投稿者: 広報・編集担当（１）

＿水化学ロードマップにおいては、従来、運転中プラントの水化学管理を中心に、材料・燃料の健全性維持、被ばく低減、新技術開発、人材育成、等の諸課題に対して、開発方針、開発スケジュールを提示し、ローリングを行ってきた。この基本的な取組み方針は今後とも変わることなく継続されるべきものである。
＿一方、2011年の東日本大震災による1F事故の影響とそれに伴う原子力界全体の大きな変化を考慮することは不可避であり、環境の変化の要因として非常に高い重要度を持っている。

3.1　1F事故の社会的影響

＿1F事故の影響について、社会的影響の観点からは、まず、新規制基準、軽水炉安全技術・人材ロードマップ、深層防護の3つの観点から検討することとした。さらに、1F廃炉推進のモチベーションの観点を加える。

(1)　新規制基準及び自主的安全性向上への取組み
＿原子力規制委員会は、原子炉等の設計を審査するための新しい基準を作成し、その運用を開始した。いわゆる「新規制基準」は、1F事故の反省や国内外からの指摘を踏まえて策定されたものである。これにより、地震や津波等の大規模な自然災害や重大事故に対して十分な対策が取られるようになった。この新規制基準は原子力施設の設置や運転等の可否を判断するためのものであるが、これを満たすことによって絶対的な安全性が確保できる訳ではない。すなわち、1F事故を契機として、原子力安全文化の醸成、自主的な安全性向上といった観点の重要性が指摘されている。これまで原子力安全の議論がともすれば狭義の安全評価の範疇にとどまっていたことに対して、これらの観点は全ての原子力に係わる活動において尊重されるべきものであることが示され、水化学の取り組みも例外ではない。

(2)　軽水炉安全技術・人材ロードマップへの対応
＿このような状況下で、経済産業省 総合資源エネルギー調査会 電力・ガス事業分科会 原子力小委員会の下に「自主的安全性向上・技術・人材ワーキンググループ」が設置され、日本原子力学会「安全対策高度化技術検討特別専門委員会」と連携して、「軽水炉安全技術・人材ロードマップ」の策定が行われた。このロードマップは技術開発と人材育成とを基本としており、8つの課題別区分が提示されるとともに、着実にローリングを行っていくことが示されている。今回の水化学ロードマップ改訂もこの趣旨に則るものとして位置付けられる。

(3)　深層防護の考え方の導入
＿原子力学会標準として、昨今、BWR/PWRの水化学管理指針の制定を図っているが、この中では水化学として従来取り組んできたこと、また、今後取り組むべきことに対して、何が自主的な安全性向上につながっているかを再認識、再構築する議論を重ねた。その中では、「深層防護」の考え方も取り入れ、一つ一つの水化学技術の取り組みがどのような位置づけになるかの再定義を行っている。これらの活動は一過性であってはならず、常に最新の知見を取り入れつつPDCAサイクルを回すことにより、定常的な安全性向上の取り組みが求められる。

(4)　1F廃炉推進のモチベーションの維持
＿1F事故の影響は甚大で測り知れないものがあるが、一方で技術的なチャレンジも多い。その中で、1F廃炉を確実に推進するという使命は非常に重いものがあり、それ故に原子力に係わる技術者にとっては大きなモチベーションとなっている面がある。すなわち、原子力産業の発展を支えてきた世代にとって廃炉推進のモチベーションは強く、これを次世代にいかに受け継いで行くかが大きな課題といえる。

3.2　1F事故の技術的影響

＿ロードマップに示される水化学の取り組み姿勢は、従来から水化学の使命として位置づけられてきたものがある一方、1F事故を契機に新たに取り入れられたものもあり、大きな環境の変化と言うことができる。
＿特に1F事故対応に関しては、いずれも新しい技術項目であり、1F廃炉推進、プラント再稼働、材料健全性の大きく3つの観点につき述べることとする。

(1)　1F廃炉推進
＿まず、事故の収束に向けての対応として水化学及び原子炉化学に要求された事項としては、汚染滞留水処理、二次廃棄物処理、水素発生量評価（安全評価）が挙げられる。特に、汚染滞留水処理は事故発生直後からの喫緊の課題であり、これまでプラントの通常運転中には導入初期を除きほとんど経験することのなかった核分裂生成物（FP）放射能の除去技術の確立、適用が求められた。いわゆるFP化学は、1F事故以前の通常運転中のプラントではほとんど議論されてこなかったため、改めてその知識ベースの体系化、技術継承が必要とされている。
＿また、この事に付随して発生する二次放射性廃棄物の処理（将来的には処分も含む）について、検討が必要とされている。これはバックエンド部会との境界領域であり、必ずしも水化学ではないが、上流側の廃棄物発生条件と処理方法とは密接に係わるため、高い関心を持って臨むべき事項と考える。
＿さらに、廃棄物中の放射線分解による水素発生量評価やそれに及ぼす海水成分の影響評価の重要性は高い。また、今後のデブリ取り出し作業において、α線放出核種を含む水の放射線分解による水素発生量評価は、作業安全や作業環境の確保の上で必須要件となる。

(2)　プラント再稼働対応
＿次に、事故後のプラント再稼働に向けての対応としては、シビアアクシデント対策としての新しい水化学管理の導入に対して、十分な評価を行うことが大事である。具体的には、格納容器内水のpHアルカリ管理、フィルターベントシステムによる放射性ヨウ素放出抑制対策がある。これらのシステムはBWRではプラント再稼働の要件になっているが、ヨウ素化学の解明、確立は、世界的に見ても依然として今後の課題であると考える。

(3)　材料健全性確保
＿材料健全性の確保に関しては、1F事故の特徴として津波による海水流入及び炉心冷却のための海水注入が挙げられる。すなわち、使用済み燃料プール中の燃料及び構成材料に対する海水成分の腐食影響評価、原子炉内/格納容器内への海水注入による構造材料の健全性評価は新たに直面した課題であり、教訓として認識しておくべき事例である。さらにこれらは放射線環境下での腐食挙動であり、不純物系における水の放射線分解挙動と相俟って検討されるべき課題といえる。

3.3　水化学を取巻く環境変化への対応

＿このように、1F事故を契機に水化学を取巻く環境が大きく変化し、社会的影響と技術的影響を齎したことを受け、これらの変化への今後の対応として、意識改革と技術改革の2点が重要になると考え、以下に述べる。

(1)　意識改革
＿上述の環境変化に対応するためには、従来の通常運転時の水化学の取り組みに加えて、シビアアクシデント時の対応まで範囲を拡げる必要がある。さらに、1F廃炉推進のための水化学の取り組みも重要な課題として位置付けられる。これらの取り組みに際しては、常に自主的な安全性向上の姿勢が求められ、ロードマップのローリングにおいても、PDCAサイクルを回し、現状の施策の必要十分性の確認、課題の抽出、解決策の適用、新知見の導入を図る必要がある。

(2)　技術改革
＿これまでの水化学ロードマップで取り上げられてきた水化学技術につき維持、改善していくことは論を俟たないが、1F廃炉推進、プラント再稼働対応の観点では新規技術の開発、適用、評価を継続的に行う必要がある。これら新規技術については、常にロードマップにおいても課題として取り上げフォローしていく仕組みが必要となる。
＿このように、今回の水化学ロードマップ改訂にあたって、水化学を取巻く環境の変化、及び、その対応につき、論点を述べた。1F事故を契機に大きな環境の変化が生じたことに対して、その事実と水化学の役割を真摯に受け止めるとともに、今後とも常に課題解決の意識を持って取り組む姿勢が求められる。

3.4　将来に向けての課題

＿さらに、より包括的な環境変化への対応として、以下の諸課題が挙げられるものと考える。すなわち、1F事故対応、設備利用率向上、負荷追従対応、少子高齢化対応等の諸点である。

(1)　1F事故への対応
＿今後の1F廃炉推進は長期間に及ぶため、汚染滞留水処理、二次廃棄物処理、等を今後とも継続的かつ着実に実施していく必要がある。また、プラント再稼働対応としては、シビアアクシデント対策としての格納容器内水のpHアルカリ管理、フィルターベントシステムの導入、等の運用管理を的確に行う必要がある。これらはいずれも1F事故への中長期的対応として重要な課題である。

(2)　設備利用率の向上
＿国の最新のエネルギー基本計画^[3-1]では、2030年に原子力発電の占める割合を20～22%としている。我が国の原子力発電所の1975年～2010年までの累計の設備利用率は71.8%であった^[3-2]。しかしながら再稼働予定のプラント数の減少に鑑みると、上記目標を維持するには、自主的な安全性向上の取組等により軽水炉の設備利用率をさらに向上させることが必須と考える。
＿これに対し、水化学による材料の防食対策を推進することにより人の安全と設備の安全性・信頼性向上を図ることができる。また、配管や機器の線量率を低く維持する被ばく低減対策を推進することにより定期検査期間の短縮を図ることができる。これらはいずれも設備利用率向上に繋がるため、水化学の関与する範囲は大きいと考える。

(3)　負荷追従運転への対応
＿再生エネルギーの大量導入に伴い、海外ではすでに軽水炉も負荷追従運転の対象となる動きが出ている。この動向はやがて再稼働後の我が国でも対応すべき課題と考える。これまで原子力はベースロードとしての役割を担ってきたが、今後のエネルギー需給バランスに鑑み、原子力によるエネルギー供給には柔軟性を持たせる必要があろう。その際、過渡的な変化に対して水化学管理の側面から的確に対応できるよう検討を進めておく必要がある。

(4)　少子高齢化及び若手の原子力離れへの対応
＿一方、我が国は少子高齢化問題に直面しており、次世代の若手人材への技術継承は喫緊の課題となっている。エネルギー政策の着実な推進のためには、次世代の人材にとって魅力ある技術テーマを創出し、優秀な人材を確保する必要がある。そのために水化学ロードマップの有効活用が強く望まれるものである。

参考文献

[3-1] 経済産業省資源エネルギー庁：長期エネルギー需給見通し, 平成27年7月, p.7 (2015).
[3-2] (独)原子力安全基盤機構企画部技術情報統括室編：原子力施設運転管理年報平成23年版（平成22年度実績）, 平成23年10月, p.36 (2011).

2.1　水化学の役割

発電用軽水炉プラントでは、炉心から取り出したエネルギーを輸送する媒体（冷却材）、及び、中性子の減速材として水が用いられており、様々な温度条件、照射条件、沸騰・流動条件下で、構造材料や燃料被覆管等の金属材料と接しながら循環している。これら金属材料と水の界面では、燃料被覆管の腐食・水素化、クラッド付着による燃料性能低下、構造材料の腐食や応力腐食割れ、構造材料へのクラッド付着による被ばく増大等、種々の問題が生じる。これら諸問題の調和的抑制あるいは解決に貢献し、発電用軽水炉プラントの安全性確保と公益性向上の同時達成に寄与することが水化学の使命である。また、設備／技術への貢献に加え、環境に対する影響の抑制も水化学の重要な課題のひとつである。
水化学は運用技術であるため、プラントの構成、材料、プラント運用の違い等の状況に応じて、合理的な対応策を提供することができる。一方、水化学に係わる事象は冷却材を介して通底しているため、ある課題に対してこれを改善するための水化学技術が、別の課題に対しては逆に作用するケースもあり、常に様々な課題事象のメカニズム把握に努め、これら相互のバランスを考慮した、システム全体にとって最適な制御を目指す必要がある。この観点から、水化学は、単に冷却材の水質維持のみを対象とするのではなく、燃料･構造材料との相互作用やその制御に用いる添加薬品、また、その結果生成する腐食生成物の挙動等を対象としており、これらに化学的基盤を与える分野全般を包括している。さらに、従来の水化学のスコープに加えて、苛酷事故への対応においても水化学が重要な役割を担う。すなわち、事故の拡大抑制、事故収束までの比較的短期間の課題、事故炉廃炉工程での長期間に亘る課題等に対応するための水化学であり、事故時に発生する放射性核分裂生成物への対応が特に重要となる。
プラント全体を視野に置いた最適な水化学管理を将来にわたって行っていくためには、常に研究開発を進め水化学関連技術を発展させていく必要がある。研究開発を進めるに当たっては、研究目標の明確化、既存技術の透明化を図ることで、大学･研究機関における水化学研究の活性化と効率化を図り、水化学の技術的な高度化のために新たなブレークスルーを生み出す努力が重要である。このような取り組みの成果は、国内の発電用軽水炉プラントに留まらず、プラント運用技術（ソフトウェア）として、海外、特に、拡大が著しいアジア地域の原子力発電の安全性・信頼性の向上に資するものと考えられ、我が国原子力産業の国際展開への寄与も期待される。一方、このように将来に向けて大きな可能性を有する水化学分野においても、近年、技術者、研究者の高齢化が進み、他の分野と同様に人材育成と技術の標準化が求められている。

2.2　水化学ロードマップ策定の目的

これまで、水化学は設備・機器の腐食抑制、被ばく線量低減、放射性廃棄物低減を通じて、プラントの安全性、信頼性、経済性向上に貢献してきた。水化学の果たすべき基本的な役割は今後も変わらないが、エネルギー安定供給と地球環境保護の観点から、発電用軽水炉プラントの高経年化対応、燃料高度化、軽水炉高度利用の推進、そして、原子力エネルギー利用の大前提となる不断の安全性向上を支援していく必要がある。水化学ロードマップでは、このような取り組みにおいて新たに生じうる課題を予見するとともに、その事象を的確に把握し、効果的に対応するための研究の道筋について、その基盤と成果の活用を含め時間軸上に示したものである。
高経年化対応、燃料高度化、軽水炉高度利用の調和的実現に貢献していくためには、従来に増して、水化学分野における産官学及び学協会の適切な役割分担と、燃料や構造材料等関連分野を含めた協力連携が不可欠である。また、深層防護を構成するシナリオや技術要素は多岐に亘ることから、不断の安全性向上の観点からも関係者による認識の共有が必須である。水化学ロードマップはそのためのコミュニケーションツールとして作成されたものである。

2.3 　水化学ロードマップの成果の活用

水化学ロードマップに基づいて実施された研究成果は以下の活用を前提としている。

① 既存発電用軽水炉プラントの高経年化対応、燃料高度化、高度利用、及び、これらを支える作業環境改善（被ばく線量低減）、自然環境への負荷軽減（放射性廃棄物の発生抑制）等水化学固有課題の調和的な解決に資する。

② シビアアクシデントを含めた5層構造に拡大された深層防護の再構築、ならびに、安全性向上のPDCAサイクル推進に資する。

③ プラントの安全に係わる成果については、アウトプットの一つとして規格･基準類の整備に反映していく。また、これら水化学関連の規格・基準類の整備に際しては、プラントの維持管理（評価、検査、補修）や、新検査制度（評価指標、予防保全）に係わる規格基準類との連携を念頭に置く。

④ 革新的な技術成果については、我が国原子力産業の国際展開に繋げるとともに、開発中の次世代型軽水炉の設計に反映する。

⑤ 上記成果について、国際協力の観点から、原子力発電を推進する国々と情報交換し、水化学研究の効率的な推進と活用を図る。特に、今後、大幅な増大が見込まれるアジア地域の原子力発電の安全と定着を支援するために活用する。

2.4　産官学の役割分担

水化学ロードマップ2020では、第二次水化学ロードマップで示された産官学の役割分担の考え方を引き継ぎ、軽水炉安全技術・人材ロードマップとの整合性や水化学技術の特徴を考慮し、原子力基本法の精神、すなわち、

1. 1. 原子力の研究開発、利用の促進（エネルギー資源の確保、学術の進歩、産業の振興）をもって人類社会の福祉と国民生活の水準向上とに寄与する。
   2. 平和の目的に限り、安全の確保を旨として、民主的な運営の下に、自主的にこれを行うものとし、その成果を公開し、進んで国際協力に資するものとする。

に則り、以下のように基本的考えを取りまとめた。

① 産業界

• • 自らの事業の実施にあたり、安全性、信頼性、経済性の確保・向上に必要となる研究の立案・計画及び実施
  • その成果を活用した規格原案の作成
  • 安全規制との関係における機器・設備等の安全性・信頼性、検査・運転管理等の妥当性を説明、あるいは検証するために必要な研究の実施

② 国・官界

• • 原子力発電の適切な育成と安全規制
  • 我が国原子力産業の国際展開に対する支援
  • 技術的に難易度が大きく、かつ、必要資金が大きい等、緊急かつ必要であるが困難が大きい研究への支援
  • 安全規制の整備・運用に必要な技術的知見（データ、手法等）の取得
  • 安全規制に必要な技術基盤を構築すること等を目的とする安全研究の企画及び実施
  • 安全研究の成果の規制制度・規制基準への反映

③ 学術界

• • 現象の解明と基礎工学に関する研究開発知識ベースの提供と検証
  • 基礎・基盤となる知識ベースの蓄積とそれに基づく先見的、潜在的な課題の発見
  • 基礎研究を支える人材の育成

④ 学協会

• • 学術・技術の健全な発展と透明性のある議論の場の提供
  • ロードマップの策定等を通じた安全基盤研究の企画、評価への参画
  • 安全規制制度・基準等安全確保のあり方、規格基準の体系的整備等に関する提案
  • 研究成果、各種知識ベース等を活用した学協会規格等標準の策定
  • 分野間横断的な規格基準の整備における学協会間の協力･連携

＿原子力発電は、他の発電方式に比して燃料投入量に対するエネルギー出力が圧倒的に大きく、運転コストが低廉で運転時に温室効果ガスを排出しない。数年にわたり国内保有燃料のみで生産が維持できる低炭素の準国産エネルギー源として優れた安定供給性と効率性を有している。2018年7月に閣議決定された第5次エネルギー基本計画において、原子力発電は、安全性の確保を大前提として、長期的なエネルギー需給構造の安定性に寄与する重要なベースロード電源であると位置付けられた。原子力発電の活用のためには、2011年3月に発生した東京電力福島第一原子力発電所（以下、1F）の過酷事故の反省に立って、原子力発電システムの安全性向上に対する従来の取り組みの問題点を根本的に見直し、抜本的な安全性の高度化とその不断の向上を図ることが必要条件となる。また、1Fの廃炉ならびに今後増えていく古い原子力発電所の廃炉を安全かつ円滑に進めていくためにも、高いレベルの原子力技術と人材の維持とその発展が必要とされることが指摘されている。このような背景の下で、経済産業省 総合資源エネルギー調査会 電力・ガス事業分科会 原子力小委員会の下に設置された「自主的安全性向上・技術・人材ワーキンググループ」と日本原子力学会「安全対策高度化技術検討特別専門委員会」とのやり取りを通じて、我が国の軽水炉の安全性向上を効率的に実現する技術開発及び人材育成の将来に向けた道筋を示すことを目的として、軽水炉安全技術・人材ロードマップが策定された。
＿一方、水化学ロードマップは2007年に第一次版、2009年に改訂版が策定されており、発電用軽水炉プラントの高経年化対応、燃料高度化、軽水炉高度利用推進の支援に重きが置かれてきた。例えば、燃料の高燃焼度化・長期運転サイクル（燃料高度化）や原子炉出力向上（軽水炉利用高度化）によって、冷却材である水の放射線分解が促進され、構造材料や燃料被覆管に対する腐食環境が過酷化する、また、その結果発生した腐食生成物により、被ばくの増大や燃料性能の低下を招く方向となる。これらの諸問題を解決すべく、構造材料の高信頼化、燃料の高信頼化、被ばく線源低減を安全基盤研究の3つの柱と位置付けてきた。今回の改訂では、軽水炉安全技術・人材ロードマップとの整合性を図りながら、水化学技術の意義を改めて見直し、より広い視点で役割を再定義した。
＿1F事故の教訓を踏まえて、深層防護の考え方は、従来の3層（異常発生防止、異常拡大防止、事故影響緩和）から過酷事故を含めた5層に拡大して再構築することが求められている。IAEAの考え方に基づけば、深層防護は下記の5レベルに分類される。
＿レベル1：異常運転や故障の防止
＿レベル2：異常運転の制御及び故障の検知
＿レベル3：設計基準内への事故の制御
＿レベル4：事故の進展防止及び影響緩和を含む過酷なプラント状態の制御
＿レベル5：放射性物質の大規模放出による環境影響の緩和
水化学ロードマップの従来のスコープは、主としてレベル1に該当するものが中心であった。しかしながら、核分裂生成物の挙動や汚染水処理等、過酷事故のレベルにおいても水化学が果たす役割は大きい。したがって、今回の水化学ロードマップ改訂では、レベル1あるいはレベル2への水化学の寄与に関する考察を深めながら、レベル4以上の事態における水化学技術について新たに章を設けて明記することとした。
＿策定にあたっては、水化学ロードマップフォローアップ検討WGを水化学部会内に設置し、検討を進めた。
＿我が国の軽水炉の安全性向上にこの水化学ロードマップが寄与することを期待したい。