Study on criticality in natural barrier for disposal of fuel debris from Fukushima Daiichi NPS

福島第一原子力発電所の燃料デブリ処分における天然バリア中の臨界可能性の検討

島田 太郎 ; 田窪 一也*; 武田 聖司 ; 山口 徹治 

Shimada, Taro; Takubo, Kazuya*; Takeda, Seiji; Yamaguchi, Tetsuji

福島第一原子力発電所の燃料デブリを格納容器から回収した後、地層処分相当の処分場に埋設する際に、燃料デブリはウランのインベントリも多く、U濃縮度が2%を超えるため、処分場から溶出したウランが天然バリア内のある地点に集積し、臨界となる可能性が懸念される。本研究では、まずその可能性のある条件を抽出するため、処分場及び天然バリアにおける溶解度、地下水流速などの条件を変化させた1次元核種移行の解析を基に移行経路上のウラン沈殿量を保守的に評価した。その結果、還元性環境が維持される通常の処分環境下では移行経路上で臨界質量を超えるウランが沈殿することはないことが示された。ただし、表層付近の酸化性地下水の流入によって処分場が酸化性に変化する場合では、地質媒体中の酸化から還元に変化するフロントで臨界質量を上回るウランが沈殿する可能性が示唆された。次に、この臨界の可能性が懸念される条件に対し、より現実的に処分場の空間レイアウトを考慮した核種移行解析、臨界評価を行った。その結果、処分場のサイズ条件に基づくウラン集積サイズは臨界となり得る集積サイズよりも広範囲に広がり、天然バリア内において臨界に到する可能性を排除できることが示された。

After fuel debris is removed from the reactor containment vessel at Fukushima Daiichi NPS (1F) and collected in waste containers in the future, the waste containers will be disposed at a deep geological repository. The uranium inventory and uranium-235 (U) enrichment of the fuel debris are larger than those of high-level vitrified wastes which are produced from liquid waste during reprocessing of spent nuclear fuels. Therefore, there is a possibility not to be excluded that a criticality occurs in the geological media where the uranium precipitates at the far-field from the repository, after the uranium located in the repository is dissolved by groundwater. In this study, we calculated the quantity of uranium precipitated at the natural barrier, and studied dimension of uranium deposited in the natural barrier and carried out the criticality analysis.