第６回福島第一廃炉国際フォーラム＠いわき市（2022年8月29日）

放射性廃棄物等の分析に関する基本的視点
東北大学 多元物質科学研究所 桐島 陽

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CONTENTS• 原子力施設における分析とは• 放射性廃棄物の濃度区分• 福島第一原子力発電所の廃炉で発生する廃棄物の特徴• 廃棄物分析の一般的な流れ• 廃棄物分析に必要な要件• おわりに2

原子力施設における分析とは
分析：物質の組成を調べ、その成分の種類や量の割合を明らかにすること。（大辞泉）

放射性廃棄物
発生原子力施設の運転

分析
・核種の種類 90Sr, 241Am
・放射能量(Bq)
・分布（均一or 不均一）・化学的性状（結晶構造、溶解性、安定性など）

注）分析が不十分な場合、より保守的で高コストな保管方法や処分方法を選択することになる。廃棄物量が増える事もある。

原子力・エネルギー図面集よりイラスト抜粋

分析結果に基づき実施• 安全を担保する保管方法の選択• 廃棄体化処理方法• 廃棄物処分方法• 処理・処分コストの見積

将来の処分3• 放射性廃棄物は含まれる放射性物質の濃度や起源によって、処分方法が決まる。

【課題】
デブリはどこに当てはまるのか？（要分析）• 健全に処分場を運用するために、廃棄物の物理的・化学的性状に応じて廃棄体化処理を行う。
このために、１F廃棄物についても今後の廃棄物マネージメントのために【分析】が必要。
放射性核種濃度のみならず、硬さ・発熱量・化学的性質といった性状の把握が必要となる。

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通常の原子炉の廃止の例

適切な分析を行って初めて、このような切り分けが可能となる！！

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通常の原子力施設については、施設の特徴や類似性、解体工法等を基に廃止措置費用を簡易に見積もることができる手法が確立されつつある。
出典：原子力機構の研究開発成果 2020-21

入力情報：管理区域延床面積、解体物の処分区分（放射性、非放射性など）及び種類（コンクリート、金属など）ごとの発生量、など。

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一方、福島第一原子力発電所の廃止措置では・・・

出典：東京電力ホールディングス

出典：日本原子力学会「福島第一原子力発電所事故による発生する放射性廃棄物の処理・処分」H25報告書•••

原発運転廃棄物と異なり、発生源から廃棄物の性状や量の推定が困難。（要：性状分析）
今後の廃止作業の進め方に依存して、廃棄物の性状や量が変わる可能性。
ハードおよびソフトの制約により分析可能点数が限定的。

Challenge: これらの課題に対応した、分析戦略（ハード・ソフト）の構築が必要！！

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廃棄物分析の一般的な流れ

1.分析計画策定＋サンプル採取

福島第一原発敷地内における試料採取
https://www.jaea.go.jp/04/ntokai/fukushima/fukushima_02.html• 分析目標を策定する。（何を知るための分析か？）• 目標に照らして妥当なサンプル採取計画を立てる。（試料数、試料量など。）• 採取方法の検討。（有人作業、遠隔作業？）• 現場状況から達成可能な計画か確認。
タービン建屋内スラッジの採取
出典：JAEA-IRID 廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議（第28回）, 平成28年3月31日

8廃棄物分析の一般的な流れ

2.試料前処理

高放射線量

低放射線量

操作性：難操作性：良コンクリートセル＋マニュピレーター

グローブボックス

フード（ドラフトチャンバー）• 採取したサンプルを分析に適した量や性状に調整する。
• 対象の放射線量等に応じて前処理に使う設備を選択。一般に遮蔽性と操作性のトレードオフとなる。
写真出典：JAEA 原科研HP https://www.jaea.go.jp/04/ntokai/hot/hot_04.html およびATOMICA

9©東北大学多元物質科学研究所/桐島研究室

10廃棄物分析の一般的な流れ

2.試料前処理（イメージ）
イオン交換樹脂により脱塩処理

熱濃硝酸で固体成分を溶解処理

希釈

懸濁物を含む液体サンプル

液体試料

液体成分

放射線計測へ・γ線スぺクトロメトリ
・α線スぺクトロメトリ

希釈フィルターでろ過し、固体成分と液体成分を分離
液体試料

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廃棄物分析の一般的な流れ
ゲルマニウム半導体検出器（γ線スぺクトル測定）

3.放射線計測（放射能量測定）
表面障壁型Si半導体検出器（α線スぺクトル測定）

α線スペクトルの例

どの核種がどれだけ含まれるのか、明らかにする。

12廃棄物分析の一般的な流れ

4.質量分析ICP-MS（放射能量等測定）
写真：二重収束型高分解能ICP質量分析計” Thermo Fisher Scientific
ELEMENT 2” @東北大学多元物質科学研究所（例として放射能測定には使用していない装置を撮影）

溶液試料中の各元素をプラズマによってイオン化し、質量分析計 (MS) によって検出する方法。核種によっては、放射線計測より有利な定量分析法。

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廃棄物分析の一般的な流れ

5.機器分析（性状把握）

走査型電子顕微鏡(SEM)

粉末X線回折装置

微細構造を調べる

結晶構造を調べる

サンプル（模擬デブリ）

対象がどのような性質を持つのかを、明らかにする。
A. Kirishima et al. / Journal of Nuclear Materials 527 (2019) 151795

14河北新報 朝刊3面
2022/06/20(c) 河北新報社

日刊工業新聞 21面
2022/06/22(c)日刊工業新聞社

15廃棄物分析の一般的な流れ

6.分析結果の整理・解釈• 各分析から導出された結果の妥当性や不確かさ（信頼性）を評価。
• 多面的な結果を総合的に解釈し、試料の組成や性状に関する「fact」として示せる事項を整理する。

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出典：【JAEA】令和2年度補助事業：燃料デブリの分析精度の向上及び熱挙動の推定のための技術開発の成果の概要
https://dccc-program.jp/3797

廃棄物分析に必要な要件（ソフト面）【分析フロー例】

1. 分析計画策定＋サンプル採取
2. 試料前処理

5. 機器分析（性状把握）【各分析担当者】• 担当する操作や測定に習熟し、測定時の異常の有無を判断でき、結果を他者に説明できる人材。
（Skilled Technician)

6. 分析結果の整理・解釈＊トレーニングセンターなどで効率的に育成。

3. 放射線計測（放射能量測定）

4. 質量分析（放射能量等測定）【分析指揮・評価者（仮称）】• 分析目的を理解したうえで効果的な分析計画およびサンプリング計画を立てられる人材。
• 各分析結果を統合し、妥当性の検証や解釈を行い、結論を導く人材。
(Expert) *どう育成するか？時間もコストもかかる。戦略が必要。

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おわりに
【廃止措置に伴い発生する放射性廃棄物の分析】
目的：今後の廃棄物の処理・処分方策検討に必須の情報の取得。
特徴：発生源から廃棄物の性状や量の推定が困難。
課題：ハード・ソフトの制約により分析可能点数が限定的。
「分析指揮・評価者（仮称）」の育成。
【燃料デブリの分析】

目的①（廃炉）取り出し後のデブリの保管方法や、その後の処理・処分方策検討のための基礎情報取得。（放射能組成、発熱量、水素発生量、マトリクス性状等）
目的②（事故進展解析）
事故時に何がどのように起こったかを解明するための情報取得。事故原因究明や原子炉安全性向上に資する。（上記に加え、マイナー相の組成や構造、熱履歴等の幅広い情報）
課題
上記と同じ課題。加えて、目的に依って必要な分析項目が変わる。当然、目的②は多くの時間とコストを要する。目的①と②の切り分けをどのように行うか？

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以下、予備資料

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分析（検認）による放射能量および性状の確認

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