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1 Fugen Decommissioning Project ふげんの廃止措置について 敦賀湾 福井県 敦賀市街 敦賀半島 関西電力美浜発電所 1,2,3 号機 (PWR) 高速増殖原型炉 もんじゅ (FBR) 日本原子力発電敦賀発電所 1,2 号機 (BWR PWR) 日本原子力発電敦賀発電所 3,4 号機予定地 (APWR) 敦賀 京都大阪 名古屋 原子炉廃止措置研究開発センター ふげん (ATR) 日本原子力研究開発機構原子炉廃止措置研究開発センター ( ふげん ) 森下喜嗣

2 目 次 Fugen Decommissioning Project ふげん について ふげん の廃止措置への取組み 廃止措置計画 除染 解体 廃棄物管理 福島第一原子力発電所の廃止措置との比較 2

3 新型転換炉 ふげん のしくみ Fugen Decommissioning Project ふげん 炉容器の型減速材冷却材 ふげん 圧力管型 重水 軽水 軽水炉 圧力容器型 軽水 軽水 比較例 : 軽水炉 (BWR) 3

4 ふげん の原子炉冷却系概要 Fugen Decommissioning Project Steam 蒸気ドラム drum 原子炉出力 - 熱出力 : 557 MWt - 電気出力 : 165 MWe Lower 下部ヘッダ (Distribution) header Core 炉心 タービンへ To Turbine 炉心 高さ : 3,700 mm 直径 : 4,050 mm 燃料チャンネル数 : 224 From タービン Turbine から 重水系 - 重水装荷重量 : 160 t - 重水温度 : 70 o C Recirculation 再循環ポンプ pump Fuel 燃料チャンネル channels (224 (224 Pressure チャンネル tubes) ) カランドリアタンク Calandria Vessel 原子炉 冷却系 - 冷却材 : 軽水 (H 2 O) - 圧力 : 68 kg/cm 2 - 温度 : 284 o C ( 蒸気ドラム部 ) - 炉心流量 : 7,600 t/h - 再循環回路数 : 2 ループ 4

5 ふげん のあゆみ Fugen Decommissioning Project 建設 S45.12 建設開始 S53.3 初臨界 設計 S45.3 設置許可申請 S47.2 設置変更許可 (Pu 利用に向けて ) S42.10 動燃事業団設立 S41.5 原子力委員会決定 (ATR,FBR を自主開発 ) 試験運転廃止措置準備 S54.3 運開 運転期間 :25 年 ( 初臨界から ) 設備利用率 : 約 62%( 運開から ) 発電電力量 :219 億 kwh MOX 燃料装荷体数 :772 体 S56.10 軽水炉回収 Pu を使用 S59.6 軽水炉回収 U を使用 S63.6 ふげん回収 Pu を使用 ( 核燃料サイクルの輪の完結 ) H15.3 運転終了 H10.10 サイクル機構へ改組 S57.8 ATR 実証炉建設主体決定 H7.8 ATR 実証炉建設計画中止 H15.9 ATR 開発の終了 H 廃止措置計画認可 廃止措置研究 H 廃止措置計画変更 H15.8 全炉心燃料の取出し H15.12 系統化学除染 H16.2 原子炉冷却材水抜き H20.6 主蒸気系解体着手 H20.12 制御棒全取出し H22.4 高経年化分析室 ( ホットラホ ) 開設 H17.5 H20.10 敦賀国際廃止措置セミナー H16.4 米国原子力学会 (ANS) ラント マーク賞受賞 H17.10 原子力機構設立 廃止措置 H クリアランス測定 評価方法の認可申請 H22.3 日本原子力学会原子力歴史構築賞受賞 H22.4 中部電力との技術協力協定締結 5

6 廃止措置工程の進め方 Fugen Decommissioning Project 廃止措置は下記の 4 段階の期間に区分して実施 使用済燃料搬出期間使用済燃料 重水の搬出を行う 使用済燃料の保管に係る安全確保のための機能を維持管理し その機能に影響を与えない範囲で 使用しなくなった放射能レベルの比較的低い施設 設備及び汚染のない施設 設備の解体撤去を行う 原子炉周辺設備解体撤去期間使用済燃料の搬出完了によって使用しなくなった放射能レベルの比較的低い施設 設備及び汚染のない施設 設備等の他 原子炉領域解体撤去に用いる遠隔解体装置等の設置範囲に干渉する設備 機器の解体撤去を行う 原子炉本体解体撤去期間放射能レベルの比較的高い原子炉領域の解体撤去を行う また 汚染したすべての設備 機器を解体撤去し 建屋及び構造物の汚染除去を行い すべての管理区域を解除する 建屋解体期間廃止措置対象施設を解体する 廃止措置準備期間 廃止措置計画認可 使用済燃料搬出期間 H29 年度 H34 年度 H43 年度 H45 年度 原子炉周辺設備解体撤去期間 原子炉本体解体撤去期間 建屋解体期間 主要施設の解体撤去 物去汚処 廃染理棄の除 運転終了 系統除染 使用済燃料搬出 重水回収 搬出 / 乾燥保管 原子炉冷却系統施設 計測制御系統施設等の解体 核燃料物質取扱施設 貯蔵施設 重水系 ヘリウム系等の解体 原子炉廃止措置研究開発センターへ移行 ( H ) 原子炉領域の解体 廃止措置計画変更届出 (H ) ( 再処理施設耐震裕度向上工事と震災影響で使用済燃料搬出期間を5 年繰り延べ ) 重水搬出 トリチウム除去 放射性廃棄物の処理処分 熱交換器類 放射性廃棄物貯蔵タンク類 使用済燃料貯蔵プール ( 燃料搬出後 ) 等 核燃料物質による汚染の除去 換気系等解体 管理区域解除 建屋除染 建屋解体 6

7 原子炉施設の解体撤去イメージ Fugen Decommissioning Project タービンや復水器の一部解体 再循環系配管等から試料を採取 重水搬出 残留重水回収 トリチウム除去 使わなくなった機器の解体 原子炉の周辺機器解体 原子炉本体領域の解体後に解体 廃棄物処理設備 換気系等 1 使用済燃料搬出期間 原子炉本体の解体 2 原子炉周辺設備解体撤去期間 建屋解体 3 原子炉本体解体撤去期間 4 建屋解体撤去期間 : 管理区域の機能 ( 封じ込め機能 放射線監視など ) 7

8 廃止措置における主要技術 Fugen Decommissioning Project VR を使用した作業安全の計画 評価 固有機器以外の解体技術 再利用技術 クリアランスの実績作り 金属等の再利用の技術 解体コンクリートの再利用技術 解体計画の評価技術 既存技術を用いた解体手法の確立 3D CAD 計画評価システム PRODIA を用いた作業手順 計画の作成 タービン建屋 原子炉補助建屋 原子炉本体解体技術 固有の遠隔解体装置の開発 モックアップ装置 シミュレーション等による解体手順の評価 原子炉建屋 重水 トリチウム関連技術 安全かつ合理的な重水の回収 トリチウム測定 除去技術 除染技術 除染技術 コスト 被ばく 廃棄物量など解体前後の除染システムの最適化 blast gun work piece プラント調査技術 compressed air liquid(water) media 解析 放射化箔 ボナーボールによる測定 サンプリング等によるインベントリ評価 評価結果をもとに 廃棄物量等の評価 除染方法や解体計画への反映 手法の合理化 凡例 コンクリート廃棄物 固有技術の開発 既存技術の改良 高度化 廃樹脂処理試験装置 廃棄物処理処分技術 トリチウム廃棄物処理方法の検討 大型廃棄物容器技術の検討 廃樹脂の安定 減容化処理技術の開発 廃棄物処理設備の改造検討 測定技術 国内外で開発された技術について適切な反映 ふげん として合理的な測定技術の確立 クリアランス測定装置 金属廃棄物 8

9 Fugen Decommissioning Project 原子炉施設での放射性物質の発生経緯 放射化汚染 中性子の発生 コンクリート 3 ( 代表的な評価核種 ) 原子炉燃料の核分裂時 1 54 Mn 55 Fe 60 Co 63 Ni 94 Nb 構造材又は冷却材中の腐食生成物と反応 冷却水 重水などからの β -n γ -n 反応 2 3 H 14 C 減速材 冷却材と反応 中性子と構造材料などとの核反応による放射化 炉心部構造材等 Eu 154 Eu コンクリートと反応 二次汚染 放射化汚染 主冷却系統 重水系統 Sr 129 I 134 Cs 137 Cs 239 Pu 241 Am 核分裂による生成 ( 持込みウラン 燃料破損時漏出 ) 9

10 Fugen Decommissioning Project 運転終了後の系統化学除染 (H15.11~12) 目的 被ばく低減 プラント管理及び解体作業に係る被ばくの低減 コスト低減 放射性廃棄物のレベル低減による処理 処分コストの低減 機器が維持されている間に除染( 機能維持費用の低減 ) 安全性の向上 原子炉冷却系の内蔵放射能量の低減 除染後に水抜きを行うことによる安全性の向上 目標 ほぼ達成機器 配管の表面線量当量率 :<0.2mSv/h 原子炉建屋内の雰囲気線量当量率 :<0.05mSv/h 化学除染法 :HOP 法 Hydrazine Oxalic acid Potassium Permanganate 酸化剤 : 過マンガン酸カリウム 還元剤 : シュウ酸 温度 :90 ±5 除染ステップ : 酸化 (4h) 還元 (15h) 酸化 (4h) 還元 (8h) ふげん における運転期間中の系統化学除染実績 第 8 回定検 (H1) 第 9 回定検 (H2): クリデコン方式 第 15 回定検 (H10) 第 16 回定検 (H12):HOP 法 蒸気ドラム 気体廃棄物処理装置 換気ダクトへ 給水管 系統化学除染の実施範囲 (A ルーフ の例 B ルーフ も同範囲で実施 ) タ - ビンへ 余熱除去系 蒸気 上昇管原子炉 RCP 原子炉脱浄塩化器系 触媒塔フィルタ H 2 O 2 注入装置 除染剤分解設備 圧力管 カラント リアタンク 蒸気ドラム上昇管下部ヘッダ下降管 ヒ - タ - シュウ酸 / 過マンカ ン酸カリウム注入タンク 除染剤注入設備 : 仮設設備 入口管 マニホ - ルド再循環ポンプ (A) 再循環ポンプ (C) 10

11 11/30 12:00 11/30 18:00 12/1 0:00 12/1 6:00 12/1 12:00 12/1 18:00 12/2 0:00 12/2 6:00 12/2 12:00 12/2 18:00 12/3 0:00 12/3 6:00 12/3 12:00 12/3 18:00 12/4 0:00 12/4 6:00 12/4 12:00 12/4 18:00 12/5 0:00 表面線量当量率 (msvh) Fugen Decommissioning Project 原子炉冷却系の系統化学除染時の線量変化 酸化除染 Ⅰ 還元除染 Ⅰ 昇温酸化剤分解 Ⅰ 還元剤分解 Ⅰ 最終浄化 入口管 ( モータ階 ) 上昇管 1.0 HOP 法 ( 酸化 還元除染 ) 下部ヘッダー側面中央 0.8 蒸気ドラム側面中央 0.6 下降管 ( モータ階 ) 0.4 RCP(C) 吸込管 0.2 RCP(C) 吐出管 ( ポンプ階 ) 0.0 マニホールド側面 経過時間 11

12 Fugen Decommissioning Project ふげん のトリチウム (H-3) 汚染の特徴 ふげん の重水系機器 配管類は原子炉の運転によりトリチウム (H-3 または T) によって汚染 重水中トリチウム濃度 : Bq/cm 3 ( 平成 15 年 3 月 - 運転停止時 ) トリチウムの状態 残留重水及び付着重水 酸化皮膜中重水 残留重水付着重水 酸化皮膜 DTO HTO DTO HTO 配管 酸化皮膜中トリチウム 付着重水除去後に空気中に拡散 トリチウム放出率 ( 常温環境下 ) 付着重水除去直後 :~10 2 Bq/cm 2 /hour 2,000~3,000 時間経過後 :~10-2 Bq/cm 2 /hour 12

13 Fugen Decommissioning Project 重水トリチウムが残留する系統の解体手順 熱交換器 A トリチウム除去装置 系統からの残留重水回収 トリチウム除去 ( 残留重水の乾燥 ) 搬出 常温通気乾燥 乾燥装置 真空ポンプ 非常用カ ス処理系 空気置換 熱交換器 B トリチウム除去装置 放射性腐食生成物 (CP) 除染 加熱通気乾燥 ヒーター 乾燥装置 真空ポンプ 非常用カ ス処理系 機器解体撤去 熱交換器 C トリチウム除去装置 解体廃棄物の処理 処分 重水ヘリウム系設備解体の手順 加熱真空吸引 ヒーター 乾燥装置 真空ポンプ トリチウム除去の概念 非常用カ ス処理系 13

14 Fugen Decommissioning Project トリチウム除去工事の対象設備 機器 原子炉補助建屋 原子炉建屋 制御棒 (49 本 ) 核計装 (26 本 ) ヘリウム浄化系 カランドリアタンク ヘリウム循環系 (3F) ヘリウム循環系 重水浄化系 (1F) 重水浄化系劣化重水貯槽 (B1F) 重水貯槽 (B2F) 重水冷却系 原子炉本体 重水循環ポンプ (3 台 ) 14

15 Fugen Decommissioning Project ふげん の廃止措置 : 解体撤去を終えた設備 機器 格納容器 ( 原子炉 ) 第 5 給水加熱器 (B1F) 第 3 給水加熱器 (B2F) 第 4 給水加熱器 (B2F) 組合せ中間弁 (B1F) B- 復水器 主蒸気管 (B1F) 高圧油圧ユニット (B2F) 凡例 :~H26 年度解体済み 復水器入口水室 (B2F) 循環水配管 (B2F) 15

16 Fugen Decommissioning Project ふげん の復水器等の解体撤去工事の状況 解体作業前の復水器下部胴 (H ) 左 :B 復水器下部胴 復水器内部冷却管 ( 海水管 ) の解体 (H ) ( H ) 基礎コンクリート部 解体を終えた B- 復水器下部胴 (H ) ピット ( H ) 基礎解体後の復水器 復水器胴部の解体 (H ) 16

17 切断工法の例 Fugen Decommissioning Project バンドソーによる細断プラズマ溶断機による切断ガス切断器 ( 手動 ) による切断 オーヒ タルハ イフ 切断機による切断 自動ガス切断器 ( 自走式 ) による切断 カ ソリン酸素溶断器 ( 手動 ) による切断 17

18 人工数 ( 人 hr) Fugen Decommissioning Project 解体データの収集 蓄積 ふげん では 現在実施しているタービン設備の解体にあたって 解体の作業項目毎に人工数や被ばく線量 廃棄物発生量等実績のデータ採取し 管理データとして評価システムに蓄積 高度化 解体撤去工事の作業実績データを収集 分析して 従来の評価式 (JPDR の評価モデル ) を検証 改善もしくは新たな評価式を構築し 今後の解体における管理データの評価精度を向上 反映 収集 蓄積データ 対象部位 作業種別 使用工具種別 作業人工数 機器重量 粗断 細断判別 切断回数 被ばく線量 廃棄物発生量等 作業人工数 ( 人 hr) 作業準備 識別 標示 電力遮断 ケーブル解線 ハウス設置 撤去 乾燥 配管撤去 機器運搬 移動 機器解体 サンプリング採取 後片付け 放管員指揮者作業員補助作業員現場監督 管理データ評価システム によって 解体作業の作業計画立案や解体コストの評価に反映 y = x 活用 y = x y = x 準備作業 ( 人 hr) 解体実証試験 ( 人 Hr) 合計線形 ( 解体実証試験 ( 人 Hr)) 線形 ( 合計 ) 線形 ( 準備作業 ( 人 hr)) 原子炉周辺設備 原子炉本体の解体に活用 物量 (t) タンク物量と人工数の関係 管理データ評価システム :PRODIA ( PROject Management Data Evaluation Code for DIsmantling Actvities ) 18

19 解体撤去物の保管例 Fugen Decommissioning Project 機器 配管 サポート サポート ( 汚染なし ) 配管 ( 汚染あり ) 機器 ( 給水加熱器胴板 ) 機器 ( 給水加熱器伝熱管 ) ベルト固縛による荷崩れ防止措置 標示 主建屋管理区域に一時保管 ( 仮置き ) : 一時保管 ( 仮置き ) 管理は フェンス等による区画 標示 施錠 荷崩れ等防止措置 及び巡視 ( 月 1 回 ) を実施 施錠 フェンスによる区画 19

20 Fugen Decommissioning Project ふげん から発生する解体撤去物 ふげん の廃止措置によって発生する廃棄物の量 約 361,800 トン 解体撤去する主な設備例 低レベル放射性廃棄物 放射能レベル区分 放射能レベルの比較的高いもの ( レベル 1) 放射能レベルの比較的低いもの ( レベル 2) 放射能レベルの極めて低いもの ( レベル 3) 汚染分布図の凡例 発生量 ( 単位 : トン ) 約 500 約 4,400 約 45,500 放射性物質として扱う必要のないもの約 600 放射性廃棄物として処分 ( 約 10,000 トン程度 ) レヘ ル 1 余裕深度処分レヘ ル 2 コンクリートヒ ット処分レヘ ル 3 トレンチ処分 除染作業 放射能レベルが基準値より高い 放射能レベルが基準値より低い 埋設処分業務の実施に関する計画 (H ) 処分のあり方調整 研究施設等廃棄物埋設処分場 ( 第 1 期 ) クリアランス制度 * による確認 合計約 50,800 放射性廃棄物でない廃棄物 ( 管理区域外からの発生分を含む ) 約 141,000 (*) 汚染のない地下の建屋 構造物 事務所 倉庫等約 170,000 (*) 廃止措置計画書記載対象外 総計約 361,800 * クリアランスとは? 産業廃棄物と同様な処分 リサイクル 推定発生量は 十トン単位で切り上げ, 合計値については 百トン単位で切り上げた値である ( 端数処理のため合計値が一致しないことがある ) 放射能レベル区分毎の物量は, 除染を考慮していないレベル区分で集計したものである ( 今後の除染等により各レベルの数量は変わりうる ) ( 約 352,000 トン程度 ) 放射性物質の放射能濃度が極めて低く 人の健康への影響が無視できるものについて 放射性物質として扱わず 普通の産業廃棄物として再利用 処分できるようにする制度 20

21 Fugen Decommissioning Project ふげん の放射性物質の分布とレベル区分 : 放射能レベルの比較的高いもの ( レベル 1) : 放射能レベルの比較的低いもの ( レベル 2) : 放射能レベルの極めて低いもの ( レベル 3) : 放射性物質として扱う必要のない物 カランドリアタンク ( 炉心タンク ) 生体遮蔽体コンクリート 原子炉建屋 原子炉格納容器 タービン タービン建屋 原子炉冷却系再循環ポンプ 発電機 ( 注 ) 除染等の処理を想定 原子炉補助建屋 21

22 Fugen Decommissioning Project クリアランス制度の運用に向けた ふげん の取り組み 自動除染装置の設置 (H26 年度 ) 解体撤去物の発生 分別 除染 ( 必要に応じて ) 管理区域 (B- 復水器解体跡地 ) 方式 : ウェットブラスト 処理能力 :~2 トン / 日 ブラスト材 : ステンレス鋼 ( グリッド形状 ) 一時保管 ( 仮置き ) ( 測定待ち ) 測定 評価方法の国への申請 認可 評価 測定 タービン建屋 1 階 ) 解体撤去物の一時保管状況 (H20 年度 ~) 放射能濃度の測定及び評価方法の認可申請 (H ) 主な申請内容 1. 対象物タービン建屋から発生する金属約 1,000 トン 2. 測定及び評価する放射性物質の種類コバルト (Co-60) トリチウム (H-3) 等の重要 10 核種 3. 測定及び評価方法 専用の放射線測定装置により コバルト (Co-60) の放射能濃度を評価 その他 9 核種はサンプル分析結果に基づいて放射能濃度を評価 一時保管 ( 仮置き ) ( 確認待ち ) 国による確認 ( 抜取検査等 ) 一時保管 ( 搬出待ち ) 搬出 非管理区域 管理区域 非管理区域 ( 測定 / デモ ) クリアランスモニタ設置場所の整備及びモニタ設置 H21 年度 : 装置設置 H22~25 年度 : 申請準備 22

23 ふげんの原子炉領域の構造 Fugen Decommissioning Project 構造仕様 主要寸法 本体 : 外径 9,000mm 高さ 7,000mm 圧力管 (224 本 ): 材質 Zr-2.5wt%Nb 内径 117.8mm 肉厚 4.3mm カランドリア管 (224 本 ): 材質 Zry-2 内径 156.4mm 肉厚 1.9mm 総重量 : 約 1,000 t 側部鉄水遮へい体 ( 炭素鋼 ) 圧力管 (224 体 ) ( ジルコニウム合金 ) カランドリア管 (224 体 ) ( ジルコニウム合金 ) Φ9m 7m 防振板 ( アルミニウム ) Φ8m 上部延長管部 (224 体 ) ( ステンレス鋼 ) 5m 制御棒案内管 ( ジルコニウム合金 ) 上部鉄水遮へい体 ( 炭素鋼 ) コンクリート 材質 ( 板厚 ) ステンレス鋼 炭素鋼 シ ルコニウム合金 アルミニウム コンクリート (max.150mm) (max.150mm) (4.3mm) (25mm) (550mm) カランドリアタンク炉心タンク ( ステンレス鋼 ) 下部鉄水遮へい体 ( 炭素鋼 ) 下部延長管部 (224 体 ) ( ステンレス鋼 ) 放射能濃度 (Bq/ton) >10E+13 >10E+12 >10E+10 >10E+05 ( 運転終了後 6 年 ) 放射線量炉心タンク近傍で最大 200Sv/hr 23

24 Fugen Decommissioning Project 原子炉領域解体工法に係る技術開発 材料に係る課題 放射能レベルが比較的高い ( 放射化材料 ) 材料の一部にジルコニウム合金鋼を使用 構造に係る課題 カランドリア管と圧力管の二重管など狭隘構造 多様な配置により切断箇所が多い 1 遠隔解体装置設置解体用プール設置 2 一次切断 ( 粗断 ) 機械的 (AWJ, ソー ) 熱的 ( レーザー, プラズマ等 ) 切断時に発生する放射性粉じん等による被ばく低減 ジルコニウム合金鋼切断時の発火防止 二重管を同時に切断可能な工法もしくは 同等の切断能力を有する切断工法の採用 水中で圧力管内から切断可能な工法検討 管内挿入型水中切断ヘッドの開発試験 3 二次切断 ( 細断 ) バンドソー等 レーザー切断ヘッド AWJ 切断ヘッド 4 解体物収容容器に収容 / 搬出 炉心タンク カランドリア管制御棒案内管 24

25 ふげん実機材の調査研究の概要 Fugen Decommissioning Project 25

26 Fugen Decommissioning Project 福島第一原子力発電所の廃止措置との違い 運転終了 廃止措置計画 通常の発電所 ( ふげんの例 ) 施設内にどのような放射能が残っているかを運転履歴に基づき評価可能 残留放射能の評価結果に基づき廃止措置の計画が可能 福島第一発電所 燃料が破損し施設内に広がっており予測困難 遠隔ロボット等での調査が必要 残留する放射能の調査結果を待って廃止措置を計画する必要有 事故発生 安定状態確保 冷却停止 放出抑制 使用済燃料搬出 使用済核燃料は運転中と同様の方法で取出し 搬出 使用済燃料貯蔵プールも被災 プールからの燃料取出しのために設備復旧が必要 炉心燃料が破損 溶融 遠隔設備でのデブリ取出しが必要 このための研究開発が必要 使用済燃料搬出 貯蔵プールからの取り出し 燃料デブリ取り出し 除染解体撤去 運転のための封じ込め機能等を活用して解体撤去可能 事故により封じ込め機能を損傷 封じ込め機能を復旧する等して解体撤去を行う必要有り 除染解体撤去 廃棄物処理 処分 放射性廃棄物は限定的 ( 全量の 2~3% 程度 ) その他の廃棄物は一般廃棄物としての処分や再利用が可能 放射性廃棄物量の予測や処理処分計画は調査結果を踏まえる必要有 廃棄物処理 処分 26

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