２ 主要な研究成果
重点課題 - リスクの最適マネジメントの確立

使用済燃料の長期貯蔵管理技術の開発
背景・目的

原子力発電所から出る使用済燃料は、再処理するまでの間、安全に中間貯蔵する必要が国等で実績があり、経済性の観点で優れたコンクリートキャスクの実用化が望まれている。

ある。さらに、貯蔵量の増大や貯蔵期間の長期化に備えることも重要である。中間貯蔵の方式として、金属キャスクを使った乾式貯蔵

本課題では、金属キャスク密封部の経年劣化に着目した評価手法を開発するとともに、コンクは、国内外で数多くの実績があるが、今後、貯蔵期間中の経年劣化を考慮した貯蔵後輸送の安全性を明らかにする必要がある。また、米
主な成果1があることを明らかにした（図2）。この結果を含め当所の成果は、2013年度作成のキャニスタ構造に関する日本機械学会規格＊2 の改訂案に反映された。今後、民間規格の整備を通じてコンクリートキャスク貯蔵の実現に寄与する。

キャニスタ表 面 塩 分 量 遠 隔 計 測 機 器 の 開 発

貯蔵期間中のキャニスタのSCC発生をモニタリングするためには、キャニスタ表面の塩分量検査の実施が有効である。検査手法として、レーザー誘起ブレイクダウン分光法（LIBS）が有力であることを確認しているが、キャニスタとコンクリート容器との狭隘な間隙に機器を4残留線荷重は、材料のクリープ特性を表すラー
ソン・ミラー・パラメータ（LMP）と高い相関があることを明らかにした（図1）。この結果に基づく長期密封性能評価手法の開発を通じて金属キャスクの貯蔵期間の長期化に寄与する。

コンクリートキャスクの 日本機械学会規格改訂案 の 作 成

使 用 済 燃 料を収 納するキャニスタ一 次 蓋の初層溶接は、水蒸気環境下で欠陥が生じる可能性がある。水蒸気環境下での溶接試験を行った結果、溶接時のバックシールドガスの流量の安定性や酸素濃度管理（5%以下）が不十分な場合、初層溶接部に割れが発生する恐れ

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対策技術や溶接検査方法を確立することで、使用済燃料の安全な中間貯蔵の実施に資する。

金 属ガスケットの 長 期 密 封 性 能 評 価 手 法 の 開 発

金属ガスケットの長期密封性能評価に必要なデータを取得するため、断面径の異なる二種類の銀被覆のガスケットを用いた応力緩和試験を実施した[1]。温度一定条件では、試験時間50,000時間以上経過後の金属ガスケットの2リートキャスクの実用化上の課題であるキャニ
スタ＊1溶接部の応力腐食割れ（SCC）に関する挿入しての遠隔計測が課題となっていた。そこで狭隘部で上下に移動可能な機器を考案・試作し、性能確認試験を行った（図3）。その結果、レーザー光を実機で想定される約22m伝送した場合でも、塩分量を計測できることを確認した[H13004]。

ヘリウム漏えいを考 慮したキャニスタ内熱流動解析モデ ル の 構築

貯蔵中のキャニスタの密封性能をモニタリングする方法として、キャニスタ上部と下部の温度差を常時監視する方法を提案している。
キャニスタ内部のヘリウムガスが漏えいした場合に生じるキャニスタ上下温度差の変化を評価するため、ヘリウムガスの密度変化（圧縮性）を考慮した非定常熱流動解析モデルを構築した（図4）[N13008] 。今後、この方法を検証しキャニスタの密封性能評価法を確立することで、コンクリートキャスク貯蔵の実現に寄与する。

＊1 使用済燃料を収納したステンレス鋼製の円筒容器で、コンクリートキャスクの中に設置されている。
＊2 日本機械学会,使用済燃料貯蔵施設規格（JSME S FBI-2003）［1］A.Béziat, M.Wataru, K.Shirai et al., 17 th International Symposium on the Packaging and Transportation ofRadioactive Materials, 2013年8月
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溶接部
キャビティ水一次蓋500ᐇ㦂ࢹ࣮ࢱ㸦Υ㸧ᐇ㦂ࢹ࣮ࢱ㸦Υ㸧㏆ఝ┤⥺ṧ␃⥺Ⲵ㔜䠄N/mm䠅

450400
350
300

ブローホール250200150
1005003500

割れ
4000

4500

5000

550060006500

70007500

8000

LMP

キャニスタ
溶接部断面写真

図2 水蒸気環境下での蓋溶接部施工試験で観察された欠陥
使用済燃料装荷後のキャニスタ一次蓋溶接時には、燃料の崩壊熱により、キャビティ水が温められ、水蒸気を含む環境下での 溶接となる。SUS304L材の小規模試
験体（直径50cm、肉厚12.6mm）で溶接施工確認試験を行った結果、バックシールドガス（Arガス）流量が減少した場 合やA rガス中 の 酸 素 濃 度 が 5 %を超えた場 合 、初層に欠陥が発生した。これより、水蒸気環境下での自動溶接では、溶接士や検査員のトレーニングの充実が必要なことや施工前の実機大の溶接施工試験実施の重要性を規格改訂案に反映させた。

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重点課題

図 1 銀 被 覆 金 属ガスケットの 残 留 線 荷 重とL M P の関係
上 図は金 属ガスケットの 断 面 径 が 6 . 2 m mφのデ ータであり、横軸はLMP=T*(C+Log(t))で、Tは絶対温度(K)、Cは材料定数（ここではC=11）、ｔは時間(hr)である。縦軸は、金属ガスケットの 残留線荷重である。温度100,200℃における残留線荷重とLMPは、高い相関があることが確認された。断面径8.4mmφのデータも同様である。本研究は、フランス原子力・代替エネルギー庁（ C E A ）およびドイツ原 子 力サ ービス会 社（ G N S ）との共同研究として実施し、試験は、今後、10万時間（2015年度）まで継続する。

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計算領域

解析モデル

解析結果
（縦軸は無次元高さ、横軸は無次元温度である。）

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キャニスタ表面の付着塩分を遠隔で計測するための機器（レーザー光の集光とプラズマ受光機能を備えたもの）をキャニスタとコンクリート容器の間隙を模擬した模型に挿入し、LIBS計測を行った。ミラーを用いて、空間的にレーザーを約22m伝送した場合でも、塩分中の塩素の発光が計測可能であり、塩分量を推定できることを確認した。

図4 二次元矩形を対象としたヘリウムガス漏えい解析
既往の圧縮性解法では、基礎式を非保存型で表し、時間経過を段階的に進める手法がとられてきた。本手法では、保存型かつ安定して解析が行える圧縮性解法モデルを構築した。本手法を検証するため、二次元矩形の一部からヘリウムが漏えいする事象の熱流動解析を行い、安定した解が得られることを確認した。今後、実機への適用のための三次元化、さらにキャニスタ内部構造を模擬した複雑形状での解析により、本手法を検証する。

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