「その場」で測定 ! 燃料デブリ取り出し作業で発生する放射性物質 – 空気中のα粒子のリアルタイム?モニタリングによる作業者の安全性向上へ –

プレスリリース内容

発表のポイント

• 東京電力ホールディングス株式会社（以下、「東京電力」）福島第一原子力発電所（以下、「1F」）で今後始まる燃料デブリ取り出し作業※1では、作業員の内部被ばくを未然に防ぐため、吸入した際の内部被ばくの影響が大きいα線を放出する空気中の放射性微粒子（以下、αエアロゾル※2）濃度のモニタリングが重要です。
• 燃料デブリが残存する格納容器（PCV）内は極めて高線量率であり、加えて100％に近い高湿度です。高濃度のαエアロゾルを、1F炉内の高湿度環境下でろ紙上に集塵し、半導体検出器で測定する従来のα線用ダストモニタの適用は非常に困難です。
• 原子力機構はこうした現場を想定し、高濃度のαエアロゾルをろ紙を使わずにリアルタイムで測定できるシステム (in-situ alpha air monitor, IAAM)を開発しました(図1)。
• IAAM は高湿度環境でも確実に動作し、1F-PCV内の想定濃度の30倍以上のαエアロゾルの放射能測定が可能であることを実証しました。
• 燃料デブリ取り出し作業等で飛散する可能性のあるαエアロゾルを「その場」でモニタリングできれば作業の安全性が向上します。今後は東京電力と情報交換しつつ改良を進め、1F 廃炉現場での活用を目指し、廃炉作業の安全な遂行に貢献していきます。

図1）燃料デブリの取り出し（切断）時には、高濃度の α エアロゾルが発生します。その閉じ込めとモニタリングが安全な廃炉作業のカギであり、IAAMは高湿度?高放射線環境で高濃度のαエアロゾルを測定できます。

概要

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構（理事長 小口正範、以下、「原子力機構」）福島研究開発部門 廃炉環境国際共同研究センター（CLADS）の坪田陽一研究員 (本務：核燃料サイクル工学研究所 放射線管理部)らは、国立大学法人 弘前大学 被ばく医療総合研究所と共同で、1F 廃炉における燃料デブリ取り出し作業において発生する、α線を放出する放射性微粒子の濃度を「その場」でリアルタイムに測定するためのシステム（in-situ alpha air monitor。以下、「IAAM」）を開発しました。

原子力施設では、粒子をろ紙上に集塵してα線用の半導体検出器で測定する「α線用ダストモニタ※3」が、作業時の内部被ばく防止のモニタリング等に使用されています。α線用ダストモニタは、ろ紙上に集塵されたαエアロゾルの総量を測定するため、空気中の濃度を得るためには、測定値の時間微分(または差分)を計算する必要があります。そのため濃度をリアルタイムに得ることができません。また、燃料デブリの取り出しにより大量の粒子が発生すると?集塵用のろ紙はすぐに目詰まりします?1F 原子炉内は高線量率なので?定期的なろ紙の交換も現実的ではありません?したがって?従来の?α線用ダストモニタ?とは異なる?ろ紙を使用しない測定手法が必要です?また高線量率?高湿度環境下では検出器が誤作動?故障しやすいため?そのような環境に対応するための仕組みも必要となります?

そこで研究グループは、ろ紙を使わずに非常に高濃度のαエアロゾル濃度をリアルタイムで測定できるシステム「IAAM」を開発しました(図 2)。IAAM は高線量率?高湿度環境で確実に動作します。また、最大 3.2×102 Bq/cm3 (1F-PCV 内の想定値の 30 倍以上?管理区域におけるPuの濃度限度の 108 倍以上)の濃度のαエアロゾルの測定が可能です。燃料デブリ取り出し作業の「その場」で、αエアロゾル濃度のリアルタイム?モニタリングが可能となれば、作業員の内部被ばくの未然防止が容易になり、安全性の大幅向上が期待できます。今後、1F 廃炉現場での活用を目指すとともに、廃炉作業の安全な遂行に貢献していきます。
本成果は学術誌「Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A」の 2022年5月号（Vol.1030）に掲載されます（3月9日オンライン公開）。

図2）従来のダストモニタ(図中左)と IAAM(図中右)の比較。IAAM では流路入口のヒーターで空気を乾燥し、扁平型流路に垂直配置した検出器で α 線を計測します。検出器は薄膜シンチレータと多チャンネル光電子増倍管からなり、多チャンネルの信号を個別に数えることで、数え落としを軽減しています。

各研究者の役割

坪田 陽一(原子力機構)　研究計画立案、概念設計、性能実証手法の選定、性能実証試験、データ解析、論文作成(原案)
本田 文弥 (原子力機構)　性能実証試験
床次 眞司 (弘前大学)　　試験環境の提供、データ解析の助言
玉熊 佑紀 (弘前大学)　　性能実証試験
中川 貴博 (原子力機構)　プロジェクト管理
池田 篤史 (原子力機構)　プロジェクト監督、論文作成 (内容確認及び編集)

■ プレスリリースは こちら（1.1MB）