JP5681318B1

JP5681318B1 - 破損した原子炉炉心の解体方法

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Publication number: JP5681318B1
Application number: JP2014159105A
Authority: JP
Inventors: 田中光
Original assignee: 田中光
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2034-08-05
Also published as: JP2016035439A

Abstract

【課題】破損した原子炉の燃料デブリ取り出しおよび解体の方法は、燃料格納容器内に放射線を遮蔽するための水を満たした上で、伸縮式マニピュレータにより行われる冠水工法が主流である。しかし福島第一原発の場合は、漏水を止めることが困難であり、冠水工法は採用しにくい。従って格納容器内に水を満たさずに施工できる施工方法が望ましい。【解決手段】この発明に於いては、始めに原子炉上部の作業フロア（30）に作業器機（24）を原子炉内部に釣り下ろすための桟橋（31）を設置し、は接続管（3）を結合するための複数の穴（16）を開け、この穴に接続管（3）を釣り下げ固定する。、この接続管（3）を貫通して各種作業器機（23,24）を釣り下ろし、それぞれの接続管（3）の先端に設置された作業器機固定機構（6）により作業器機（24）を固定する。この状態で解体作業を行い、作業深度が深くなるにつれ順次接続管（3）を継ぎ足して解体作業を継続する。【選択図】図４

Description

本発明は破損した原子炉炉心の解体および燃料デブリを取り出す方法に関する。

原子力プラント
G21D1/00-9/00
原子炉の遮蔽と圧力容器、格納容器、建屋
G21C11/00-13/10
原子炉の緊急防護のための構成
G21C9/00-9/04

１９７９年に事故を起こしたスリーマイル島の原子炉容器の大きさを、福島第一発電所の原子炉容器の大きさと比較すると、スリーマイル島の原子炉容器の高さが約１４メートルなのに対して、福島第一発電所の原子炉容器の高さは約３５メートルである。
福島第一発電所の原子炉容器をスリーマイル島の原子炉容器と同じ手段で解体しようとすると、解体するための切断機などを先端に装着した伸縮可能なマニピュレータなどの作業器機はきわめて長大かつ大型のものになり、その製作、およびこれによる操作が困難なものとなる。

原子炉解体に於いて一般に知られている工事方法平成２５年度補正予算「廃炉・汚染水対策事業費補助金（燃料デブリ取出し代替工法の概念検討と要素技術の実現可能性検討）」に係る補助事業者公募要領（Ｐ27,28) http://dccc-program.jp/files/20140702youryou.pdf

通常破損した原子炉の燃料デブリ取り出しおよび解体の方法は、燃料格納容器内に水を満たす事により放射線を遮蔽する機能を確保した上で、伸縮式マニピュレータにより行われる冠水工法が主流である。しかし福島第一原発の場合は、燃料格納容器が破損し、その漏水を止めることが困難であり、冠水工法は採用しにくい。従って可能であれば燃料格納容器内に水を満たさずに施工できる施工方法が望ましい、また福島原発の例のような場合は伸長約３５Mにも達するマニピュレータが必要となり、これは動作が鈍重になるので望ましくない。
また他の施工方法としては、複数の各種作業器機を搭載したテーブルをつり下げ、このテーブルを炉心の解体の進捗に応じて少しづつ下げていく方法もある。この工法はテーブルに搭載された複数の器機の内いずれかに不具合が発生した場合などに、作業を中断してテーブル全体を引き上げ、保守交換作業を行う必要がある。さらにこの交換作業時に放射線の影響を受けやすい。

この発明に於いては、始めに原子炉上部の作業フロア（30）に作業器機（24）を原子炉内部に釣り下ろすための桟橋（31）を設置する。この桟橋（31）には接続管（3）を結合するための複数の穴（16）を開け、この穴に接続管（3）を釣り下げ固定する。この接続管（3）を貫通して、原子炉解体のための切削機、マニピュレータ、照明撮像器機、冷却水ホース、デブリや解体材などを引き上げるエレベータの収納缶など各種作業器機（23,24）を釣り下ろし、それぞれの接続管（3）の先端に設置された作業器機固定機構（6）により、釣り下ろされた個々の作業器機（24）を固定する。この状態で解体作業を行い、作業器機（24）の先端が届かなくなったときは、順次接続管（3）を継ぎ足して解体作業を継続する。

この工法を他の工法と比較すると、
原子炉解体のための切削器、マニピュレータ、照明撮像器機、冷却水ホース、デブリや解体材などを引き上げるエレベータの収納缶など各種作業器機の保守交換作業が、個々の器機についてそれぞれ独立して行える。したがってある器機の保守交換作業を行うために他の器機による作業を中断して、全体を引き上げる必要がない。

作業器機（24）の固定は接続管先端部の作業器機固定機構（6）において行われる。したがって作業器機全体を原子炉上部から直接作業部位まで延長する場合に比べて作業器機の寸法は小型なものとすることが可能である。

炉心下部解体時に、延長された接続管（3）を支える中間支持部材（4）を設置することが可能なので、長大な作業器機を原子炉上部から直接作業部位まで延長する場合に比べて揺れがたつきなどを低減することができる。

接続管（3）を保持するための上部支持部材（1）と中間支持部材（4）は放射線を遮蔽するための隔壁としても機能する。さらに上部支持部材（1）の上部には水を満たした貯水プール（8）を設置することにより、より遮蔽能力を高めることが可能である。
これらの支持部材（1）（4）および貯水プール（8）は作業器機（24）の保守作業時にも撤去する必要がないので、作業フロア（30）の作業員に対して原子炉内部の燃料デブリ（40）からの放射線に直接に曝露することがない。

作業器機アセンブリー。（立体図）桟橋、（立体図）作業部位。（立体断面図）原子炉概観。（側方立体断面図）原子炉上部での解体器機の設置手順 A作業器機アセンブリーの釣り下ろし B桟橋の設置、(側方断面図）原子炉上部での解体器機の設置手順 C作業器機吊り降ろし。(側方断面図）接続管の追加手順 A a-作業器機及びエレベータ・ユニットの引き揚げｂ-接続管の追加 B ｃ-桟橋のせり上げ C d-作業器機及びエレベータ・ユニット釣り降ろし復元。（側方断面図） RPV中間部分の解体手順。(側方断面図）原子炉下部の解体手順。(側方断面図）接続管貫通部 A縮めた状態 B伸長した状態(側方断面図） C設置状況（立体図）

この発明の実施に必要な主要機材：
第1図に於いて、支持部材アセンブリー（28）は数段の支持部材（1,4）、複数の接続管（3）、作業器機結合部位などから構成される。これらの部材は着工時に組み立て済みの状態で原子炉開口部より釣り下ろされる。

上部支持部材（1）は原子炉開口部の直径の大きな部分（D1）と直径の小さな（D2)RPVの段差（34）の位置に設置する（第7図）。ただし最上部着工時のみは別の設置方法を採る（第5図、第6図）。この上部支持部材（1）には必要な作業器機（24）の数に応じた貫通孔（5）をあける。この貫通孔（5）には、接続管（3）を追加継ぎ足しするときに一時的に保持する固定機構を装備する。さらに必要に応じてその上部には合成ゴムなど素材とする放射線遮蔽用の貯水プール（8）を設置可能とする。この貯水プール（8）の中央部には接続管（3）が貫通するための接続管貫通部（55）を設けると、接続管（3）の追加作業時にも水を抜かずに作業することが可能となる（第7図）。

中間支持部材（4）の直径は、RPVの内部のみを解体する場合にはRPV（37）の内壁の内側に収まる大きさ。 RPV全体を解体する場合にはPCVの直管部分（16）の内壁の内側に収まる大きさとします（D2)。中間支持部材（4）の外周部には圧接機構（7）を設置し、これを作動させることにより、中間支持部材（4）をPCV（16）あるいはRPV（37）の内壁に密着させ、中間支持部材（4）を貫通する接続管（3）と作業器機固定部材（2）の揺れやがたつきを低減します。

接続管（3）は、この管を貫通して、原子炉解体のためのマニピュレータ、切断機、照明撮像器機、冷却水ホース、デブリや解体材などを引き上げるエレベータの収納缶（23）など機能別に独立した器機ごとに、それぞれの器機を釣り降ろす為の個別の接続管（3）を用意する。この接続管（3）の単位長は例えば１〜３M程度とし、解体作業深度が深くなるにつれて順次継ぎ足してゆく（第6図）。またこの接続管（3）には通常の丸鋼管ではなく、半割鋼管を合体させ丸鋼管として使用することも可能である。

第2図の桟橋（31）は原子炉上部開口部の作業フロア（30）に設置される。桟橋（31）には接続管（3）をつり下げ、保持する固定機構を装備した複数の穴（16）を儲ける。この桟橋（31）上のステージには解体材および燃料デブリ（40）を収納した収納缶（23）を釣り揚げる為の取り外し可能なエレベータ・ユニット（12）を設置する。またエレベータによって引き揚げられた収納缶（23を天井クレーン（29）によりつり下げ可能な位置まで移動させる収納缶移動機構（15）も設置する。
この桟橋には全体を上下させるための油圧や電力などによるジャッキ機構（11）が装着される。必要な可動範囲は、接続管（3）の単位長よりも少しだけ大きい方が望ましい。

第3図の作業器機固定部材（2）は接続管（3）の最下部に位置し、釣り降ろされた各種作業器機（24）をそれぞれの用途に応じて固定する作業器機固定機構（6）を持つ。また複数の接続管を束ねて全体の強度、剛性を確保する役割も持つ。

第１0図に示す接続管貫通部（55）の構造例は、合成ゴムのような防水素材で被覆された縦に伸び縮み可能なコルゲートあるいは蛇腹部（57）と、水圧を受け止めるための補強フープ（56）、落下防止のための接続管貫通部支持材（58）よりなる。
伸縮機能が必要な理由は、原子炉最上部解体時に桟橋と上部支持部材の間隔が狭くなる可能性があるからです。
また接続管貫通部支持材（58）が必要な理由は、接続管貫通部（55）の蛇腹構造は支えがないとずり下がってしまうからです。この場合上下に位置が変動する桟橋（31）からの接続管貫通部（55）支持は困難であり、別途に作業フロア（30）の開口部を跨ぐ形状の接続管貫通部支持材（58）を用意して接続管貫通部（55）を支持するのが妥当です。

着工当初の施工方法には2種類有ります。（第4図）において、炉体上部のRPVとPCVの蓋（32）（33）を撤去してから（a）支持部材アセンブリー（28）をセットする（ｂ）方法と、蓋を撤去せずにそのまま支持部材アセンブリー（28）をセットする（ｂ）方法があります。ここでは被曝の少ない後者の方法に付いて説明します。

ステップA
まず作業境域（44）を確保するためのスペーサ（42）を開口部の周囲に設置します。このスペーサ（42）は分割構成にして、炉体最上部の解体撤去が済み次第、作業器機アセンブリー（28）を撤去しなくても取り外し可能な構造のものが望ましいです。
その上に予め組み立てた作業器機アセンブリー（28）を天井クレーン（29）により釣り降ろします。

ステップB
もし必要であれば貯水プール（8）に注水し、さらにドーナツ状の遮蔽バルーン（41）を設置、注水します。
桟橋（31）を天井クレーン（29）により作業器機アセンブリー（28）の上に、接続管（3）の位置を合わせながら作業フロア（30）の上に載架します。

ステップC
第6図に於いて、接続管（3）の上端と桟橋（31）の上面が面一になるように桟橋（31）の高さを調整し、接続管（3）を固定機構（16）により桟橋（31）に固定します。
桟橋上（31）にエレベータユニットを（12）設置し、収納缶（23）を釣り降ろします。作業機器（24）類を接続管（3）を貫通させて釣り降ろします。各作業器機（24）を作業器機固定部材（2）の作業器機固定機構（6）に結合し、解体作業を行います。

解体作業の進行に応じて桟橋（31）をせり下げて行くことにより作業領域（44）を逐次下方へ移動させます。桟橋（31）が下端に達すると接底管（3）の継ぎ足し作業を行います。
第7図Aに於いて、接続缶（3）が丸鋼管である場合の作業手順は、まず作業器機（24）を一旦すべて引き揚げます。収納缶（23）も巻き上げて、エレベータユニット（12）に収容し、取り外します(a)。追加の接続管（54）を既設の接続管（51、52、53）に接続します(ｂ)。
Bに於いて、上部支持部材（1）の固定機構（5）により、接続管（3）を一時的に固定します。桟橋（31）の接底管固定機構（16）を開放し、桟橋（31）を新しく接続した接続管（54）の上端までせり上げ、接続管（54）を固定します。
Cに於いて、エレベータ・ユニット（12）を再設置し、引き上げておいた作業器機（24）をもう一度釣り降ろし、作業器機固定機構（6）に固定して解体作業を再開します。接続管（3）が半割鋼管の場合の作業手順は、エレベータユニット（12）は収納缶（23）を巻き上げユニットを取り外す必要がありますが、作業器機（24）を一旦引き揚げる必要はありません。作業器機（24）を装着したまま電力ケーブル、油圧ホースなど（26）を二枚の半割鋼管の間に挟み込みながら一本の丸鋼管に組み立てます。これ以降の作業手順は丸鋼管の場合と同じです。この半割鋼管を使用した場合、（第7図）に示す工程の内、作業器機（24）のつり上げ、釣り降ろし工程が不要になります。

第8図に於いて、PCV直管部（36）の高さで解体作業をする場合は、中間支持部材（4）の圧接機構（7）を作動させることによりにより、接続管（3）および作業器機固定部材（2）に取り付けられた作業器機（24）を安定させる事ができます。

第9図に於いて、原子炉下部を解体する場合、中間支持部材（2）の圧接機構（7）はPCVの直管部（36）の下端までしか機能しません。これを超えて原子炉下部を解体する場合は、中間支持部材（2）をPCV直管部（36）の下端部で浮かせて固定する必要があります。これは作業開始時、支持部材アセンブリー（28）を組み立てる時に、予め上部支持部材（1）と中間支持部材（4）を所定の長さのワイヤーロープ（9）などで結合しておくことにより可能となります。

1 上部支持部材
2 作業器機固定部材
3 接続管
4 中間支持部材
5 接続管貫通孔（固定機構内蔵）
6 作業器機固定機構（接続管側）
7 圧接機構
8 貯水プール
9 ワイヤロープ
10 桟橋本体
11 ジャッキ機構
12 エレベータ・ユニット
13 エレベータ穴
14 エレベータ・ユニットはめ込み枠・
15 収納缶移動機構
16 接続管穴（固定機構内蔵）
17 原子炉開口部の位置
18 接続管の位置
19 ペデスタル
20 接続管（エレベータ）
21 接続管（作業器機）
22 トーラス
23 収納缶
24 作業器機
25 エレベータ収納缶釣り下げワイヤロープ
26 油圧・電力供給ホース
27 作業器機固定機構（作業器機側）
28 支持部材アセンブリー
29 天井クレーン
30 作業フロア
31 桟橋
32 PCV蓋
33 RPV蓋
34 段差
35 コンテナ
36 PCV直管部
37 RPV
38 PCV球体部
39 集塵機
40 落下した燃料デブリ
41 遮蔽バルーン
42 スペーサ
43 ワイヤロープ
44 作業領域
45 エレベータ穴（13）続管穴（16）（固定機構固定）
46 接続管貫通孔（固定機構解放）
47 エレベータ穴（13）続管穴（16）（固定機構解放）
48 接続管貫通孔（固定機構固定）
49 エレベータ穴（13）続管穴（16）（固定機構固定）
50 接続管貫通孔（固定機構解放）
51 既設接続管ｗ
52 既設接続管ｘ
53 既設接続管ｙ
54 新規接続管ｚ
55 接続管貫通部
56 補強フープ
57 蛇腹部
58 接続管貫通部支持材
59 貯水プール水面

Claims

原子炉解体に用いる各種の作業器機（24）を個々に貫通させるための複数の接続管（3）を原子炉開口部の上に架設した桟橋（31）から吊り降ろし、それぞれの接続管（3）の先端に設置した作業器機固定機構（6）に個々の作業器機（24）を固定して解体作業を行い、作業深度が深くなるに連れて、それぞれの接続管（3）を追加延長する作業方法。