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Porcheron, E.*; Leblois, Y.*; Journeau, C.*; Delacroix, J.*; Molina, D.*; Suteau, C.*; Berlemont, R.*; Bouland, A.*; Lallot, Y.*; Roulet, D.*; et al.
Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR2022) (Internet), 5 Pages, 2022/10
福島第一原子力発電所(1F)の事故炉廃止措置における重要な課題の一つが、燃料デブリの取り出しである。ONET Technologies, CEA, IRSNからなるフランスのコンソーシアムがJAEA/CLADSのために実施したURASOLプロジェクトは、燃料デブリ模擬物質の熱的・機械的加工による放射性エアロゾルの生成と特性に関する科学的基礎データの取得に取り組んでいる。VITAE施設で行われる加熱試験はレーザーによる熱的切断の代表的な条件を模擬している。機械的切断では、FUJISAN施設においてコアボーリング試験を実施した。燃料デブリ模擬物質は、非放射性試験と放射性試験のために開発されている。化学的特性評価と粒径情報の取得は、デブリ取り出しで発生する可能性のある放射性粒子の特性推定のために実施された。これらの情報は1Fにおける燃料デブリ取り出し作業において放射線防護上の対策を評価するうえで重要な情報である。
Journeau, C.*; Molina, D.*; Brackx, E.*; Berlemont, R.*; 坪田 陽一
Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR2022) (Internet), 5 Pages, 2022/10
CEAは、劣化ウランを使用したUO
またはHfOを(核燃料としての)UOの 代替として用いて、福島第一原子力発電所の模擬燃料デブリを製造した。溶融燃料-コンクリート相互作用によって生じたEx-vessel模擬燃料デブリでは、酸化物相の密度が金属相の密度より軽くなる。それゆえ重い金属質の相が底に偏析する。このうち3つの金属質試料を、CEAカダラッシュ研究所でのハンドソー切断、及び同研究所のFUJISAN施設でコアボーリング装置により機械的に切断された。これらの金属ブロックのうち、2つは非常に切断しにくく(1つはUO試料、もう1つはHfO試料)、最後の1つはより簡単に切断可能であった。これらの3つの金属ブロックの金相分析(SEM-EDSとXRD)の類似点/相違点に関して議論する予定である。この経験は、福島第一原子力発電所の燃料デブリの切断・回収を視野に入れた場合、有益な学びとなる。
Zhou, Q.*; 斉藤 拓巳*; 鈴木 誠矢; 矢野 公彦; 鈴木 俊一*
Journal of Nuclear Science and Technology, 58(4), p.461 - 472, 2021/04
被引用回数：6 パーセンタイル：65.59(Nuclear Science & Technology)During the decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, the dismantling of massive fuel debris is important for the defueling process. The production and dispersion of radioactive microparticles highly depends on the cutting technique implemented. Previous studies have been conducted on the development of cutting techniques and the treatment of radioactive particles generation during the cutting process. Besides, adequate understanding of the microparticle products during the cuttings of fuel debris is of vital necessity. Nowadays, geopolymer application is proposed as a covering material during the fuel debris retrieval in order to keep the structural integrity of damaged components. In this study, the microparticle products during mechanical and laser cutting of fuel debris simulants (Hafnium oxide and Tungsten(IV) oxide pellets) and geopolymer material were investigated. The cuttings have been carried out for samples of the simulants, geopolymer, and simulants with geopolymer covering. The generated particles were collected and investigated by laser diffraction particle size analyzer and Scanning Electron Microscope with X-ray spectrometry. Particles with diverse sizes and morphologies were observed from the products of each sample. It also appears that particles with unique sizes and morphologies can generate from the laser cuttings due to the thermal effect of laser cutting.
廃炉環境国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2020-043, 116 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-043.pdf:7.74MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「燃料デブリ取出し時における放射性核種飛散防止技術の開発」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、微粒子飛散を効果的に抑制する技術を開発しており、実験の結果、水ミストを使ってスプレイする方法がエアロゾル除去効率と除去率を改善する上で効果的かつ適用可能な手法であることが分かった。また燃料デブリを固めて切断時に微粒子飛散を抑制する手法として、ジオポリマーによる固化手法に注目し、同材の強度、熱伝導率や切断粉の特徴を把握するとともに、RPV施工時における温度分布や流動に関するシミュレーションを実施した。
田村 浩司*; 遠山 伸一
日本原子力学会誌ATOMO
, 62(5), p.268 - 271, 2020/05
レーザー法による切断技術は、制御性が高くロボットアームを用いた遠隔技術との整合性が高いなど利点が多く、原子力施設の廃止措置へ適用されるならば、有望な選択肢となりうると期待されている。しかし、原子炉圧力容器のような厚板鋼材への適用は従来容易ではなかった。本解説では、このような厚板鋼材のレーザー法による切断技術開発の最新成果として、板厚300mm鋼材や模擬圧力容器の切断実証、厚板鋼材切断条件の解析、切断過程観察、遠隔切断システム、重ね切断、ヒューム対策などについて紹介する。
阿部 雄太; 中桐 俊男; 綿谷 聡*; 丸山 信一郎*
JAEA-Technology 2017-023, 46 Pages, 2017/10
JAEA-Technology-2017-023.pdf:8.01MB
本件は、廃炉国際共同研究センター(Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science: CLADS)燃料溶融挙動解析グループにて平成27年度に実施した「プラズマトーチによる模擬燃料集合体加熱試験(Phase II)」で用いた試験体について実施したAbrasive Water Jet (AWJ)切断作業に関する報告である。模擬燃料集合体は、外周のるつぼ及び模擬燃料にジルコニア、制御ブレード及びステンレス、そして被覆管及びャンネルボックスにジルカロイ(Zr)を利用している。したがって、プラズマトーチを用いて高温に加熱し物質移行した模擬燃料集合体に対して、材料分析を実施するためには、硬度及び靭性の異なる材料を一度に切断する必要がある。加えて、本試験体は、大型かつ、溶融物を保持するためエポキシ樹脂が充填されている。これらの影響を鑑みて、AWJ切断を選定した。以下の点を工夫することで、本試験体をAWJで切断することができた。ホウ化物の溶融部分のように1回(ワンパス)で切断できない場合は、アップカットとダウンカットを繰り返す往復運動により切断を行った。切断が困難な箇所には、Abrasive Injection Jet(従来工法AIJ)方式より切断能力が高いAbrasive Suspension Jet(ASJ)方式を用いた。本作業を通じて、プラズマトーチを用いた模擬燃料集合体加熱試験における切断方法が確立できた。なお、切断作業では、AWJの先端で切断能力を失うと送り方向と反対に噴流が逃げる際に生じる湾曲した切断面が試験体中央部で確認できた。その結果を元に、切断面の荒さや切断時間の短縮のための課題の抽出を行った。
丸山 信一郎*; 綿谷 聡*
三井住友建設技術研究開発報告, (15), p.107 - 112, 2017/10
福島第一原子力発電所(以下、1Fと称す)の廃止措置において、安全で確実な燃料デブリの取出しを行うためには、燃料デブリの形態や特性を推定することが不可欠となる。その推定のため、事故時の燃料集合体の溶融移行挙動調査が行われている。調査にあたり、燃料集合体溶融模擬材の切断が必要となり、切断にはジルコニウム合金とステンレスの溶融混合材料やセラミックの切断実績のあるアブレイシブウォータージェット(以下、AWJと称す)工法を適用することとした。結果、燃料集合体溶融模擬材を切断でき、切断可能な条件のデータを取得できた。今後、そのデータは、燃料デブリの取出しの検討に役立てることができる。
中村 保之; 岩井 紘基; 手塚 将志; 佐野 一哉
JAEA-Technology 2015-055, 89 Pages, 2016/03
JAEA-Technology-2015-055.pdf:17.54MB
東京電力福島第一原子力発電所(以下、「1F」という)は炉心溶融に至ったと報告されており、炉内構造物は原形を留めておらず、溶融燃料と混在し複雑狭隘な状態にあると想定される。このような状態の中、燃料デブリ等の取出しに向けて、熱影響が少なくスタンドオフを長く取れるアブレイシブウォータージェット(以下「AWJ」)切断技術について、2012年度から3カ年で切断試験を実施し技術開発を進めてきており、燃料デブリ等の取出しに有効な工法であることを確認した。初年度の成果は、既報告書"JAEA-Technology 2013-041 アブレイシブウォータージェット切断工法による炉内溶融金属等の取出しに向けた技術開発"で報告済みであるが、本報告書は、これを含む3ヵ年の集大成として取り纏めたものである。AWJ切断技術は、切断時に使用するアブレイシブが二次廃棄物として発生するものの、圧力容器下部等に堆積した厚み等の不明な燃料デブリや炉内構造物の取出しが可能であることを切断試験により確認し、実機に適用できる見通しを得た。
庄司 次男; 福井 康太; 上田 多生豊
JAEA-Technology 2015-035, 70 Pages, 2016/01
JAEA-Technology-2015-035.pdf:8.07MB
大洗研究開発センターでは、これまでに原子力施設のデコミッショニングに適用する切断技術として、空気中で金属の切断、耐火物の切断及び破砕が可能なプラズマジェット切断技術(最大出力電流250A)の開発を実施してきた。このプラズマジェット切断技術が1Fの燃料デブリや炉内構造物の取り出しに適用できると考え、炉内の厚手の構造物に適用できるよう最大出力電流600Aでかつ水中で使用可能なプラズマジェットに係るトーチを開発し、燃料デブリ及び溶融した炉内構造物等の取出しへの適用性を確認する切断・破砕試験を進めてきた。
峰原 英介; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 永井 良治; 西森 信行; 西谷 智博; 沢村 勝; 山内 俊彦
Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.305 - 308, 2005/00
原研高出力ERL-FELは10kWよりも高出力高効率FELに拡張された。これは原子力エネルギー産業、とその他の重工業たとえば防衛,造船,化学工業,環境科学,スペースデフリ処理,エネルギー伝送などのために開発されたものである。波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルスを実現するために、エネルギー回収配位を持つ原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発型超伝導リニアックによって駆動される効率的な高出力のFELが必要である。このERL-FELに関する議論はこの10kWアップグレードの現状と原子力発電所の廃炉措置を行うための非熱剥ぎ取り,切断,穿孔などの応用と、また小さな立方体の低炭素ステンレス鋼を用いて、定常運転状態での原子力発電所における冷間加工応力腐食割れ故障予防の原理検証を成功裏に実行できたことについて述べられる。
岡 潔
レーザー研究, 31(9), p.612 - 617, 2003/09
原研では、配管内という狭隘な空間において、溶接・切断加工の状況や加工前後の観察を行うことを目的に、1 系統の光ファイバとレンズ光学系で溶接・切断・観察作業を可能とする複合型光ファイバシステムの開発を行ってきた。本件では、開発した複合型光ファイバシステムを使用して高出力YAGレーザを導光する試験を行い、安定したレーザ伝送性能及び画像伝送性能が得られることを確認した。これは、カップリング装置に対して、高出力レーザを複合型光ファイバに入射する際に問題となるレーザの吸収による熱の発生を考慮し、熱が拡散しやすい構造の適用や、水冷により発生した熱を強制的に除去する等の対策を講じた結果、達成可能になったものである。なお、同ファイバにおいては、さらに高出力のレーザパワーを伝送できる可能性を秘めていると考えられる。また、本ファイバシステムを医療用レーザ治療に技術を転用した。現段階では、対物レンズに伝送ロスの問題はあるが、レンズに反射防止コーティング等を行うことで改善が可能であり、低出力な医療用レーザ治療へ適用可能であることを示した。
角舘 聡; 柴沼 清
検査技術, 7(11), p.28 - 33, 2002/11
ITERは核融合反応時に発生する中性子により容器内構造物は放射化される。このため、ITER容器内構造物の保守が必要な場合には、ロボットによる遠隔保守が必要となる。ここでは、ITERの遠隔保守ロボット技術の代表例として、ブランケット保守用ロボットと冷却配管用溶接・切断・検査用ロボットについて述べる。ブランケット保守では、真空容器の回りから4点で支持されたリング状レールに沿って移動可能なロボットにより、ブランケットの保守を行うビークル型ロボットシステムを考案した。ブランケット保守の課題は、(1)駆動源を持たない単純構造レールの真空容器内への展開方法,(2)4tの大重量ブランケットを
2mm以内の高精度で位置あわせ可能なセンサー・フィードバック制御方法,(3)4tのブランケットの取り付け・取り外し時における急負荷・急除荷時における衝撃抑制方法である。これらの課題は、新たに開発した制御法等を実規模ロボットに適用し実証試験を行うことにより解決した。また、配管の溶接・切断では、曲がり管にも対応可能な光ファイバーをレーザービームの伝送系に採用し、しかも同一のロボットで溶接と切断が可能なYAGレーザーを用いた冷却配管の溶接・切断ロボットを開発した。本ロボットにより、母管外径100mm(曲げ半径400mm)で板厚6mm,枝管外径60mmで板厚3mmの溶接・切断試験を行った結果、良好な結果を得ることができ、配管用溶接・切断ロボットの成立性を実証した。
木村 仁宣; 明道 栄人; 岡根 章五; 宮島 和俊
Proceeding of International Waste Management Symposium 2002 (WM '02) (CD-ROM), 14 Pages, 2002/00
再処理特別研究棟(JRTF)に設置されている大型槽類を解体するため、洗浄,切断及び回収等の複数の機能を備えた大型槽類遠隔解体装置を製作した。本装置は、5軸の移動機構によって動作する。また、装置の運転は遠隔操作によって行われる。本装置の解体実地試験への適用性を検証することを目的に模擬槽を用いてモックアップ試験を実施した。この試験において槽内の洗浄,配管及び槽本体の切断,切断片の回収等の性能を確認し、本装置が解体実地試験に適用できる見通しを得ることができた。
中平 昌隆; 高橋 弘行*; 小泉 興一; 小野塚 正紀*; 伊尾木 公裕*
Nuclear Fusion, 41(4), p.375 - 380, 2001/04
被引用回数：5 パーセンタイル：18.28(Physics, Fluids & Plasmas)国際熱核融合実験炉(ITER)の真空容器は、高さ10m以上のD型断面を有するステンレス鋼製の容器である。製作精度は、全高、全幅に対して20mm以下の厳しい公差を規定している。このため、ITER計画では、実規模真空容器セクタモデルの製作・試験を日本、ポート延長部の製作・試験をロシア、遠隔溶接・切断ツールの開発を米国が分担した。実規模真空容器セクタモデルは3mm、ポート延長部は4mmの精度で完成した。これらの機器を組み合わせてポート延長部の接続試験を終了した。また、欧州では先進的溶接・切断手法の開発を担当し、低真空電子ビーム溶接、YAGレーザ溶接・切断、セクタ溶接ロボット設計を実施した。各手法の優位性は見いだしたものの技術的課題も残り、さらに開発が必要である。本論文では、ITER真空容器技術開発の概要と主な試験結果を報告する。
立花 光夫; 白石 邦生; 柳原 敏
JAERI-Tech 2001-014, 42 Pages, 2001/03
動力試験炉(JPDR)の解体実地試験では、遠隔解体装置の実証と作業に関する各種データを収集することを目的に解体作業を行った。そこで、作業の内容を分析し、これらの知見を安全性の考慮に関するもの,廃棄物対策に関するもの,作業の効率化に関するものに分類・整理した。例えば、作業の効率化には、施設に関する情報が重要であること,遠隔解体装置の作業手順の検討や問題の解決にはモックアップ試験が有効であることなどの知見が得られた。これらの知見は、ほかの廃止措置作業をより安全で効率的に実施するために有効と考えられる。本報告書は、JPDRの解体作業に開発した遠隔解体装置を適用する際の主な対策、その結果、解体作業を通して得られた知見をまとめたものである。
岡 潔; 多田 栄介; 木村 盛一郎*; 小川 正*; 佐々木 奈美*
High-power Lasers in Manufacturing (Proceedings of SPIE Vol.3888), p.702 - 709, 1999/11
国際熱核融合実験炉(ITER)ではD-T燃焼により炉内機器は放射化されるため、遠隔機器による保守・交換作業が必要となる。これら炉内機器には、冷却配管が付属しているため、配管内からのアクセスによる溶接・切断・検査装置の開発が急務であった。これまでに、ブランケットの冷却配管を対象とし、曲がり部を通過後、枝管を溶接・切断することを可能とした加工ヘッド及び移動機構を製作してきた。今回、この装置を使用して、実際に溶接・切断試験を実施し、配管での最適な加工パラメータの取得を行った。さらに、通常の溶接・切断試験だけでなく、同じ配管試験片を使用した繰り返し溶接・切断試験を実施し、レーザ切断後の繰り返し再溶接が可能であることを確認した。併せて、溶接・切断・観察を1本の光ファイバで兼用可能なシステムを開発し、基礎試験を行うことで、その有効性を確認した。
岡 潔; 伊藤 彰*; 田口 浩*; 瀧口 裕司*; 高橋 弘行*; 多田 栄介
JAERI-Tech 99-048, 222 Pages, 1999/07
核融合実験炉において、ブランケットを交換・保守する際、それらに付属する冷却配管をあらかじめ切断し、撤去を行い、その後、新しいブランケットを設置し、冷却配管を再溶接する作業が必要である。また、溶接後は溶接部の健全性評価のための検査が必要である。これら一連の作業は、遮蔽領域の確保と狭小なポートからのアクセスという観点から、新しい作業概念の適用が要求されている。本報告では、これまでに開発を行ってきた枝管用溶接・切断装置について報告するとともに、ブランケットの冷却配管保守に関して、母管用の溶接・切断装置の開発、枝管用非破壊検査装置の開発、枝管用リーク試験装置の開発、溶接・切断・観察を行うことが可能な複合型光ファイバの開発を、併せて報告する。
中平 昌隆; 高橋 宏行*; 阿向 賢太郎*; 小泉 興一
J. Robot. Mechatron., 10(2), p.116 - 120, 1998/00
国際熱核融合実験炉(ITER)の中心部分を成す真空容器は、超伝導コイル等の異常の際に遠隔操作による交換を想定する必要がある。また、ブランケット等の炉内機器は、計画的な保守交換を想定している。これらの保守交換作業では、炉内環境下で厚板の溶接・切断が要求され、遠隔操作対応の溶接・切断ツールが必要となる。このためITER工学R&Dの一環として、ブランケットの溶接・切断を行う厚板溶接・切断ツールの開発を進めている。本件では、この厚板溶接・切断ツールの開発の現状について述べる。
岡 潔; 伊藤 彰*; 瀧口 裕司*
J. Robot. Mechatron., 10(2), p.104 - 109, 1998/00
国際熱核融合実験炉(ITER)では、ブランケット及びダイバータ等の炉内機器は強制冷却(水冷却)構造となり、その保守・交換には冷却配管の切断・再溶接が必要となる。中性子遮蔽及び炉内機器の配置の制約から、これらの切断・再溶接作業は、配管内部から行うことが要求される。このため、ITER工学R&Dの一環として、冷却配管に内側からアクセスし、曲がり部を通って任意の枝管及び母管を溶接・切断するツールの開発を進めてきた。本件では、これらの配管溶接・切断ツールの開発現状について報告する。
中平 昌隆; 岡 潔; 田口 浩*; 伊藤 彰*; 深津 誠一*; 小田 泰嗣*; 梶浦 宗次*; 山崎 誠一郎*; 青山 和夫*
プラズマ・核融合学会誌, 73(1), p.54 - 68, 1997/01
核融合炉炉内機器の遠隔保守では、ブランケット・モジュール及びダイバータ・カセットの保守・交換に伴い、厚板及び冷却配管の溶接、切断及び溶接部検査、炉内機器及び遠隔機器輸送時の放射化物飛散を防止するための二重シール扉などが要求され、遠隔操作に対応したこれらのツール/機器の開発が急務である。本件は、国際熱核融合実験炉(ITER)におけるダイバータ及びブランケット等の炉内機器の保守に関して、主に日本ホームチームが分担して設計・開発を進めてきたこれらの遠隔保守ツール/機器の現状と今後の計画について述べる。
