Development of a laser chipping technique combined with water jet for retrieval of fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

山田 知典; 武部 俊彦*; 石塚 一平*; 大道 博行*; 羽成 敏秀; 柴田 卓弥; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(12), p.1171 - 1179, 2019/12

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1647890

福島第一原子力発電所の炉内構造物及び燃料デブリ取り出しに向けて、レーザーとウォータージェットを組み合わせたはつり除去技術の開発を行った。金属を対象とした除去能力を評価するため、5.5kWの連続発振のファイバーレーザーとパルス噴射のウォータージェットを組み合わせて加工中の様子を観察した。

Demonstration of laser processing technique combined with water jet technique for retrieval of fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

羽成 敏秀; 武部 俊彦*; 山田 知典; 大道 博行; 石塚 一平*; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 3 Pages, 2017/04

福島第一原子力発電所の廃止措置の中で、遠隔操作による原子炉格納容器内の燃料デブリの取出しプロセスは重要な課題の1つである。このプロセスにおいて、放射性物質の拡散を抑制することは重要な考慮すべき点の1つである。さらに、このプロセスに適用する技術は、妥当な加工効率を維持することが要求される。そこで、我々は燃料デブリの取出し技術として、レーザー光と水噴流を組み合わせた技術を用いることを提案する。繰り返し断続噴射する水噴流を組み合わせたレーザー加工技術は、効率的な加工を行える可能性を示している。この実験結果をもとに、福島第一原子力発電所での適用に向けた技術開発を進めていく。

レーザー光を用いた燃料デブリ・炉内構造物取出しに向けた研究(I); 研究計画および平成24年度研究成果

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大

JAEA-Research 2013-024, 49 Pages, 2013/08

JAEA-Research-2013-024.pdf:6.63MB

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出し対象とする必要がある。この燃料デブリは、米国・スリーマイル島原子力発電所2号機での知見から、形状不定、高硬度、多孔質、多成分などの特徴を持つと考えられ、これを的確に取出すことのできる工法を確立する必要がある。本報では、高出力・高出力密度、局所加工性、遠隔操作性に優れ、さらには靭性によらず溶断・破砕を行うことが可能なレーザー光を熱源とした切断工法を対象とし、燃料デブリの取出しに必要となる要素技術を開発することを目標とした研究計画を策定するとともに、これに基づいた2012年度(平成24年度)の研究成果について記載した。

Development of migration prediction system(MIGSTEM) for cationic species of radionuclides through soil layers

大貫 敏彦; 武部 愼一; 山本 忠利

Journal of Nuclear Science and Technology, 26(8), p.795 - 804, 1989/08

https://doi.org/10.3327/jnst.26.795

放射性ストロンチウムの通気および帯水砂層に対する遅廷係数と標準拡散係数について検討した。遅廷係数および標準拡散係数は、移流拡散方程式の解より得られる濃度分布を実験による分布にフィットさせて得た。遅廷係数および標準拡散係数は、通気砂層に対してそれぞれ2000、0.25cmが、一方、帯水砂層に対してそれぞれ600、0.07cmが得られた。本研究において得られた係数を用いて、仮想サイトにおけるSrの移動を試算した。その結果、ほとんどのSrは10001000mのサイト内に1000年間留まることが明らかとなった。したがって、砂層はSrの移動に対してバリアとして働く。

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,4; x-y-z 3軸ロボットによる溶断・破砕にかかわる基礎特性

武部 俊彦; 松永 幸大; 羽成 敏秀; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

TIM-2の事故復旧作業の知見より、炉内には溶融した燃料と炉内構造物が冷え固まって生成された燃料デブリが存在していることが示されている。本報告では、レーザー加工ヘッドを搭載したx-y-z3軸ロボットを用いて、燃料デブリの持つ性状の不均一性(材質の異なる領域が空間的に分散している性質)に対する溶断・破砕特性の評価結果を報告する。

レーザー光を用いた複雑形状対象物の溶断・破砕

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。スリーマイル島原子力発電所2号機の原子炉構造物損傷状況の知見より、燃料デブリは金属としての性質を持つ領域と、セラミックスとしての性質を持つ領域が存在し、それらが任意の形状で空間的に分散していると考えられる。この取出し技術としては、遠隔操作により燃料デブリの形状、組成などを分析可能な外界センサーが必要であり、得られた情報を基に可制御パラメータを適切に設定して溶断、破砕を行う必要がある。本研究では、レーザースキャナとx-y-z 3軸ロボットを組合せることで、遠隔操作により試験片の溶断・破砕を行った。試験片は、ステンレス鋼の表面にアルミナペレットを接着させた物であり、金属領域とセラミックス領域を含有する複雑形状対象物である。レーザースキャナにより得られた情報を基に溶断・破砕を行うことで、金属領域では、レーザー光は裏面まで貫通し、セラミックス領域も破砕できたことから、レーザースキャナを利用した対象物の形状認識が有効であることが確認できた。

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,12; 水中レーザー溶断性能の応答曲面表示

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。遠隔操作により対象物を溶断する場合、その環境が溶断性能に大きく影響を与える可能性がある。本報告では、水中においてレーザー溶断試験を実施し、金属の溶融及び、溶融金属の排出に関するパラメータの影響を評価した。気中では30mm厚の軟鋼を溶断できる照射条件(レーザー出力6kW、走査速度66mm/min、アシストガス流量70l/min)で水中溶断試験を行ったが、溶断できなかった。溶断面の観察では、金属が溶融した形跡は確認できたが、カーフ内部で固まっていた。これは、低流量のため、溶融金属がカーフ外に吹き飛ばされる前に、水と接した所が凝固したことが原因と考えられる。流量を350l/minに増加させた場合、溶断初期の裏面に切り残した領域が存在したが、30mm厚の軟鋼を溶断できた。これらの結果から、水中溶断性能の応答曲面表示を行い、気中溶断性能と比較すると、溶断可能な領域が縮小しており、状況に応じたパラメータ設定が必要となることが確認できた。

東京電力福島第一原子力発電所の廃炉に向けたレーザーと水噴流の複合加工技術の開発,1; 加工特性の評価

武部 俊彦*; 羽成 敏秀; 山田 知典; 大道 博行; 石塚 一平*; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*

no journal, , 

原子力機構では、日立GEニュークリア・エナジー, スギノマシンと3者共同で福島第一原子力発電所の廃炉に向けたレーザー加工技術の開発を進めている。本発表では、現在開発している加工技術を用いた加工特性の評価結果を報告する。

レーザー・ウォータージェットによるはつり除去技術の開発

石塚 一平*; 武部 俊彦*; 山田 知典; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*; 柴田 卓弥

no journal, , 

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(1F)の安全で確実な廃炉の実施は、国民の関心の高い課題である。1Fの廃炉作業では、遠隔操作技術により炉内構造物や燃料デブリ等を切断し、取り出しが可能な大きさに加工する必要がある。また、公衆被ばくの低減や汚染拡大防止等の観点から、放射性ダストの飛散防止が求められている。レーザー技術は加工に伴う反力が少ないことや加工ヘッドがコンパクトであり遠隔操作機器とのマッチングが良い等の優れた特長を有することから、廃炉作業における切断技術の一つとして期待されている。しかし、従来のレーザー切断技術はレーザー照射によって対象物を溶かし、その溶融物に大量のガスを吹きつけて除去するため、1Fの廃炉作業に適用する場合は、放射性物質を含有するダストがガスとともに気相中へ飛散することが大きな課題である。そこで、ガスの代わりに、ダストの飛散抑制に有効なウォータージェットをレーザーと組み合わせた切断技術を、日立GEニュークリア・エナジー, スギノマシン, 日本原子力研究開発機構の3機関による共同研究で開発している。本発表では、これまでに共同研究で取り組んできた開発内容と成果を報告する。

福島第一原子力発電所の廃炉に向けたレーザー技術の開発

山田 知典; 石塚 一平*; 武部 俊彦*; 羽成 敏秀; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*; 柴田 卓弥; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)の廃炉に向けた炉内構造物及び燃料デブリ等の取り出し作業では、遠隔操作技術により対象物にアクセスし、取り出すことができる大きさに加工する必要がある。これまでに機械加工をはじめ、様々な除去加工法が提案されており、レーザー加工技術もその1つとして期待される。日本原子力研究開発機構(原子力機構)の1F廃炉に向けた「基礎・基盤研究の全体マップ」に示されるように、燃料デブリ等の取り出しでは、廃炉工程で発生する放射性飛散微粒子挙動の解明(ダスト対策含む)が求められており、加工に伴う微粒子の評価や放出量の低減が重要となる。本研究では、レーザー加工に伴う微粒子の拡散抑制として、原子力機構, 日立GEニュークリア・エナジー, スギノマシンの3機関による共同研究で、ガス流の代わりに微粒子の飛散抑制に有効なウォータージェットをレーザーと組み合わせたはつり除去技術と、日本原子力研究開発機構「英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業」により実施した「レーザー加工により発生する微粒子の解析と核種同定手法の開発」について紹介を行う。