原子力システム 研究開発事業 成果報告会資料集
セル内遠隔設備の開発
(受託者)独立行政法人日本原子力研究開発機構
(研究代表者)滑川 卓志 次世代部門次世代燃料製造システムユニット長
(再委託先)国立大学法人筑波大学
(研究代表者)滑川 卓志 次世代部門次世代燃料製造システムユニット長
(再委託先)国立大学法人筑波大学
１．研究開発の背景とねらい
(1) ペレット成型設備のセル内遠隔保守対応モジュールの開発
FBRサイクル実用化時代の燃料製造施設では、低除染TRU燃料を製造する。これは従来の高除染MOX燃料に比べ高い放射能と発熱性を有するため、従来のグローブボックス方式とは異なり燃料製造機器設備は全てセル内設置となる。そのような燃料製造施設を実現するためには、セル内機器設備の保守補修を遠隔で実施するための手順・手法を含めたシステム技術開発が必要である。そこで、同一工程設備内で粉末とペレット成型体を取扱う成型設備（整列部を含む）を代表設備とし、モジュール設備化による遠隔保守対応設備技術を開発する。
FBRサイクル実用化時代の燃料製造施設では、低除染TRU燃料を製造する。これは従来の高除染MOX燃料に比べ高い放射能と発熱性を有するため、従来のグローブボックス方式とは異なり燃料製造機器設備は全てセル内設置となる。そのような燃料製造施設を実現するためには、セル内機器設備の保守補修を遠隔で実施するための手順・手法を含めたシステム技術開発が必要である。そこで、同一工程設備内で粉末とペレット成型体を取扱う成型設備（整列部を含む）を代表設備とし、モジュール設備化による遠隔保守対応設備技術を開発する。
(2) セル内遠隔ハンドリング設備の開発
上記設備の遠隔保守を実施するため、遠隔ハンドリング設備側の開発を行い、モジュール化設備との最適な組合せシステム技術を開発する。
上記設備の遠隔保守を実施するため、遠隔ハンドリング設備側の開発を行い、モジュール化設備との最適な組合せシステム技術を開発する。
(3) ペレット検査技術の開発
セル内での遠隔操作によるモジュール交換と保守用グローブボックスでの直接保守を基本とした低除染TRU燃料ペレットの検査設備技術を開発する。
セル内での遠隔操作によるモジュール交換と保守用グローブボックスでの直接保守を基本とした低除染TRU燃料ペレットの検査設備技術を開発する。
(4) TRU 燃料粉末の分析技術の開発
FBRサイクル実用化時代の燃料製造システムでは、成型工程での原料粉末流動性を改善するため、粉末に水分を添加して造粒する設計としている。成型以降の工程ではプラントの量産性を高めるため乾燥系での取扱としており、臨界管理上、燃料粉末の含水率管理が必要である。また、安定操業の観点からは、粉末特性の異常を早い段階で検知する必要がある。この要求を満たすため、インラインで燃料粉末の移送を妨げることなく迅速に含水率、粒度分布、粉末流動性を測定できる技術を開発する。また、O/M比を測定する技術を開発する。
FBRサイクル実用化時代の燃料製造システムでは、成型工程での原料粉末流動性を改善するため、粉末に水分を添加して造粒する設計としている。成型以降の工程ではプラントの量産性を高めるため乾燥系での取扱としており、臨界管理上、燃料粉末の含水率管理が必要である。また、安定操業の観点からは、粉末特性の異常を早い段階で検知する必要がある。この要求を満たすため、インラインで燃料粉末の移送を妨げることなく迅速に含水率、粒度分布、粉末流動性を測定できる技術を開発する。また、O/M比を測定する技術を開発する。
２．研究開発成果
(1)ペレット成型設備のセル内遠隔保守対応モジュールの開発
① ペレット成型設備の運転、保守及びシステム設計条件を整理し、設備構成、遠隔ハンドリング設備能力等遠隔保守補修対応に必要な要件を設定した。
② 高除染MOXペレット用成型設備をベースに約70件の保守項目を抽出し、上記①の要件に対応する低除染TRU燃料用のペレット成型設備の保守交換用モジュール化のための細分化、モジュール着脱方法等保守方法を検討した。この結果に基づき、モジュール数を約30とした設備の概念設計を実施した。（図1，2，3）
(2) セル内遠隔ハンドリング設備の開発
①モジュール交換用の遠隔保守マニプレータ・システムとして、市販の汎用マニプレータ・アーム（三菱重工PA10-7C）を遠隔保守移動装置（BROKK40）に搭載したものを製作し、マニプレータ・アームが遠隔保守移動装置上でいろいろな姿勢を取っても、正常に操作できることを確認した（図４）。モジュールの着脱作業やクレーンのフッキング作業を遠隔及び自動で実施するマニプレータ･アームの開発として、自律制御技術の開発試験に供するため共通的なモジュール着脱機構を模擬したモックアップ冶具を製作した（図５）
②モジュール交換用遠隔保守マニプレータ・システムの運転操作における作業信頼性の向上を図るためマン・マシン・インターフェース（MMI）技術の開発として、心電図等のオペレータの身体情報による作業負荷（メンタル・ワーク・ロード）の評価するMMI評価解析装置を製作した。本装置を用いたMMI評価において、操作環境の表示方法としてレーザーレンジファインダー等の情報が有効に活用できることを確認した（図６）。
③ペレットの姿勢修復を行う遠隔保守ロボットアーム・システムを構築するため、ペレット修復動作における動きを検討し、試作ロボットアームを試作し（図７）、現在、位置情報把握機能の整備等を実施している。
(3)ペレット検査技術の開発
①低除染TRU燃料ペレットの検査仕様、環境条件、運転保守条件を整理し、要件に合致する市販の測定技術を検討した結果、外観検査及び中空内径測定；画像処理、ペレット外径・高さ測定；画像処理による形状測定、ペレット重量測定；電磁平衡方式天秤を選定した。
②これらの技術を組み合わせた検査システムの概念設計を実施し（図８）、検査モジュールの製作設計を実施している。
(4)TRU燃料粉末の分析技術の開発
①インライン分析設備候補装置の開発にあたり市販の分析装置を調査し、開発要件に合致し技術的実現性が高い技術として以下を選定し、インライン化するための遠隔取扱機構、分割モジュール化、遠隔調整方法など遠隔操作及び保守機能の付加した分析装置概念設計を実施した（図９）。
・ 水分含有率測定；赤外線吸光法
・ 粒度分布測定；乾式レーザー回折法
・ 粉末流動性測定；かさ・タップ密度、安息角測定
・ 水分含有率測定；赤外線吸光法
・ 粒度分布測定；乾式レーザー回折法
・ 粉末流動性測定；かさ・タップ密度、安息角測定
②遠隔O/M比測定設備
グローブボックス設備として実績のある差動型示差熱天秤を選定し、試験装置の概念設計、O/M試料取扱機構の試作を実施している。
グローブボックス設備として実績のある差動型示差熱天秤を選定し、試験装置の概念設計、O/M試料取扱機構の試作を実施している。
３．今後の展望
①セル内遠隔保守対応モジュール設備及びセル内遠隔ハンドリング設備の開発
平成20年度上期までに成型設備のモジュール化設備及びこれを保守する遠隔ハンドリング設備を整備し、相互の取り合い状況を確認しながら、平成21年度末までに、セル内遠隔保守に最適な設備開発を実施していく。
これらの成果をFBRサイクル実用化研究（FaCT）におけるその他のセル内遠隔設備（焼結炉等）の開発に随時反映するとともに、FaCT開発の革新技術の一つであるセル内遠隔設開発の2010年の採否判断の技術的根拠としてとりまとめる。
平成20年度上期までに成型設備のモジュール化設備及びこれを保守する遠隔ハンドリング設備を整備し、相互の取り合い状況を確認しながら、平成21年度末までに、セル内遠隔保守に最適な設備開発を実施していく。
これらの成果をFBRサイクル実用化研究（FaCT）におけるその他のセル内遠隔設備（焼結炉等）の開発に随時反映するとともに、FaCT開発の革新技術の一つであるセル内遠隔設開発の2010年の採否判断の技術的根拠としてとりまとめる。
②セル内遠隔保守対応検査・分析技術の開発
平成20年度末まで試験装置を整備し、検査分析性能及び遠隔保守性を確認しながら、平成21年度末までに低除染TRU燃料を検査分析するセル内遠隔保守対応検査・分析技術を開発する。
これらの成果をFaCT開発におけるその他の検査・分析装置の開発に反映するとともに、2015年の実用プラント設計評価に提示する技術としてとりまとめる。
平成20年度末まで試験装置を整備し、検査分析性能及び遠隔保守性を確認しながら、平成21年度末までに低除染TRU燃料を検査分析するセル内遠隔保守対応検査・分析技術を開発する。
これらの成果をFaCT開発におけるその他の検査・分析装置の開発に反映するとともに、2015年の実用プラント設計評価に提示する技術としてとりまとめる。
