

状態

聴取

Plan
(設計)

体系化
教科書化
新技術の構成行動

観察型研究者
社会科学者
市⺠

抽出

廃炉の成果
技術の効果
技術評価

2016年7⽉19⽇ ⽇本学術会議 公開シンポジウム「知の統合を如何に達成するか〜総合⼯学の⽅向性を探る」
吉川弘之講演資料より引⽤、⼀部修正©International Research Institute for Nuclear Decommissioning©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

73

74

廃炉措置が持続的進化をするための基本構造
IRIDの役割

本⽇の構成
 廃炉作業とは②世界の叡智の収集と評価

IRID（TEPCO)① 技術情報の公開と蓄積
技術情報・状態情報

技術情報・製品情報構成型研究者
設計科学
系学会

科学技術
政策

課題想定

PJ管理

福島第1 廃炉作業
TEPCO・NDF・NRA

認識科学
系学会

１F技術情報①´技術情報の公開と交流

合意形成

観測型研究者

政策的情報

箱内はIRIDの⼈材育成のスコープ

地⽅⾃治体・市⺠など

 福島第⼀で使⽤されたロボット
 PCV・RPV内部での調査＆作業システム

 廃炉⽤ロボットの課題

 ⾼線量率環境
 研究開発課題例(ニーズ調査)

 設計とは認識科学系学会、研究者ならびに学⽣
プロジェクト管理・政策⽴案・
合意形成などの研究者並びに学会

 廃炉⽤ロボットとは③技術的課題の抽出と提⽰

 ロボットの設計
 IRIDの役割

 君に何を期待するか©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

75

76©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

廃炉措置の研究開発
社
会

君に何を期待するか 学⽣として、社会⼈として、• 多分野複合技術

技術 • 未踏分野

10年周期の研究課題
研究室内実験が中⼼ 福島第1の状況を科学的に理解すること
 技術の適⽤、失敗、そしてその後の対応を深く考えること
 社会の技術としての科学技術を広範に眺める⼒を持つこと• ⻑期計画研究開発成果の体系化と公開福島イノベーション
コーストの利⽤

リソース(⼈材・予算)・発想が限定的失敗を許さない⽂化

多分野・多世代の参画

予算の有効活⽤制度
未踏分野開拓の産業化

⼈材育成と産業育成
フィールド研究による社会課題解決

 多分野複合技術の研究者としてシミュレーション技術を駆使して、可能性の検証

失敗データの解析と蓄積、そして
有効利⽤

 ⾃分の分野を他の分野から眺める経験を積むこと
 コミュニケーション能⼒を⾼める努⼒を常に継続すること
 社会科学的視点を理解すること

 研究プロジェクトリーダーとして、
 未踏分野の技術成功率は低いことを理解すること
 失敗例を的確な情報として残すこと
 部分最適化を避け、全体最適化を図ること©International Research Institute for Nuclear Decommissioning77

廃炉は世代をまたいだ⻑期事業
理解し、記憶し、⼿助けしよう
国際廃炉研究開発機構へのご⽀援をお願いします。

新井 ⺠夫
tamio‐arai@irid.or.jp©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

79©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

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