福島第一原子力発電所1号機の建設
多田正文によれば、格納容器用鋼板として1号機までの原子力発電プラントではASME SA 201 GrBないしSA 212 GrBというC-Si系炭素鋼板が使用された。この規格は1964年に変更され、前述の2種鋼板はそれぞれSA 515 Gr60およびSA 515 Gr70に継承、新規に低温衝撃特性の優れたC-Si系炭素鋼板としてSA516 Gr55 Gr60 Gr65 Gr70が制定された。しかし、1号機ではこの新規格鋼板を採用せず、2号機でSA 515 Gr70を採用することとなる。耐圧部に使用されたASTM 212 Gt.Bは低温における衝撃値を規制した材料で、配管同様、溶接条件、非破壊検査には注意が払われ、たとえば溶接士の認定試験は通産省技術基準とASME Code Section IXの両者に合格することが条件であった。また当時より工場内製作部分については自動溶接を積極的に導入している。現場溶接についても、溶接工は全て工場から派遣した者を当てたが、「現地の混雑した環境での作業というのは、不慣れであり、不得手」という問題がある事は認識されていた。下記のように地上作業が増やされたのは、このような背景もある。
MarkI格納容器の外形はひょうたんのような本体(ドライウェル)の下に円筒の架台を敷き、底部を囲む形でドーナツ状のサプレッションチェンバ(『火力発電』ではトーラスと呼称)が取り巻く形となっている。
1号機の契約はターンキー方式で結ばれ発電設備一式をGE社に発注する形となったが、これは東京電力としては初の契約方式であった。『原子力工業』1966年6月号によると、この契約方法について発注当時東京電力は詳しい説明を避けていたが、同誌は「特命発注することによってむしろ炉の購入価格を安くできる可能性が大きい、などからこうした措置を取ったものと見られている」と観測していた。また、同時にWH社のPWRを採用した関西電力はタービン、発電機についてはWH系の技術を導入しつつあった三菱原子力に発注しており、完全なターンキー方式を採用しなかった。『原子力通信』1966年5月4日号は、このような関西電力の動きが自社の動きに影響していることを東京電力も暗に認めており、その影響は敦賀1号機に比較した国産比率の増大であるとした。
1965年12月より文書課から原子力部次長に異動した松永長男によれば、1966年からスタートしたGEとの契約交渉では時間的制約から日本側での契約ドラフト作成は諦められ、GEのドラフトをベースに交渉することとなった。GE側が提示した契約書は同社の法律家、それも一般の弁護士ではなくこの種の契約を専門にする有資格者が作成した。 そのため契約慣行は日本側とは相違点が多く、特徴としては予想されるあらゆる事態に対応できるように細部まで書き込まれているため、分量は多くなることが挙げられている。なお、東京電力側の交渉の主担当は常務だった田中直治郎と資材部長の正親であった。
鹿島建設福島原子力建設所長を勤めた中津留暎は竣工時に「建築と言う面からみますと、原子力発電所という建物の形が、むしろ物理屋さんが考えた、一番解析しやすい状態のままで、むしろ建築的に十分に検討されないままで建物をそれに合わせてつくっていかなければならないというようなところがある」と述べている。
また、当時東京電力の建設所では建築は設計班と工事班に分かれており設計でGEレターを解釈し、工事で作業実施を担当していた。構造検査の確認も数多く、当時新入社員で技術職だったある東京電力社員は「建物を造るのに、何故そんなに検査を一生懸命やるのかな」と原子力部門の技術的な文化に対して素朴な疑問をもっていたという。
また中津留暎は『電気情報』1971年6月号の座談会にて、日立でグラインダー工を地元募集した時と同様の課題に直面した旨を語っている。従って「普通ですと、経験のある業者がいる訳ですが、地元の素人の労務者を採用したために、社員が陣頭指揮に立たざるを得なかった」という。
建屋内の天井、鉄柱は錆が浮いて冷却水に交じるなどして放射化することを防ぐため、錆止めの塗料が使用されている。
1号専用機より容量が大きいのは共用先の2号機の工学的安全施設の必要容量から決定されているためである。『電気計算』によれば、燃料は軽油とのみあるが、納入を報じた『日刊工業新聞』ではより具体的にA重油と明記されている。
1・2号機との共用発電機は納入時世界最大の中速ディーセル機関であったため、上記のように『日刊工業新聞』にて紹介された。納入された機関と同じシリーズの40X形は1966年に初号機を完成した当時としては新しい型式で、1号機に納入されるまでに工業、都市電源装置用途で40台以上の受注実績を積み重ねており、これをベースに原子力発電所用に所与の改良を加えたものであった。
仕様(特記無き場合上記『日刊工業新聞』記事より)
形式:18V40X形
サイクル:4サイクル
シリンダー配置:V型
シリンダー径:400mm
ストローク:520mm
シリンダ当たり出力:530PS/cyl(40X形の仕様)
シリンダー数:18
Pme kg/cm:16.6
Cm m/s:7.4
回転数:毎分429回転
出力:9300馬力(1時間10%過負荷)
電気出力:6500kW
使用燃料:A重油
原子力用として特に考慮した仕様 瞬時起動を実施可能なように設計(通産省の実施した検査では8.7秒の成績) 緊急運転による温度負荷に耐えるよう燃焼室の構造を改良 地震等納入時に想定した災害に耐えるよう本体、付属機器、配管を設計
冷却方式:水冷(このため海水ポンプを岸壁に設置)
非常用ディーゼル発電機は外部電源喪失信号或いは冷却材喪失信号を受信した際に自動起動し、タイマーによって6.
容器完成を報じた『原子力通信』によると、計算が困難な部位(下鏡制御入孔部、再循環出口レデュースドノズル、上蓋計測用斜角ノズル)については3次元光弾性模型試験を実施した。また、石川島播磨で作成した応力解析計算書、各種製造検査方案をB&Wに送付してレビューを受けている。
製造検査は安全性に直結することは石川島播磨も当初から認識しており、完成の約10年前から厚板溶接技術、溶接クラッド技術、模型応力試験などを進めて行った。また、「完成までに約3年かかるが、そのうち1年は検査の期間」「チェックリスト紙は2,000〜3,000枚に、検査回数は数千回」とコメントされている。
多田正文によれば、極初期を除き、米国軽水炉の原子炉圧力容器には抗張力56kg/mmのマンガン・モリブデン鋼、或いはさらに衝撃性質を高めるためニッケルを添加した低合金鋼が用いられているが、1号機では焼ならし、焼き戻し材のASTM SA-302Bを用いているものの、ニッケルの添加は行わずそれに相当する熱処理を実施していた。1965年にはニッケルの添加を規定した焼入れ、焼き戻し材であるASTM A-533が規格として発行されたが、この規格を適用したA-533 Gr.B,Class1を使用した圧力容器は2号機から採用された。
契約、現場における態度などについては別記する。
井上琢郎は1967年、原子力産業会議主催の「原子力発電経済性調査団」に東京電力から参加者として随行した。この訪米時にGE社にも出張し、同社の原子力技術に対する将来見通しなどの情報を得ている。
GEにとって、当機の受注は日本市場への足掛かりでもあった。戦前は東芝の筆頭株主(持株比率24.1%)でもあった同社は戦後6.7%まで比率を落としていたものの1967年に東芝が割当増資をした際に10%に買い増しを行った。当時、GEの社史は日本で知られていなかったが、小林袈裟治はGEの対日戦略上、原子力技術の売り込みを次のように分析している。
教育程度が高い反面賃金が米国に比較し低く、政府が親米的であるため、東南アジア市場進出の中継拠点にもなる。
当時のGEは特許や株式投資を収益源としており相手の複数企業がライバル関係にあればその間に生じる競争関係を利用し、複数の企業と技術提携契約を結ぶことなどで更に多くの利潤を得ることが可能であるため、東芝以外にも提携関係を構築することが有利である。
継続的な燃料供給に関連する部分では、濃縮ウランの加工は労働集約的な工程が比較的多く、供給先での現地生産が望ましい。
また『日刊建設工業新聞』によると当時GE子会社のEBASCOは、より大規模な日本市場への進出が警戒されていたが、結局は当機の設計監理だけに落ち着いたため、「わが国業者に安堵の胸をおろさせた」という。
突き合わせた開先にインサートリングを挟まずそのままTIG溶接を実施した場合、全姿勢で裏波ビードの仕上がりが良好となるが、本機のようなBWRでは初層条件がシビアな反面、上向き溶接に対してはかなりの熟練を要した。
異種金属溶接
素材から溶接を見直した場合、異種金属溶接について検討が必要であった。BWRでは炭素鋼と低合金鋼、或いはステンレス鋼といったように、異種金属の配管同士を溶接する機会がある。この場合溶接棒などは一般に溶接の困難な側(炭素鋼とオーステナイト系ステンレスの場合なら後者)に合わせる。またフェライト量の確保などの問題から溶接条件を良くするため、異種金属配管は工場溶接を基本とし、現地では同種金属溶接とする。このため工場溶接ではセイフエンドと呼ばれる同種金属溶接用の短い配管が溶接されて出荷される。
開先検査
BWRを含めた原子力発電の一次系配管が複雑な形状を取るのは、放射線遮蔽を考慮しているためでもある。その上、熱膨張による応力を低減する目的のコールド・スプリングが施工される配管系は開先合せが困難となる。
破壊モード
破壊モードとしては応力腐食割れの語こそ使用頻度が少ないものの、低応力下、材料鋭敏化での塩素、酸素による粒間割れなどは当初からオーステナイト系ステンレスなどで予測されていた。しかし、GEの予測は甘く、1号機建設後対策のため、放射化が問題視された配管については逐次SUS316L等の材料に置き換えされていった。
管系支持装置 火力発電所と比較した場合、蒸気条件が低く、熱膨張による管系の変位は相対的に少ないが耐震設計上の要求が多く、レストレイント、次いで油圧防振器が多用される。再循環系にはバネ式防振器が耐震目的で使用される。