JAEA CLADS 廃炉基盤研究プラットフォーム
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第4回運営会議 於：JAEA東京事務所

資料1-1

福島第一廃炉研究マップの俯瞰的アプローチについて－燃料デブリ取り出し代替工法－

平成28年11月18日
東京大学大学院工学系研究科
原子力国際専攻 特任教授
鈴木俊一

福島第一廃止措置におけるリスク管理の特徴

2• 通常の原子炉と同様の廃止措置管理では危険– 例えば、リスクのわずかな増大も許さない工事を行うと、結果的にリスクの大きな増大を招く。また、時間的な先送りがリスク増大につながる。

• 現場を中心とし、時間・空間・対象（放射性物質）を考慮した、俯瞰的なリスク管理を実施する必要– 数多くの廃止措置作業が相互に関連している• ５年、１０年と長期に掛かる廃止措置を見越し、俯瞰的な管理のできる人材を戦略的に養成し、現場を初めとする廃止措置に投入していく事
原子力学会廃炉委：東大岡本教授資料より抜粋

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3－廃炉研究開発に求められること－
 将来が読めない不確実性の高い現象（社会）を完全に予測することは確かに困難である。
 但し、将来何が起こりそうかリスクを含めて俯瞰し、仮説をたてた上で、あらかじめ何らかの備えをしておくことはできるだろう。
 この場合、影響度合いが大きいと思われる不確実な事象を徹底的に洗い出し、モニタリングすることによって仮説を検証することは重要である。
 廃止措置完遂には、全体を見て将来のリスクを理解できる人材が必要であり、研究開発を通じて俯瞰的視野をもつ人材を育成することは極めて重要である。

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俯瞰的廃止措置への対応
ー現在までの取り組みー
燃料デブリ
収納・移送・保管
①閉じ込め
②臨界防止
③計量管理

燃料デブリ
取り出し準備①除染②プラント状況把握③デブリ位置確認④被ばく低減閉じ込め①汚染水漏えい防止②放射性物質飛散防止③冷却維持④被ばく低減

燃料デブリ
処理・処分

燃料デブリ取出し①閉じ込め②気中・水中取り出し
③冷却維持
④臨界防止
⑤被ばく低減構造物撤去①閉じ込め②廃棄物低減④被ばく低減建屋解体①閉じ込め②廃棄物低減③被ばく低減廃棄物管理①保管管理（閉じ込め、物量低減等）、②処理（廃棄体化等）、③処分（分別管理等）
汚染水管理

2

廃止措置の終了

廃炉に本質的に必要な課題を見つけるには

5（１）意図的計画法（Statisticな方法）①仮説を立てて将来予測②仮定にもとづき取り出し方法策定③上記方法のリスクを検討④予測をベースに投資⑤成果を実現するために実行（２）仮説指向計画法（Dynamicな方法）①取り出しのための目標設定②どのような仮定を証明できれば目標達成可能か（含むリスク検討）③重要な仮定の妥当性検証のために計画を立案④投資

6＜ブレーンストーミングの手順＞
・何故失敗したのかを議論✓危険ホールの抽出（時間軸を意識）・成功するためにはどうすればよいか、既存概念に囚われないアイデアを抽出 (新規研究課題の抽出）・外的リスクを踏まえての問題点・課題の議論
・リスクを踏まえたアイデア改善案を抽出（具体的な研究課題の抽出）
・時間軸を意識した成功パスを構築
・パス毎にリスクを評価
時間軸ゴールスタート

危険ホールのイメージ
3

7

思考展開方法STEP 1. 思考展開図を作成する（参考：畑村洋太郎編、実際の設計）

機能領域

機構・構造領域

要求機能‐機能構成‐機能要素 ー 機構要素‐構造要素‐全体構造（ テーマ ‐課題‐課題要素

ー 具体的解決策 ‐ 具体案 ‐ 全体計画 ）STEP 2. 異なるテーマで思考展開図を作成
STEP ３. 仮説の分析と検証方法の検討
STEP ４. 俯瞰的全体計画の作成
STEP ５. 成功パスの探索
STEP ６. 時間軸を入れて検討
STEP ７. 仮説の分析と検証方法の再検討
STEP ８. 時間軸を入れたシナリオ構築

今までのブレスト実績 (主として機能の議論）
１．閉じ込め・何故失敗したのか（デブリＧｒ）
・放射性物質を閉じ込めるには（デブリＧｒ）
・事故炉の深層防護とは何か（デブリＧｒ）
２．燃料デブリ取り出し・何故失敗したのか（デブリＧｒ）
・燃料デブリを気中で取り出すには（遠隔Ｇｒ）
・ＭＣＣＩを取り出すには（デブリＧｒ、遠隔Ｇｒ）
・許容状態とは何か（デブリＧｒ）
３．廃棄物（廃棄物Ｇｒ）
・何故失敗したのか・エンドステートとは何か、安定化とは何か・安定化の対象は何か・危険ホールは何か
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閉じ込めで何が重要か？（要求機能）

9１．放射性物質を外にださない
２．被曝低減３．事故・故障も想定したリスクマネジメント（共通要因）①独立であって他に影響を及ぼさない（多重防護）②それぞれのシステムがノイズの影響を受けにくい（ロバスト）③システムに問題（電源喪失等）があっても、回復する（レジリエンス）

10【１号機】PCV下部の現状イメージ図
漏えい箇所

真空破壊ラインドライウェル（D/W）①真空破壊ラインのベローズ部分からの漏えいを確認。
（写真①参照）【写真①】
R/B１階 OP.10200

水位約OP.9000（水深約3m）

真空破壊ライン１
サプレッション
チェンバ（S/C）②サンドクッションドレン管からの流水を確認。
（写真②参照）

燃料デブリ（位置、分布、形状は不明）

２

サンドクッション
ドレン管
流水を確認

→ポンプへ
【写真②】

トーラス室

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning（R/B地下階三角コーナー等）

ストレーナ

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東京電力提供資料

IRID 「燃料デブリ取り出し関連の研究開発の現状」
平成26年度IRIDシンポジウム 2014年7⽉18⽇

複雑かつ多様なペネトレーションによる困難な止水11

 ハッチ、ベント管、配管ペネトレーションおよび電気ペネトレーションを含めた全体で多数かつ多種のペネトレーション（1号機：約150箇所、2号機：約200箇所、3号機：約190箇所）
 一部のペネトレーションの形状は複雑であるため、止水が難しい。
 PCVペネトレーションには弁があり、PCV内に装置を挿入することは難しい。

生体遮蔽
生体遮蔽

テストタップ
テストタップドライウェル（内壁）ドライウエル（内壁）ドライウェル内ペネトレーション用スリーブ
ドライウエル貫通部スリーブ
ガード配管
ガード配管

溶接
溶接

スリーブ
スリーブ

被覆材
保温材
ベローズフレキシブル
ベロー伸縮継手
ジョイント

生体遮蔽
生体遮蔽

プロセス配管プロセス配管絶縁材
絶縁材

ドライウエル（内壁）ドライウェル（内壁）ガイド
ガイドシール
シートおよびガ
シールシートおよびイド用リング
ガイド用リング

充填材
充填材（エポキシ（エポキシ）化合物）

外側隔離弁
外部隔離弁
マルチヘッドマルチヘッドフィッティング
フィティング

内側隔離弁
内部隔離弁
間隔
クリアランス

コネクタ
コネクタ

溶接
溶接
同軸シールドケーブル
同軸シールドケーブル

ドライウェル（内壁）

二芯シールド撚線
二芯シールド撚線

ドライウェル（内壁）ドライウェル（内壁）
生体遮蔽

機械的継目
メカニカルジョイ
ント

スリーブ
スリーブ

溶接
溶接

ドライウェルペネトレーション内スリーブ

溶接
溶接

ガイド
被覆材
プロセス配管

ドライウェル／ペネトレーション溶接点

クリアランス

ケーブル
ケーブル
隔離弁

マルチヘッドフィッティング

放射線遮蔽
放射線遮蔽

充填材
（エポキシ化合物）
充填材（エポキシ）

機械ペネトレーションの概略図

テストタップ
テストタップ
絶縁材
絶縁材

電気ペネトレーションの概略図

IRID 燃料デブリ取出し代替⼯法についての情報提供依頼（RFI）2013年12⽉17⽇©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

閉じ込めで何が重要か？（機構）
要求機能から求められる機構（一例）は、（１）多重化し、最終壁で閉じ込める（想定外事象に備えて）例）ＰＣＶでの閉じ込めは高線量作業であり極めて困難なことから、アクセス容易な原子炉建屋の内面をコーティングする、あるいは他建屋を壊してから原子炉建屋の外を覆う（２）空調系は負圧管理とともに、α核種も含めた核種除去可能な空気浄化系を設置する（３）閉じ込め空間は管理しやすいようにコンパクトとする（４）核種モニタリング設備を設置し、α核種のモニタリングも可能とする（５）燃料デブリ取り出し時の核種飛散（含むエアロゾル）の事前シミュレーションを行う（６）他、作業立入制限やマスク常備などのマネジメント、等
61213

PCV底部にあるMCCI生成物の取り出しで何が重要か？（要求機能）
１．放射性物質を外にださない①切断時の粉塵を飛散させない、②切断時の汚染水を外に出さない
２．被曝低減３．取り出しに長期間を要しない（建屋損傷前に取り出す）
４．再臨界防止５．事故・故障も想定したリスクマネジメント（共通要因）

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Phenomena of MCCI

http://www.plinius.eu/home/liblocal/docs/May2014%20seminar%20presentations/05%20%20SARP%20for%20Plin
ius2%20Seminar%202014.pdf

715

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushimanp/roadmap/images/m120314_02-e.pdf

PCV底部にあるMCCI生成物の取り出しで何が重要か？（機構）16（要求機能）
１．放射性物質を外にださない①切断時の粉塵を飛散させない②切断時の汚染水を外に出さない
２．被曝低減３．取り出しに長期間を要しない（建屋損傷前に取り出す）
４．再臨界防止５．事故・故障も想定したリスクマネジメント（共通要因）
以上の機能から求められる機構（一例）は、（例）コンクリート等でMCCIを準安定化してから取り出すことにより（燃料デブリ経年劣化、飛散防止、廃棄体処理の観点から）、以下の潜在的利点が得られる。
・取り出し時にα核種を含めた粉塵を飛散させない・炉水がMCCIに接する量を制限し、汚染度を下げる
817

PCV底部にあるMCCI生成物の取り出しで何が重要か？（機構 続き）
・燃料デブリは時間とともに変質する可能性があることから、－上部アクセスの場合等、下部まで到達するのに時間がかかるが、その間、準安定状態を維持可能－横アクセスでもペイロードが小さいマニュピレータを使用
すると取り出し終了まで長期間を有するが、その間も準安定状態を維持可能
・整地して足場を作ることにより、PCV底部並びにＲＰＶ下部から燃料デブリを取り出す多様な仕組みが構築できる・燃料デブリ収納缶内を足場と同一材で充填することにより、安定保管が可能

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燃料デブリ取り出しに関する代替工法検討の途中経過（機構要素の検討は今後）
・気中－横アクセス工法
・気中－上アクセス工法

919現状格納容器（PCV）
圧力容器
（RPV）

ＲＰＶ内・底部の燃料デブリ

冷却水

ペデスタル
PCV底部の燃料デブリ（ＭＣＣＩ生成物）

ｻﾌﾟﾚｯｼｮﾝ・ﾁｪﾝﾊﾞｰ（SC）

20＜燃料デブリ取出しに関する新たな工法＞

ーコンクリート等で燃料デブリを準安定化してから取り出すー
基本概念：
シンプルかつコンパクトに取り出しを行う

作業エリアの確保（閉じ込め空間を極力小さく）

 ペデ底部開口部高さまでコンクリート等を注入して燃料デブリを準安定化(状況によりペデ内外)
 ペデ内にプラットフォームを新設して燃料デブリを取り出す
作業プラットフォーム

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＜本工法の有効性＞

21

１．燃料デブリ取り出し準備における潜在的利点○止水対策の簡易化（被曝低減、長期リスク対応）①シェルアタックの補修不要②止水作業（ベント管以外）不要（被曝低減）
・PCV上部、底部、接続配管等多数○ＰＣＶとトーラス室の縁切り（リスク対応）①トーラス室水位ー地下水水位逆転現象防止②トーラス室壁面貫通部止水不要？
○耐震性向上（長期リスク対応、被曝低減）①S/C脚部補修工事不要（被曝低減）②ペデスタル底部補強の検討が可能○臨界・腐食対応の簡易化（長期リスク対応）①臨界防止対策の簡易化②防錆剤添加減に伴う水処理ラインへの負荷低減○給水／燃料デブリ接触面積減に伴う汚染水濃度の低減（汚染水処理量低減、被曝低減）○燃料デブリ位置によらない冷却対策を検討可能

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２．燃料デブリ取り出しにおける潜在的利点（１）ＰＣＶ底部ＭＣＣＩ生成物の取り出し①MCCI生成物の準安定化（長期リスク対応）
・時間に伴う性状変化対策②燃料デブリ取り出し時のα核種等飛散防止（安全）③足場確保に伴う取出し装置の設置容易化（作業性向上）④コンクリート遮蔽による線量低減（作業性向上、機器の耐放射線対策の容易化、被曝低減）⑤取出し時に発生するα核種のトーラス室への移行防止によるトーラス室負圧管理不要（コスト低減）⑥ＲＰＶ等上部構造物落下時の衝撃吸収（長期リスク対応）（２）ＲＰＶ底部（近傍）燃料デブリの取り出し⑦ペデスタル内作業プラットフォーム構築によるＲＰＶ・ＰＣＶ同時デブリ取り出し作業（工程短縮）
2211

23

⑧－１. 水受け容器の設置によるＲＰＶ底部取り出し・循環ラインの短縮化（作業性向上）
・臨界防止用ボロン投入の少量化（廃棄物低減）⑧－２．RPV下部コンクリート敷設による下部からの取り出し⑨ 上蓋非開放状態での燃料デブリ取り出しの可能性

３．廃棄物における潜在的利点① 足場材と同一材を収納容器への注入することによる、MCCI生成物の長期保管の可能性② ジオポリマーを利用し気中で取り出し保管した場合には、廃棄物長期保管の重要課題である水素・腐食対応簡素化の可能性

24

現状
ペデスタル内では制御棒駆動機構並びに付帯設備が、全体あるいは局部的に溶融

燃料デブリ
溶融制御棒
駆動機構

燃料デブリ
（MCCI生成物）

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25

セルの設置

① 取り出し収納セル及び保管セルの設置（IRID研究-横取出し工法）

CRD交換
レール

取り出し収納セル
保管セル

26②-1 CRD交換レールから遠隔 でグレーチングなどの障害物を切断（一部IRID研究）

障害物の切断※溶融物の高さによっては溶融物も一部切断

切断装置

13

27

障害物の撤去②−2 切断物を床へ落下②−3 切断物を取り出す
or 脇にどける

28

ペデスタル
内部除染

③ ペデスタル内壁除染＊ジェット洗浄＊窒素冷却除染

除染装置

14

29

③-2 ペデスタル耐震補強＊鉄板を除染後ペデ壁に配置＊鉄板とペデ壁間にコンクリート充填

ペデスタル
耐震補強
（オプション）

鉄板

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除熱装置の設置④ 除熱装置の導入※冷却パイプ、スプレイ、ヒートパイプ等研究課題

除熱装置

15

31

熱遮蔽材の注入⑤ 循環水ラインの設置とベント管止水（IRID研究）⑥ ジオポリマーの流し込み

循環水ラインの設置
ベント管止水技術（IRID）

32⑦ コンクリートの流し込み、遮蔽確保と足場の整地＊放射線遮蔽コンクリート
１ｍ厚でγ線量10-10倍に低減

放射線遮蔽材注入と足場の整地

16

33

ジオポリマーの活用
特徴
・耐熱性に優れる・耐放射線性に優れる
・放射性物質の閉じ込め性に実績あり
・保有水なし

2層

３層

４層

コンクリート鉄板
ジオポリマー
鉄・アルミ・鉛
ビーズ

燃料デブリ

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⑧ PCV、ペデスタルに穴開け（IRID研究）⑨ 燃料デブリ取出収納セル設置（IRID研究）⑩ 燃料デブリ保管セルの設置
あるいは⑧～⑩の代わりに、PCV内ペデスタル外のコンクリート上に収納容器を仮置き

収納容器保管設備の設置

取出し保管セル

収納容器

17

35

⑪-1 作業プラットフォーム（ペデ内）の設置
・ペデスタル内に上下作業が容易なオペフロをつくる。
・小さく入れて中で完成する。
＊型枠を入れてコンクリで固める。
＊ジャッキチェーンでのばす。

PCV内上下作業用
プラットホームの設置

PCV内作業エリアの確保

高さ調節可能作業用プラットフォーム

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取り出し①
ＲＰＶ下部燃料デブリの取り出し⑫-１ 燃料CRD切断装置のプラットフォーム上への設置⑬-1 RPV下部燃料デブリ取り出し（一部IRID研究）＊取り出し①、②、③の順番はプラント状況による

CRD切断装置

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37

取り出し②
ペデスタル内MCCI生成物の取り出し⑫-２ 作業用プラットフォームに取出し装置（負圧管理飛散防止セル付き）を設置⑬-２ 燃料デブリ取り出し＊安定した下向き作業により、取り出しを容易にする取出し装置（飛散防止セル付き）

38⑫-３ 作業用プラットフォームに取出し装置（負圧管理飛散防止セル付き）を設置⑬-３ 燃料デブリ取り出し＊安定した下向き作業により、取り出しを容易にする

取り出し③
ペデスタル外MCCI生成物の取り出し取出し装置（飛散防止セル付き）

19

39

取り出し④−１
ＲＰＶ底部冠水⑭-1 循環水ラインの設置⑭-2 RPV底部冠水循環水ラインの設置

40

取り出し④−１
ＲＰＶ内燃料デブリ取り出し（上部より）⑮-1 上部より燃料デブリ取り出し

20

41

⑭-3 グラウト注入ラインの設置⑭-4除熱装置の設置⑭-5 RPV底部グラウト詰め

取り出し④−２
ＲＰＶ底部グラウト注入

グラウト注入ラインの設置

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取り出し④−２（１）ＲＰＶ内燃料デブリ取り出し（上部より）⑮-1 上部より燃料デブリ取り出し

21

43

取り出し④−２（２）ＲＰＶ内燃料デブリ取り出し（上蓋を開放せず下部より）⑮-2 ペデスタル内で燃料デブリ取り出し

44⑭-3 グラウト注入ラインの設置⑭-4除熱装置の設置⑭-5 RPV底部及び下部グラウト
詰め

取り出し④ ‐ ３ＲＰＶ底部及びCRD
駆動機構グラウト注入

グラウト注入ラインの設置

22

45

取り出し④‐ ３（１）ＲＰＶ下部及び底部燃料デブリ取り出し（上蓋を開放せず下から）⑮-3 ペデスタル内でRPV下部及び底部の燃料デブリを取り出し

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取り出し④‐ ３（２）ＲＰＶ下部及び底部燃料デブリ取り出し（上蓋を開放せず横から）⑮-3 ペデスタル外から
RPV下部及び底部の燃料デブリをシールドマシン等で取り出しシールドマシン23

＜工法成立のための課題＞

47①ジオポリマー、コンクリートの施工性評価（含む埋め戻し）②施工材の耐久性・強度評価（IRID水中不分離コンクリートや早大重泥水技術＋高レベル廃棄物保管技術の情報活用）③ＭＣＣＩ生成物及びＲＰＶ底部の除熱④耐環境・放射線ロボットの開発（IRID液圧マニュプレータの活用）⑤ペデスタル内機器撤去（IRIDペデ内アクセス装置の活用）⑧⑥デブリ取り出し装置・治具の開発（IRID取り出し技術の活用）⑦ ＰＣＶ側面アクセス技術（IRID遠隔シール溶接技術の活用）⑧負圧管理システムの構築（IRID技術の活用）⑨小循環水ライン（IRID技術の活用）またはグラウト注入ラインの設置と切り替え手順⑩水・放射性物質のシール性確保（IRID技術の活用）⑪キャスク保管時の臨界評価（IRID研究参考）⑫収納缶内ジオポリマーの水素発生量評価⑬廃棄物量の低減

48＜今までのブレーンストーミングのまとめ＞○燃料デブリ取り出しにおいて、本質的に何が幹であるか上位の概念を議論した結果、コンパクトな空間で放射性物質を閉じ込めて取り出すことが重要との結論に至った。
○今後は得られた要求機能に基づき、他分野も参考にしつつ可能な機構を検討し、リスク評価を行いながら、工学的成立性を追求する。
謝辞
本内容は、文科省「英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業 廃止措置研究・人材育成等強化プログラム」の東京大学「遠隔操作技術及び核種分析技術を基盤とする俯瞰的廃止措置人材育成」プログラムの成果である。
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