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報告書

無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 海上・港湾・航空技術研究所*

JAEA-Review 2021-049, 67 Pages, 2022/01

JAEA-Review-2021-049.pdf:7.54MB

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2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株式会社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、令和2年度に採択された「無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発」の令和2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、日英共同研究体制の下、耐放射線性を持ちつつ中性子検出効率を向上させた中性子検出器と、強力な切削能と収集能を持ったエンドエフェクタ並びにマニピュレータを融合させた燃料デブリサンプリング装置を開発し、それらを無人航走体へ搭載させた燃料デブリサンプリングシステムを構築することを目指すものである。さらに、システム位置を同定する測位システムと、光学カメラ、ソナー、今回開発する中性子検出器の計数情報を仮想現実システムへ投影させる技術を開発し、遠隔操作技術の向上に貢献する技術開発を行う。

論文

Development of transportation container for the neutron startup source of High Temperature engineering Test Reactor (HTTR)

島崎 洋祐; 小野 正人; 栃尾 大輔; 高田 昌二; 澤畑 洋明; 川本 大樹; 濱本 真平; 篠原 正憲

Proceedings of International Topical Meeting on Research Reactor Fuel Management and Meeting of the International Group on Reactor Research (RRFM/IGORR 2016) (Internet), p.1034 - 1042, 2016/03

HTTRでは起動用中性子源として、$$^{252}$$Cf(3.7GBq$$times$$3個)を炉心内に装荷し、約7年の頻度で交換している。中性子源の中性子源ホルダへの装荷、中性子源ホルダ収納ケース及び中性子源用輸送容器への収納は販売業者のホットセル内で行われ、その後、HTTRまで輸送される。中性子源ホルダの黒鉛ブロックからの取出・装荷は、HTTRのメンテナンスピット内で行う。前回の交換作業において、輸送容器に中性子源ホルダを取扱う上でのリスクが2つ確認された。従来の輸送容器は大型($$phi$$1240mm、h1855mm)で床に固定できないため、地震時の輸送容器のズレを原因とする漏えい中性子線・$$gamma$$線による被ばくのリスクがあった。また、中性子源ホルダ収納ケースが長尺($$phi$$155mm、h1285mm)で、メンテナンスピット内の適切な作業位置に引込めないため、中性子源ホルダの遠隔操作による取扱いが困難となり、ホルダが誤落下するリスクがあった。そこで、これらの問題を解決する、新たな輸送容器を低コストで開発した。まず、被ばくのリスクを排除するために、メンテナンスピット上部のフロアにボルト固定できるよう輸送容器を小型化($$phi$$820mm、h1150mm)した。また、中性子源ホルダケースをマニプレータで適せつな位置に引き込めるように小型化($$phi$$75mm、h135mm)かつ単純な構造とし、取扱性を向上させた。その結果、2015年に行った中性子源ホルダ取扱作業は安全に完遂された。同時に、製作コストの低コスト化も実現した。

論文

双腕型遠隔解体ロボットの開発

立花 光夫; 島田 太郎; 柳原 敏

日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.489 - 492, 2002/06

原子力施設の解体作業に適用する遠隔解体ロボットを開発した。遠隔解体ロボットは、双腕型マニピュレータを有し、画像フィードバック及び力フィードバックにより、遠隔解体ロボットを正確な位置に動作させ、適切な力を供給し解体作業を安全に実施することができる。開発した遠隔解体ロボットを用いて動作制御試験を行った結果、あらかじめ作成した遠隔解体ロボットの動作データに画像フィードバックを行い、複雑な形状の機器に対して切断,測定,除染等の一連の解体作業を力フィードバックにより実施できることを確認した。

論文

放射線に強い原子力防災ロボット(RaBOT)の開発

柴沼 清

Isotope News, (574), p.2 - 6, 2002/02

平成11年度9月末に発生したJCO臨界事故では、放射線レベルが高く、事故現場への人のアクセスが困難であった。このため、事故現場の状況についての情報が不十分で、事故の収拾を大幅に遅らせた。このJCO事故のように、原子力施設で事故が発生し、放射線により人がアクセスできない場合、事故をできるだけ早く収拾するために、事故現場に侵入し、情報収集や事故拡大防止・停止処理作業を行うロボットの開発が必要となる。これらの背景の下に、原子力保守ロボットの開発を通して蓄積されたロボット技術の知見と経験を生かして、高い放射線環境下においても、人に代わって情報収集や作業ができる耐放射線性に優れたロボットの開発を行った。本稿では、開発の背景及びロボットの特徴等を中心にその概要を述べる。

論文

原子力施設の事故復旧に活躍する放射線に強いロボットの開発

柴沼 清

電気協会報, (925), p.20 - 23, 2001/11

平成11年9月末に発生したJCO臨界事故では、放射線レベルが高く、事故現場への人のアクセスが困難であった。事故現場の状況についての情報が不十分で、事故の収拾を大幅に遅らせた。このJCO事故のように、原子力施設で事故が発生し、放射線により人がアクセスできない場合、事故を出来るだけ早く収拾するために、事故現場に侵入し、情報収集や事故拡大防止・停止処理作業を行うロボットの開発が必要となる。これらの背景の下に、核融合炉用保守ロボットの開発を通して蓄積されたロボット技術及び耐放射線技術の知見と経験を生かして、高い放射線環境下においても、人に代わって情報収集や作業を行うことができる耐放射線性に優れたロボットの開発を行った。本稿では、開発の背景及びロボットの特徴等を中心にその概要を述べる。

論文

原研における事故対応ロボットの開発,2; 耐環境型ロボットの開発

柴沼 清

日本ロボット学会誌, 19(6), p.710 - 713, 2001/09

平成11年9月末に発生したJCO臨界事故では、放射線レベルが高く、事故現場への人のアクセスが困難であった。このため、事故現場の状況についての情報が不十分で、事故の収拾を大幅に遅らせた。このJCO事故のように、原子力施設で事故が発生し、放射線により人がアクセスできない場合、事故をできるだけ早く収拾するために、事故現場に侵入し、情報収集や事故拡大防止・停止処置作業を行うロボットの開発が必要となる。これらの背景の下に、核融合炉用保守ロボットの開発を通して蓄積されたロボット技術及び耐放射線技術の知見と経験を生かして、高い放射線環境下においても、人に代わって情報収集や作業を行うことができる対放射線性に優れたロボットの開発を進めている。本稿では、開発の背景及びロボットの特徴等を中心にその概要を述べる。

論文

Mechanical characteristics and position control of vehicle/manipulator for ITER blanket remote maintenance

角舘 聡; 岡 潔; 吉見 卓*; 田口 浩*; 中平 昌隆; 武田 信和; 柴沼 清; 小原 建治郎; 多田 栄介; 松本 泰弘*; et al.

Fusion Engineering and Design, 51-52(1-4), p.993 - 999, 2000/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.08(Nuclear Science & Technology)

ブランケットを保守する遠隔機器は、高い放射線環境下で大重量・大型の炉内機器を安定にかつ、高い位置・姿勢精度でハンドリングする遠隔技術が要求される。これまで、4トンの可搬性能を有する実規模ブランケット遠隔保守システムの構造・機構設計及び製作・試験を実施し、重量物を安定に、かつ高い設置精度で取り扱う基本要件を満足するブランケット交換を実証した。本報では、ブランケット(4トン)の着脱動作時に生じる衝撃力を抑制する新しい制御手法を明示すると共に、本制御手法を実機に適用し、プランケット着脱動作時の急激な荷重変動をほとんどゼロに制御することが実験的に実証されたので報告する。

論文

Development of remote dismantling systems for decommissioning of nuclear facilities

立花 光夫; 島田 太郎; 柳原 敏

Proceedings of International Waste Management Symposium '00 (Waste Manegement '00) (CD-ROM), 9 Pages, 2000/02

原子力施設を安全に解体するためには、遠隔操作技術が重要である。JPDR廃止措置計画では、炉内構造物等を解体する遠隔操作技術を開発し、開発した技術をJPDRの解体作業に実際に適用し、その有効性を実証した。しかし、解体作業を効果的に実施するためには、より汎用的な遠隔操作技術が必要である。そこで、JPDR廃止措置計画で得られた知見に基づいて、双腕型マニピュレータを開発し、その動作を制御するための効果的な操作方法を開発した。本操作方法は、機器を解体する基本的な双腕型マニピュレータの動作手順を動作コマンドとして登録し、それらを組み合わせることによって一連の作業を実施させるものである。開発した操作方法を用いて実際の双腕型マニピュレータを動作させることによって、本操作方法の適用性を評価した。その結果、本操作方法は双腕型マニピュレータを用いて解体作業を実施するのに効果的であることがわかった。

論文

Development of blanket and divertor remote maintenance for ITER

中平 昌隆; 角舘 聡; 岡 潔; 武田 信和; 阿向 賢太郎*; 田口 浩*; 瀧口 裕司*; 多田 栄介; 柴沼 清; T.Burgess*; et al.

Fusion Technology, 34(3), p.1160 - 1164, 1998/11

国際熱核融合実験炉(ITER)では、炉内機器の保守は高い放射線のため遠隔操作で行う。特にブランケットとダイバータは高熱と粒子線によって損傷を受け、定期保守を必要とする。ブランケットは遠隔保守を考慮してモジュール化され、重量約4トン、要求設置精度は2mmである。この要求を満たすため、軌道走行式ビークル型マニピュレータの開発を進め、実規模のマニピュレータと軌道展開システムの製作を終了した。ダイバータはカセット構造であり、重量約25トン、据付精度は2mmである。これに対し、実規模のカセット炉内外搬送システムを開発した。本論文ではこれらの設計概要を示し、基本性能試験結果を述べる。

論文

Remote maintenance development for ITER

多田 栄介; 柴沼 清

J. Robot. Mechatron., 10(2), p.71 - 77, 1998/00

国際熱核融合実験炉(ITER)では、トカマク中心部分がDT燃焼により放射化されるため、遠隔操作による保守・交換技術が重要課題となっている。本件では、ブランケット及びダイバータ等の炉内機器を対象として、保守区分、保守シナリオ、保守条件及び保守方法などITERでの遠隔保守設計の概要について述べる。また、この保守設計の妥当性を検証するために実施している主に炉内機器を対象とした遠隔保守機器の開発計画にについて述べる。

論文

Development of blanket remote maintenance system

角舘 聡; 中平 昌隆; 岡 潔; 田口 浩*

J. Robot. Mechatron., 10(2), p.78 - 87, 1998/00

国際熱核融合実験炉(ITER)では、ブランケットは計画的に保守・交換を想定する機器に分類され、強度な放射線環境下にて約4トンの重量物を高い精度($$pm$$2mm)で安定に取り扱う性能が要求される。炉内に敷設した軌道上を走行するビークル型マニピュレータを用いる方式を新たに開発した。本件では、ITER工学R&Dの一環として主に日本チームが進めてきたブランケット保守に関する技術開発の現状を、実規模開発を含めて紹介する。

論文

Remote handling test and full-scale equipment development for ITER blanket maintenance

中平 昌隆; 角舘 聡; 岡 潔; 田口 浩*; 瀧口 裕司*; 多田 栄介; 松日楽 信人*; 柴沼 清; R.Haange*

Proc. of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 2, p.929 - 932, 1998/00

ITERのブランケットは、不定期交換部品として位置付けられ、破損時に交換を行うほか、寿命中1度炉内のすべてのモジュールを2年間で交換する計画である。ブランケットモジュールは、重量約4トン、数量730個、設置精度約2mmの箱形構造物であり、炉内は放射線環境のため交換作業は遠隔操作で行う必要がある。遠隔保守試験装置を用いて、1トンの荷重に対する遠隔操作試験を行っており、これまでに起動の展開、教示再生制御による遠隔操作試験を終了した。本発表では、ブランケットモジュールの把持における自動位置調整を目的とし、距離センサを手先に配置してフィードバック制御を行い、自動把持、自動設置試験を行った結果を報告する。

論文

炉内保守システムの開発

角舘 聡; 深津 誠一*; 中平 昌隆; 武田 信和; 安達 潤一*; 松本 泰弘*

プラズマ・核融合学会誌, 73(1), p.29 - 41, 1997/01

ITERでは、ダイバータ及びブランケット等の炉内機器は厳しい熱・粒子負荷あるいは段階的運転計画等の理由により定期的に保守・交換される機器に分類される。また、これらの機器はD-T燃焼時に発生する中性子により放射化され、遠隔機器による保守作業が前提となる。これらの炉内機器は大重量・大型・複雑な形状のものを安定に、かつ高い位置・姿勢精度でハンドリングする性能が要求され、このため、ブランケットについては炉内に軌道を敷設し軌道上を走行するビークル/マニピュレータを用いる方式及びダイバータについては移動式台車を用いる方式を考案した。ITER工学R&Dでは、これらの保守方式の妥当性を検証するために、これまでに主要な技術開発を進めてきた。本報では、主に日本チームで進めてきたこれらの炉内保守に関する設計及び技術開発の現状を報告すると共に、実規模の遠隔保守機器について紹介する。

論文

Development of an end-effector for ITER blanket module handling

中平 昌隆; 岡 潔; 角舘 聡; 深津 誠一*; 田口 浩*; 多田 栄介; 柴沼 清; 松日楽 信人*; Haange, R.*

Fusion Technology 1996, 0, p.1653 - 1656, 1997/00

国際熱核融合実験炉(ITER)の設計に基づき、ブランケット交換試験用にエンドエフェクタの縮小モデルを制作し、既存の1.2トン用マニピュレータ及び模擬ブランケットモジュールを用いて基本試験を行った。エンドエフェクタは姿勢決定、把持及び仮止め用のボルト締めで合計9軸を有し、把持対象であるモジュールの重心回りに回転するなど出力とサイズの低減が工夫されている。モジュールの把持部は、把持位置とボルトの挿入位置が相対的に決められており、エンドエフェクタの位置決め自由度を低減する工夫がされている。また、位置決めピンを有し、遠隔操作の位置決め誤差を吸収する。初期試験の結果、本システムでの設置制度は0.3mmであった。今後センサによる自動運転試験を行い、実重量4トン用マニピュレータの制作に反映する。

論文

Remote handling technology development for fusion experimental reactors

多田 栄介; D.Maisonnier*; J.Herndon*

Fusion Engineering and Design, 29, p.249 - 261, 1995/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.44(Nuclear Science & Technology)

核融合実験炉では、D-T運転により炉の中心部分を構成する機器が放射化され、それらの機器の保守及び組立は全て遠隔操作となる。遠隔保守機器には、高い放射線環境(~10$$^{5}$$Sv/h)の下で重量物(~100ton規模)を高い精度(~数mm)で取扱うことが要求され、日本をはじめとしEC及び米国にて技術開発が進められている。本件では、耐放射線機器の開発、プラズマ対向機器用保守システムの開発、ブランケット用保守システムの開発を中心として、日本、EC及び米国における技術開発の現状と今後の課題について報告する。

論文

Feasibility studies of kinematics problems in the case of a class of redundant manipulators

佐々木 忍

Robotica, 13, p.233 - 241, 1995/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:42.88(Robotics)

複雑な作業を器用にこなす目的から、関節機構に冗長性を導入することは一般的であるが、反面制御の困難さが伴う。本報は、解析における重要な役割を果たすヤコビ行列を速度空間で定義し、機構に依存した任意の空間で観察することで、コンパクトな表現を導き、数式処理法による自動生成を可能とした。アクチュエータの陽的な運動表現や特異性の解析などに有効となる。

論文

On numerical techniques for kinematics problems of general serial-link robot manipulators

佐々木 忍

Robotica, 12, p.309 - 322, 1994/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:32.7(Robotics)

シリアルに結合された空間機構が作業空間および関節座標空間相互でいかにふるまうかを統一的に扱うことは、Roboticsの1つの重要なテーマである。本報は、機構的自由度、関節の種類、関節軸のねじれやオフセット等の基本的な属性を全て一般化すると共に、Recursiveな表現で問題を定式化し、空間的位置、姿勢をはじめヤコビアン等の計算(またシンボリックな自動生成)のみならず、冗長・非冗長なアーム解を効率的に誘導する方法を提案する。特異性(Singularity)や非線形変化に対しても十分ロバストなアプローチであることが数値実験で明らかとなる。

報告書

数式処理によるマニピュレータ機構方程式の表現

佐々木 忍

JAERI-M 93-168, 17 Pages, 1993/09

JAERI-M-93-168.pdf:1.01MB

マニピュレータの運動学は、これまで複雑で扱いにくい計算を伴うとみなされてきたが、汎用的な漸化式の開発で問題は首尾よく解決した。本報は、このアルゴリズムを利用して自動的に機構方程式の生成を考える。このために、繰返し表現を数式処理系REDUCEに適用して、すべての機構学的属性を含む6関節アームの完全な機構モデルを導く。このような機構方程式の自動生成は、作業空間の解析と共に煩雑な計算からの解放に役立つであろう。

報告書

ITER炉内コンポーネントの遠隔保守修理機器の設計と試作開発

近藤 光昇*; 柴沼 清; 角舘 聡; 寺門 拓也*; 金森 直和*; 堀田 政孝*; 岡 潔; 多田 栄介; 宗像 正*; 本多 啓三*; et al.

JAERI-M 93-066, 133 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-066.pdf:6.83MB

国際熱核融合実験炉(ITER)の炉内コンポーネントであるダイバータや第一壁アーマタイルの遠隔保守修理機器として、炉内に軌道を展開し、軌道上をマニピュレータを搭載したビークルが走行し作業を行う軌道走行型炉内保守修理システムの設計を行った。本システムの特徴は、炉内作業の基盤となる軌道の高い機械的安定性によるマニピュレータの高い位置精度の確保、及びビークルの高い機動性による効率的な保守作業が可能なことである。本システムの概念の有効性は1/5縮小モデルを用いた試験により実証された。さらに、本システムの重要機器であるダイバータ保守用伸縮型マニピュレータの部分モデルをはじめ、ダイバータ冷却配管の管内アクセスによる溶接・切断ヘッド部、第一壁アーマタイルの表面損傷計測器等の試作試験を行い、今後本格的に展開されるITER工学設計に対して、有効なデータベースを構築した。

論文

核融合実験炉(ITER)計画と遠隔保守技術

多田 栄介; 柴沼 清; 島本 進

計測と制御, 32(2), p.165 - 166, 1993/02

国際熱核融合実験炉(ITER)は、日本、米国、EC及びロシアの4極共同で進められている計画であり、既に3年間の概念設計を終了し、今年度より大規模な工学R&Dの実施を含む工学設計段階へと展開する予定である。特に、遠隔保守は、炉の中心を構成する機器の分解組立及び検査・補修を行う主要技術として位置づけられ、核融合環境に適合した各種素子、機能材料の開発を初めとし、大型重量構造物の交換・保守技術の開発が主たる課題となっている。このため、原研では、要素開発を進めると同時に重要な炉内構造物(ダイバータ及びブランケット)については実機の1/5スケールの遠隔機器を製作し、マニピュレータの動特性、制御性を含めて分解組立技術の開発を進めている。ここでは、ITER用遠隔機器の開発状況について、その概要を述べる。

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