平成27年度
文部科学省 国家課題対応型研究開発推進事業
原子力システム研究開発事業
外部ハザードに対する崩壊熱除去機能の
マージン評価手法の研究開発
成果報告書
平成28年3月
国立研究開発
法人 日本原子力研究開発機構
本報告書は、文部科学省の原子力システム 研究開発事業による委託業務として、国立研 究開発法人 日本原子力研究開発機構が実施 した平成24-27年度「外部ハザードに対 する崩壊熱除去機能のマージン評価手法の研 究開発」の成果を取りまとめたものです。
i
目次
概略 ··· xix 1. はじめに ··· 1-1 2. 業務計画 ··· 2.1-1 2.1 全体計画 ··· 2.1-1 2.2 平成27年度の成果の目標及び業務の実施方法 ··· 2.2-1 3. 平成27年度の実施内容及び成果 ··· 3.1.1-1 3.1 マージン評価手法の開発 ··· 3.1.1-1 3.1.1 はじめに ··· 3.1.1-1 3.1.2 森林火災に対するマージン評価手法 ··· 3.1.2-1 3.1.2.1 概要 ··· 3.1.2-1 3.1.2.2 マージン評価(タンク燃料火災を伴うシナリオ) ··· 3.1.2-1 3.1.2.3 マージン評価の方法(タンク燃料火災を伴うが、非常用電源は 確保されるシナリオ) ··· 3.1.2-4 3.1.2.4 マージン評価の方法(タンク燃料火災を伴わないシナリオ) ···· 3.1.2-5 3.1.2.5 森林火災に対するマージン評価のまとめ ··· 3.1.2-5 3.1.3 重畳事象(積雪と低温)に対するマージン評価手法 ··· 3.1.3-1 3.1.3.1 はじめに ··· 3.1.3-1 3.1.3.2 積雪単独の影響 ··· 3.1.3-1 3.1.3.3 積雪と低温の重畳事象に対するマージン評価手法 ··· 3.1.3-4 3.1.3.4 まとめ ··· 3.1.3-8 3.1.4 重畳事象(強風と降雨)に対するマージン評価手法 ··· 3.1.4-1 3.1.4.1 はじめに ··· 3.1.4-1 3.1.4.2 強風のみの影響 ··· 3.1.4-1 3.1.4.3 降雨のみの影響 ··· 3.1.4-8 3.1.4.4 強風と降雨の重畳事象に対するマージン評価手法 ··· 3.1.4-12 3.1.4.5 まとめ ··· 3.1.4-16 3.1.5 コスト-ベネフィット評価手法 ··· 3.1.5-1 3.1.5.1 はじめに ··· 3.1.5-1 3.1.5.2 評価手法に関する既往研究の調査・整理 ··· 3.1.5-1 3.1.5.3 評価手法の開発 ··· 3.1.5-1 3.1.5.4 積雪に対するコスト-ベネフィット評価 ··· 3.1.5-2 3.1.6 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.1.6-1 3.1.6.1 はじめに ··· 3.1.6-1ii 3.1.6.2 マージン評価手法に関する既往研究の調査・整理 ··· 3.1.6-1 3.1.6.3 マージン評価手法の概念構築 ··· 3.1.6-1 3.1.6.4 モデルサイト条件及びプラント情報の調査 ··· 3.1.6-2 3.1.6.5 本研究で対象とする外部ハザードの代表性の検討・整理 ··· 3.1.6-2 3.1.6.6 一般的なマージン評価手法の開発 ··· 3.1.6-3 3.1.6.7 積雪に対するマージン評価手法 ··· 3.1.6-5 3.1.6.8 竜巻に対するマージン評価手法 ··· 3.1.6-7 3.1.6.9 強風に対するマージン評価手法 ··· 3.1.6-9 3.1.6.10 異常降雨に対するマージン評価手法 ··· 3.1.6-15 3.1.6.11 火山噴火に対するマージン評価手法 ··· 3.1.6-17 3.1.7 まとめ ··· 3.1.7-1 3.2 外部ハザード評価手法の開発 ··· 3.2.1.1-1 3.2.1 異常気象ハザード評価手法の開発 ··· 3.2.1.1-1 3.2.1.1 はじめに ··· 3.2.1.1-1 3.2.1.2 重畳事象の選定 ··· 3.2.1.2-1 3.2.1.3 ハザード評価手法に関する既往研究の調査・整理 ··· 3.2.1.3-1 3.2.1.4 重畳事象(積雪と低温)に対するハザード評価手法 ··· 3.2.1.4-1 3.2.1.5 重畳事象(強風と降雨)に対するハザード評価手法 ··· 3.2.1.5-1 3.2.1.6 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.2.1.6-1 3.2.1.7 まとめ ··· 3.2.1.7-1 3.2.2 火山噴火ハザード評価手法の開発 (再委託先:産業技術総合研究所) ··· 3.2.2-1 3.2.2.1 はじめに ··· 3.2.2-1 3.2.2.2 重畳事象の選定 ··· 3.2.2-2 3.2.2.3 フィルタ目詰まり試験 ··· 3.2.2-4 3.2.2.4 火山灰粒度分析の総合評価 ··· 3.2.2-15 3.2.2.5 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.2.2-28 3.2.2.6 まとめ ··· 3.2.2-37 3.2.3 森林火災ハザード評価手法の開発 ··· 3.2.3-1 3.2.3.1 はじめに ··· 3.2.3-1 3.2.3.2 重畳事象の選定 ··· 3.2.3-1 3.2.3.3 森林火災の延焼シミュレーション ··· 3.2.3-4 3.2.3.4 森林火災ハザードの評価手法 ··· 3.2.3-6 3.2.3.5 森林火災の煤煙シミュレーション ··· 3.2.3-6 3.2.3.6 煤煙ハザードの評価手法 ··· 3.2.3-8 3.2.3.7 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.2.3-10 3.2.3.8 まとめ ··· 3.2.3-42 3.3 事象シーケンス評価手法の開発 ··· 3.3.1.1-1
iii 3.3.1 安全対策の整理及び事象シーケンス評価手法の開発 ··· 3.3.1.1-1 3.3.1.1 はじめに ··· 3.3.1.1-1 3.3.1.2 安全対策の整理 ··· 3.3.1.2-1 3.3.1.3 森林火災ハザードに対する事象シーケンス評価手法 ··· 3.3.1.3-1 3.3.1.4 重畳事象(積雪と低温)に対する事象シーケンス評価手法 ··· 3.3.1.4-1 3.3.1.5 重畳事象(強風と降雨)に対する事象シーケンス評価手法 ··· 3.3.1.5-1 3.3.1.6 崩壊熱除去解析 ··· 3.3.1.6-1 3.3.1.7 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.3.1-7-1 3.3.1.8 まとめ ··· 3.3.1-8-1 3.3.2 時間依存事象進展アルゴリズムに基づいた事象シーケンス評価手法 の開発(再委託先:平成27年8月31日まで大阪大学、平成27 年9月1日以降原子力機構) ··· 3.3.2-1 3.3.2.1 はじめに ··· 3.3.2-1 3.3.2.2 評価プログラムの機能追加 ··· 3.3.2-1 3.3.2.3 降雨を起因とする事象シーケンスに対する評価手法の適用性評 価 ··· 3.3.2-5 3.3.2.4 評価手法の整備(4年間のまとめ) ··· 3.3.2-8 3.3.2.5 まとめ ··· 3.3.2-20 3.4 研究推進 ··· 3.4-1 3.5 まとめ・評価 ··· 3.5-1 3.5.1 目標達成度 ··· 3.5-1 3.5.2 技術の卓越性 ··· 3.5-6 3.5.3 研究開発効果 ··· 3.5-7 3.5.4 得られた成果の外部発表 ··· 3.5-7 3.5.5 まとめ ··· 3.5-11 4. 結言 ··· 4-1
iv 表一覧 頁 表 3.1.4-1 外部電源喪失時の最大瞬間風速 ··· 3.1.4-19 表 3.1.4-2 飛来物の空力パラメータ ··· 3.1.4-19 表 3.1.4-3 風速 100m/s における飛来物の空力パラメータと飛来物速度の 関係 ··· 3.1.4-19 表 3.1.4-4 貫通限界肉厚に相当する飛来物速度 ··· 3.1.4-20 表 3.1.4-5 貫通限界肉厚に相当する風速 ··· 3.1.4-20 表 3.1.4-6 飛来物による想定破損部位 ··· 3.1.4-20 表 3.1.4-7 各機器に対する貫通限界肉厚に相当する風速 ··· 3.1.4-22 表 3.1.4-8 強風に対する機器別のマージン評価 ··· 3.1.4-23 表 3.1.4-9 強風に対するシーケンス別のマージン評価 ··· 3.1.4-23 表 3.2.1.2-1 5つのスクリーニング基準 ··· 3.2.1.2-8 表 3.2.1.2-2 外部ハザードリストの第1スクリーニング結果 ··· 3.2.1.2-9 表 3.2.1.2-3 外部ハザードリストの第2スクリーニング結果 ···3.2.1.2-13 表 3.2.1.2-4 外部ハザードリストの第3スクリーニング(重畳事象選定)結 果 ···3.2.1.2-17 表 3.2.1.2-5 外部ハザードの重畳影響(相互影響)を考慮すべき組み合わせ の検討 ···3.2.1.2-20 表 3.2.1.2-6 重畳事象の組み合わせ ···3.2.1.2-38 表 3.2.1.4-1 年最低気温のハザード曲線の評価のために推定した分布パラメ ータ ··· 3.2.1.4-5 表 3.2.1.4-2 低温継続時間のハザード曲線の評価のために推定した分布パラ メータ ··· 3.2.1.4-5 表 3.2.1.4-3 年最低気温及び継続時間の確率分布の適合度評価結果 ··· 3.2.1.4-5 表 3.2.1.4-4 安定性評価結果 ··· 3.2.1.4-5 表 3.2.1.4-5 日降雪深、積雪継続時間、低温継続時間のカテゴリ化(グンベ ル分布) ··· 3.2.1.4-6 表 3.2.1.4-6 日降雪深、積雪継続時間、低温継続時間のカテゴリ化(ワイブ ル分布) ··· 3.2.1.4-7 表 3.2.1.5-1 強風ハザード評価のために推定した確率分布パラメータ ··· 3.2.1.5-5 表 3.2.1.5-2 降雨ハザード評価のために推定した確率分布パラメータ ··· 3.2.1.5-5 表 3.2.1.5-3 1 時間降水量及び年最大 1 時間降水量記録時の継続時間及び風 速のハザード曲線評価のために推定した確率分布パラメータ ··· 3.2.1.5-6 表 3.2.2-1 火山灰供給試験結果概要 ··· 3.2.2-7 表 3.2.2-2 フィルタ耐圧性能確認試験結果概要 ··· 3.2.2-14 表 3.2.2-3 平成27年2月桜島降灰総量の推定値(単位トン) ··· 3.2.2-19 表 3.2.2-4 火山灰採集装置の仕様(InnovaPrep 製 ACD-200Bobcat) ··· 3.2.2-21
v 表 3.2.2-5 高峠での火山灰試料採取結果 ··· 3.2.2-21 表 3.2.2-6 分析に用いた粒子パラメータ ··· 3.2.2-24 表 3.2.3-1 森林火災と重畳する可能性のある外部事象 ··· 3.2.3-48 表 3.2.3-2 福井県火災調査(2004 年~2012 年(平成16年~平成24 年))における「雷」「不明」の森林火災事例 ··· 3.2.3-49 表 3.2.3-3 火災前線の周囲全長に対する、射影した長さの比(出火地点 2、出火時刻 0 時、相対湿度 2%)の例) ··· 3.2.3-49 表 3.2.3-4 フィルタ圧力損失試験条件及び試験結果 ··· 3.2.3-50 表 3.2.3-5 フィルタ破損限界試験条件及び試験結果 ··· 3.2.3-50 表 3.3.1.2-1 森林火災発生時の重要機器 ··· 3.3.1.2-7 表 3.3.1.2-2 重畳事象(積雪と低温)発生時の重要機器 ··· 3.3.1.2-8 表 3.3.1.2-3 重畳事象(強風と降雨)発生時の重要機器 ··· 3.3.1.2-9 表 3.3.1.3-1 FV 重要度及び RAW 評価結果 ··· 3.3.1.3-5 表 3.3.1.3-2 煤煙強度区分 ··· 3.3.1.3-5 表 3.3.1.3-3 空気冷却機能維持の失敗確率 ··· 3.3.1.3-5 表 3.3.1.3-4 炉心損傷頻度 ··· 3.3.1.3-5 表 3.3.1.4-1 積雪と低温の重畳事象に対するイベントツリーのヘディング (1/2) ···3.3.1.4-13 表 3.3.1.4-2 積雪と低温の重畳事象に対するイベントツリーのヘディング (2/2) ···3.3.1.4-14 表 3.3.1.4-3 積雪と低温の重畳事象に対するイベントツリーの追加ヘディン グ ···3.3.1.4-15 表 3.3.1.5-1 年最大1時間降水量記録日の最大瞬間風速の発生頻度(グンベ ル分布)の離散化 ···3.3.1.5-13 表 3.3.1.5-2 年最大 1 時間降水量の超過確率(グンベル分布)の離散化 ···3.3.1.5-13 表 3.3.1.5-3 年最大1時間降水量記録日の 0.5mm 以上の降水継続時間の超過 確率(グンベル分布)の離散化 ···3.3.1.5-13 表 3.3.1.5-4 飛来物の空力パラメータ ···3.3.1.5-13 表 3.3.1.5-5 風速 100m/s における飛来物の空力パラメータと飛来物速度の 関係 ···3.3.1.5-14 表 3.3.1.5-6 飛来物による想定破損部位 ···3.3.1.5-14 表 3.3.1.6-1 崩壊熱除去解析における解析条件と結果(1/2) ··· 3.3.1.6-7 表 3.3.1.6-1 崩壊熱除去解析における解析条件と結果(2/2) ··· 3.3.1.6-9 表 3.3.1.7-1 外部ハザードに対する安全対策候補(強制循環除熱に対する対 策及び評価) ···3.3.1.7-43 表 3.3.1.7-2 外部ハザードに対する安全対策候補(自然循環除熱に対する対 策及び評価) ···3.3.1.7-45 表 3.3.2-1 1hr 後における総水質量誤差 ··· 3.3.2-23
vi 表 3.3.2-2 統計処理結果例 ··· 3.3.2-23 表 3.3.2-3 シナリオ分析(積雪ハザード、終状態別) ··· 3.3.2-24 表 3.3.2-4 積雪ハザードワーストシナリオ ··· 3.3.2-24 表 3.3.2-5 竜巻発生時(F5)における機能喪失確率 ··· 3.3.2-25 表 3.3.2-6 シナリオ分析(竜巻ハザード、終状態) ··· 3.3.2-25 表 3.3.2-7 サンプル妥当性評価(竜巻ハザード) ··· 3.3.2-25 表 3.3.2-8 竜巻ハザードワーストシナリオ ··· 3.3.2-26 表 3.3.2-9 強風発生時(SSHS5)における機能喪失確率 ··· 3.3.2-26 表 3.3.2-10 シナリオ分析(強風ハザード、終状態別、確率値:デフォル ト) ··· 3.3.2-26 表 3.3.2-11 シナリオ分析(強風ハザード、終状態別、確率値:10 倍) ··· 3.3.2-27 表 3.3.2-12 サンプル妥当性評価(強風ハザード) ··· 3.3.2-27 表 3.3.2-13 強風ハザードワーストシナリオ ··· 3.3.2-28
vii 図一覧 頁 図 2.1-1 全体計画 ··· 2.1-3 図 2.1-2 体制図 ··· 2.1-4 図 2.2-1 平成27年度業務実施計画 ··· 2.2-3 図 3.1.2-1 森林火災に対する高速炉のマージン評価手法のスキーム ··· 3.1.2-6 図 3.1.2-2 森林火災の燃焼強度と継続時間に対する外部燃料タンクの壁面 温度の変化 ··· 3.1.2-6 図 3.1.2-3 全交流電源喪失時の原子炉冷却材温度の時間変化 (周囲空気温度:20/50/100℃の場合) ··· 3.1.2-7 図 3.1.2-4 全交流電源喪失時の原子炉出力(規格化済み)の時間変化 ··· 3.1.2-7 図 3.1.2-5 壁面温度 350℃到達時刻における原子炉冷却材温度及び崩壊熱 出力レベル ··· 3.1.2-8 図 3.1.2-6 全交流電源喪失で外部燃料タンク外壁温度 350℃到達後に、外 部燃料タンク火災を生じ 17.5 時間後に火災が終了した場合の 原子炉容器出口冷却材温度 ··· 3.1.2-8 図 3.1.2-7 全交流電源喪失で外部燃料タンク外壁温度 350℃到達後に、外 部燃料タンク火災を生じ、仮想的に火災が永続すると仮定した 場合の原子炉容器出口冷却材温度 ··· 3.1.2-9 図 3.1.2-8 全交流電源喪失で森林火災の燃焼強度に応じた温度マージンの 変化(原子炉冷却材温度制限 700℃及び 750℃の場合) ··· 3.1.2-9 図 3.1.2-9 全交流電源喪失で森林火災の燃焼強度に応じた時間マージンの 変化(原子炉冷却材温度制限 700℃及び 750℃の場合) ··· 3.1.2-10 図 3.1.2-10 外部電源喪失で外部燃料タンク外壁温度 350℃到達後に、 外部燃料タンク火災を生じ 17.5 時間後に火災が終了した場合 の原子炉容器出口冷却材温度 ··· 3.1.2-10 図 3.1.2-11 外部電源喪失で外部燃料タンク外壁温度 350℃到達後に、 外部燃料タンク火災を生じ、仮想的に火災が永続すると仮定し た場合の原子炉容器出口冷却 ··· 3.1.2-11 図 3.1.2-12 外部電源喪失で森林火災の燃焼強度に応じた温度マージンの変 化(原子炉冷却材温度制限 700℃及び 750℃の場合) ··· 3.1.2-11 図 3.1.2-13 外部電源喪失で森林火災の燃焼強度に応じた時間マージンの変 化(原子炉冷却材温度制限 700℃及び 750℃の場合) ··· 3.1.2-12 図 3.1.2-14 外部燃料タンクの火災が発生しなかった場合の原子炉容器出口 冷却材温度 ··· 3.1.2-12 図 3.1.2-15 外気温に応じた温度マージンの変化 (原子炉冷却材温度制限 700℃及び 750℃の場合) (外部燃料タンクの火災を生じない場合) ··· 3.1.2-13
viii 図 3.1.3-1 系統数を考慮しない場合の積雪に対する機器別のマージン評価 · 3.1.3-9 図 3.1.3-2 系統数を考慮した場合の積雪に対する機器別のマージン評価 ··· 3.1.3-9 図 3.1.3-3 積雪に対するイベントツリー ··· 3.1.3-10 図 3.1.3-4 積雪に対するシーケンス別のマージン評価(シーケンス 6~ 8) ··· 3.1.3-10 図 3.1.3-5 日降雪深に対する大気中降雪濃度 ··· 3.1.3-11 図 3.1.3-6 大気中降雪濃度に対する単位面積・単位時間あたりの氷着量 ··· 3.1.3-11 図 3.1.3-7 大気中降雪濃度に対する猶予時間(マージン) ··· 3.1.3-11 図 3.1.3-8 フィルタ氷着量履歴(大気中降雪濃度) ··· 3.1.3-12 図 3.1.3-9 フィルタ氷着厚み履歴(大気中降雪濃度) ··· 3.1.3-12 図 3.1.3-10 日降雪深に対する単位面積・単位時間あたりの氷着量 ··· 3.1.3-13 図 3.1.3-11 フィルタ氷着量履歴(日降雪深) ··· 3.1.3-13 図 3.1.3-12 フィルタ氷着厚み履歴(日降雪深) ··· 3.1.3-14 図 3.1.3-13 日降雪深に対する猶予時間(マージン) ··· 3.1.3-14 図 3.1.3-14 積雪と低温の重畳事象に対する補助冷却設備のイベントツリー 3.1.3-15 図 3.1.3-15 大気中濃度に対する猶予時間(マージン) ··· 3.1.3-15 図 3.1.3-16 氷着厚み履歴(大気中降雪濃度) ··· 3.1.3-15 図 3.1.3-17 日降雪深に対する猶予時間(マージン) ··· 3.1.3-16 図 3.1.3-18 氷着厚み履歴(日降雪深) ··· 3.1.3-16 図 3.1.3-19 積雪と氷着を考慮した日降雪深に対する猶予時間(マージン) 3.1.3-16 図 3.1.4-1 風速と飛来物速度の関係 ··· 3.1.4-24 図 3.1.4-2 飛来物速度と裏面剥離限界厚さの関係 ··· 3.1.4-24 図 3.1.4-3 飛来物速度と貫通限界肉厚の関係 ··· 3.1.4-24 図 3.1.4-4 強風に対する機器別のマージン評価 ··· 3.1.4-25 図 3.1.4-5 強風に対するイベントツリー ··· 3.1.4-26 図 3.1.4-6 強風に対する補助冷却設備のイベントツリー ··· 3.1.4-27 図 3.1.4-7 1時間降水量に対する海水ポンプの猶予時間(排水能力係数の 影響) ··· 3.1.4-28 図 3.1.4-8 1時間降水量に対する海水ポンプの猶予時間(屋外水位係数の 影響) ··· 3.1.4-28 図 3.1.4-9 屋外、第1室及びディーゼル発電機(EDG)室の水位上昇履歴 ·· 3.1.4-28 図 3.1.4-10 1時間降水量に対するディーゼル発電機の猶予時間 ··· 3.1.4-29 図 3.1.4-11 排水能力係数 0.1 のときの屋外、第1室及び電気設備室の水位 上昇履歴 ··· 3.1.4-29 図 3.1.4-12 異常降雨に対する機器別のマージン評価(排水能力係数 0.1、 屋外水位係数 0.1) ··· 3.1.4-29 図 3.1.4-13 異常降雨に対するイベントツリー ··· 3.1.4-30 図 3.1.4-14 強風と降雨の重畳事象時に現れるシナリオ ··· 3.1.4-31
ix 図 3.1.4-15 排気ダクト内雨水液滴の温度上昇履歴 ··· 3.1.4-31 図 3.1.4-16 1 回の雨水接触による低下する伝熱管温度 ··· 3.1.4-32 図 3.1.4-17 1 回の雨水接触により発生する熱応力 ··· 3.1.4-32 図 3.1.4-18 単位面積あたりの液滴個数 ··· 3.1.4-33 図 3.1.4-19 1 時間あたりの液滴衝突回数 ··· 3.1.4-33 図 3.1.4-20 オーステナイト系ステンレス鋼の設計疲労線図 ··· 3.1.4-33 図 3.1.4-21 伝熱管初期温度 400℃における破損までの許容時間 ··· 3.1.4-34 図 3.1.4-22 伝熱管初期温度 500℃における破損までの許容時間 ··· 3.1.4-35 図 3.1.4-23 伝熱管初期温度 600℃における破損までの許容時間 ··· 3.1.4-36 図 3.1.4-24 強風と降雨の重畳事象に対する補助冷却設備のイベントツリー 3.1.4-37 図 3.1.5-1 コスト-ベネフィット評価のイメージ(平成24年度報告書) · 3.1.5-4 図 3.1.5-2 コスト-ベネフィット評価手法 ··· 3.1.5-4 図 3.1.5-3 積雪に対するコスト-ベネフィット評価 ··· 3.1.5-4 図 3.2.1.2-1 自然現象重畳事象の検討フロー(保全学会ガイドライン) ···3.2.1.2-39 図 3.2.1.2-2 本研究で実施する重畳事象のスクリーニング方法 ···3.2.1.2-40 図 3.2.1.4-1 年最低気温と低温継続時間(敦賀市、1961~2010 年(昭和3 6年~平成22年)) ··· 3.2.1.4-8 図 3.2.1.4-2 低温ハザード曲線の算定フロー ··· 3.2.1.4-8 図 3.2.1.4-3 最低気温と年超過確率 ··· 3.2.1.4-9 図 3.2.1.4-4 年最低気温に関するハザード曲線(敦賀市、ワイブル分布、グ ンベル分布) ··· 3.2.1.4-9 図 3.2.1.4-5 低温継続時間に関するハザード曲線(敦賀市、ワイブル分布、 グンベル分布) ···3.2.1.4-10 図 3.2.1.4-6 確率分布の安定性評価 ···3.2.1.4-10 図 3.2.1.4-7 年最低気温(旭川市、1938~2014 年(昭和13年~平成26 年)) ···3.2.1.4-11 図 3.2.1.4-8 年最低気温に関するハザード曲線(旭川市と敦賀市、ワイブル 分布、グンベル分布) ···3.2.1.4-11 図 3.2.1.5-1 敦賀における最大風速と最大瞬間風速の年最大値の記録 ··· 3.2.1.5-7 図 3.2.1.5-2 最大風速と最大瞬間風速の最大値と台風との関係 ··· 3.2.1.5-7 図 3.2.1.5-3 日降水量と風速の台風との関係 ··· 3.2.1.5-7 図 3.2.1.5-4 台風の可能性毎の日降水量と風速の関係 ··· 3.2.1.5-8 図 3.2.1.5-5 最大風速と最大瞬間風速の年最大値を観測した日時の風向 ··· 3.2.1.5-8 図 3.2.1.5-6 1 時間降水量と降水継続時間の関係 ··· 3.2.1.5-9 図 3.2.1.5-7 1 時間降水量と連続降水量の関係 ··· 3.2.1.5-9 図 3.2.1.5-8 1 時間降水量と最大風速の関係 ··· 3.2.1.5-9 図 3.2.1.5-9 年最大 1 時間降水量記録日の最大風速と最大瞬間風速 ···3.2.1.5-10 図 3.2.1.5-10 年最大 1 時間降水量とその記録日の最大風速と最大瞬間風速の
x 関係 ···3.2.1.5-10 図 3.2.1.5-11 年最大 1 時間降水量記録日の最大降水継続時間、年最大 1 時間 降水量記録時の 1 時間降水量 0.5mm 以上並びに 1 時間降水量 5mm 以上のときの降水継続時間 ···3.2.1.5-10 図 3.2.1.5-12 最大風速と最大瞬間風速の年最大値に関する強風ハザード曲線 ·3.2.1.5-11 図 3.2.1.5-13 年最大 1 時間降水量のハザード曲線 ···3.2.1.5-11 図 3.2.1.5-14 年最大 1 時間降水量記録日の最大風速と最大瞬間風速のハザー ド曲線 ···3.2.1.5-11 図 3.2.1.5-15 年最大 1 時間降水量記録日の最大降水継続時間のハザード曲線 ·3.2.1.5-12 図 3.2.1.5-16 年最大 1 時間降水量記録日の最大降水継続時間のハザード曲線 3.2.1.5-12 図 3.2.2-1 ラハールの動的圧力と流速の関係 ··· 3.2.2-3 図 3.2.2-2 碍子に付着した火山灰起因の閃絡確率フラジリティ曲線 3.2.2-4 図 3.2.2-3 試験ダクトの概略 ··· 3.2.2-5 図 3.2.2-4 ファンとダストフィーダの間に設置した散水ノズル ··· 3.2.2-5 図 3.2.2-5 フィルタ交換圧損到達時間(プレフィルタ) ··· 3.2.2-8 図 3.2.2-6 フィルタ交換圧損到達時間(中性能フィルタ) ··· 3.2.2-8 図 3.2.2-7 フィルタ交換圧損到達時間(プレフィルタ+中性能フィルタ) ·· 3.2.2-9 図 3.2.2-8 フィルタ組み合わせによるフィルタ交換圧損到達時間(火山灰 濃度 70mg/m3) ··· 3.2.2-9 図 3.2.2-9 フィルタ組み合わせによるフィルタ交換圧損到達時間(火山灰 濃度 700mg/m3) ··· 3.2.2-10 図 3.2.2-10 フィルタ組み合わせによるフィルタ交換圧損到達時間(火山灰 濃度 7,000mg/m3) ··· 3.2.2-10 図 3.2.2-11 フィルタ組み合わせによる火山灰保持量(プレフィルタ単体) 3.2.2-11 図 3.2.2-12 フィルタ組み合わせによる火山灰保持量(中性能フィルタ単 体) ··· 3.2.2-11 図 3.2.2-13 フィルタ組み合わせによる火山灰保持量(プレ+中性能フィル タ 2 段) ··· 3.2.2-12 図 3.2.2-14 火山灰捕集率(プレフィルタ単体) ··· 3.2.2-12 図 3.2.2-15 火山灰捕集率(中性能フィルタ単体) ··· 3.2.2-13 図 3.2.2-16 火山灰捕集率(プレフィルタ+中性能フィルタ 2 段) ··· 3.2.2-13 図 3.2.2-17 耐圧試験時のプレフィルタ状態写真(圧力損失 62Pa) ··· 3.2.2-15 図 3.2.2-18 耐圧試験時のプレフィルタ状態写真(圧力損失 500Pa) ··· 3.2.2-15 図 3.2.2-19 平 成 2 7 年 2 月 1 7 日 の 桜 島 火 山 周 辺 の 衛 星 画 像 (Terra/MODIS 可視画像) ··· 3.2.2-17 図 3.2.2-20 平成27年2月16日から2月20日の桜島火山噴火による降 灰量分布 ··· 3.2.2-18 図 3.2.2-21 平成27年2月17日夕方に採取した桜島噴火による火山灰試
xi 料の粒度分布 ··· 3.2.2-20 図 3.2.2-22 平成27年2月17日 9 時から 18 時に高峠で採取したフィル タ吸入試料(ST5BC)及び降灰試料(ST5B)の粒度分布比較 ···· 3.2.2-22 図 3.2.2-23 平成27年2月17日の海潟(桜島から南東約 7km)における 降灰重量の時間変化 ··· 3.2.2-23 図 3.2.2-24 主成分分析の結果例 ··· 3.2.2-25 図 3.2.2-25 粒径毎の主成分分析結果例 ··· 3.2.2-26 図 3.2.2-26 噴出火口の分析結果例(平成25年1月30日日中に降灰した 火山灰) ··· 3.2.2-27 図 3.2.2-27 分析のノイズとなる粒子の例 ··· 3.2.2-28 図 3.2.3-1 強風・豪雨・落雷と森林火災との重畳形態 ··· 3.2.3-51 図 3.2.3-2 地震・津波・火山と森林火災との重畳形態 ··· 3.2.3-51 図 3.2.3-3 森林火災と重畳する可能性のある外部ハザードと因果関係 ··· 3.2.3-51 図 3.2.3-4 1 時間平均風速に対する瞬間最大風速及び 10 分間平均風速 ··· 3.2.3-52 図 3.2.3-5 外挿方法違いによる傾向の比較 ··· 3.2.3-52 図 3.2.3-6 最大瞬間風速と反応強度の年超過頻度 (重点サンプリング、2×105サンプル) ··· 3.2.3-53 図 3.2.3-7 最大瞬間風速と火線強度の年超過頻度 (重点サンプリング、2×105サンプル) ··· 3.2.3-54 図 3.2.3-8 年毎の雷発生月別数 ··· 3.2.3-55 図 3.2.3-9 雷注意報時の風速・相対湿度の出現確率 ··· 3.2.3-55 図 3.2.3-10 相対湿度区分毎の経験分布&一般パレート分布による風速の超 過頻度 ··· 3.2.3-56 図 3.2.3-11 全期間と雷発生時における反応強度の超過確率の比較 (重点サンプリング、サンプル数 105 ) ··· 3.2.3-56 図 3.2.3-12 【全サンプルに対する雷サンプルの発生率を 1/67 とした場 合】全期間と雷発生時における反応強度の超過頻度の比較(重 点サンプリング、サンプル数 105 ) ··· 3.2.3-57 図 3.2.3-13 全期間と雷発生時における火線強度の超過頻度の比較 ··· 3.2.3-57 図 3.2.3-14 【全サンプルに対する雷サンプルの発生率を 1/67 とした場 合】全期間と雷発生時における火線強度の超過頻度の比較 ··· 3.2.3-58 図 3.2.3-15 風速と相対湿度の組み合わせに対する火線強度の傾向 ··· 3.2.3-58 図 3.2.3-16 森林火災生成物によるハザード曲線の構築作業 ··· 3.2.3-59 図 3.2.3-17 火災前線の進展と燃焼領域の関係 ··· 3.2.3-60 図 3.2.3-18 アクティブ燃焼域奥行の出現頻度 ··· 3.2.3-60 図 3.2.3-19 燃焼領域の概要 ··· 3.2.3-61 図 3.2.3-20 アクティブ燃焼域を一箇所に集中させた場合の効果 ··· 3.2.3-61 図 3.2.3-21 上部及び下部フィルタにおける PM2.5、PM10 及び 2mm 以上の粒
xii 子の積算到達量 ··· 3.2.3-62 図 3.2.3-22 フラジリティの簡易評価スキーム(熱影響) ··· 3.2.3-62 図 3.2.3-23 ハザード区分、及び区分毎の発生頻度 ··· 3.2.3-63 図 3.2.3-24 煤煙の影響に対するロジックツリー ··· 3.2.3-63 図 3.2.3-25 PM10 濃度の空間分布の風速依存性 ··· 3.2.3-64 図 3.2.3-26 微粒子(PM10)の濃度分布の湿度依存性(風速 2m/s) ··· 3.2.3-65 図 3.2.3-27 PM10 濃度の空間分布の気温依存性 ··· 3.2.3-66 図 3.2.3-28 風速とプルーム挙動、PM10 濃度の関係 ··· 3.2.3-67 図 3.2.3-29 積算フィルタ目詰まり量の応答曲面 ··· 3.2.3-68 図 3.2.3-30 空気冷却器 1m2あたり、吸込み風速 1m/s あたりのグラム数 ··· 3.2.3-69 図 3.2.3-31 消火開始時刻の設定による非消火確率(ワイブル分布) ··· 3.2.3-69 図 3.2.3-32 消火確率の設定による積算目詰り量のハザード曲線 (サンプル数 10-6、通常サンプリング) ··· 3.2.3-70 図 3.2.3-33 目詰まり量に対するフィルタのフラジリティ曲線 ··· 3.2.3-70 図 3.2.3-34 PM10 模擬粒子の測定された粒子径分布 ··· 3.2.3-71 図 3.2.3-35 耐圧試験時の中性能フィルタ状態写真 ··· 3.2.3-71 図 3.2.3-36 耐圧試験時のフィルタ状態写真(サブマイクロ模擬粒子、圧力 損失 3,100Pa) ··· 3.2.3-71 図 3.2.3-37 座屈部分の拡大写真 (サブマイクロ模擬粒子、圧力損失 3,100Pa) ··· 3.2.3-72 図 3.2.3-38 隙間部分の拡大写真 (サブマイクロ模擬粒子、圧力損失 3,100Pa) ··· 3.2.3-72 図 3.2.3-39 隙間部分の拡大写真(PM10 模擬粒子、圧力損失 200Pa) ··· 3.2.3-72 図 3.2.3-40 隙間部分の拡大写真(PM10 模擬粒子、圧力損失 405Pa) ··· 3.2.3-73 図 3.2.3-41 隙間部分の拡大写真(PM10 模擬粒子、圧力損失 1,050Pa) ··· 3.2.3-73 図 3.2.3-42 隙間部分の拡大写真(PM10 模擬粒子、圧力損失 3,200Pa) ··· 3.2.3-73 図 3.2.3-43 隙間部分の拡大写真 (PM10 模擬粒子、圧力損失 3,200Pa、2 時間後) ··· 3.2.3-74 図 3.2.3-44 森林火災のリスク評価手法の全体概念 ··· 3.2.3-74 図 3.3.1.2-1 森林火災(熱・炎)により炉心損傷に至りうる事象シーケンス と安全対策候補 ···3.3.1.2-10 図 3.3.1.2-2 森林火災(飛散物・煙・火災灰)により炉心損傷に至りうる事 象シーケンスと安全対策候補 ···3.3.1.2-11 図 3.3.1.2-3 重畳事象(積雪と低温)により炉心損傷に至りうる事象シーケ ンスと安全対策候補 ···3.3.1.2-12 図 3.3.1.2-4 重畳事象(強風と降雨)により炉心損傷に至りうる事象シーケ ンスと安全対策候補 ···3.3.1.2-13 図 3.3.1.3-1 崩壊熱除去機能に係るシステム構成(強制循環除熱時) ··· 3.3.1.3-6
xiii 図 3.3.1.3-2 崩壊熱除去機能に係るシステム構成(自然循環除熱) ··· 3.3.1.3-6 図 3.3.1.3-3 熱影響のイベントツリー ··· 3.3.1.3-7 図 3.3.1.3-4 燃焼速度の調和平均値のヒストグラム ··· 3.3.1.3-8 図 3.3.1.3-5 森林火災継続時間のヒストグラム ··· 3.3.1.3-8 図 3.3.1.3-6 ハザード区分毎の発生頻度、条件付き炉心損傷確率、炉心損傷 頻度 ··· 3.3.1.3-9 図 3.3.1.3-7 タンク破損確率に対する放水の効果のイメージ ··· 3.3.1.3-9 図 3.3.1.3-8 各ヘディングの失敗確率を 1/10 とした場合の条件付炉心損傷 確率 ···3.3.1.3-10 図 3.3.1.3-9 煤煙影響に対するイベントツリー ···3.3.1.3-11 図 3.3.1.4-1 積雪と低温の重畳事象に対するイベントツリー ···3.3.1.4-16 図 3.3.1.4-2 雪の付着量 ···3.3.1.4-16 図 3.3.1.4-3 フィルタ交換失敗確率 ···3.3.1.4-17 図 3.3.1.4-4 ナトリウム凍結確率 ···3.3.1.4-17 図 3.3.1.4-5 補機海水系の給水設備の配管内の水の凍結確率 ···3.3.1.4-17 図 3.3.1.4-6 除雪失敗確率 ···3.3.1.4-18 図 3.3.1.4-7 扉の開閉の成功と失敗の確率評価の概念 ···3.3.1.4-18 図 3.3.1.4-8 扉の開閉失敗確率 ···3.3.1.4-19 図 3.3.1.4-9 炉心損傷頻度(グンベル分布) ···3.3.1.4-19 図 3.3.1.4-10 炉心損傷頻度(ワイブル分布) ···3.3.1.4-20 図 3.3.1.4-11 積雪と低温の重畳事象に対するイベントツリー (電熱ヒータの導入) ···3.3.1.4-21 図 3.3.1.4-12 炉心損傷頻度の比較(上図:グンベル分布、下図:ワイブル分 布、継続時間カテゴリ 168h(7day)~も含める(直接炉心損 傷有り)) ···3.3.1.4-22 図 3.3.1.4-13 炉心損傷頻度の比較(上図:グンベル分布、下図:ワイブル分 布、継続時間カテゴリ 168h(7day)~は含めない(直接炉心 損傷無し)) ···3.3.1.4-22 図 3.3.1.5-1 メインイベントツリー ···3.3.1.5-16 図 3.3.1.5-2 排気塔のイベントツリー ···3.3.1.5-17 図 3.3.1.5-3 非常用電源外部燃料タンクのイベントツリー ···3.3.1.5-17 図 3.3.1.5-4 非常用電源のイベントツリー ···3.3.1.5-17 図 3.3.1.5-5 電気設備・換気空調機能のイベントツリー ···3.3.1.5-18 図 3.3.1.5-6 メンテナンス冷却系のイベントツリー ···3.3.1.5-18 図 3.3.1.5-7 補助冷却設備吸気部のイベントツリー ···3.3.1.5-19 図 3.3.1.5-8 補助冷却設備排気部のイベントツリー ···3.3.1.5-20 図 3.3.1.5-9 風速と飛来物速度の関係 ···3.3.1.5-21 図 3.3.1.5-10 強風による開口部の衝突確率 ···3.3.1.5-21
xiv 図 3.3.1.5-11 飛来物速度と貫通限界肉厚の関係 ···3.3.1.5-21 図 3.3.1.5-12 飛来物に対する鋼板の破損確率 ···3.3.1.5-22 図 3.3.1.5-13 想定する雨水液滴径分布 ···3.3.1.5-22 図 3.3.1.5-14 排気ダクト内雨水液滴の温度上昇履歴 ···3.3.1.5-23 図 3.3.1.5-15 1回の雨水接触による低下する伝熱管温度 ···3.3.1.5-23 図 3.3.1.5-16 1回の雨水接触により発生する熱応力 ···3.3.1.5-24 図 3.3.1.5-17 単位面積あたりの液滴個数 ···3.3.1.5-24 図 3.3.1.5-18 1時間あたりの液滴衝突回数 ···3.3.1.5-24 図 3.3.1.5-19 オーステナイト系ステンレス鋼の設計疲労線図 ···3.3.1.5-25 図 3.3.1.5-20 シーケンス別炉心損傷頻度と条件付除熱失敗確率 ···3.3.1.5-25 図 3.3.1.5-21 シーケンス別炉心損傷頻度と条件付除熱失敗確率(ダンパ手動 操作失敗シーケンスを無視) ···3.3.1.5-25 図 3.3.1.5-22 カテゴリ別炉心損傷頻度(ダンパ手動操作失敗シーケンスを無 視) ···3.3.1.5-26 図 3.3.1.5-23 カテゴリ別条件付除熱失敗確率(ダンパ手動操作失敗シーケン スを無視) ···3.3.1.5-26 図 3.3.1.6-1 崩壊熱除去解析結果の一例(ケース 2-1a-1) ···3.3.1.6-10 図 3.3.1.6-2 崩壊熱除去解析結果:流路面積の影響 ···3.3.1.6-11 図 3.3.1.6-3 崩壊熱除去解析結果:外気温度の影響 ···3.3.1.6-11 図 3.3.1.6-4 崩壊熱除去解析結果:除熱条件の影響(流路断面積) ···3.3.1.6-12 図 3.3.1.6-5 崩壊熱除去解析結果:除熱条件の影響(外気温度) ···3.3.1.6-12 図 3.3.1.6-6 崩壊熱除去解析結果:外気温度 20℃及び流路断面積 15%の場合 の 650℃/700℃/750℃到達時間 ···3.3.1.6-13 図 3.3.1.6-7 崩壊熱除去解析結果:外気温度 100℃及び流路面積 100%の場合 の 650℃/700℃/750℃到達時間 ···3.3.1.6-13 図 3.3.1.6-8 崩壊熱除去解析結果:外気温度をパラメータとした原子炉容器 出 口 及 び 空 気 冷 却 器 出 口 の ナ ト リ ウ ム 温 度 ( 流 路 断 面 積 100%)(Case 2-1a: 外部電源喪失時、ダンパ自動調整長期可 能な場合) ···3.3.1.6-14 図 3.3.1.6-9 崩壊熱除去解析結果:外気温度をパラメータとした原子炉容器 出 口 及 び 空 気 冷 却 器 出 口 の ナ ト リ ウ ム 温 度 ( 流 路 断 面 積 100%)(Case 2-1c:外部電源喪失時、120h でダンパ自動調整 停止、120h ダンパ開度固定の場合) ···3.3.1.6-14 図 3.3.1.6-10 崩壊熱除去解析結果:外気温度をパラメータとした原子炉容器 出 口 及 び 空 気 冷 却 器 出 口 の ナ ト リ ウ ム 温 度 ( 流 路 断 面 積 100%)(Case 3-2a:全電源喪失時) ···3.3.1.6-14 図 3.3.1.6-11 崩壊熱除去解析結果:外気温度をパラメータとした原子炉容器 出 口 及 び 空 気 冷 却 器 出 口 の ナ ト リ ウ ム 温 度 ( 流 路 断 面 積
xv 100%)(Case 4-1a:全電源喪失時 1 ループ運転) ···3.3.1.6-15 図 3.3.1.6-12 崩壊熱除去解析結果:外気温度をパラメータとした空気冷却器 出口ナトリウム温度 150℃/120℃到達時間(流路断面積 100%) (Case 3-2a:全電源喪失時 3 ループ運転) ···3.3.1.6-15 図 3.3.2-1 越流及び浸水 ··· 3.3.2-29 図 3.3.2-2 フローネットワークコード概要 ··· 3.3.2-29 図 3.3.2-3 検証解析体系 ··· 3.3.2-30 図 3.3.2-4 各部屋の水位(ドレインなし、降水源:部屋 1) ··· 3.3.2-30 図 3.3.2-5 越流、浸水モデルの検証 ··· 3.3.2-31 図 3.3.2-6 検証解析モデル(ドレイン含む) ··· 3.3.2-31 図 3.3.2-7 各部屋の水位(ドレイン含む) ··· 3.3.2-32 図 3.3.2-8 ドレインモデル((3.3.2-7)式)の検証 ··· 3.3.2-32 図 3.3.2-9 降雨事象シーケンスイベントツリー ··· 3.3.2-33 図 3.3.2-10 電気設備室機能喪失に伴うポンプ(1、2 次系)機能喪失状態 確率 ··· 3.3.2-33 図 3.3.2-11 1 次系冷却材流量時刻暦変化 (異常降雨ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-34 図 3.3.2-12 炉心出口温度時刻暦変化 (異常降雨ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-34 図 3.3.2-13 炉心出口最高温度累積度数分布(異常降雨ハザード) ··· 3.3.2-34 図 3.3.2-14 連続マルコフ過程モンテカルロ法(CMMC 法)の概念 ··· 3.3.2-35 図 3.3.2-15 従来手法との比較(可逆シーケンス評価) ··· 3.3.2-35 図 3.3.2-16 開発プログラム構成 ··· 3.3.2-36 図 3.3.2-17 ヘディングイベントと影響機器の同定 ··· 3.3.2-36 図 3.3.2-18 冷却系構成概要 ··· 3.3.2-37 図 3.3.2-19 積雪ハザードヘディング(平成25年度検討結果) ··· 3.3.2-37 図 3.3.2-20 積雪時における補助冷却設備空気冷却器(ACS-AC)及びアクセ スルート確保の機能喪失状態確率 ··· 3.3.2-37 図 3.3.2-21 炉心出口温度解析結果(積雪ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-38 図 3.3.2-22 炉心出口最高温度累積分布(積雪ハザード) ··· 3.3.2-38 図 3.3.2-23 シナリオ分析(積雪ハザード、アクセスルート確保の影響) ··· 3.3.2-39 図 3.3.2-24 シナリオ分析(積雪ハザード、補助冷却設備空気冷却器機能喪 失状態の影響) ··· 3.3.2-39 図 3.3.2-25 事象発生時刻歴変化(除雪成功、伝熱ヒータ起動、アクセスル ート確保) ··· 3.3.2-40 図 3.3.2-26 事象発生時刻歴変化(積雪ハザード、補助冷却設備空気冷却器 機能喪失) ··· 3.3.2-40 図 3.3.2-27 竜巻起因イベントツリー各ヘディング ··· 3.3.2-40
xvi 図 3.3.2-28 各機器累積機能喪失割合(竜巻(F5)) ··· 3.3.2-41 図 3.3.2-29 1 次系流量変化(竜巻ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-41 図 3.3.2-30 炉心出口温度変化(竜巻ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-42 図 3.3.2-31 炉心出口最高温度累積分布(竜巻ハザード) ··· 3.3.2-42 図 3.3.2-32 シナリオ分析(竜巻ハザード、ポンプ機能別) ··· 3.3.2-43 図 3.3.2-33 シナリオ分析(竜巻ハザード、補助冷却設備空気冷却器機能 別) ··· 3.3.2-43 図 3.3.2-34 強風起因イベントツリー各ヘディング ··· 3.3.2-44 図 3.3.2-35 各機器累積機能喪失割合(強風(SSHS5)) ··· 3.3.2-44 図 3.3.2-36 1 次系流量変化(強風ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-45 図 3.3.2-37 炉心出口温度変化(強風ハザード、50 サンプル) ··· 3.3.2-46 図 3.3.2-38 炉心出口最高温度累積分布(強風ハザード) ··· 3.3.2-47 図 3.3.2-39 シナリオ分析(強風ハザード、火災発生別) ··· 3.3.2-48 図 3.3.2-40 シナリオ分析(強風ハザード、補助冷却設備空気冷却器機能 別) ··· 3.3.2-49 図 3.3.2-41 確率値の補正(強風ハザード) ··· 3.3.2-50
xvii 略語一覧
ALOFT-FT : A Large Outdoor Fire plume Trajectory
model - Flat Terrain
大型の屋外火災プルームの軌 道モデル-平坦な地形
AM : Accident Management アクシデントマネジメント
AmeDAS : Automated Meteorological Data
Acquisition System
地域気象観測システム(アメ ダス)
BWR : Boiling Water Reactor 沸騰水型原子炉
CBH : Crown Base Height 樹冠高さ
CDF : Core Damage Frequency 炉心損傷頻度
CMMC : Continuous Marcov chain Monte Carlo
method
連続マルコフ連鎖モンテカル ロ法
DKP : Daisen Kurayoshi Pumice tephra 大山倉吉テフラ
EF スケール : Enhanced Fujita scale 改良藤田スケール
F スケール : Fujita scale 藤田スケール
FV : Fussell-Vesely ファッセルベズレイ
GIF : Generation IV International Forum 第 4 世代原子力システム国際
フォーラム
HCLPF :
High-Confidence-of-Low-Probability-of-Failure
高信頼度低損傷確率
IAEA : International Atomic Energy Agency 国際原子力機関
IPEEE : Individual Plant Examination for
External Events
外的事象に対する個別プラン ト評価
JIS : Japanese Industrial Standards
Committee
日本工業標準調査会
JNES : Japan Nuclear Energy Safety
Organization
(独)原子力安全基盤機構
LOCA : loss-of-coolant accident 冷却材喪失事故
NOAA : National Oceanic and Atmospheric
Administration
米国海洋大気庁
NRC : United States Nuclear Regulatory
Commission
アメリカ合衆国原子力規制委 員会
OECD/NEA : Organisation for Economic Co-operation
and Development/The Nuclear Energy Agency
経済協力開発機構原子力機関
PLOHS : Protected Loss of Heat Sink スクラム成功後除熱源喪失事
故
PM : Particulate Matter 粒子状物質
xviii
PSA : Probabilistic Safety Assessment 確率論的安全評価
PWR : Pressurized Water Reactor 加圧水型原子炉
RAW : Risk Achievement Worth リスク増加価値
RMS : Root Mean Square 二乗平均平方根
ROS : Rate-of-Spread 延焼速度
RV : Reactor Vessel 原子炉容器
SLSC : Standard Least-Squares Criterion 標準最小二乗基準
SSHS : Saffir-Simpson Hurricane Scale サファ・シンプソン・ハリケ
ーンスケール
THERP : Technique for Human Error Rate
Prediction
人的過誤率予測技法
VIA : Value Impact Assessment バリュー・インパクト・アセ
xix 概略 地震のみならず様々な外部ハザードに対して安全性を確保することが重要であるが、地震・ 津波以外の様々な外部ハザードに対するプラントの安全性を確認する手法は未確立である。そ こで、本業務では、種々の外部ハザードに対する原子力施設の安全性の向上及び炉心損傷まで のマージン(安全裕度)を定量的に評価する安全基盤技術の確立のため、代表的な外部ハザー ドである異常気象(積雪、強風、竜巻、降雨)、火山噴火、森林火災を対象に、ナトリウム冷 却高速炉の崩壊熱除去機能のマージン評価手法、外部ハザード評価手法及び事象シーケンス評 価手法を開発することを目的とする。 以下に、4か年計画の最終年度である平成27年度の業務の実績を述べる。 (1)マージン評価手法の開発 外部ハザードに対するマージン評価手法を開発するため、森林火災・重畳事象に対するナト リウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能のマージンを評価した。また、合理的な安全対策とするた めのコスト-ベネフィット評価手法を構築した。4年間のまとめとして手法を整備した。 森林火災については、反応強度をハザード強度の指標として、評価上重要な燃料タンクを対 象に破損評価を行い、機器別のマージン評価手法を開発した。その結果、タンクが損傷発生す るまでの森林火災継続時間と、タンク損傷後にタンクの火災が生じた場合のタンク火災の継続 時間に対して、プラント冷却材温度の上限は大きな熱容量のために損傷判定温度に対してマー ジンを有することを示した。また、イベントツリーに基づいてシーケンス別のマージン評価手 法も開発し、森林火災時には補助冷却設備の全系統同時破損は極めて考えにくいため除熱失敗 シーケンスは現れないことを示した。積雪と低温の重畳事象については、フィルタに着雪する ことにより機能喪失に相当するフィルタ目詰まり量までの許容時間をマージンと定義し、機器 別のマージン評価手法を開発した。積雪のみの影響の場合、機能喪失積雪深に対する除雪速度 に応じたマージンを評価した。その結果、日降雪深が増大するにつれてマージンが小さくなる ことを示した。また、イベントツリーに基づくシーケンス別のマージン評価手法も開発した。 補助冷却設備が 3 系統あることを考慮すれば、マージンは 3 倍になることを示した。強風と降 雨の重畳事象については、強風のみの影響の場合、主に最大瞬間風速をハザード強度の指標と して、風圧・気圧差・飛来物衝突による破損評価を行い、機器別のマージン評価手法を開発し た。その結果、最大瞬間風速の過去最大値に比べて十分なマージンを有することを確認した。 また、イベントツリーに基づいてシーケンス別のマージン評価手法も開発し、強風時には補助 冷却設備の全系統同時破損は極めて考えにくいため除熱失敗シーケンスは現れないことを示し た。降雨のみの影響の場合、機能喪失水位に対する排水設備閉塞物除去速度に応じた継続時間 を指標とした機器別のマージン評価手法を開発し、1 時間降水量が増大するにつれてマージン が小さくなることを示した。また、イベントツリーに基づいてシーケンス別のマージン評価手 法も開発し、降雨時には補助冷却設備の浸水は極めて考えにくいため除熱失敗シーケンスは現 れないことを示した。強風と降雨の重畳時には補助冷却設備排気部雨どいの破損に続く排気ダ クト内への降雨の浸入による空気冷却器伝熱管疲労破損が考えられ、伝熱管破損までの許容時
xx 間を指標とした機器別のマージン評価手法を開発し、雨水液滴径が大きくなるにつれてマージ ンが小さくなることを示した。また、イベントツリーに基づいてシーケンス別のマージン評価 手法も開発し、補助冷却設備の全系統同時破損は極めて考えにくいため除熱失敗シーケンスは 現れないことを示した。積雪を対象に、ヒータを設置する場合と除雪作業の場合のコストを定 性的に分析し、炉心損傷頻度と比較することでコスト-ベネフィット評価手法を開発した。最 後に、4年間のまとめとして、開発してきた手法を整理した。 (2)外部ハザード評価手法の開発 ①異常気象ハザード評価手法の開発 異常気象(積雪、強風、竜巻、降雨)に関する外部ハザード評価手法を開発するため、評価 対象とする重畳事象を選定した。その重畳事象に対して、既往のハザード強さの記録を調査・ 整理した。また、既往研究からハザード評価手法を調査・整理した。次に、ナトリウム冷却高 速炉の崩壊熱除去機能に影響を及ぼすハザードの重要パラメータを同定し、起こりやすさとハ ザード強さを指標としたハザード曲線を構築して、重畳事象に対するハザードを評価した。4 年間のまとめとして手法を整備した。 重畳事象の選定方法を調査し、本研究における選定方法を考案して、平成27年度に評価対 象とする重畳事象として、積雪と低温、強風と降雨の重ね合わせを選定した。既往のハザード 強さの記録として、積雪と低温の重畳事象については、積雪深、日降雪深、最低気温、低温継 続時間を調査・整理した。強風と降雨の重畳事象については、最大風速、最大瞬間風速、1 時 間降水量を調査・整理した。また、国内外の技術会議に参加し様々なハザード及びリスク評価 手法に関する情報を収集するとともに、既往文献に基づきハザード評価手法を調査・整理し、 統計処理的方法により年超過確率を算出できる見通しを得た。次に、積雪と低温の重畳事象に ついては、ナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能喪失要因には積雪によるフィルタ閉塞、低 温によるフィルタ凍結及び空気冷却器伝熱管内ナトリウム凍結が考えられるため、重要パラメ ータとして年最低気温記録日の日降雪深、降雪継続時間、低温継続時間を同定した。これらの 年最大値を極値分布にあてはめてハザード曲線を構築し、適合度評価と安定性評価で妥当性を 確認するハザード評価手法を開発した。低温継続時間については、凍結が考えられる 0℃以下 の低温が継続した時間を用いてハザードを評価した。強風と降雨の重畳事象については、ナト リウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能喪失要因には強風によって生じる飛来物衝突による機器の 破損、空気冷却器への雨水浸入による伝熱管疲労破損が考えられるため、重要パラメータとし て年最大 1 時間降水量記録日の最大瞬間風速、1 時間降水量、降水継続時間を同定した。これ らの年最大値を極値分布にあてはめてハザード曲線を構築し、適合度評価と安定性評価で妥当 性を確認するハザード評価手法を開発した。降水継続時間については、異常降雨と考えられる 1 時間あたり 5mm 以上の降水が継続した時間を用いてハザードを評価した。最後に、4年間の まとめとして、開発してきた手法を整理した。 ②火山噴火ハザード評価手法の開発(再委託先:産総研) 火山噴火に関する外部ハザード評価手法を開発するため、評価対象とする重畳事象を選定し
xxi た。また、湿分等を考慮したフィルタ目詰まり試験を実施した。さらに、これまでの粒度分析 の総合評価を行い、火山灰粒子の特徴を整理した。4年間のまとめとして手法を整備した。 火山噴火に関する外部ハザード評価手法を開発するため、評価対象とする重畳事象として、 火山灰+降雨(霧)を選定した。そして選定した重畳事象により噴火時の降下火山灰によるフ ィルタ目詰まりによりどのような影響が出るのかを確認するために、フィルタ試験ダクト内に 散水して火山灰を供給し、フィルタの性能変化(圧力損失、粉じん保持量、外観)を確認した。 試験は平成26年度と同様に中性能フィルタ単体、プレフィルタ単体、両者の組み合わせで実 施したが、交換圧損到達時のフィルタ火山灰保持量に乾燥時と散水時で有意な差は確認できな かた。したがって、フィルタ損傷に対する降雨の重畳効果はほとんどないことが確認できた。 さらに、これまでの桜島噴火中に採取した降灰試料の粒度分析の総合評価を行い、粒径サイズ と粒子形状に相関があることを明らかにした。最後に、4年間のまとめとして、開発してきた 手法を整理した。 ③森林火災ハザード評価手法の開発 森林火災に関する外部ハザード評価手法を開発するため、評価対象とする重畳事象を選定し た。その重畳事象に対して、ナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能への影響を調べるため、 森林火災の延焼シミュレーションを実施するとともに、森林火災ハザードを評価した。4年間 のまとめとして手法を整備した。 森林火災に関する外部ハザード評価手法を開発するため、煤煙に関するハザード曲線を導出 した。導出にあたっては、森林火災の延焼シミュレーションを実施し、延焼量の保存性を高め た森林火災の燃焼強度と進展速度の代表値を導出し、さらに延焼進展に応じた煤煙の空間分布 を ALOFT-FT コードを用いて煤煙シミュレーションを実施することで、空気冷却設備のフィル タ目詰まり積算量に関する応答曲面を構築した。構築した応答曲面を、平成25年度及び平成 26年度に開発したロジックツリーへ適用し、モンテカルロ計算を行うことで、煤煙積算目詰 まり量を指標とした森林火災ハザードを評価した。さらに評価対象とする重畳事象として、森 林火災+強風、森林火災+雷を選定した。それらの重畳事象に対して、ナトリウム冷却高速炉 の崩壊熱除去機能への影響を調べるため、重畳条件でのハザード曲線を導出した。最後に、4 年間のまとめとして、開発してきた手法を整理した。 (3)事象シーケンス評価手法の開発 ①安全対策の整理及び事象シーケンス評価手法の開発 事象シーケンス評価手法を開発するため、ナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能に関する 重要機器を同定し、森林火災・重畳事象時の崩壊熱除去機能維持に係わる安全対策を整理した。 また、森林火災・重畳事象を起因とした炉心損傷に至り得るイベントツリーを構築して、事象 シーケンスを評価した。さらに、森林火災・重畳事象時の崩壊熱除去解析を実施した。4年間 のまとめとして手法を整備した。
xxii 森林火災、積雪と低温の重畳事象、強風と降雨の重畳事象によるナトリウム冷却高速炉の崩 壊熱除去機能喪失要因を抽出し、空気冷却器、電源系、換気空調系といった重要機器を同定し た。また、森林火災時の安全対策としてポンプ車による燃料タンクへの放水、積雪と低温の重 畳事象時の安全対策として除雪作業とヒータの設置などを整理するとともに、強風と降雨の重 畳事象時の安全対策として排水溝閉塞物除去作業などを整理した。次に、森林火災については、 反応強度を指標とした森林火災ハザードをカテゴリ化して、森林火災を起因とした炉心損傷シ ーケンスについてイベントツリーを構築して、燃料タンク破損及び火災発生確率を算定して、 空気冷却器外気温度高温化による機能喪失を考慮した事象シーケンスを評価し、炉心損傷頻度 を定量化する手法を開発した。積雪と低温の重畳事象については、日降雪深、降雪継続時間と 低温継続時間に応じたハザードカテゴリを設定して、積雪と低温の重畳事象を起因とした炉心 損傷シーケンスについてイベントツリーを構築して、着雪によるフィルタ閉塞確率、水配管凍 結確率、ナトリウム凍結確率といった確率モデルを考案して、補助冷却設備機能喪失を考慮し た事象シーケンスを評価し、炉心損傷頻度を定量化する手法を開発した。強風と降雨の重畳事 象については、最大瞬間風速、1時間降水量、降水継続時間に応じたハザードカテゴリを設定 して、強風と降雨の重畳事象を起因とした炉心損傷シーケンスについてイベントツリーを構築 した。また、空気冷却器伝熱管への雨水液滴の接触により発生する熱応力を求め、繰返し接触 による疲労破損を評価することで補助冷却設備機能喪失を考慮した事象シーケンスを評価し、 炉心損傷頻度を定量化する手法を開発した。さらに、森林火災・重畳事象時の崩壊熱除去解析 として、低温時の空気冷却器伝熱管ナトリウム凍結に着目した解析を実施した。最後に、4年 間のまとめとして、開発してきた手法を整理した。 ②時間依存事象進展アルゴリズムに基づいた事象シーケンス評価手法の開発(再委託先:平成2 7年8月31日まで大阪大学、平成27年9月1日以降原子力機構) 時間依存事象進展アルゴリズムに基づいた事象シーケンス評価手法を開発するため、降雨を 起因とした炉心損傷に至り得る事象シーケンスに対して適用性評価を可能とすべく、平成26 年度に開発した評価プログラムの機能追加と必要な改良を施した。また、この評価手法の降雨 時のシーケンスに対する適用性を評価した。4年間のまとめとして手法を整備した。 降雨を起因とした炉心損傷に至り得る事象シーケンスに対して適用性評価を可能とすべく、 平成26年度に開発した評価プログラムに、建物内各部屋の構成、浸水、越流および排出(ド レイン)をモデル化し、建物内部の水位評価プログラムの組み込みを実施した。開発した評価 手法を用い、降雨時のシーケンスに対する適用性評価として、降雨条件を 140mm/hr、屋外排 出機能喪失時におけるプラント挙動解析を実施した。平成26年度に実施されたイベントツリ ー評価より、対象イベントとして、屋上水位上昇に伴う電気設備の機能喪失に起因する 1、2 次系ポニーモータの機能喪失及び自然循環運転への移行を選定した。解析の結果、最高温度は ポニーモータの機能停止から自然循環運転へ移行する過程で発生し約 50℃の温度上昇を伴う こと、統計処理の結果平均最高温度は 435℃であり、炉心損傷を伴う可能性が極めて小さいこ とが明らかとなった。最後に、4年間の成果のまとめとして、これまでに開発したプログラム の入出力に関する整備を行うとともに、本手法で取り扱うイベントの設定方法に関してまとめ
xxiii た。 (4) 研究推進 研究代表者の下で各研究項目間における連携を密にして研究を進めるとともに、広く意見を 聴きながら研究を進めるため委員会を開催した。 個別に進めている各研究項目との間で連携を深めるため、業務参加者全員が参加する全体会 議を 3 回開催し、効率的に研究を進めた。また、外部ハザードおよび PRA の外部有識者で構成 される委員会を設置し、本研究の進捗状況について議論する委員会を 1 回開催し、本研究に反 映できる意見を得た。 (5) まとめ・評価 平成24年度から平成27年度の4年間の成果をまとめた。 4年間の実施内容を整理して、研究開発成果を総括してまとめるとともに、成果について自 己評価を行った。 以上、4か年計画の最終年度として平成27年度の業務項目を実施し、所期の目標を達成し た。
1-1 1.はじめに これまで原子力発電所は地震に対する安全確保が最重要視されてきたが、東京電力福島第一 原子力発電所の事故後、地震のみならず様々な外部ハザードに対して安全性を確保することが 重要であると認識された。これまでの外部ハザードに対する安全設計は歴史的な記録に基づい て過去最大に相当する統計的に妥当とみなされる条件に基づいていた。しかしながら、東京電 力柏崎刈羽原子力発電所では新潟県中越沖地震(2007 年)の加速度が設計当時の想定を上回り、 設計基準地震動は十数万年に 1 度の地震まで想定されることになった。また、東北地方太平洋 沖地震(2011 年)で起きた津波は設計当時の想定を大きく上回り、過去 400 年程度の歴史津波 では不十分であり、専門家により設定されたハザードのレベルに応じて安全性を確保する必要 があるとの意見が出された。地震・津波については、安全設計指針や PSA(Probabilistic Safety Assessment、確率論的安全評価)実施基準が策定されたところであるが、その他の外 部ハザードについては策定されていない状況であり、様々な外部ハザードに対するプラントの 安全性を確認する手法を開発する必要がある。特に、東京電力福島第一原子力発電所の事故で は、地震直後の原子炉停止は成功したものの、地震起因の巨大津波により崩壊熱除去機能を喪 失したことから、崩壊熱除去機能に影響を及ぼす外部ハザードが着目される。ナトリウム冷却 高速炉の崩壊熱除去系は大気で除熱していることから、プラント上方からの外部ハザードに対 するプラントの安全性を評価する手法を開発する必要がある。 本課題は、種々の外部ハザードに対する原子力施設の安全性の向上及び炉心損傷までのマー ジン(安全裕度)を定量的に評価する安全基盤技術の確立のため、代表的な外部ハザードであ る異常気象(積雪、強風、竜巻、降雨)、火山噴火、森林火災を対象に、ナトリウム冷却高速 炉の崩壊熱除去機能のマージン評価手法、外部ハザード評価手法及び事象シーケンス評価手法 を開発することを目的とする。 上記目的を踏まえて、これまで開発されていない地震・津波以外の外部ハザードに対するマ ージン評価手法を開発する上で必要な研究開発項目は、(1) マージン評価手法の開発、(2) 外 部ハザード評価手法の開発、(3) 事象シーケンス評価手法の開発である。各研究開発項目の目 標を以下のように設定した。 (1) マージン評価手法の開発 外部ハザードに対するナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能のマージン評価手法を 開発し、本課題で対象とする代表的な外部ハザードに対するマージン評価を行う。また、 外部ハザード評価手法及び事象シーケンス評価手法と併せて、標準化を目指した手法と して整備する。 (2) 外部ハザード評価手法の開発 ①異常気象ハザード評価手法の開発 異常気象(積雪、強風、竜巻、降雨)を対象として、重要パラメータを同定して、数 値シミュレーションも活用しながら、起こりやすさとハザード強さを指標としたハザー ド曲線を構築して、ハザード評価手法を開発する。
1-2 ②火山噴火ハザード評価手法の開発 火山噴火を対象として、重要パラメータを同定して、数値シミュレーションも活用し ながら、起こりやすさとハザード強さを指標としたハザード曲線を構築して、ハザード 評価手法を開発する。 ③森林火災ハザード評価手法の開発 森林火災を対象として、重要パラメータを同定して、数値シミュレーションも活用し ながら、起こりやすさとハザード強さを指標としたハザード曲線を構築して、ハザード 評価手法を開発する。 (3) 事象シーケンス評価手法の開発 ①安全対策の整理及び事象シーケンス評価手法の開発 ナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去機能に関する重要機器を同定し、崩壊熱除去機能 維持に係る安全対策(ハード対策とアクシデントマネージメント)を整理し、崩壊熱除 去機能に関する成功基準解析に基づき、従来のイベントツリー解析手法を拡張した事象 シーケンス評価手法を開発する。 ②時間依存事象進展アルゴリズムに基づいた事象シーケンス評価手法の開発 外部ハザードの時間進展が重要であるため、より詳細な手法としてモンテカルロ計算 を活用した時間依存事象進展アルゴリズムに基づく評価手法を開発する。
2.1-1 2.業務計画 2.1 全体計画 本業務の全体計画及び体制図をそれぞれ図 2.1-1 と図 2.1-2 に示す。 (1) マージン評価手法の開発 平成24年度に既往研究からマージン評価手法を調査し評価手法の概念を構築するとと もに、種々の外部ハザードを調査し本研究で対象とする外部ハザードの代表性を検討・整 理する。平成25年度に外部ハザードに対する一般的なマージン評価手法を開発し、積 雪・竜巻に対するマージンを評価し、手法開発を行う。平成26年度に強風・降雨・火山 噴火に対するマージンを評価し、手法開発を行う。平成27年度に森林火災・重畳事象に 対するマージンを評価し、手法開発を行うとともに、コスト-ベネフィット評価手法を構 築し、4年間のまとめとして手法を整備する。 (2) 外部ハザード評価手法の開発 ① 異常気象ハザード評価手法の開発 平成24年度に積雪を対象としてハザード強さ記録及び評価手法を調査し、ハザードの 重要パラメータを同定した上で、ハザード曲線を構築して異常気象ハザードを評価する。 平成25年度に竜巻・強風を対象としてハザード強さ記録及び評価手法を調査し、ハザー ドの重要パラメータを同定した上で、ハザード曲線を構築して異常気象ハザードを評価す る。平成26年度に降雨を対象としてハザード強さ記録及び評価手法を調査し、ハザード の重要パラメータを同定した上で、ハザード曲線を構築して異常気象ハザードを評価する。 平成27年度に重畳事象を対象としてハザードの重要パラメータを同定した上で、ハザー ド曲線を構築して異常気象ハザードを評価するとともに、4年間のまとめとして手法を整 備する。 ② 火山噴火ハザード評価手法の開発 平成24年度にハザード強さ記録及び評価手法を調査し、ハザードの重要パラメータを 同定するとともに、火山灰粒度分析手法を開発する。平成25年度に火山噴火ハザード評 価手法の概念を構築するとともに、平成24年度に収集した火山噴火記録を対象とした降 灰シミュレーションを実施する。平成26年度に火山噴火ハザード評価手法を開発すると ともに、降灰シミュレーション、フィルタ目詰まり試験及び降下火山灰の粒度分析を実施 する。平成27年度に重畳事象のハザード評価を実施するとともに、4年間のまとめとし て手法を整備する。 ③ 森林火災ハザード評価手法の開発 平成24年度にハザード強さ記録及び評価手法を調査し、ハザードの重要パラメータを 同定するとともに、平成25年度に実施する森林火災シミュレーションのための解析条件 を設定する。平成25年度に森林火災ハザード評価手法の概念を構築するとともに、風の 影響を受けない森林火災シミュレーションを実施し、その結果を踏まえて重要パラメータ
2.1-2 を同定する。平成26年度に森林火災ハザード評価手法を開発するとともに、風の影響を 受ける森林火災シミュレーションを実施し、森林火災ハザードを評価する。平成27年度 に重畳事象のハザード評価を実施するとともに、4年間のまとめとして手法を整備する。 (3) 事象シーケンス評価手法の開発 ① 安全対策の整理及び事象シーケンス評価手法の開発 平成24年度に積雪を対象として安全対策を整理するとともに、事象シーケンスを評価 する。平成25年度に竜巻・強風を対象として安全対策を整理するとともに、事象シーケ ンスを評価する。平成26年度に降雨・火山噴火を対象として安全対策を整理するととも に、事象シーケンスを評価する。平成27年度に森林火災・重畳事象を対象として安全対 策を整理するとともに、事象シーケンスを評価する。また、4年間のまとめとして手法を 整備する。 ② 時間依存事象進展アルゴリズムに基づいた事象シーケンス評価手法の開発 平成24年度に既往研究から評価手法を調査し評価手法の概念を構築するとともに、評 価プログラムを作成する。平成25年度に適用性評価ができるように評価手法を開発し、 積雪への適用性を評価する。平成26年度に評価手法の改良を行い、強風への適用性を評 価する。平成27年度に評価手法の改良を行い、降雨への適用性を評価するとともに、4 年間のまとめとして手法を整備する。 (4) 研究推進 研究代表者の下で各研究項目間における連携を密にして研究を進めるとともに、広く意 見を聴きながら研究を進めるため委員会を開催する。 (5) まとめ・評価 平成24年度から平成27年度の4年間の成果をまとめる。