投稿者: 広報・編集担当(1)
第9回水化学サマーセミナー講演資料送付
第 9 回水化学サマーセミナー
2025 年6月
日本原子力学会
水化学部会
第 9 回水化学サマーセミナー開催案内
下記の要領で、第 9 回水化学サマーセミナーを開催いたします。本セミナーは、2023に引き続きの現地開催となります。若手研究者・技術者や学生の皆様も奮ってご参加下さい。
【開催日時】
日時: 2025年 9 月 16 日(火)~18 日(木)
場所: 石巻グランドホテル
〒986-0827 宮城県石巻市千石町2-10
アクセス:JR 石巻駅 徒歩 6 分
仙台空港よりタクシーで1時間10 分
【セミナーへの参加方法】
事前の申し込みと参加費の支払いが必要となります。【申し込み方法】に記載の方法で申し込みをお願い致します。申し込みいただいた方に参加費支払方法についてのご連絡をいたします。
【申し込み方法】
申込は下記ホームページ記載の入力フォームより申込をお願いします。
申し込み締め切りは2025 年 7月31日(木)です。
・入力フォームが利用できない方は、水化学サマーセミナー問合わせ先宛にその旨ご連絡ください。別途申込ファイルをお送りさせて頂きますので、返信をお願いします。
・会場には余裕を持っておりますが、申込多数の場合は早期に申し込みを締め切らせて頂きますのでご了承頂ければ幸いです。
・正常に処理が出来た場合、登録完了の旨がメールされますのでメールの受領確認をお願いいたします。一部の機関のサーバーを経由すると正常に処理できない可能性がありますので、その場合は問合わせ先へご連絡ください。
参加申し込みページリンク
【事前登録】水化学部会サマーセミナー2025年 | Peatix
【セミナー参加費】
セミナー参加費は以下の通りです。セミナー参加費は、会場費及びセミナーテキストのダウンロードサイトへのアクセス権となります。その他費用(通信費等)は、各自のご負担となります。
・水化学部会員 :20,000 円(不課税)
・正会員 :22,000 円(不課税)
・学生会員 :無料
・非会員/学生非会員 :25,000 円(税込み)
学生会員は、セミナー参加費のみ無料です。下記交流会、原子力発電所見学会に参加される際はそれぞれ交流会費、見学会費の支払いをお願いいたします。また、学生会員は1人あたり20,000円を上限に交通費の支給を行います。支給額は公共交通機関を利用した場合の実費負担額とします。
【ポスター発表】
ポスターセッションでの発表にエントリーを希望される方は、以下の注意事項を確認の上、参加申込みの際に希望の旨を回答ください。この際、発表タイトル、及び数行(目安として200字)程度の要旨の記入をお願いします。過去に学会等で発表された内容であっても特段の配慮は不要です。審査を実施いたしまして、優秀者を表彰させて頂きますので、積極的な発表をお願いたします。
・パネル 1 枚(幅 900mm×高さ 1,800mm 程度)を割り当てます。A0サイズ(幅 841mm×高さ 1,189mm)での印刷を推奨します。幅 900mm未満であれば自由と致します。パネルには画鋲で貼り付けさせて頂きますのでご了承頂ければ幸いです。
・希望者が多数に及ぶ場合、早期に締め切らせて頂きますので、ご了承頂ければ幸いです。
【交流会】
交流会を開催いたします。参加をご希望される方は、お申し込みください。参加費は、飲食代となります。
日時:2025年 9 月 16 日(火) 19:00~21:00
会場:元気食堂(いしのまき元気いちば2階)
〒986-0822 宮城県石巻市中央二丁目11-11
交流会費:6,500 円(税込み)
【女川原子力発電所見学会】
女川原子力発電所の施設見学会を開催いたします。下記情報を参考に、参加をご希望される方は、申し込みの程よろしくお願いします。なお、発電所見学会の参加人数には限りがございますので応募多数の場合、ご希望に添えない場合がございますこと、ご了承お願いいたします。
日時 :2025 年 9 月 18 日(木)
往路 : 8:40~ 9:30 石巻グランドホテル-女川原子力発電所(バス移動)
見学時間: 9:30~12:30 3時間
復路 :12:30~13:20 女川原子力発電所-JR 石巻駅(バス移動)
定員 :30 名
見学会費:2,500 円(税込み)
発電所見学会に関する注意事項:
・見学者名簿の提出が必要となりますので、参加予定者確定後、名簿作成に関するご連絡をさせていただきます。
・名簿作成の際には必要記載事項、および参加者の身分証明書のコピーのご提出をお願いいたします。
・必要記載事項は氏名、性別、生年月日、会社・役職名、住所となります。
・身分証明書は、運転免許証、運転経歴証明書(発行日から10回の誕生日まで)、写真付住民基本台帳カード、マイナンバーカード、旅券(パスポート,レセパセ)(外国人に限る)、在留カード、特別永住者証明書、公的書類2種類(住民票、健康保険証、年金手帳)のいずれかとします。
・期限内にご提出いただけない場合、見学にご参加いただけません。
【お支払いについて】
セミナー参加費、交流会費および見学会費の支払は、申し込みいただいた方には8月5日(火)までに別途ご案内する支払い用サイトより2025 年8 月 31 日(日)までにお支払いをお願いします。なお、見学を申し込まれる場合、ご希望に添えずご参加いただけない場合がございます。参加可否についてはご連絡させていただきますので、ご確認後のお支払をお願いいたします。
【宿泊施設】
各自でのご手配をお願いいたします。
No | 宿 名 | 会場距離 | 電 話 | URL |
1 | 石巻グランド ホテル |
会場 | 0225-93-8111 | https://www.grandhotel.bz/ |
2 | 石巻サンプラザ ホテル |
徒歩1分 | 0225-93-3311 | http://www.sunplazahotel.jp/ |
3 | コンビニAyers Rockホテル石巻 | 徒歩1分 | 0225-23-5030 | http://www.ayersrock.co.jp/ayersrock_ishinomaki.html |
4 | HOTEL HAYASHIYA | 徒歩5分 | 0225-22-0401 | http://www.hotel-hayashiya.com/ |
5 | バリュー・ザ・ ホテル石巻 |
徒歩20分 | 0225-92-7567 | https://valuethehotel.jp/ishinomaki |
6 | ホテルルートイン石巻河南インター | タクシー15分 約5km | 0225-92-0075 | 宿泊プラン一覧 |
【問合わせ先・申込書提出先】
水化学部会 サマーセミナー WG
東芝エネルギーシステムズ 柴崎 理
東芝エネルギーシステムズ 高木純一
以上
定例研究会参加申し込み(Web)
保護中: 定例研究会参加申し込み(現地)
第51回定例研究会開催案内
「水化学部会」会員各位
(一社)日本原子力学会
「水化学部会」部会長
河村 浩孝
日本原子力学会「水化学部会」
第51回定例研究会開催案内
拝啓
時下、ますますご清祥のこととお喜び申し上げます。
さて、題記定例研究会を下記により開催いたしますので、ご案内申し上げます。今回は発電所見学を含む対面形式に加え、TeamsによるWeb配信を予定しておりますので、奮ってご参加いただけますよう、お願いいたします。
敬具
記
-
- 開催日時:2025年6月4日(水)11:20集合(変更となっています)
13:00 ~ 16:00 定例研究会 17:00頃解散
- 開催日時:2025年6月4日(水)11:20集合(変更となっています)
2.開催場所:島根原子力発電所 1号館5階集会所
(11:20 松江駅発 17:00頃 松江駅着予定)
※松江駅⇔発電所と発電所構内は専用バスでの移動となります。
専用バス以外による移動(個別の遅れての入所や早めの退所等)はできません。
3.議事次第
(1) | 開会挨拶 | 河村部会長 | 13:00 ~ 13:05 | |
(2) | 発電所長 ご挨拶 中国電力株式会社 島根原子力発電所所長 |
岩崎 晃 様 | 13:05 ~ 13:10 | |
(3) | 定例研究会 基調テーマ:プラントの再稼働 | |||
(3-1) | 関西電力株式会社 高浜発電所 (仮、講演者およびタイトルは調整中) |
13:10 ~ 13:40 | ||
(3-2) | 東北電力株式会社 女川原子力発電所 (仮、講演者およびタイトルは調整中) |
13:40 ~ 14:10 | ||
(3-3) | 中国電力株式会社 島根原子力発電所 (仮、講演者およびタイトルは調整中) |
14:10 ~ 14:40 | ||
(4) | 連絡事項 | 14:40 ~ 14:45 | ||
~~ 休憩、専用バスへ移動 ~~ | 14:45 ~ 15:00 | |||
(5) | 構内見学 (班ごとに専用バスから、安全対策設備ほかをご見学いただきます) |
15:00 ~ 16:00 | ||
退所 | 16:00 |
4.参加申し込み
出席を希望される方は下記リンク先のフォームに必要事項等を入力して申し込みをお願いいたします。
対面出席は受付を終了しました。
Web出席を希望される方は、こちら
5. その他
-
- 入所時、身分証明書(運転免許証、運転経歴証明書、パスポート、マイナンバーカードのいずれか)を提示する必要がありますので、当日は忘れずに持参ください。なお、発電所への立ち入りに関する注意事項は別紙を参照ください。
- 今回、飲み物の提供はありませんので、必要な方は持参をお願いいたします。
8.2 事故炉の廃炉推進対応の水化学
_前節までに述べた通り、福島第一原子力発電所事故(1F事故)以降、原子力に係わる全ての分野において、原子力安全の自主的な向上努力が必要とされ、水化学分野においても深層防護の観点を踏まえつつ、新しい視点で取り組む必要が生じるに到った。前節では、1F事故を契機に水化学分野で取り組む必要の生じてきた技術分野として、まず事故時対応の水化学を取り上げた。一方、本節では1F事故炉の廃炉推進に向けて取り組むべき水化学の課題について取り上げることとする。
(A) 現状分析
_まず、喫緊の課題としては汚染滞留水処理が挙げられる。これまで対処することのなかったFP核種を中心とした水処理施策の確立は新しい課題である。それに伴い、多量の二次廃棄物が発生しており、その処理・処分技術の開発に向けては長期的な取り組みが必要である。さらに、燃料デブリ取り出しの段階になると、燃料デブリ性状に基づいたFP挙動の把握、水処理が必要になると考えられる。
_これらの対応と並行して、高放射能濃度での汚染水、廃棄物中での水の放射線分解による水素発生は、今後のシステム検討の安全評価項目として重要であり、モデル化を含めて取り組むべき課題である。さらには、長期間にわたるシステム健全性の確保に向けた材料腐食対策も取り上げることとする。
_また、今後の燃料デブリ取り出しを初めとする廃炉作業の推進に当たっては、作業従事者の被ばく低減対策の確立が望まれる。そのためには主要線源となるFP/TRU核種の分布の把握が必要となる。
(1) 汚染水処理対策と二次廃棄物処理
_1F事故後の津波海水を主成分とするタービン建屋滞留水中には、原子炉建屋から高濃度のFP成分が流入し、放射性汚染水を形成した。その後、さらに継続的な地下水の流入があるため汚染水の量は増大を続け、放射能除去が緊急の課題となった。図8.2-1に福島第一原子力発電所の汚染水対策の概要を示す[8.2-1]。
_また、汚染水の放射能除去に用いられたメディアには多種類の放射能成分が含まれており、現在、一次処理が終わった段階で一時保管されている。
(2) 燃料デブリ取り出し時水処理対策
_PCV内部調査を通して、PCV内での燃料デブリの堆積状況が徐々に明らかになりつつある。一例として、図8.2-2に福島第一原子力発電所2号機PCV内部調査結果を示した[8.2-2]。
_燃料デブリ取り出しが現実的な実施段階に移行すると、システム全体としては何らかの水処理システムが必要になると考えられる。TMI-2の経験でも、クリーンナップ系の稼働がクリティカルとなった時期があり、切削や切断等の作業に伴う微粒子等の舞い上がり防止や、新たに溶出してくるイオン状成分の除去等、燃料デブリ性状を十分に把握した上で、浄化システムを構築しておく必要がある。
(3) 水素発生量評価
_一次廃棄物・二次廃棄物処理、燃料デブリ取り出し、燃料移送等、廃炉推進のための種々のフェーズにおいて、放射線分解による水素発生のリスクは常に存在する。また、放射線源も、運転中プラントのγ線支配と異なり、局所的にβ線、さらにはα線が寄与する放射線分解反応も存在する。そのため、様々な放射線源に基づく水の放射線分解による水素発生量の評価手法の確立は急務である。
_一例として、図8.2-3に、純水、海水を含む5種類の水溶液系での水素発生量の吸収線量依存性の実験結果を示す[8.2-3]。海水成分の存在により水素発生量が増大する傾向が示唆されている。このように、水の放射線分解による水素発生量は、放射線の種類や強度、含有される不純物の種類や濃度に大きく依存すると考えられる。
(4) 材料健全性評価
_1F事故においては、緊急的な措置として原子炉及び使用済燃料プール(SFP)の冷却のために海水注入が実施された。海水注入時の構造材料健全性確保の考え方、及びその効果の定量的な評価をまとめておくことは重要であると考えられる。
_また、原子炉格納容器の健全性評価は、廃炉作業を実施して行く上で安全上必須である。その要因として構造材料の腐食問題は最重要の課題の一つであり、事故後の水質環境に鑑みた長期にわたる腐食対策の検討が必要となる。
_燃料デブリ取り出し完了までの期間は、放射性物質の閉じ込め機能ならびに燃料デブリ冷却機能を維持する必要があり、燃料デブリ取り出し後にも閉じ込めについては一定の機能を確保する必要がある。両安全機能を担うコンポーネント(原子炉格納容器、負圧維持系、冷却系配管)の信頼性が経年劣化に伴って低下すれば、放射性物質の追加放出リスクは増大する。耐震性の低下も同様である。最大の経年劣化要因として腐食が考えられ、
①放射線を含む環境パラメータが複雑かつ充分に把握できない。
②環境条件が経時的あるいは廃炉工程の進捗に伴って大きく変化し得る。例えば、
_・PCV負圧管理による大気流入
_・デブリ取り出し過程で発生する微粒子混入
_・ホウ酸塩添加による水の電気伝導率上昇や炭素鋼不動態化促進
③点検・補修等のためのアクセスに大きな制約がある。
_なお、1F廃炉特有の困難さの下で、的確な予測に基づいた腐食に起因するリスクへの計画的対応が求められる。
(5) 被ばく低減対策
_今後の燃料デブリ取り出しを初めとする廃炉作業の推進に当たっては、作業従事者の被ばく低減対策を適切に講じることが要求される。被ばく線源としては、Csを中心とするγ線放出核種、Srを中心とするβ線放出核種、U、Pu、その他TRU核種等のα線放出核種があり、それらのPCV内や原子炉建屋内の存在形態、正確な放射能付着分布を把握することが必須である。
(B) 事故炉の廃炉推進対応の水化学の研究方針と課題
_事故炉の廃炉推進対応の水化学の研究方針としては、まず、諸課題を適切に抽出することが挙げられる。現状分析で述べたように、汚染水対策と二次廃棄物処理、燃料デブリ取り出し時水化学・水処理、水素発生量評価、材料健全性評価、被ばく低減対策の観点から、個々の事象の的確な把握及び相互の相関関係の明確化が必要である。これらの諸課題は、同時並行的、合理的、かつ、効果的に解決することが求められ、その結果として、統合的な廃炉推進対応水化学を構築していくことが望まれる。以下に、検討すべき諸課題につき述べる。
(1) 汚染水処理対策と二次廃棄物処理
_放射性汚染水は、これまでの運転中の炉水成分とは異なり、溶融炉心からの全てのFP成分を含むこと、海水成分を含むこと、地下水・コンクリート成分を含むこと、等の特徴を有する。従って、通常のイオン交換樹脂による放射能除去では海水成分によりすぐに破過してしまうため、特定の核種に対する選択性の高い放射能除去メディアを用いる必要がある。
_また、汚染水の放射能除去に用いられ、一次保管されている二次廃棄物は、長期間にわたる中間貯蔵または最終処分に向けて、減容、固化が必要と考えられており、その技術開発はこれからの課題である。このような廃棄物処理技術はバックエンド部会との境界領域だが、水化学側からのアプローチ、貢献については十分検討の余地があると考えられる。
_これより、以下の2点が研究課題として挙げられる。
_①汚染水からの放射能除去メディアの開発、モデル化
_②二次廃棄物処理における水化学からのアプローチ
(2) 燃料デブリ取り出し時水処理対策
_燃料デブリ取り出し時には水処理対策の構築が必要になると考えられ、その運用は、恒常的か一時的か、全体か局所か、必要性に応じて判断していくこととなる。水化学の取組みとしては、燃料デブリ取り出し時の水質環境を的確に予測し、必要な水質維持手段を検討しておくことが重要である。
_燃料デブリ取り出し時の一つの大きな特徴として、燃料デブリ中に存在すると考えられるFP核種及びα核種の存在が前提となるため、水処理方針の策定に当たってその配慮が必要となる。すなわち、FP核種及びα核種のインベントリ評価、冷却水中での移行(溶出、付着)挙動評価が必須と言える。
_また、燃料デブリ取り出し時には原子炉建屋をタービン建屋から隔離して、原子炉建屋単独での水処理システムを各号機ごとに構築していく必要があると考えられる。
_これより、以下の2点が研究課題として挙げられる。
_①燃料デブリ取り出し時の水質環境評価
_②燃料デブリ取り出し時の水処理システムの構築
(3) 水素発生量評価
_放射性廃棄物や燃料デブリ取り出しにあたって、接触する水の放射線分解によって発生する水素発生量の評価のためには、α及びβγラジオリシスの評価ツールの開発及び評価が喫緊の課題と言える。
_また、αラジオリシスの寄与を評価するに当たっては、線源の分布状態(一様か不均一か)により効果が異なるので、燃料デブリ性状や体系に応じた詳細な評価が必要である。
_さらに、海水の残留成分やコンクリート由来の不純物等も反応系にて考慮する必要があり、データベースの拡充が必要となる。
_これより、以下の2点が研究課題として挙げられる。
_①α及びβγラジオリシスによる水素発生挙動の評価
_②不純物存在下での水素発生挙動の評価
(4) 材料健全性評価
_1F事故の一つの特徴として、比較的に温度の高い状態で、高濃度の塩化物イオンを含む環境にさらされた点が挙げられるが、このような場合、炭素鋼、ステンレス鋼を初めとする構造材料の全面腐食、局部腐食の加速が生じる。また、SFPの燃料ラックにはアルミニウムを含む合金も使用されており、その耐食性評価も必要となる。これらの観点から、高濃度塩化物イオン環境下での構造材料耐食性評価を行い、かつ、その腐食抑制対策を立案、構築しておくことは、SA時の検討課題と考えられる。
_さらに、仮に塩分環境が緩和されたとしても、原子炉格納容器の構造材料を中心に、事故後の水質環境を考慮した長期にわたる全面腐食、局部腐食を評価する方法を立案し、適切に実施してくことが重要である。そのため、腐食評価手法の開発、長期にわたる構造材料の健全性評価が課題となる。
_これより、以下の2点が研究課題として挙げられる。
_①海水注入時の構造材料健全性評価
_②長期的な構造材料健全性評価
_もう一方の特徴は、放射線下での腐食を従来よりも広い条件範囲の下で評価する必要がある点である。これまでのラジオリシス研究は、運転中の軽水炉あるいは処分場を対象としたものが主体であったため、データの取得条件に偏りがある。データ領域を線量率と溶液の電気伝導率により表現したものが図8.2-4である[8.2-4]。1F廃炉においては、例えば、100~10、000Gy/hかつ1μS/cm~10mS/cmの広い組み合わせ領域において、さらに脱気~大気開放にわたる幅広い酸素分圧下での腐食現象の把握が必要となる。
(5) 被ばく低減対策
_被ばく線源としてのCsを中心とするγ線放出核種、Srを中心とするβ線放出核種、U、Pu、その他TRU核種等のα線放出核種のPCV内や原子炉建屋内の存在形態、正確な放射能付着分布を把握するため、まず、既存知見に基づく移行挙動の解析評価を行う。次に、これらFP/TRU核種は事故時の環境条件に依存して様々な放出、移行、付着、離脱挙動を示すため、実機での遠隔操作による線量測定、サンプリング分析による化学形態、放射能量の評価を実施し、実機データによるベンチマークを行う。その上で、作業分析に基づいた作業従事者被ばくの線量評価方法を確立することが必要となる。
_これより、以下の3点が研究課題として挙げられる。
_①既存知見に基づくFP/TRU核種の移行挙動の解析評価
_②1F実機での実測データの採取とそれに基づくベンチマーク評価
_③廃炉推進の各作業における作業従事者の被ばく線量評価
(C) 産官学の役割分担の考え方
①産業界の役割
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- 廃炉推進のための放射能処理システムの構築・運用(汚染水処理システム、二次廃棄物処理・処分システム)
- デブリ取り出しシステムにおける水処理システムの構築・運用(α核種処理システム)
- 水素除去システムの構築・運用(水素除去システム)
- 被ばく低減対策の立案・評価
②国・官界の役割
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- 国プロによる要素技術開発の推進
- 必要な基盤(知識・人材・施設・制度)の整備
- 新規制基準整備
③学術界の役割
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- SA時FP挙動の解明
- 放射能吸着メカニズムの解明
- α核種挙動の解明
- 放射線分解メカニズムの解明
上記達成のためのアプローチ
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- 基礎実験による評価
- 照射場での放射線分解試験
- 基盤研究に係わる人材育成
④学協会の役割
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- 規格基準化とその高度化に貢献(廃棄物処理・処分方法の標準化)
- 他部会との協働を実現(バックエンド部会、核燃料部会、他)
⑤産官学の連携(産官学による協調・共同研究)
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- 廃炉廃棄物処理・処分研究の推進
- 安全評価研究の推進
- 照射試験設備の整備・利用
(D) 関連分野との連携
①燃料デブリ関連の検討、評価(核燃料部会)
・燃料デブリの基礎特性と事故時のふるまいに関する検討、評価について、連携を取る必要がある。
②プラント高経年化に伴う材料健全性評価(材料部会)
・原子炉格納容器構造材料の長期健全性評価について、連携を取る必要がある。
③廃棄物処理・処分関連の検討、評価(バックエンド部会)
・廃炉発生廃棄物の処理・処分方法の策定にあたり、連携を取る必要がある。
④燃料デブリ特性に基づく処分方法の検討、評価(再処理・リサイクル部会)
・燃料デブリの特性に基づく最終処分形態、処分方法の策定にあたり、連携を取る必要がある。
_図8.2-5に事故炉の廃炉推進対応の水化学に係わる導入シナリオ、表8.2-1に1F廃炉推進対応の水化学に係わる技術マップを示した。
参考文献
[8.2-1] 山下, 日本原子力学会2015年春の年会企画セッション「福島第一原子力発電所汚染滞留水処理の現状と今後の課題」(1)福島第一原子力発電所の汚染水対策の現状と今後 (2015).
[8.2-2] 福島第一原子力発電所2号機原子炉格納容器内部調査実施結果(速報), 国際廃炉研究開発機構/東京電力ホールディングス株式会社 (2018).
http://irid.or.jp/wp-content/uploads/2018/01/20180119.pdf
[8.2-3] 永石、日本原子力学会2017年秋の大会企画セッション「福島第一原子力発電所デブリ取り出しに係わる水化学管理」(4)デブリ性状把握と放射線分解挙動評価 (2017).
[8.2-4] 「特殊環境下の腐食現象の解明―中間報告―」, 廃炉基盤研究プラットフォーム第6回運営会議, 平成29年8月10日 (2017).
https://fukushima.jaea.go.jp/en/hairo/platform/pdf/platform0602.pdf
8.1 事故時に水化学が関与する事象とその対策
_大型の商用原子炉の過去の事故の教訓に則り、TMI-2、チェルノブイリ及び福島第一原子力発電所の事故の知見に基づき、事故時の化学挙動を整理して、対応を明確にする必要がある。表8.1-1に商用原子力発電所の事故における化学挙動を比較して示す。
_本節で言う事故時とは、起因事象の発生から事故が収束して安定冷却が達成されるまでの期間を指すものとする。
8.1.1 事故シナリオと核分裂生成物の挙動
_レベル4を想定した場合、その対応のためには全てが自動、遠隔操作だけでは対処できないことを想定しておくことが重要である。万一の事態に備えたアクシデントマネジメントでは、考え得るあらゆる事象に対しての対処法をマニュアルとして準備し、その際の適切な行動を日頃から訓練しておくことが要求される。これまでも、レベル4を想定したSA時のFP挙動については、SA解析コードを用いての評価がなされてきたが、1F事故では、これまでの知見では予測できなかった事象が顕在化した。また、1Fにおける原子炉、原子炉格納容器内でのFP挙動の一部しか把握出来ていない現状では、未解明な事象も多く残されている。こういった背景のもと、レベル4を想定した対応においては、特にFPがどう動くのか、その際の線量率はどう変化するのか、必要な対応のために何処までアクセスが可能か等、マニュアル作成のためのFP 挙動に係わる状況の適切な把握が要求される。
(1) DBA時の核分裂生成物の挙動
_通常運転時に発生する設計基準事故(DBA)においては燃料の溶融等による大規模な破損は想定されない。したがって、放出対象となり得る最大の放射性核種の量は、炉水中に含まれるトランプウラン等に起因するわずかのFPと、ピンホール燃料等の破損燃料が存在する場合には減圧に伴うヨウ素スパイクによる二次放出により決まる。この放射性核種の量は全量が環境に放出されたと仮定した被ばく評価をすることにより、事故シナリオに依存しない最も保守的な評価が可能であり、評価結果は一般の公衆被ばくに対する閾線量に対して十分低いものとなる。また、定検時の燃料交換時の燃料落下事故の場合には、いくらかの燃料棒の破損を考慮するが、破損燃料の数は限定的であり、放出されるFPも燃料プール水中に放出された後、希ガス等揮発性のFPがオペレーションフロアに放出され、これらのFPは非常用ガス処理設備のフィルタを介して排気筒から環境中に放出されることになる。この場合でも、想定される放出量による一般の公衆被ばくは、閾線量に対して十分低いと評価とされている。
(2) SA時の核分裂生成物の挙動
_SAでは大規模な燃料破損とジルコニウム・水蒸気反応に伴う多量の水素発生等を想定するため、格納容器内に多量のFPや水素が放出されることになる。図8.1-1にBWRを例にSA時のFP挙動と事故の進展挙動に大きな影響を与える因子を模式的に示す。燃料被覆管の酸化・破損挙動、溶融燃料の熱力学、下部ヘッドの破損挙動や溶融燃料落下・拡散挙動等は、FPの燃料中の物理化学状態と相まって燃料からのFP放出・移行挙動やFPの構造材への吸着・反応に大きな影響を与える。ベント用フィルタの性能はベントが実施される場合の環境に放出されるFPの量の低減に関係する。
_SA時のFP挙動もDBAと同様に事故の進展シナリオに依存することになるが、ここでは典型的な一例としてBWRにおける燃料デブリの格納容器内への落下を含み、格納容器ベントを考慮する場合のシナリオについて図8.1-2にFP放出までの流れとそれと関係する化学挙動について示す。事故時において燃料破損前の炉心内FPのインベントリは、それまでの運転履歴によって決まるが、燃料からのFP放出に関しては被覆管の破損が生じる時点での燃料の溶融の有無や被覆管外表面でのジルコニウム・水蒸気反応の発生の有無等により異なってくると考えられ、放出時のFPの化学形態に影響される。溶融燃料が原子炉圧力容器の下部ヘッドを貫通するまでは、放出されたFPは一次系内に放出され、その一部は一次系の配管や炉内構造物(セパレータやドライヤ等)の表面上に付着したり、再浮遊したりすると考えられる。主蒸気隔離弁が閉止された後は、主として安全弁からサプレッションプール(S/P)に蒸気とともに移行し、FPの多くはS/P内でのスクラビング効果により、プール水の中にトラップされる。これまでの安全研究の中でヨウ素はS/P水のpHによりS/Pから気相中に移行する量が化学形態の変化により大きく変わることが知られており、気相中のヨウ素濃度を低減する目的でアルカリ注入が検討・導入されている。一方で、ラジオリシス反応による硝酸の生成やケーブルの被覆材からの塩素の溶出による酸性化の因子も存在し、これらのバランスによりpHが変化し、ヨウ素等の化学的挙動に影響する。溶融燃料が下部ヘッドを貫通した後は、溶融燃料から直接FPが格納容器内に放出される経路も存在することになるとともに、溶融燃料コンクリート反応等もFPの挙動に影響すると考えられる。格納容器内のFPは格納容器内壁や構造物の表面上に付着したり、再浮遊したりすると考えられる。格納容器内のガス中のFPは格納容器の内圧の上昇に伴い、一部が格納容器から原子炉建屋内にリークし、原子炉建屋内の構造物と相互作用を行いながら、一部は環境中にリークしていくと考えられる。一方で、格納容器の内圧が上昇して健全性を脅かす段階では格納容器からのベントが実施され、ベントフィルタによってFPの多くが除去された後、環境中に放出されるルートも考えられる。このように燃料から放出されたFPは種々の構造材や冷却水と物理的・化学的反応を繰り返しながらその化学形態を変化させつつ、その一部は環境中に放出されることを想定する。
_上記のような想定シナリオの中で、環境中に放出されるFPの量に大きく影響する因子を特定し、放出を抑制することに寄与する対策が検討・導入されている。環境への放出量に大きく影響するのは、格納容器の健全性を維持すること(すなわち、水素爆発等により格納容器が破損しないこと)と放出されるFPの量を物理的・化学的方策により抑制することであり、次項以降に、それぞれの対策について記載する。
8.1.2 水素発生、漏洩と爆発防止対策
_BWRプラントにおいては、通常運転時にも水の放射線分解により水素と酸素が炉心部で生成される。この生成した水素と酸素の大部分は沸騰に伴い主蒸気とともにタービン系に移行し、オフガス系の再結合器において水に戻され系統内に水素と酸素が蓄積しない設計となっている (深層防護のレベル1相当)。再結合器の性能劣化等により再結合反応が不全となった場合には、排気筒から水素が流出するリスクが発生するが、再結合器出口側に設置されている水素濃度計により水素が検出されるとオフガス系が隔離され、復水器の真空度が低下して原子炉が自動的にスクラムして安全に停止する(深層防護のレベル2相当)。設計基準事故の1つである再循環系配管等の破断による冷却水の格納容器内への漏えい時には、冷却水に溶存している水素や酸素が格納容器内の気相に移行して蓄積する。あるいは安全弁が作動することによって原子炉圧力容器から蒸気がサプレッションプールに導かれる場合には、蒸気は凝縮するが水素や酸素の非凝縮性ガスは格納容器内に蓄積していく。このような事象に対しては、格納容器内を運転中に窒素雰囲気に置換しておくことにより水素の爆発が生じにくくするとともに、万一水素や酸素が蓄積していく場合には、可燃性ガス制御系(FCS)により水素と酸素を安全に再結合させるように設計されている(深層防護のレベル3相当)。可燃性ガス制御系としては、最近ではパッシブ式のPassive Autocatalytic Recombiner(PAR)が主流となってきている。SA時のジルコニウム・水蒸気反応が生じる場合には多量の水素が発生するが、これもPAR等により爆発に至らないように制御される。
_PWRにおいてもBWRと同様に格納容器内に水素が放出された場合の防止対策が必要であるが、PWRの格納容器はBWRと異なり容積が大きくサプレッションプールのような圧力抑制のためのプールを持たないドライ型となっており、格納容器内の雰囲気も大気のままとなっている。そのため、水素が発生した場合に爆燃限界に達する前に水素を燃やすためのイグナイターやPARの設置が検討・導入されている。
_水化学的には水素と酸素の発生そのものを抑制する手段が存在しないため、安全に再結合させることが化学的な対策となるが、既にPARを含めて既存の対応技術が存在していること、PARの導入においてはプラント固有の設置位置や数等の設計上の考慮は必要なものの、触媒の性能向上に関する新たな技術開発のニーズは現時点で存在しない。しかしながら、事故時の水素発生や蓄積の評価モデルに関しては、さらに高度化を図っていく必要があると考えられる。また、その結果が従来と大きく変わる場合には、既存の水素発生、漏洩と爆発防止対策の妥当性を再評価し、必要に応じて対策設備の見直し・高度化を図っていく必要がある。
8.1.3 核分裂生成物の放出抑制対策
(1) DBA時の放出抑制対策
_既に8.1.1(1)に記載したようにPCV内に放出された放射性物質はPCVが健全であることが前提となるのでPCVからの放出を考える必要がなく、事故収束後の復旧作業での作業従事者の被ばくへの影響が安全上の課題となる。原子炉建屋内にリークするケースでもリーク量は限定的であり、建屋の換気空調系での処理を含めて放射性物質の放出が公衆被ばく上問題となるレベルではない。したがって、DBAの範疇においては事故時の放出抑制として水化学の視点から特別な対策は不要と考えられる。
(2) SA時の放出抑制対策
_大規模な燃料破損が発生するSAでは希ガスや揮発性のヨウ素を含む多量のFPがPCV内に放出されるとともに、事故の進展シナリオによってはPCVの健全性を守るためにベントによりガスをPCVから放出すること(図8.1-2の例)や、PCVの健全性が損なわれてガスがリークすることも想定される。これらのシナリオにおいて公衆被ばくに与える寄与の大きい放射性核種はヨウ素やセシウムである。ヨウ素は種々の形態や化合物を形成するため、その挙動は複雑であるが、冷却水のpHにより気液分配が大きく変化することが知られており、アルカリ側に冷却水の水質を制御することによりヨウ素の多くを液相側に保持できる。すなわち、気相側に含まれるヨウ素のインベントリを減らすことになるため、PCVからのリークやベントガス中に含まれるヨウ素を減らすことができる。このため、放出抑制対策の1つとしてサプレッションプール水のpHを事故時にはアルカリ性に制御するシステムが検討・導入されている。また、PCVの健全性を維持し、制御できない放射性核種の放出を抑制するため、放射性核種を除去する機能を有するフィルターベントシステムも検討・導入されている。フィルターベントシステムでもスクラビング水のpHをアルカリに制御することでヨウ素の除去効率が向上するが、さらにスクラビングで除去しにくい有機ヨウ素等の除去効率を向上させるために銀ゼオライトのフィルタを設ける場合もある。
_前記のようにSA時の環境への放射性物質の放出を抑制するための深層防護のレベル4に相当する対策技術に関して基本的な方向性は示されているが、SA時の過酷な環境で確実にサプレッションプール水のpHを測定して制御するシステムを構築することは容易ではなく、複雑なPCV内の化学反応をできるだけ理解し、それを考慮して必要な時間の間はpHをアルカリに維持できる薬剤をサプレッションプールに注入することが現実的な対応策となる。
_SAシナリオの中で水化学的な視点からサプレッションプール水のpHに影響すると考えられる因子としては、ケーブルの被覆材中に含まれる塩素が熱や放射線による劣化で溶出することや、不活性化のために封入している窒素と水のラジオリシス反応で生成する酸素とが結合して生成する窒素酸化物が水に溶解することが考えられ、これらはプール水のpHを酸性側にシフトさせるため、これらの影響を定量的に評価する必要がある。さらに、下部ドライウェルに滞留する冷却水では燃料デブリやコンクリートからの溶出成分も考慮する必要がある可能性があり、現時点で十分な知見が得られているとは言い難く、今後とも評価結果に大きな影響を与える反応等を特定した上で、それらの挙動を明らかにして評価精度を向上させる必要があると考えられる。
8.1.4 事故時の水化学的対策における今後の課題と対応
_8.1.2及び8.1.3に記載したように水化学が関与する事故時対策として導入されている既存の対策設備は、既に世界の他のプラント等で導入実績のあるもので、現在の事故シナリオとリスク評価の観点から直ちに新たな研究開発が必要となる事項はないと考えられる。しかしながら、SA時の事故シナリオや7.1.2節に記載されている共通基盤技術の進歩、具体的には事故時の水素発生やFP挙動に関する新たな知見の獲得等により現象の詳細な理解が進み、その結果に基づき解析モデルや解析コードが高度化されることにより、従来と異なる結果が将来得られるようになることが想定される。その場合には、既存の対策設備の妥当性を再評価し、必要に応じて対策設備の見直し・高度化を図っていく必要がある。水化学的な観点から、対策設備に関連する基盤技術に対する課題としては、FPを含む系でのラジオリシスによる水素発生や窒素化合物の生成挙動の評価技術の高度化や、事故時化学には溶融燃料コンクリート反応等のより広い化学反応が含まれ、これらのサプレッションプール水を含む格納容器内滞留水のpHへの影響も考慮していく必要が生じることも考えられる。これらの基盤技術に関する研究開発の課題やロードマップに関しては7.1.2節に記載されている内容に含まれているため、本節においては改めて導入シナリオや技術マップ、ロードマップを重複して記載することはしない。しかしながら、対策設備の妥当性の再評価と必要に応じた対策設備の見直し・高度化は、基盤技術の進歩が進む2025年付近より先の中長期的課題としての対応となると予想され、将来具体的な課題が見えた段階でロードマップの形に落とし込んでいく必要がある。
_本節の水化学が関与する事故時対策に係わる課題調査票を以下に記載する。
参考文献
[8.1-1] 日本原子力研究開発機構 原子力基礎工学研究センターのホームページより引用 https://nsec.jaea.go.jp/decom/decom2.html (確認日:2019.4.2)
課題調査票
課題名 | 水化学が関与する事故時対策 |
マイルストーン |
短Ⅰ. 事故発生リスク低減・更なる安全性向上の実施 ⇒リスク情報に基づいた事故発生リスク低減策が効果的に実施される必要がある。短 IV. 信頼性向上へ向けたプラント技術・運用管理の高度化 ⇒福島第一事故を踏まえ設置導入した SA 対策設備等の保全・運用管理が最適化される必要がある。中Ⅰ. 包括的リスク情報活用の向上 ⇒原子力に係わるリスクを効果的・継続的に低減する必要がある。中Ⅲ. 事故発生リスクを飛躍的に低減する技術の整備 ⇒原子力をベースロード電源として活用されるため、事故発生リスクを飛躍的に低減する技術開発及び設計技術への反映がなされる必要がある。 長Ⅰ. 放射能の環境放出や被曝リスク低減に係わる革新的技術開発の進展 長Ⅲ. 国際的な原子力安全の牽引 |
概要(内容) |
(1) 水素蓄積防止技術の最適化・高度化 福島事故での水素爆発の教訓を踏まえて、アクティブ型の FCS からパッシブ型の FCS に変更していくことにより安全性の向上を図るとともに、水素発生、蓄積挙動モデルの高度化の結果を反映したシステムの最適化・高度化を図る。 (2) FP 挙動の解明と解析コードの高度化 国内外の最新知見を反映したアクシデントシナリオとヨウ素等のFP 挙動をモデル化し、安全解析コードの高度化を図るとともに、不確かさ情報の整理・拡充を継続的に実施する。またモデル高度化に資する試験についても国内外の研究機関と連携して継続的に実施する。 (3) pH 制御技術の開発・高度化 アクシデントシナリオと安全解析の結果に基づき、合理的で実効性のあるサプレッションプールを含む格納容器内滞留水の pH 制御システムの開発と高度化を図り、公衆被ばくのリスクを低減する。 (4) フィルターベントシステムの開発・高度化 アクシデントシナリオと安全解析の結果に基づき、合理的で実効性のあるベント時のフィルタシステムの開発と高度化を図り、公衆被ばくのリスクを低減する。 (5) SA 対策設備の保守・管理方法の確立 新たに導入される SA 対策設備の保守・管理方法を確立する必要がある。 |
導入シナリオとの関連 |
水化学に関連する SA 対策設備による公衆被ばくの軽減 |
課題とする根拠 |
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現状分析 |
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期待される効果 |
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実施にあたっての問題点 |
課題全体の共通問題として下記がある。
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必要な人材基盤 |
(1)人材育成が求められる分野
(2)人材基盤に関する現状分析
(3)課題
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他課題との相関 |
ロードマップ対象項目の課題別区分の④事故発生時のサイト外の被害極小化方策のうち、発電所における事故対応能力の向上に該当する。具体的な項目は以下のとおり。
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実施時期・期間 |
中長期(~2050 年) |
実施機関 |
産業界・学術界・行政/産業界・行政 <考え方>
原子力規制委員会/原子力規制委員会
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その他 |
8. 事故時対応の水化学
_本章の事故時対応の水化学では、従来の水化学とは異なり、事故時に発生する放射性核分裂生成物(FP)への対応が主となる。事故時対応の水化学の基礎基盤技術となるFPの挙動については7.1.2節に記載しているが、それ以外の第7章までは、放射性核種としては放射性腐食生成物が主であり、水の放射線分解における放射線源も燃料被覆管によって閉じ込められたFP、燃料体からの中性子とγ線が主であったが、事故時対応の水化学では、燃料体から放出されたFPを取扱い、その化学的挙動が重要となるため、本章では、事故時対応の水化学の主要課題の変遷と、水化学が関与する事故時の対策、及び事故炉の廃炉を推進する上で必要な水化学について議論する。
(1) 事故時対応の水化学主要課題の変遷
_過去 35 年余の原子力プラントの水化学制御及び水化学にかかわる燃料、構造材の主な改善の変遷とその成果を図8-1 に示す。
_水化学制御は、プラントの安全性、信頼性の確保、向上に密接にかかわるが、多くの場合、唯一の方策ではなく、プラントのシステム、構成材料、運転履歴に応じて、適切に選択され、採用されるべきものである。安全性、信頼性に、経済性の視点も加えた大きな視点での選択が重要であり、対象とする課題にのみ偏ることなく、プラント全体の視点での、水化学制御の功罪を十分に評価し、最適な制御法を選定することが重要である。このためには、水化学の技術者、研究者には、プラントシステム、ハードウエア、そしてプラントの運用に関する幅広い知識が必要とされる。
_一方で主要課題を見ると、我が国の商用原子炉で見られた燃料損傷の問題は、燃料の改良改善の成果が著しく、1980年代に入ると急速に収束し、燃料破損に伴うFPの環境への放出あるいは発電所内での処理の課題は、縮小した。一方、1979 年の スリーマイルアイランド原子力発電所2号機(TMI-2)の事故、1986年のチェルノブイリ原子力発電所の事故により従来の仮想事故を想定した対応だけでは十分ではなく、深層防護レベル4に対応するシビアアクシデント(SA)への対応が要求されるようになり、欧州では仏国カダラッシュ研究所の Phébus FP プロジェクトで、実際の燃料を溶融させ、FP の放出移行挙動を把握する実験が行われ、事故時の主として水素の爆燃、爆轟の研究及び放射性ヨウ素の照射下での挙動研究が精力的に行われた。SAの対策としては、水素濃度が比較的希薄なうちに局所的に水素を燃焼させ、重大な水素燃焼を抑制するための点火器(イグナイター)の設置が行われた。また、欧州ではSAに備えた FP 除去のためのフィルタベントの設置が普及した。しかし、2000年に入るとSA対策としては、電源の確保が最重要であるとの認識が強くなり、SAに関する研究予算が削減され、Phébus FP プロジェクト研究も 2005年に終了し、現在に至っている。
_FP挙動に係わる研究は、燃料損傷とそれに伴う環境への放出に関連して、非常に活発に行われてきたが、燃料破損対策の確立とその有効性の確認、SA研究の収束の2段階で縮小された。このように重要なFP挙動に係わる水化学は、原子力学会に水化学関連の研究専門委員会が設立された1982年以降、残念ながら単調に減少を続けているのが実状である。
_「福島第一原子力発電所事故に関する調査委員会」での調査活動において、事故時のソースタームの評価に、従来の評価ベースでは説明できない事象が散見されることが示された。一方で、1990年代後半以降、ソースターム関連の研究が衰退し、その技術を支えてきた研究者、技術者の多くが第1線を離れ、技術的な空洞化が顕著となっている。1F事故に関する調査委員会の報告書の課題の中でも、ソースタームの評価の重要性とFP挙動に係わる研究、技術者の育成の重要性が指摘されている[8-1]。日本原子力学会「水化学」部会では、1F事故の反省のもと、FP挙動に係わる研究の復活とそれを支える人材の確保、育成が必須との認識に立って、FP 化学リバイバルの戦略を練っている。このためには、戦略的な方策が必須で、少しでも体系立って、FP 化学に取り組める体制作りとそれをバックアップできる組織作りを行い、系統的、組織的な対応を目指している。
(2) 事故時対応の水化学技術の分類
_事故時対応の水化学は、大きく 4つに大別される(表 8-1)。すなわち、
①事故が発生した場合を想定し、事故の拡大を抑制するためになさねばならない対処を準備するための水化学
②実際に事故が発生した場合に、発電所内外で対処しなければならない課題への対応に係わる水化学(事故が収束するまでの比較的短期間の課題への対応)
③実際に事故が発生した発電所の廃炉において対処しなければならない課題への対応に係わる水化学(廃炉完了に至るまでの長期間の対応)
④上記①~③の基礎・基盤となるFP挙動に係わる水化学
_上記①と②は、実際の対応か、想定した準備かの大きな差異はあるものの、現象論的には同じものと考えることができる。本ロードマップでの基本的な目標である「安全を大前提に、Energy security、Economic efficiency、Environment の3E達成可能な重要電源として原子力発電を継続的利用すること」に水化学から貢献することを考えると、従来の深層防護レベル3までの対応に、新たに深層防護レベル4を加えて、事故時を念頭に水化学の課題を再整理し、課題を摘出し、各課題の重要度に応じて、R&D 計画、その実施担当、資金確保の戦略を明確にすることが必須で、産官学で、その戦略を共有することは不可欠である。
_上記③は、福島第一原子力発電所で実際に直面している課題で、現実の課題ではあるが、未経験、未知の状況も多く、原子炉格納容器の外部から内部の状況を推察しつつ、適切な廃炉手法を模索し、計画を立案して、一歩ずつ実施している。主要な技術課題とその対応、及びその技術課題解決のためのロードマップは、8.3節の事故炉の廃炉推進対応の水化学で議論する。最大の眼目は、FPの存在下、如何に効率的に廃炉作業を進めるか、廃炉作業の妨げとなる作業者の体内・体外被ばくを如何に抑制するか、発電所周辺へのFPの飛散をどう抑制するか、そして廃炉に伴って発生する放射性廃棄物を如何に効率的に集約し、長期に安定に保管するかといった、全てFPに係わる課題で占められる。このため、FPの挙動は、8.1節の水化学が関与する事故時対策の基礎基盤技術のみでなく、8.2節の事故炉の廃炉推進対応の水化学の基礎基盤技術としても位置付けられる。
参考文献
[8-1] 日本原子力学会, 東京電力福島第一原子力発電所事故に関する調査委員会, 福島第一原子力発電所事故その全貌と明日に向けた提言-学会事故調最終報告書-, 2014年3月11日, 丸善出版, p.98-105, ISBN978-4-621-08743-5 (2014).
7.2 人・情報の整備
_水化学技術は、これまで軽水炉プラントの運転において、構造材料、燃料の健全性とも深くかかわるとともに、固有の課題として、被ばく線量への直接的な影響を持つこと等、プラントの安全性、信頼性の維持、向上に重要な役割を果たしてきた。この結果、水化学に直接起因した大規模なトラブルは減少してきた。しかしながら、今後のプラント運用の高度化、燃料高度化、そして高経年化対応としての水化学の適用等に際し、事前に事象を予測し対策を立案しておくことでプラントの安定運転を実現するためには、プロアクティブな水化学技術の展開が必要である。このような新たな展開を図るため、これまでの知見を基礎に、水化学分野の技術情報基盤を整備していくことが重要である。一方で、プラントの運用、管理において、一般公衆に対する透明性、説明性が厳密に要求されるようになってきており、各事業者単位の管理運用の考え方、方法に関しても整合的、体系的な方針が求められている。このため、これまでの運用経験も踏まえた水化学技術の体系化により、評価技術、運用技術等の規格・基準化、標準化を進めることが必要となっている。
_また、上記のごとく、水化学起因のトラブルの減少に加え、新規プラントの建設が減少してきたことにより、水化学の研究開発及び管理を担う人材の供給が減少し、高齢化が進行している事実がある。研究の場も狭まっており、研究コミュニティの維持が危ぶまれるほどである。今後、軽水炉プラントの高経年化対応を含め、軽水炉プラントの安全性と信頼性の維持及び向上のため、水化学の一層の貢献が求められていることを考慮すると、本分野に関連する人材の裾野拡大を含む人材の確保は緊急の課題と言える。人材確保のためには、学(学術界)での水化学関連研究の基盤(場)の確保が必須で、学(学術界)での研究を通して有能な人材の教育、その結果、確保が可能となる。これは、産・官・学のいずれの領域においても強く認識すべき共通の課題である。
_これまで我が国の原子力発電の発展に際しては、諸外国での経験を参考にしつつ、独自の手法、概念を確立してきた経緯がある。今後とも継続的に国際的な情報交換を進めると同時に、近年、世界的な原子力発電の見直し機運の中で、アジア諸国での原子力開発が急速に進展すると予測されることから、我が国で培った技術をこれらの国に適正な方法で反映させていくことは、今後も重要性を増していくと考えられる地球温暖化対策やエネルギーセキュリティの確保の観点からも有用と考えられる。
_今回の改訂に当たって、1F事故を踏まえて、深層防護の各レベルにおける人・情報の整備に係わる研究の係わりを検討し、レベル1から4のいずれにおいても貢献できる課題のあることがわかった。すなわち、プラントの安全・安定な運転にかかわる情報基盤を一層充実させ、これらを支える人材の供給/技術伝承を確実に行うための活動を継続することにより、より一層の安定・安全なプラントの運転管理が達成されるとともに、整備すべき情報の範囲を廃炉や事故時対応の水化学に拡大し、過酷事故への備えを行うことにより事故発生防止及び拡大防止に貢献していくことができる。
_人・情報の整備に係わるロードマップは、2007年版で策定され、水化学ロードマップ2009でのフォローアップは限定的であったため、今回は、1F事故以降の状況変化を踏まえ、水化学分野として果たすべき役割を明確にすべく、本格的な改訂を行った。改訂に当たっては、基本的な研究課題の枠組みは変えずに、以下に示す4項目に分類して対応することとし、それぞれに事故対応に係わる課題を追加した。
_ⅰ. 研究基盤の確保
_ⅱ. 技術情報基盤の整備と技術伝承
_ⅲ. 水化学関連の規格・基準化、標準化
_ⅳ. 国際協力の推進
_図7.2-1に、人・情報の整備に関する研究フローを示す。通常運転時及び事故時対応時における人・情報の整備に基づいて、4つの項目を実施する。これらを通じて、水化学技術情報を整備するとともに、確実な技術伝承と必要な人材の育成を行い、プラントの安全・安定な運転を維持及び事故の拡大防止に貢献する。
(A) 現状分析
(1) 研究基盤の確保
_水化学の分野では、分野の特徴から産業界が中心となっていたため、従来から学(学術界)における研究例が少なく、有能な人材の教育と、その結果としての人材確保ができにくい環境にある。このため、人材育成を含め、水化学関連の基礎研究資金を容易に獲得できるような基盤確保が求められている。近年、国プロや電力共通研究等の共同プロジェクトが減少しており、産業界や国の研究機関の研究者・技術者の研究の場も狭まっている。1F事故以降の長期プラント停止からの再稼動を契機に、水化学研究プロジェクトが成立すれば、研究者が集まる場が拡大し、人材確保・育成につながっていくことが期待される。
_なお、1Fの廃炉研究においては、汚染水処理や構造材の腐食抑制等の課題で国プロが実施されており、水化学関連の研究者が多く参加している。
(2) 技術情報基盤の整備と技術伝承
①水化学に関する技術情報の整備
_プラントの安定的運用のためには、水化学に関する学術知見から実プラントにおける運転経験まで、全てのデータベースを体系的に整理・評価し、必要に応じて効率的に活用することが極めて重要である。とりわけ、プラントデータは課題解決や技術開発を行っていく上で重要な情報となるが、現状、公開に制限があり、十分に活用されていない。2020年から導入される新検査制度ではプラントのパフォーマンス指標(PI)を考慮して規制側から追加検査や特別検査の要否が示されることになる。PIとしては原子力施設の安全にかかわる事故の発生防止、拡大防止・影響緩和、閉じ込めの維持、重大事故等対処及び大規模損壊対処の4つの分類、放射線安全にかかわる公衆に対する放射線安全と従業員に対する放射線安全の2つの分類、及び核物質防護の合計7つの分類ごとに設定される。これらの分類の中で水化学と関わりの深い分野は、閉じ込めの維持と従業員に対する放射線安全であり、具体的なPIとしては、前者に関しては原子炉水中のヨウ素濃度と格納容器内漏洩、後者に関しては個人線量超過回数と計画外被ばく発生件数が検討されている。原子炉水中のヨウ素濃度は燃料健全性を、格納容器内漏洩は構造材料の健全性を示す指標となっており、水化学管理を適切に実施して水質パラメータを水化学管理指針で定める推奨範囲に保つことが重要である。計画外被ばく発生件数への水化学管理の関与はないが、個人線量超過回数に関しては、適切な水化学管理によるプラント線量率の低減により発生リスクを低減することができる。PI自体はプラントデータのごく一部であるが、その指標の背景となる水質データやプラント線量率等を公開していくことは原子力プラントの安全管理の透明性を向上させるために有用と考えられる。このような新しい検査制度の導入等をきっかけとしてプラントデータを公知化し、産業界内外の研究者や技術者の目に触れることで、課題の早期解決や新たな技術の創出促進を図れる機会が増えるものと考える。このような仕組みづくりにより、学術界や産業界の研究者のモチベーションアップや人材育成にもつながるものと考える。
_技術情報基盤の整備のためには、当面、学協会(原子力学会)の場にて産・官・学のネットワークを形成して活動を維持するとともに、水化学と深く係わる分野との相互連携による推進が必要である。将来的には、新たな仕組みを構築していくことも必要である。なお、水化学情報の集大成の成果の一つとして「原子炉水化学ハンドブック」が2000年に発行され、多くの関係者に活用されている。現在、水化学部会において改訂版発行の作業が行われている。
_1F事故を受け、特に、除染や廃炉等事故への対処のほか、事故の教訓を踏まえた原子力施設の安全性向上やシビアアクシデント対応等の課題に対する国民的な関心や社会的要請、新たな知見・技術の確立への期待・必要性が高まっており、水化学分野からの取り組みが期待されている。
②人材育成方策の検討
_我が国では、これまでの技術開発・運用を担ってきた世代のリタイアが続き、人材不足の状況が続いている。これに対しては、原子力規制委員会による原子力規制人材育成事業や文部科学省による国際原子力人材育成イニシアティブ事業等、長期的な原子力研究・開発・利用を促進させるための人材育成プログラムが実施されている。水化学分野においても、産・官・学のいずれにおいても人材が減少している状況に鑑み、産業界からの学術界への情報発信等、積極的な関与をして若い人材の育成を行い、継続的に人材を確保していくことが必要である。
_産業界における人材育成は、技術の伝承とも深く関係しており、従来蓄積されてきた経験や知見を体系的に整理していくことは、この面でも有効に活用できるため、積極的かつ継続的に推進する。特に、水化学は、原子力プラントの構造材料、燃料の健全性に影響を及ぼすため、プラントシステム全体にまたがる領域をカバーする必要があることから、総合的な知識・経験が必要となる。このため、人材育成も一朝一夕にはいかず、長期にわたる計画的な指導、教育も要求される。
_日本原子力学会は、国内外での情報発信や立場を越えた人的交流等が図れる場であり、技術的合意や共通認識の醸成に欠かせない役割を果たしている。このような活動は、人材育成にも大きく寄与している。
_1Fの廃炉に伴う汚染水処理や構造材の腐食影響評価・防食等では、水化学からの寄与が期待されており、技術情報の収集や人材の供給等で貢献している。また、過酷事故時のFP挙動解明を行っていくとともに、現在関与が薄い過酷事故拡大防止のための関連設備についても、水化学分野の設計段階からの積極的な関与していくことが期待されている。
(2) 学協会規格等の整備
_水化学関連技術の体系化を通じ、それを規格・基準、標準の形にまとめていくことは軽水炉プラントの運転に対する一般公衆への説明性、透明性を確保していく意味で重要な因子となる。水化学分野においては、既に、PWR一次系、PWR二次系及びBWRの水化学管理指針、PWR及びBWRの化学分析方法の標準が制定されている。これら指針・標準は、電気事業者やメーカの技術者にとって、より良い水化学管理を実践していく上で拠り所となるもので、解説に記載された管理値等の設定に係わる技術根拠は、若手技術者への技術伝承のみならず、大学等の機関の研究者にとっても教材として幅広く機能するよう配慮されている。今後、最新知見を取り入れていくことで、合理的な規制の実現にも結びつくことになるとともに、グローバルスタンダードの地位を確保していくことが可能となる。
_各発電所ではアクシデントマネジメントの整備が進められ、日本原子力学会においては「原子力発電所におけるシビアアクシデントマネジメントの整備及び維持向上に関する実施基準」が制定されている。これらは、新たに獲得された研究成果を踏まえて、不断に整備・充実していく必要がある。現在のところ、化学的な観点からの対応は示されていないが、今後は、事故時の水化学情報を反映させることにより、より実効性が高まり、事故影響の低減に貢献すると考えられる。
(3) 国際協力の推進
_原子力発電プラントの安定的運転に貢献する水化学技術の高度化には、国際協力による情報交換が有益である。水化学技術の基礎基盤をはじめプラントの運転経験、それに各国の規格・基準類の整備状況等に関し、情報を確保していくことが必要である。同時に、我が国からの情報発信による相互の情報交換により、水化学分野での総合的なポテンシャルの向上が期待できる。このような活動をさらに効果的にするため、新たな枠組みも検討する。水化学国際会議は、水化学分野における最も権威ある国際会議であり、これまで、欧州、日本(アジア)、米国で隔年開催されてきている。我が国の寄与も大きく、日本原子力学会水化学部会が定期的に会議を主催する等、今後も貢献を継続していく必要がある。また、これまでの既存の水化学国際会議等の場での情報交換はもとより、人員の相互交流を含むより進んだ情報交換体制の構築も必要である。
_また、昨今のアジア諸国での原子力導入の動きに対しては、我が国での経験等を効果的に移転していくことも考えるべきであり、そのための仕組みも必要である。すでにこれまでも我が国主導で開催してきたアジア水化学シンポジウムのような場を通じた活動をベースに、これを発展させた枠組み構築も必要である。
_水化学技術の高度化や事故時対応の水化学情報整備の観点から、国際的な情報交換を継続的に進めると同時に、我が国が培った技術を海外に発信していくことは、原子力全体の発展にも有用と考えられる。
(B) 研究課題
(1) 研究基盤の確保
_産官学の研究機関が参加して、水化学共通基盤技術に係わる研究を実施し易い仕組みを構築する。学に研究ニーズを開示すると同時に、競争的研究資金獲得が少しでも容易になるように、分り易い研究ニーズドキュメントの作成を行う。また、共同研究プロジェクトを構築していく環境を整備し、その実施を通して、技術情報の拡充及び人材育成を図る。
(2) 技術情報基盤の整備
_国内外のプラントの運転状況、水化学管理、及び化学管理に係わる情報、及び化学基盤情報を整備する。併せて、新たな挑戦的な課題を提示していく。
_1F事故を受け、廃炉等事故への対処や過酷事故の発生及び拡大防止等についても、水化学の観点から技術情報を整備する。加えて、過酷事故関連設備についても、設計段階から化学的観点からの関与を強めていく。
_プラントの水化学管理に関する教育プログラムを作成し、水化学管理者の育成と技術伝承に資する。また、資格認定制度も取り入れ、社会に対する水化学管理の透明性を示す。
(3) 学協会規格等の整備
_品質保証や社会への説明性に関する要求に対し、体系的・組織的に対応するため、化学管理内容や分析技術等水化学管理に係わる技術を学協会の場で民間規格化・基準化する。
_プラント運転経験、高経年化対応技術、新しい水化学技術等、これまでに蓄積された知識・経験を次世代に適切に継承し、世界的にも高い水準にある我が国の水化学管理技術を維持するため技術継承資料の作成を目指す。
_過酷事故の発生及び拡大防止に技術情報に基づいて、規格基準類整備に化学の観点からの寄与を強化していく。
(4) 国際協力の推進
_海外情報の活用や国内情報の発信によるプラントの安全・安定運転への貢献等、水化学に関する情報を国際的に相互活用するために、日本原子力学会水化学部会を中心に、国際協力体制及び情報交換体制の整備強化を行う。原子力発電の導入・拡大が見込まれる諸国の人材育成にも協力する。
_廃炉や過酷事故対応技術については、海外の先進事例や知見について、積極的に情報収集ならびに共同研究を推進する。
_以上の課題の解決を図ることで、以下の成果が得られる。
-
- 水化学技術情報が蓄積・整備されることにより、将来にわたって技術伝承と人材育成が図られ、プラントの安全・安定な運転維持に寄与できる。
- 事故の発生及び拡大防止のための規格・基準類作りに、化学的観点から寄与できる。
(C) 実施機関/資金担当の考え方
_研究課題の実施機関及び資金担当と、その考え方を技術項目ごとに示す。
(1) 研究基盤の確保及び(4)国際協力の推進
実施機関/資金担当:産業界、官界、学術界/産業界、官界
<考え方>
-
- 電気事業者は、実施主体として、研究基盤を整備し研究を実施することにより技術情報を取得し、人材の供給を受ける。
- 学術界は、獲得した研究費により基礎・基盤研究を実施する。
- 国は、実施主体として、安全基盤研究による情報を獲得する。
- 実施主体が資金担当となることが適当と考える。
(2) 水化学に関する技術情報の整備
実施機関/資金担当:産業界・官界/産業界・官界
<考え方>
-
- 電気事業者は、実施主体として、技術情報を取得でき、水化学管理に反映できる。
- 国は、実施主体として、技術情報を獲得できる。
- 実施主体が資金担当となることが適当と考える。
(3) 化学管理に関する民間規格・基準類の整備
実施機関/資金担当:産業界、学術界/産業界
<考え方>
-
- 産業界(電気事業者、メーカ)は、実施主体として、水質管理基準等の整備を行うことで、規格基準類の整備を行うことができる。
- 学術界は、規格基準類の整備に関した検討を行う。
- 実施主体が資金担当となることが適当と考える。
_図7.2-2に人・情報の整備に係わる導入シナリオ、表7.2-1に人・情報の整備に係わる技術マップ、及び図7.2-3に人・情報の整備に係わるロードマップを示す。
課題調査票
課題名 | 人・情報の整備 |
マイルストーン |
短期 Ⅱ.信頼性のある組織・体制の構築・維持(防災支援体制含む) ⇒効果的・継続的なリスク低減活動・自主的安全向上活動が進められるためには、信頼性のある組織・体制が構築・維持される必要がある。 |
概要(内容) | (1) 研究基盤の確保 _産官学の研究機関が参加して、水化学共通基盤技術に係わる研究を実施し易い仕組みを構築する。学に研究ニーズを開示すると同時に、競争的研究資金獲得が少しでも容易になるように、分り易い研究ニーズドキュメントの作成を行う。また、共同研究プロジェクトを構築していく環境を整備し、その実施を通して、技術情報の拡充及び人材育成を図る。 (2) 技術情報基盤の整備 _国内外の水化学管理に関するプラントの運転管理状況、化学管理及び化学基盤情報を整備する。併せて、新たな挑戦的な課題を提示していく。 _1F事故を受け、廃炉等事故への対処や過酷事故の発生及び拡大防止等についても、水化学の観点から技術情報を整備する。加えて、過酷事故関連設備についても、設計段階から水化学的観点からの関与を強めていく。 _プラントの水化学管理に関する教育プログラムを作成し、化学管理者の育成と技術伝承に資する。また、資格認定制度も取り入れ、社会に対する化学管理の透明性を示す。 (3) 学協会規格等の整備 _品質保証や社会への説明性に関する要求に対し、体系的・組織的に対応するため、水化学管理内容や分析技術等化学管理に係わる技術を学協会の場で民間規格化・基準化する。 _プラント運転経験、高経年化対応技術、新しい水化学技術等、これまでに蓄積された知識・経験を次世代に適切に継承し、世界的にも高い水準にある我が国の水化学管理技術を維持するため技術継承資料の作成を目指す。 _過酷事故の発生及び拡大防止に技術情報に基づいて、関連する規格・基準類整備に化学の観点からの寄与を強化していく。 (4) 国際協力の推進 _海外情報の活用や国内情報の発信によるプラントの安全・安定運転への貢献等、水化学に関する情報を国際的に相互活用するために、日本原子力学会水化学部会を中心に、国際協力体制及び情報交換体制の整備強化を行う。原子力発電の導入・拡大が見込まれる諸国の人材育成にも協力する。 _廃炉や過酷事故対応技術については、海外の先進事例や知見について、積極的に情報収集ならびに共同研究を推進する。 |
具体的な項目 | (1) 研究基盤の確保 (2) 技術情報基盤の整備/技術伝承 (3) 学協会規格等の整備 (4) 国際協力の推進 |
導入シナリオとの関連 | 技術情報基盤の整備と技術伝承、人材育成を通してのプラントの安全・安定な運転の維持及び事故発生・拡大防止への寄与。 |
課題とする根拠 |
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現状分析 | (1) 研究基盤の確保 _水化学の分野では、分野の特徴から、産業界が中心になっていたため、従来から学(学術界)における研究例が少なく、有能な人材の教育と、その結果としての人材確保ができにくい環境にある。このため、人材育成を含め、水化学関連の基礎研究資金を容易に獲得できるような基盤確保が求められている。近年、国プロや電力共通研究等の共同プロジェクトが減少しており、産業界や国の研究機関の研究者・技術者の研究の場も狭まっており、研究コミュニティの維持も困難さが増している。1F事故以降の長期プラント停止からの再稼動を契機に、水化学研究プロジェクトが成立し、研究の場が拡大していくことが期待される。 _1Fの廃炉研究においては、汚染水処理や構造材の腐食抑制等の課題で国プロが実施されており、水化学関連の研究者が多く参加している。 (2) 技術情報基盤の整備 ① 水化学に関する技術情報の整備 |
期待される効果 |
① 水化学技術情報が蓄積・整備されることにより、将来にわたって技術伝承と人材育成が図られ、プラントの安全・安定な運転維持に寄与できる。 ② 事故の発生及び拡大防止のための標準類作りに、化学的観点から寄与できる。 |
実施にあたっての課題 | ・課題の緊急性の明示化 ・研究開発のための資金確保 |
必要な人材基盤 | (1) 人材育成が求められる分野
(2) 人材基盤に関する現状分析
(3) 課題
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他課題との相関 | 「軽水炉安全技術・人材ロードマップ」との対応
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実施時期・期間 | 短期~長期。着手は短期、以降、継続して実施。 |
実施機関/資金担当 |
産業界、官界、学術界/産業界、官界 研究基盤の確保 <考え方>
産業界、学術界/産業界
<考え方>
産業界・官界/産業界・官界
<考え方>
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その他 |