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AHPを中核としたFBRサイクルシステム
候補概念選定手法の開発
篠田 佳彦…㈱‖l………………ll…………l州Il………………l川l……l佃l…………l川‖…川州州…川Il…………‖…州州州洲‖州＝lll川l……………l………………l………l……………………………刷＝…………冊でウラン資源の利用効率が飛躍的に高まる．資源枯渇，1．はじめに供給断絶などのおそれのない持続的エネルギー源とし核燃料サイクル開発機構と日本原子力発電株式会社て有効な手段となるが，軽水炉に比べて高価であるこは，理想的なFBR（Fast Breeder Reactor：高速増とやプルトニウム利用による核拡散のおそれの増加な殖炉）サイクルシステム（以下，FBRシステム）のど克服せねばならない課題もある．

追求を目指し「FBRサイクルシステムの実用化戦略

FBRシステムは，プルトニウムを主燃料とし，エ調査研究」（以下，実用化研究）を1999年から遂行しネルギーを発生しつつ，消費した以上のプルトニウムている［1］．2000年度までに実施したフェーズ1では，を作り出すことのできるFBRとそこから生じる使用FBRシステムの候補概念について幅広く調査，検討済燃料を化学処理し，再度使える核物質と廃棄物に分した．2001年度から5年間の予定で進行しているフ

離する再処理工場および分離された核物質を燃料に加ェーズ2では，2，3の実用化概念の選定を目指して工する燃料加工工場の三つの異なる施設で構成されるいる． そのため，1999年から定量的な比較評佃手法（図1）．それぞれの施設で様々な方式（技術の選択を開発している．

肢）が存在し，実用化に向けてどの方式を候補概念とここでは，候補概念の特徴を明確にする種々の評佃して選定すべきかが重要な問題となっていた．

項目において，各候補概念の優劣判断を目的とし，2．2 評価項目の設定

AHP［2］を中核とした定量的比較評価システムの開発

実用化研究における開発目標と関連させてFBRシ
ステムの総合的な性能を判断するために図2のようにについて記述する．

2．候補概念選定システムの構築

評価項目を設定した．
安全性の確保は，必要不可欠な要求である．経済競

2．1FBRシステムの概要

争力は，FBRシステムの円滑導入において重要な要

現在，稼働している原子力発電所は，軽水炉が主流求となる．FBRシステムの特徴から，その他重要なとなっている．軽水炉は，天然に存在するウランを資目標として，資源の有効利鞘，環境影響の低減，核拡源とし，そこに僅かに存在する核分裂しやすい質量数散抵抗性の強化を目指し，評価項目とした．さらに候235のウラン（存在比0．72％）の比率を高めたものを補概念間の研究段階の違いを考慮して技術的実現性を燃料としてエネルギーを取り出している．軽水炉では，ウラン資源の極僅かしか利用することができない．ウ
ラン資源もやはり有限といわれており，軽水炉での利用では，いずれ枯渇してしまうおそれがある．
一方，FBRシステムでは，軽7K炉でほとんど利用できない天然ウラン中の質量数238のウラン（存在比99．3％）を原子炉内での核分裂によって生じる中性子で核分裂しやすいプルトニウムに変えることができる．

そのため軽水炉からFBRシステムに置き換えることしのだ よしひこ

核燃料サイクル開発機構〒311−1393茨城倶東茨城郡大洗町成田町4002
280（30）

再処理工場

燃料加工工場

図1FBRサイクルシステム© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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評価項目 ◆■ 開発目標

評価値

ⅩA：且援値

価値関数U（Ⅹ）

経済性

経済競争力の確保

資源利用性

資源の有効利用

環境影響性

環境影響の低減／

Ⅹ8：FBRシステムの円滑導入に十分な性能値（十分値）‡。：FBRシステムの導入意義が無くなる（許容値）

さご限性能竺

安全性

安全性の確保

核拡散抵抗性

核拡散抵抗性の強化

XメナXB←X〔←→ 計量値X
十分な性能 他の蘇果で補償許容値外：不可

図4 計量値と価値関数

技術的実現性囲の評価値を得る．

図2 開発目標と評価項目

各評価項目ごとの価値関数では，関連する開発目標値と整合をとⅠ），目標値に達していれば，評価値を1，円滑導入に十分な性能値を十分値とし，その評価値を0．5，さらに導入意義がなくなる下限性能値を許容値とし，評価値0とする．ここでは，他の特性がいかに優れていても許容値を下回るものは評価対象外とすることにした．これらの点を目標に対する達成度，満足度を示す基準とし，価値関数を設定するための評価水図3 階層構造準点とした．価値関数型として
V（J）＝α−∂e￣（‥J（1）加えた六つの評価項目を設定した．図3に階層構造をを採用し，上記，3評価水準点から係数α，∂，Cを算示す．

出した．これより，代検案としての候補概念において，2．3 評価手順

その評価項目に対する計量値をもって，機械的に各評

実用化研究では，幅広い技術の選択肢を考慮して，価項目での評点を求めることができる．

実際にFBRシステムを組み，概念設計を実施したう

2．5 評価項目の価値関数設定

えで候補技術の方式や仕様（性能）を評価していく．

（1）経済性

そのため，多くの評価項目においては，計量可能な値

FBRシステムの経済性は，発電原価を計量値としを設計情報から提示することができる．さらに，技術て評価できる．発電原価は，概念設計に基づき，建設の選択肢は多種に及び，候補概念数は，多く存在する．の減価償却を考慮して施設建設費，運転維持費，燃料同一の方式を用いた候補概念でも異なる性能をもくろ費などから算出する．

んで設計したものを別候補概念とすれば，代換案は無目標値：下記，十分値で採用した将来LWRの減価数になる．そこで，AHPを適用するにあたり，以下償却が終了した段階での発電原価予想値より3円／の対応をした．

kWhと設定した．

2．4 代換実の評点の考え方

十分値：FBRシステムの置き換わり対象である日

代換案数が膨大かつ不定であることおよび計量値を本国内での将来の軽水炉による発電原佃予想値を参重視することから，原則として評価項目における代換考に4円／kWhとした．FBRシステムの発電原価案の評点は，計量値による直接評価を採用する．そこが置き換わり対象の軽水炉より安価となれば，経済で，評佃項目において，特徴を分析することで下位の競争力の確保の観点から軽水炉は順次置き換えられ，評価項目を設定し，計量値で評佃できるようにさらにFBRシステムの導入は円滑に進展する．

探し一階層構造を構築していく．そして，様々な評価項

許容値：自然エネルギーのなかで最も安佃なものと目における代替案の評価では，計量値を用いて評価す予想される風力発電の将来予測値より11〜13円／るために図4に示す価値関数を適用し，0から1の範kWh程度とした．将来，より環境影響を重視する© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

2003年4月号（31）281

社会を想定し，自然エネルギー源のなかでも経済性て，節約性の計量値とする．FBRシステムでは，新と環境影響のバランスが取れていると考えられる風

たなウラン資源を採取することなしに発電し続けるこ力発電をFBRシステムの競合相手と考えた．とができるので，軽水炉が使用した累積ウラン量が少これらの設定より，図5に示す価値関数を得た．

ないことは，FBRシステムの置き換わり性能が良好（2）資源利用性であり，資源節約能力が高いことを示している．

ここでは，ウラン資源量と世界と日本の原子力発電

ウラン資源の節約と活用を軽水炉と比較することでFBRシステムの資源利用性を評価できる．評価項目の割合からとしての資源利用性は，図6に示すように節約性と活目標値：日本が確実に確保できる量（予想値）20

用性の下位基準を持ち，それぞれ計量化できる．これ

万トン

ウランの既知資源量の5％に相当

ら下位基準の資源利f削生に対する重み（影響度）は，十分値：日本が十分に確保できる量（予想値）別途判断する．

軽7K炉をFBRシステムで置き換えることでウラン資源の節約を図ることができる．軽水炉からFBRシ

40（あるいは80）万トン
ウランの既知資源量の10％（究極資源量の5％）ステムに置き換えるためには，プルトニウムの生成とに相当利用のバランスが重要であり，FBRの増殖性能や発許容値：日本が確保できる限度量（予想値）160万電量あたりに必要なプルトニウム量などの特性の違い

トン

ウランの究極資源量の10％に相当により，候補概念ごとに異なった置き換わり性能を示す．ここでは，可能性のある将来予測シナリオを想定と設定した．十分値については，ウランの既知資源量し，原子力発電の発電量の時間推移とFBRシステムの10％と究極資源量の5％の二つの見解が残っている．

導入時点を定め，随時FBRサイクルを導入していく．

天然ウランの資源量は，文献［3］を用いた．また，文

この想定で軽7K炉が消費する累積ウラン資源量をもっ献［4］などより，世界と日本の原子力発電の割合は，現在約10％，将来は5％と予測した．

活用性とは，FBRシステムのウラン利用の能力を評価するものでウラン利用効率で計量される．ウラン

利用効率は，繰り返しサイクルする場合に廃棄側に移行する核物質量や燃焼度で決まる．ここでは，想定した累積電力量をウランの核分裂で生じるエネルギーで賄う場合に必要なウラン量と既知資源の比で比較することとした．数百年から千年にわたり，世界の人口や消費エネルギーなどの想定から累積電力量，すなわち246810 1214

分裂するウラン量を求め，目標値：事実上の無限資源．想定した高電力使用条

発電原価 円／kWh

件で1000年間分の電力を賄う能力

図5 経済性の佃値関数

ウラン利用率100％

十分値：想定した中電力使用条件で500年間分の電力を賄う能力
ウラン利用率30％

許容値：想定した低電力使用条件（現状条件）で300年間分の電力を賄う能力
ウラン利用率7％と設定した．
（3）環境影響性

FBRシステムの環境影響では，放射性廃棄物に関
図6 資源利用の下位評価項目
282（32）する部分を評価する．サイクル施設（原子炉，再処理© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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工場，燃料加二［工場）からの廃棄物による直接的な被（4）安全性

ばく影響は，施設操業時の気体および液体廃棄物によ

安全性については，必要不可欠な要件とし，合否判り，発生廃棄物の一部が周辺に放出されるもの（希釈定型の判断のみ行い，他の評価項目とのトレードオフ放出），および施設操業時に発生した廃棄物のほとん評価を行わないこととした．

どは固化処理され，地層中に埋設処分し，合理的に想（5）核拡散抵抗性定されうる範囲で長期間後に徐々に生活圏に影響を及

FBRシステムで利用するウランやプルトニウムをぼすもの（埋設処分）に分けることができる［5］．こ転用（平和利用目的以外に使用すること）する，ある

こでは，同化処理された廃棄物において，発生量と内いは転用されることを困難にすることは重要な要件で在する放射能による潜在的な危険性尺度（放射性毒性あり，国際的な制度により不正操作の防止対策を取るという）を廃棄物と処分する施設（廃棄物処分場）のことでこうした核拡散抵抗性を確保している．また，管理の観点から追加する．これらの計量値は，すべて転卿寺間や，転用に要する人，物，資金および転用の単位電力発生量あたりに正規化する．図7に階層化し失敗確率の増加を図るような技術的対策を加えることた評価項目を示す．これら下位基準の環境影響性に対で転月〕を難しくすることができる．評価項目を分析し，する重み（影響度）は，別途判断する．表1に設定し階層化しても概念設計の段階では計量化できない項目た評価水準点の一例を示す．放射性廃棄物発生量に関が残っており，代替案間の一対評価などによる相対的する評価水準点では，廃棄物処分場収納容量と累積発な比較を併用することになる．

電量予測から低減度を規定することができる．ただし，一一対評価による評点と価値関数による評点の整合に経済性，資源利用性のように今回採用した評佃水準のついては，その評価項目での最高評点値で他の代替案設定に対する考え方をそのまま通用しえないこともあの評価値を正規化することなどで対応する．あるいは，り，仮設定に留めている．

相対的な価値判断基準を規定することでも対応できる．

計量可能な評価項目での価値関数設定に採用した考え方を拡張し，図8に示すように水準となる代替案（システム）を設定し，それを元に相対的な段階評価を実施する［6］．可能であれば，判断の目安を設定し，新たに追加した代替案の評価を簡素化することも試みる．
（6）技術的実現性

技術的実現性は，候補概念選定において重要な観点であり，開発投資，期間や開発リスクなどから評価できるが，開発リスクなど現時点では計量できないものがあり，現時点では評価を見送った．今後，定性的な相対比較を実施するか，開発投資などの計量値の不確定性幅を技術的実現性の尺度とするなどの考えを検討する．
図7 環境影響の下位評価項目（計量不能な）評価項目毎に設定、評価表1環境影響の評価水準値の一例

判断の目安

評価値

目標値 十分値 許容値
発生量■1）

1／100

望ましい性能を→1．0有したシステム

1／10

とても良◆00だからとても良良◆さらに00良ければやや良 ■一同等より00良ければ埋設処分基準システム 0．5
円滑導入に十分な性能被ばく影響

検討中（必ず設定）同等 ◆やや劣 ◆同等より00番ければ劣希釈放出 被ばく影響●2） 0．001

0、005

0．05

導入許容性能と→ 0・0なるシステム＊1）基準システムからの低減度＊2）サイクル施設からの被ばく線量率msv／YrlG恥あたり
2003年4月号◆さらに00悪ければとても劣◆00だからとても劣段階的な価値判断

図8 計量不能な評佃項目での評価© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

（33）283

の評価項目ごとの評価結果の分布を示す．経済性の観

3．フェーズ1設計例による予備評価

点での評価値は大きく分布しているが，他の評価項目実用化研究のフェーズ1では，数種の典型的な候補での評価値の分布は小さくなった．資源，環境面の性概念について経済性，資源利用性，環境影響性の観点能を左右する特性について設計時に制約を与えたためから試評価を実施した．試評佃の主目的は，ここで構に両観点での性能はほぼ同一となり，結果的に経済性築した評価システムの適用可能性をを確認することにが候補案の優劣を左右するものとなった．

ある．ここでは，16ケースの候補概念について経済性，資源利用性，環境影響性の三つの評価項目におい

4．今後の展開
これまで技術的側面からFBRシステムを評価してて各計量値を算出し，評価項目ごとの評点を求めた．
詳細は，文献［7］を参照していただきたい．現段階できた．今後は，社会のニーズ，要請に対応し，社会がは，資源利用と環境影響の下位の評価項目間の重みは望むべきものとした観点からの評価の実施についても同一と仮定した．経済，資源利用，環境影響のレベル検討していく．すなわち，「社会的受容性」の評価項の評佃項目間の重みはまだ設定に至っていない．また，目からも判断を試みる．これは，図4に示す価値関数

核拡散抵抗性と技術的実現性については，フェーズ1が社会，市民の要望などを把握して設定することで判の段階では評佃を見送った．

断可能である．

図9は，経済性の価値関数上に評価結果をプロット

一方，市民の科学技術に対する受容判断に直接結びつくものは，客観的なリスクに対し，心理的要因を考したものである．
資源利用，環境影響においても同様に設計情報から必要な計量値を算出し，評価値を得た．図10に三つ慮した主観的なりスク判断，認知に委ねられることが知られている．同じ大きさのリスクでも自発性，制御可能性，可逆性，公平性，利益，信頼，精通度，科学的不確かさ，破滅的事態の可能性（潜在性）などの因（1）価値関数表示子の影響（リスク認知の評価項目となる）で捉え方が異なることが示唆されている［鋸．ここでは，科学的なリスクに対し，リスク認知に影響を及ぼす因子の影響度を一対評価などを用いて収集し，個人差を有したリスク認知に対する影響度の定量化を試みる．市民の科学技術に対する受容判断を個人差のある有益感（受益）と不安感（損失）の比較と捉えることで「社会的受容性」を明示的に評価することもできる．例えば，
2468

発電原価 円／kWh
図9 経済性の評価結果

10

代替案ノの受益の絶対値（理＝脆βJ），科学的リスクの絶対値（郎＝鶴見）が，代替案間で不変の係数（亀，瓜）とそれぞれの評価値0＜βJ，凡≦1の積で表せるものとする．この評価値は，佃値関数や一対評佃などで算出し，相対的な大小関係を示す数値（比尺度）と捉える．リスク認知に対する増減度（ガ）は，リスク認知に影響する因子を評佃基準とし，評佃基準点の影響度を細々，代替案ノのりスタに対する評価基準々の評価値を鳥ノとすれば，ガ＝∑芸＝1れ′尾島ノと表現できる．
認知リスクとベネフィットの比は，り＝＝（2）となる．このとき，社会的受容性の観点から代替案ノ候補9

図10 評価結果の分布284（34）と7の相対的優劣評価を© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ

に努める．

れ＿∴R7 月1†（3）

γ〜・βォ 凡ム

評価項目間の重みの決定，およびそのために必要とで表せ，算出が難しい係数（晶，凡〜）を消去できる．

なる項目の整理や新しい評価項目として「社会的受容従来のリスク・ベネフィット分析を拡張した概念に相性」の取り込み方（階層構造の形）の検討を行い，評当し，社会的受容性の優劣を示す指数と考えることが価システムの完成度を上げることを目指していく．

できる．
参考文献

同時に経済性，環境影響性などの評価項目間の重みを社会，市民の考え，ニーズから判断し，評価結果に［1］H．Noda et al．，Feasibility Study on CommercialT反映させていかねばならない．そのための有効な方策

ized FR Cycle SystemsinJapan−The Resultsin theの検討も実施していく．

First Phase and Future Plans of the Study，Globa1
2001，Paris，（2001）．

5．おわりに［2］T．L．Saaty，The Analytic Hierarchy Process，ExpertChoiceInc，（1996）．

実用化研究のフェーズ1において，種々のFBRシ［3］OECD／NEA，IAEA，Uranium，99，（1999）．

ステム候補概念を対象とし，AHPを中核とした特性［4］ⅠIASA／WEC，GlobalEnergyPerspectives，（1998）．

評価システムを開発した．特に評価対象が多数存在す［5］p．crouailet al．，Evaluation of theImpact andること，評価対象の設計研究から定量的な値が示され，Inter−Generation Risk Transfers Related to Release

評価に定量値を効果的に用いることなどについて，価andDisposalofRadioactiveWastefromtheNuclear

値関数を採用することで対応を図った．構築した評価

FuelCycle：A MethodologicalExercise，IRPA−10，システムを用いて，フェーズ1の段階で設計された（2001）．

種々の候補概念を実際に本評佃システムに適用し，シ［6］木下栄蔵編著，AHPの理論と実際，銅斗技軋（2000）．

ステム性能を確認した．改良，修正を重ねていくこと［7］Y．Shinoda et al．，Development of characteristic

で本システムで候補概念の特徴を定量評価するのに十evaluation method on FR cycle system，ICAPP，分な基本性能を有しているものと判断した．

（2002）．

［8］日本リスク研究学会編，リスク学辞典，TBSブリタニ

今後，2，3の実用化概念選定を目指したフェーズ2

カ，（2000）．

における本評価への適用を目指し，精∃教化を図るとともに評価結果に対する社会的容認の程度を高めること© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

2003年∠1月号（35）2＄5