高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性

目次

正誤表

第1章 はじめに

1.1	本書の目的
1.2	本書の構成

第2章 原子力の利用と高レベル放射性廃棄物

2.1	原子力の利用
2.1.1	放射線としての原子力の利用
2.1.2	原子力発電
2.1.3	核燃料サイクル
2.2	放射性廃棄物の発生と対策の概要
2.2.1	放射性廃棄物の発生
2.2.2	原子力発電所から発生する低レベル放射性廃棄物の処分
2.2.3	原子力発電所以外から発生する低レベル放射性廃棄物の処分
2.2.4	高レベル放射性廃棄物
2.3	高レベル放射性廃棄物管理
2.3.1	放射性廃棄物管理の基本的考え方
2.3.2	高レベル放射性廃棄物の地層処分
2.3.3	地層処分に関する放射線防護原則
2.3.4	地層処分計画の進め方
2.4	わが国の地層処分計画
2.4.1	地層処分計画の進展
2.4.2	地層処分による安全確保の考え方
2.4.3	処分実施への取り組み
2.5	まとめ
第2章	参考文献

第3章 サイト選定

3.1	最終処分施設建設地の選定プロセス
3.2	概要調査地区の選定
3.3	精密調査地区及び最終処分施設建設地の選定
3.4	サイト環境条件
3.5	まとめ
第3章	参考文献

第4章 処分場の設計

4.1	人工バリア，地上施設，地下施設の役割
4.2	処分場設計の基本的考え方
4.3	処分場設計の前提条件
4.4	人工バリアの設計
4.4.1	設計要件
4.4.2	オーバーパックの設計
4.4.3	緩衝材の設計
4.4.4	人工バリアの長期健全性評価
4.5	地上・地下施設の設計
4.5.1	地上施設
4.5.2	地下施設
4.6	まとめ
第4章	参考文献

第5章 処分事業

5.1	事業の概要
5.1.1	最終処分施設建設地の選定に向けた調査・選定段階
5.1.2	処分場の建設・操業・閉鎖及び必要に応じた閉鎖後管理段階
5.2	事業の進め方
5.2.1	サイトの調査・選定
5.2.2	処分場の建設
5.2.3	処分場の操業
5.2.4	処分場の閉鎖
5.3	環境対策
5.3.1	処分事業と環境対策
5.3.2	処分事業の各段階で想定される環境対策の概要
5.4	モニタリング
5.4.1	地層処分におけるモニタリングの役割
5.4.2	モニタリング計画の具体例
5.4.3	処分事業におけるモニタリング計画の考え方
5.5	品質保証
5.5.1	放射性廃棄物管理における品質保証
5.5.2	各国における処分実施主体の取り組み
5.5.3	事業を進めるうえでの段階に応じた品質管理の考え方
5.6	回収技術
5.6.1	回収可能性に関する考え方
5.6.2	回収技術の検討事例
5.7	記録保存
5.7.1	地層処分における記録保存の役割
5.7.2	記録保存方策に関する検討事例
5.8	まとめ
第5章	参考文献

第6章 地層処分の長期安全性

6.1	セーフティーケース作成のための要素
6.2	安全評価の基盤
6.2.1	安全確保構想
6.2.2	地層処分システムの明確化
6.2.3	評価の方法論
6.3	安全評価の実施
6.3.1	オーバーパックの閉じ込め機能が維持される期間
6.3.2	オーバーパックの閉じ込め機能喪失後の期間
6.3.3	仮想的シナリオの評価
6.4	長期安全性に関する信頼性
6.4.1	信頼性に関する議論
6.4.2	安全評価の信頼性
6.4.3	多面的な議論
6.5	まとめ
第6章	参考文献

第7章 段階的なサイト選定に応じた処分場の開発

7.1	安全確保構想と処分場概念
7.1.1	処分場に対する要件
7.1.2	安全確保の考え方と処分場概念
7.2	処分場概念の開発
7.2.1	段階的サイト選定プロセスと処分場概念開発の枠組み
7.2.2	処分場概念の評価のための方法論
7.3	処分場概念のオプション
7.3.1	諸外国の処分場概念
7.3.2	その他提案されている処分場概念のオプション
7.4	サイト環境条件に関する情報に基づく処分場概念の構築
7.4.1	サイト環境条件を反映した処分場概念開発のフロー
7.4.2	サイト環境条件から処分場設計へのフィードバック
7.4.3	サイト環境条件から性能評価へのフィードバック
7.5	処分場設計・性能評価手法（計算機支援システム）の開発
7.6	技術開発の進め方
7.7	まとめ
第7章	参考文献

付録

付録－1	原子力発電量と高レベル放射性廃棄物の発生量との関係
付録－2	ガラス固化体の潜在的危険性
付録－3	IAEA「放射性廃棄物管理の原則」
付録－4	地層処分に関連する放射線防護上重要な概念について
付録－5	掘削土量及びコンクリート必要量の試算
付録－6	保全措置の例
付録－7	諸外国における品質保証
付録－8	諸外国における回収可能性に関する規制等の現状
付録－9	諸外国における処分場概念
付録	参考文献
	用語集
	略語集

図目次

第2章

図2.1.3-1	核燃料サイクルの概要
図2.2.4-1	日本原燃の高レベル放射性廃棄物貯蔵管理センターとガラス固化体貯蔵ピット
図2.2.4-2	サイクル機構の再処理施設ガラス固化技術開発施設とガラス固化体貯蔵ピット
図2.2.4-3	放射能の推移から眺めた高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）の特徴（濃縮度4.5%の核燃料1MTU相当）
図2.2.4-4	ガラス固化体の発熱量の経時変化

第3章

図3.1-1	最終処分施設建設地の選定プロセス
図3.4-1	処分場の建設に適したさまざまな地質環境の特徴

第4章

図4.1-1	人工バリアの基本概念と期待される安全機能
図4.1-2	処分坑道／処分孔への廃棄体の定置方式
図4.1-3	処分パネルの分割配置の例
図4.2-1	人工バリアと地下施設の設計の基本的な流れ
図4.4.2-1	オーバーパック厚さ検討の手順例
図4.4.2-2	炭素鋼製オーバーパックの設計仕様例（左）と試作例（右）
図4.4.3-1	緩衝材の設計手順
図4.4.3-2	オーバーパック耐圧厚さと緩衝材厚さの関係
図4.4.3-3	設計要件を満足する緩衝材厚さと乾燥密度の関係
図4.4.4-1	人工バリアの設計仕様例
図4.5.1-1	地上施設の全体像の一例
図4.5.1-2	地上施設の分散配置レイアウト例
図4.5.1-3	地下化及び複数階化の配置レイアウトの例
図4.5.1-4	全地下化の配置レイアウトの例
図4.5.2-1	連絡坑道の仕様例
図4.5.2-2	処分坑道断面の仕様例
図4.5.2-3	検討手順
図4.5.2-4	人工バリア内の温度の経時変化（処分孔竪置き方式，硬岩系岩盤）
図4.5.2-5	埋め戻し時の割れ目の処置
図4.5.2-6	廃棄体の2段定置（軟岩系岩盤，処分孔竪置き方式）
図4.5.2-7	処分パネル2層配置の解析モデル
図4.5.2-8	高透水性の破砕帯が存在する場合の処分パネル配置例（硬岩系岩盤，処分孔竪置き方式）
図4.5.2-9	岩体が傾斜している場合の処分パネルの配置例（軟岩系岩盤，処分孔竪置き方式）
図4.5.2-10	多層の処分パネルの配置例（軟岩系岩盤，処分孔竪置き方式）
図4.6-1	内陸部と沿岸部の処分場の例

第5章

図5.1.1-1	調査・選定段階のイメージ図
図5.1.2-1	建設・操業時のイメージ図
図5.1.2-2	建設・操業時の地下施設での作業イメージ図
図5.1.2-3	地下施設の閉鎖・地上施設の解体撤去時のイメージ図
図5.1.2-4	閉鎖後のイメージ図
図5.2.2-1	TBMの外観例と掘削イメージ
図5.2.2-2	フィンランドOlkiluoto調査坑道で使用された処分孔掘削機械の外観図とカッターヘッドの写真
図5.2.2-3	プラグ拡幅部専用機械の概念図
図5.2.3-1	返還ガラス固化体の輸送に使用されている輸送容器（TN28VT型）
図5.2.3-2	返還ガラス固化体の輸送に使用されている輸送車両
図5.2.3-3	ガラス固化体受入・封入・検査施設の工程ブロックフロー
図5.2.3-4	日本原燃の貯蔵施設における返還ガラス固化体の輸送容器受け入れの様子
図5.2.3-5	遠隔操作による輸送容器からのガラス固化体の抜き出しの様子（日本原燃の貯蔵施設の例）
図5.2.3-6	遠隔操作による廃棄体製作工程の概念図（炭素鋼単体オーバーパックの場合）
図5.2.3-7	ブロック型緩衝材の製作設備概念図
図5.2.3-8	廃棄体の搬送・定置の流れ
図5.2.3-9	エレベータ装置による廃棄体搬送概念図
図5.2.3-10	カプセル型搬送装置による廃棄体搬送概念図
図5.2.3-11	搬送専用車両による廃棄体搬送概念図
図5.2.3-12	処分孔竪置き方式の廃棄体定置装置の概念図
図5.2.3-13	処分坑道横置き方式の廃棄体定置装置の概念図
図5.2.3-14	処分孔竪置き方式の緩衝材定置装置の概念図
図5.2.3-15	処分坑道横置き方式の緩衝材定置装置の概念図
図5.2.3-16	廃棄体と緩衝材定置作業の手順概念図（処分孔竪置き方式の例）
図5.2.3-17	廃棄体の搬送・定置タイムチャート（処分孔竪置き方式）
図5.2.3-18	ブロック型緩衝材の搬送・定置タイムチャート（処分孔竪置き方式）
図5.2.3-19	処分坑道の埋め戻し作業イメージ図（処分孔竪置き方式）
図5.2.3-20	処分場における放射線管理区域の概念及び放射線管理区域の移動概念
図5.2.4-1	立坑の埋め戻し作業イメージ図
図5.2.4-2	斜坑の埋め戻し作業イメージ図
図5.2.4-3	アクセス坑道坑口のプラグ概念図
図5.4.2-1	長期間監視付地層処分の進め方
図5.4.2-2	長期間監視付地層処分の概念
図5.4.2-3	試験からデータ評価までの性能確認作業
図5.4.2-4	性能確認検査ガントリー
図5.4.2-5	モニタリングの概要
図5.6.2-1	カナダの処分孔竪置き方式の場合の緩衝材掘削装置
図5.6.2-2	カナダの処分坑道横置き方式の廃棄体回収装置
図5.6.2-3	スウェーデンで検討されている緩衝材除去作業の概念

第6章

図6.2.1-1	使用済核燃料，高レベル放射性廃棄物，中レベル放射性廃棄物それぞれの総インベントリに対する放射能毒性指数（RTI）の比較
図6.2.2-1	処分場の構成要素と期待される安全機能
図6.2.3-1	安全評価の基本的手順
図6.2.3-2	シナリオの検討手順
図6.2.3-3	安全評価シナリオの分類
図6.2.3-4	安全評価モデルの開発と必要なデータ
図6.2.3-5	第2次取りまとめの核種移行モデル
図6.2.3-6	第2次取りまとめの安全評価で用いられた計算コードとデータベース
図6.2.3-7	安全評価モデルの適用性
図6.3.2-1	第2次取りまとめの地下水シナリオレファレンスケースで想定したシステム
図6.3.2-2	長期安全性能の予測解析結果の例（第2次取りまとめレファレンスケース）
図6.3.2-3	システム総合安全評価結果
図6.4.3-1	シガーレイクウラン鉱床の概念図
図6.4.3-2	天然放射性核種の実測値による補完的指標の適用例
図6.4.3-3	安全評価結果と天然放射性核種の実測値との比較（河川中4n+2核種濃度）
図6.4.3-4	各バリアに存在する放射性核種に対する毒性指数の時間変化
図6.4.3-5	各国の安全評価結果の比較

第7章

図7.2.1-1	処分場概念開発の枠組み
図7.2.2-1	仮想サイト環境条件（沿岸部の泥岩，急勾配）
図7.4.1-1	サイト環境情報を反映した処分場概念開発フロー　－立地点の検討における反復過程の初期手順－
図7.5-1	処分場概念構築システムの構成
図7.5-2	設計機能の構成
図7.5-3	熱解析結果の出力例
図7.5-4	性能評価機能を用いた評価モデルの設定例（第2次取りまとめのモデル体系）
図7.5-5	性能評価機能の検証例

付録

付図5-1	立坑の断面形状と仕様
付図5-2	斜坑及び連絡坑道の断面形状と仕様
付図5-3	処分坑道及び処分孔の断面形状と仕様（処分孔竪置き方式）
付図5-4	処分坑道の断面形状と仕様（処分坑道横置き方式）
付図5-5	処分パネルの仕様（処分孔竪置き方式，結晶質岩）
付図5-6	処分パネルの仕様（処分孔竪置き方式，堆積岩）
付図5-7	処分パネルの仕様（処分坑道横置き方式，結晶質岩）
付図5-8	処分パネルの仕様（処分坑道横置き方式，堆積岩）
付図5-9	地下施設レイアウト（処分孔竪置き方式，結晶質岩）
付図5-10	地下施設レイアウト（処分孔竪置き方式，堆積岩）
付図5-11	地下施設レイアウト（処分坑道横置き方式，結晶質岩）
付図5-12	地下施設レイアウト（処分坑道横置き方式，堆積岩）
付図6-1	防塵対策の例
付図6-2	排水対策の例
付図6-3	ビオトープの例
付図6-4	自然景観に配慮した緑化の例
付図6-5	掘削土による埋め戻しの例
付図6-6	原状回復及び環境修復の例
付図9-1	処分孔竪置き方式による処分場概念
付図9-2	処分坑道横置き方式による処分場概念
付図9-3	ガラス固化体及び中レベル放射性廃棄物の処分場レイアウト
付図9-4	Kristallin-Iの安全評価において検討された人工バリア
付図9-5	使用済燃料，ガラス固化体及び中レベル放射性廃棄物の処分場レイアウト
付図9-6	使用済燃料，ガラス固化体及び中レベル放射性廃棄物の処分場計画図
付図9-7	ガラス固化体のキャニスタ
付図9-8	BWR使用済燃料のキャニスタ
付図9-9	ガラス固化体（上図）と使用済燃料（下図）のキャニスタの定置
付図9-10	KBS-3概念
付図9-11	銅－鋳鉄キャニスタ
付図9-12	処分場のレイアウト
付図9-13	銅－鋳鉄キャニスタ
付図9-14	キャニスタの定置イメージ
付図9-15	ガラス固化体の処分孔横置き方式（緩衝材あり）
付図9-16	ガラス固化体の処分孔横置き方式（緩衝材なし）
付図9-17	ガラス固化体の処分孔竪置き方式
付図9-18	ユッカマウンテンにおいて提案されている処分場の概念
付図9-19	処分坑道と廃棄物パッケージ定置の概念
付図9-20	ガラス固化体の処分場の概念
付図9-21	ガラス固化体用処分坑道の断面
付図9-22	使用済燃料の処分場の概念
付図9-23	使用済燃料用処分坑道の断面

表目次

第2章

表2.1.1-1	主な放射線利用の現状
表2.2.1-1	核燃料サイクルなどにおいて発生する放射性廃棄物
表2.2.4-1	返還ガラス固化体の輸送実績
表2.2.4-2	現在稼動中のガラス固化体貯蔵施設

第3章

表3.2-1	法定要件に関する事項
表3.2-2	付加的に評価する事項

第4章

表4.4.1-1	オーバーパックの設計要件
表4.4.1-2	緩衝材の設計要件
表4.5.1-1	地上施設の設計要件
表4.5.2-1	地下施設の設計要件
表4.5.2-2	支保工に対する要件
表4.5.2-3	各坑道における支保工
表4.5.2-4	各坑道における施工法と支保形式の関係
表4.5.2-5	力学的安定性上確保しておく坑道離間距離と廃棄体ピッチ
表4.5.2-6	処分孔竪置き方式の処分坑道離間距離と廃棄体ピッチ
表4.5.2-7	処分坑道離間距離と廃棄体ピッチ及び総掘削量比の関係（硬岩系岩盤）
表4.5.2-8	処分坑道離間距離と廃棄体ピッチ及び総掘削量比の関係（軟岩系岩盤）
表4.5.2-9	埋め戻しの施工法一覧

第5章

表5.2.2-1	各事業段階で必要となる施設
表5.2.2-2	掘削土量及びコンクリート必要量の試算値
表5.2.3-1	返還ガラス固化体の輸送に使用されている輸送容器各部の役割と材質
表5.2.3-2	ガラス固化体受入・封入・検査施設における検査項目
表5.2.3-3	ブロック型緩衝材の製作工程ごとの作業内容及び管理項目
表5.2.3-4	埋め戻し材の製作・検査施設の主要工程の概要
表5.2.3-5	1日5本の廃棄体製作に必要となる主な装置と台数
表5.2.3-6	1日あたり廃棄体5本分のブロック型緩衝材製作に必要となる成型加圧プレス機の台数
表5.2.3-7	放射線管理区域に関する基準
表5.2.3-8	放射線管理区域における管理事項とモニタリング項目
表5.2.3-9	操業中に想定される異常事象と安全対策
表5.3.1-1	環境影響評価法の対象となる事業の概要（第一種事業及び第二種事業）
表5.3.1-2	環境調査等を規定している環境影響評価法以外の諸法
表5.3.2-1	環境影響評価項目等選定指針に示される「環境要素の区分」
表5.3.2-2	主な環境法令等と存在の有無を確認しておく必要が考えられる対象
表5.3.2-3	概要調査等の実施に伴い考慮する必要性が考えられる環境影響評価項目の例
表5.3.2-4	地下調査施設の建設とそれを用いた調査に対し考慮する必要性が考えられる環境影響評価項目の例
表5.3.2-5	処分場の建設に当たって考慮する必要性が考えられる環境影響項目の例
表5.4.2-1	性能確認のための試験及びモニタリング

第6章

表6.2.3-1	包括的FEPリスト
表6.3.2-1	各解析ケースとレファレンスケースとの相違
表6.4.1-1	地層処分の信頼性に関する重要な論点

第7章

表7.2.2-1	設計因子による評価の一例
表7.2.2-2	特定のサイト環境条件についての課題の抽出例
表7.2.2-3	優先度や解決策に応じた分析例
表7.5-1	一般要求機能とシステム構築の考え方

付録

付表2-1	ガラス固化体表面（キャニスタ）における放射線量の計算値
付表5-1	母岩の種類と地下施設の設置深度
付表5-2	アクセス坑道の本数・方式・勾配
付表5-3	廃棄体ピッチ及び坑道離間距離
付表5-4	各坑道断面の仕様
付表5-5	処分パネルの仕様
付表5-6	地下施設のレイアウト

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