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海水注入後における使用済み燃料貯蔵プールの水質と対応（社）日本原子力学会 水化学部会 第1５回定例研究会
平成２４年３月７日
東芝研修センター（新横浜）
東京電力株式会社
福島第一安定化センター
高守 謙郎(C) 東京電力株式会社 2012年3月

使用済み燃料貯蔵プール(SFP)の状況（１）2

使用済み燃料貯蔵プール（SFP）
使用済燃料は原子炉から取り出し後，一定期間プールに入れ，燃料体に内包している核分裂生成物（ＦＰ）等の出す熱を健全性を損なわないよう冷却を行う。

燃料プール冷却浄化系（FPC）
このプール水を冷却しながら不純物を取除き水質を決められた値に保つ浄化系統。
原子炉建屋
屋外
スキマサージタンク

使用済燃料プール

1901-30

注水

エアフィン
クーラ
ドレン
ライン

二次系
サージタンクベントライン

FPC系ポンプ
安全弁ライン

一次系

表

使用済燃料貯蔵プール水量１）

ＦＰＣ系熱交換器
二次系ポンプV-31-5B： 既設ライン： 一次系既設ライン： 二次系仮設ライン： 外部注水ライン

図

福島第一原子力１号機使用済燃料貯蔵プール冷却系１）

1) www.tepco.co.jp(C) 東京電力株式会社 2012年3月

使用済み燃料貯蔵プール(SFP)の状況（２）3使用済み燃料貯蔵プール（SFP）
地震後の津波により冷却機能を喪失
一時的に冷却のため海水を注入／以降淡水注入へ切替
仮設冷却設備を構築し、冷却を再開
1u：8月

冷却開始前

47℃ →25.5℃ (3/1)

2u：5月冷却開始前最大約70℃ →12.8℃ (3/1)

3u：6月冷却開始前最大約60℃ →12.8℃ (3/1)

4u：7月冷却開始前最大約90℃ →23.0℃ (3/1)

コンクリートポンプ車によるSFPへの注水（４号機） 1)

SFP冷却水温度推移1)

1) TEPCo HP より作成
(C) 東京電力株式会社 2012年3月

使用済み燃料貯蔵プール(SFP)の状況（３）42012年2月現在までのSFP水質測定結果
pHCl（塩化物イオン）

Cs137Cs134－ppm

Bq/cc

Bq/cc

試料名

採取日時

1F-1 SFP水2012/1/13

8.0

5.1

1.8E+04

1.3E+04

・放射能濃度は2011/8測定

1F-2 SFP水2012/2/9

9.4

586

4.4E+02

3.6E+02

・塩分除去中1F-3 SFP水2011/12/22

9.3

1500

2.0E+03

1.5E+03・放射能濃度は2012/3/1

1F-4 SFP水2012/1/30

10.0248

6.6E+00

4.5E+00

・塩分除去中備考

 2,3,4号機SFPはヒドラジン間欠注入を実施中，ヒドラジン濃度は200ppm程度以下
 I-131はいずれも検出限界未満(C) 東京電力株式会社 2012年3月

ＳＦＰの腐食環境

5【腐食環境】
構成材料はステンレス鋼（プールライナー）や一部にアルミニウム合金製燃料ラックを使用
2,3,4号機SFPの腐食環境は冷却，ヒドラジン注入及び塩分除去（実施中）により抑制を図っている
MIC（微生物腐食）はヒドラジン添加中であり、現在非活性と評価
３号機SFP水はpH11程度あったが、ホウ酸添加により中和（pH9～）【今後の浄化工程案】
 根本的な腐食抑制対策として引続きSFP水の浄化を推進(C) 東京電力株式会社 2012年3月

燃料プールの脱酸素 (窒素バブリング)

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濾過水タンク／バッファタンク

坂下ダム

原水地下タンク

DO低減

純水タンク
フロート

窒素バブリング

ヒドラジン注入

汚染水処理設備

燃料プール

原子炉
圧力容器

窒素発生装置99.9%N2、最大60m3/h■ 原子炉圧力容器，燃料プールへの注入水は窒素バブリングを実施し，溶存酸素濃度を低減■ 燃料プールに対してはヒドラジン注入を併用（2,3,4号機）(C) 東京電力株式会社 2012年3月

燃料プールの脱酸素 (ヒドラジン注入)

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 ヒドラジン(N2H4)：
・ボイラ設備における脱酸素剤として一般的に使用．
・原子力分野では，PWRプラント2次系での脱酸素剤，プラント起動時の1次系の脱酸素剤としての使用実績がある．
 ヒドラジンによる脱酸素反応
N2H4 + O2 → N2 + H2O反応生成物が窒素ガス(N2)と水(H2O)のみ
 ただし，350℃を超える高温条件では，熱分解反応により水素ガス(H2)が発生
2N2H4 → 2NH3 + N2 + H2

• 温度の安定した燃料プールの脱酸素に適用中 (N2バブリングと併用)• 燃料プールは開放系であるが、一方で使用済み燃料からの照射による脱酸素反応の加速も期待される（実機未測定）•解離によりpHの上昇がある(C) 東京電力株式会社 2012年3月

燃料プール水の浄化

8使用済燃料プール系統構造材の中期的な腐食進展を抑制するため、プールに注入された海水成分の除去を実施中（2,3,4号機）
 使用済燃料プール循環冷却システムよりプール水の一部を取り込み、処理水を戻す
 第1ステップは放射能除去塔によるCs134,137濃度の低下（2,3号機；完了）
 RO膜等の放射線劣化抑制
 濃縮水による作業線増加の抑制

 第2ステップはRO(逆浸透膜)/ED(電気透析)による塩分濃度低下（実施中） 第三ステップはイオン交換樹脂による水質・純度向上
淡水
濃廃輸送車 濃縮水

スキマー
サージタンク

P

電気透析
冷却塔

使用済
燃料プール

熱交換器

使用済燃料プール
循環冷却システム

逆浸透膜
前処理

プール水（海水含む）
浄化システムのイメージ(C) 東京電力株式会社 2012年3月

ＳＦＰ浄化系統の構成例

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既設設備
鋼管
ホース
既設制御盤

弁ユニット（車載）
A
現場操作盤

AO

AO

原子炉建屋

廃棄物処理建屋

既設冷却ユニット

FI

PI

PI

LS

浄化系
・放射能吸着塔システム
・RO（逆浸透膜）/ED（電気透析）
・イオン交換システム

写真：左からイオン交換システム、RO/EDシステム、放射能除去塔システム(C) 東京電力株式会社 2012年3月

【参考】ＲＩ除去装置の構成図

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既設設備
既設設備

鋼管
ホース

既設制御盤

弁ユニット（車載）
A 一括ANN

現場操作盤

AO

AO

FIPIPI

既設冷却ユニット

原子炉建屋

LS

廃棄物処理建屋交換
LS

吸着塔ユニット(B)（車載）吸着塔ユニット(A)（車載）

ドレンパン(C) 東京電力株式会社 2012年3月

３u SFP水放射能除去工程の完了

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３号機使用済み燃料プール水の放射能除去工程を3/1に完了
約２桁程度放射能濃度が低下
３号使用済燃料プール 放射能除去装置運転経過

放射能/Bq/cc

1.0E+05

Cs137
Cs134
1.0E+04

1.0E+03

放射能除去実施期間：1/14～3/1
1.0E+02
1/2

1/12

1/22

2/1

2/11

2/21

3/2

3/12

月日(C) 東京電力株式会社 2012年3月

【参考】塩分除去装置構成図12①逆浸透膜（RO）保護の為、油分やＲＩ等を除去②逆浸透膜（RO）により淡水と濃縮水に分離③電気透析（ＥＤ）によりさらに塩分を濃縮し、濃縮廃液量を低減④濃縮水を輸送用ローリーに送水（６％），淡水はプール戻り（９４％）
以降、塩分100ppm程度以下で樹脂塔による除去に切替
導電率等監視計器
取り合い部
CE

pH

カメラ⇒免震棟へ

セシウム吸着塔

MFC

SFP（燃料プール）

冷却塔

冷却系
ポンプ

CE

熱交換器

②

① 前処理ユニット

MFM～100m3/h

フィルタ

フィルタ

ＲＯユニットＲＯ（逆浸透膜）

pH

活性炭
タンク

使用済燃料プール循環冷却装置

ポンプ④
バッファータンク

ＥＤユニット③

保管タンクへ（水処理・RO濃縮廃液タンク等）

タンクローリー

一時受けタンク

ＥＤ（電気透析）(C) 東京電力株式会社 2012年3月

【参考】イオン交換装置の構成図

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イオン交換装置

二重ホース
導電率等監視計器
取り合い部
CE

PE

CE

PE

カメラ⇒免震棟へ

移送ポンプ～100m3/h

SFP（燃料プール）

冷却塔

冷却系
ポンプ
熱交換器

使用済燃料プール循環冷却装置

漏えい検知器LE

前置フィルタ

イオン交換樹脂塔(C) 東京電力株式会社 2012年3月

まとめ14

海水注入を実施した使用済燃料貯蔵プール(2,3,4号機)の構成材料の腐食抑制を目的として水質改善を実施中
2,3,4号機SFP構成材料の腐食環境は、冷却，ヒドラジン注入及び塩分除去（実施中）により抑制を図っている
MIC（微生物腐食）はヒドラジン添加中であり、現在非活性と評価
３号機SFP水はpH11程度あったが、ホウ酸添加により中和（pH9～）
腐食抑制対策として引続きSFP水の浄化を推進【謝辞】
本件にかかる評価、対策の検討につきましては、国内外多数のあらゆる立場の方々から多くのご助言、お力添えを頂きました。紙面の都合にて個々に記載することはできませんが、この場を借りて御礼申し上げます。

(C) 東京電力株式会社 2012年3月