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TURVA-2012(フィンランド)

Safety Case for the Disposal of Spent Nuclear Fuel at Olkiloto - Synthesis 2012
December 2012, Posiva 2012-12, Posiva Oy

安全評価の方法論について

どうすればわかりやすく解説できるか考えつつ、作成中です




安全評価の進め方

セーフティケース開発のためのアプローチにおいて、設計基準の開発、処分場システムの性能評価、放射性核種放出につながるシナリオの作成及び評価が実施される(図8)。TURVA-2012セーフティケースでは、放射性核種の放出につながるシナリオの作成及び評価全体を「安全評価」と呼んでいる。

図8
図8 セーフティケースの開発に使用されるアプローチ

FEPの取り扱い

ポシヴァ社は、過去の経験や諸外国の知見を参考に、TURVA-2012セーフティケースでのFEPデータベースを作成している。FEPデータベースでは、関連性の高いFEPの体系的な分類とFEP間の相関関係が整理されている。

FEPは、処分システムの主要な構成要素、すなわち使用済燃料、キャニスタ、緩衝材、埋め戻し材、補助構成要素(シールやプラグ等)、地圏、地表環境に従って構成されている。また、外部FEPについても検討されている。これら各構成要素に関して、処分システムの変遷に影響を及ぼすFEPと放射性核種の移行にとって関連性の高いFEPが区別されている。

将来の変遷

FEPは、処分場システム自体及びサイトの自然条件の将来の変遷を記述するために使用される。各期間で生じる主な変化は次の通りである。

1.処分場の閉鎖まで(処分場の建設及び操業期間)

  • 掘削の影響
  • 地下開口部からの排水
  • 使用済燃料による熱の発生

2.処分場閉鎖後10,000年

  • 使用済燃料からの熱の発生による地下水流動場への影響

3.処分場閉鎖後のより長期的な期間

  • 気候変動(氷期と間氷期の循環)

規制指針YVL D.5では、評価が必要な厳密な時間枠を規定してはいない。しかしながら、ポシヴァ社は、10,000年までの期間については、人間の生活習慣、必要栄養量及び代謝は変わらないと仮定して十分な信頼度で放射線被ばく線量を評価することができる、また、処分場システムの安全機能の順守及び地表環境への放射性核種の放出については、処分場閉鎖から100万年後まで合理的な評価を行うことができると考えている。

シナリオ

処分場システム及び地表環境の変遷や性能には不確実性が存在する。こうした不確実性が存在することから、安全評価において、一定範囲のシナリオを作成し、解析することが必要となる。

TURVA-2012セーフティケースの放射性核種放出計算に使用するシナリオは、“処分場システム”と“地上環境”に関する様々な変遷に基づくものであり、前者と後者のそれぞれにシナリオ分類を定義している。

A)規制要件からのシナリオ区分

図9
図9 規制指針YVL D.5にしたがったシナリオ分類

フィンランドの規制指針YVL D.5は、セーフティケースにおいて予想される変遷シナリオと長期安全性を損なう発生の見込みの低い事象の両方を解析することを求めており、3種類のシナリオ分類(基本シナリオ、バリアント・シナリオ、擾乱シナリオ)を提示している。TURVA-2012セーフティケースでは、規制指針YVL D.5にしたがって、図9に示すようなシナリオ分類がなされている。

  • ベースシナリオ:最も発生の見込みが高い変遷(性能目標及び安全機能が満たされる状況のもの)が取り扱われる。その一方で、1体または複数のキャニスタが検出されずに残った貫通欠陥を伴う可能性が考慮に入れられている。これは排除することのできない偶発的逸脱の一つとしてとらえられている。
  • バリアント・シナリオ:合理的に発生が見込まれ、様々なバリアの1件あるいは複数の安全機能の性能が低下する状況が取り扱われる。
  • 擾乱シナリオ:発生の見込みは低いと見なされるものの、その可能性を排除することはできない変遷が取り扱われる。

B)安全評価を行うシナリオ

安全評価を行うシナリオは、“処分場システムで起こる変遷” と “地上環境で起こる変遷” に分けて定義している。それぞれ「処分場システムシナリオ」と「地上環境シナリオ」と呼び、各々に、規制要件からのシナリオ区分(ベースシナリオ、バリアント・シナリオ、擾乱シナリオ)を対応付けている。

表4. 規制要件からのシナリオ区分と安全評価を行うシナリオ
  処分場システムシナリオ 地上環境シナリオ
ベースシナリオ 1件の初期貫通を伴う1体または複数のキャニスタが処分場に定置され、放射性核種の放出が起こる。 予想される気候変遷と地上環境の物理的な変化に基づく。将来の人間活動については現在の習慣に基づき様式化する。
バリアント・シナリオ キャニスタの安全機能の低下及び/または他のバリアの複数の安全機能の低下の組合せを考慮する。 湧出場所、海水位の変化、土地利用及び人間の習慣についての代替案を採用する。
擾乱シナリオ 発生の見込みの低い自然現象(大規模地震や緩衝材に著しい侵食を及ぼすような希薄融氷水の侵入等)や発生の見込みの低い人間活動に関する現象を考慮する。
  • B1) 処分場システム(で起こる)シナリオ
  • B2) 地上環境(で起こる)シナリオ
  • B3) 「処分場システムシナリオ」と「地上環境シナリオ」を組み合わせた解析・評価


B1) 処分場システム(で起こる)シナリオ

処分場システムに関するシナリオ作成に関するポシヴァ社のアプローチは、最初に安全機能を特定し、そのうえで単独のFEPまたはFEPの組合せがこれら機能に及ぼす影響と予想される変遷における不確実性の影響を考慮に入れるというものである。

シナリオのそれぞれについて、生じ得る放射線学的影響を解析するために、計算ケースを定義している。様々な仮定やデータに関する不確実性は、これらの計算ケースで使うモデル及びパラメータ値を変えて設定することで考慮に入れている。

表5. 処分場システムシナリオの分類と計算ケース
シナリオ 内容 計算ケース
ベースシナリオ 直径1mmの貫通欠陥を伴う1体または複数のキャニスタが処分場内に存在するという偶発的な逸脱が生じる。
  • BS-RC
    (レファレンス・ケース)
  • BS-LOC1
  • BS-LOC2
  • BS-ANNFF
  • BS-TIME
バリアント・シナリオ 1:腐食に起因する形で初期欠陥が徐々に拡大する。
  • VS1-BRACKISH
  • VS1-HIPH
  • VS1-HIPH_NF
2:初期貫通欠陥はない(銅製キャニスタの壁は35mmと薄い):緩衝材の侵食が生じ、その後に4体のキャニスタが腐食する。
  • VS2-H1
  • VS2-H2
  • VS2-H3
  • VS2-H4
擾乱シナリオ AIC:インサート腐食速度の増大(定置から1,000年後に初期欠陥を伴う欠陥キャニスタのインサートが腐植を開始する。)
  • AIC-LI
  • AIC-TI
RS:岩盤剪断(定置から40,000年後及び155,000年後に岩盤剪断の結果として単数または複数のキャニスタが破損する。)
  • RS1
  • RS2
RS-DIL:岩盤剪断後の緩衝材の侵食(岩盤剪断の結果として、単数または複数のキャニスタが破損する事象に続き、イオン強度が低い水が利用可能になった時点で緩衝材に侵食が生じる。)
  • RS1-DIL
  • RS2-DIL


B2) 地上環境(で起こる)シナリオ

地上環境には安全機能が割り当てられていないため、地上環境に関するシナリオ作成に関するポシヴァ社のアプローチは、処分場システムに関するものとは幾分異なっており、複数の“信憑性のある変遷の道筋”で構成される概念を使用する。すなわち、予想される気候変動(ただし、地上環境シナリオの評価期間は処分後10,000年に限定されており、気候は現状のまま維持されると仮定する。)と地上環境の物理的な変化(例えば、海水準の変動や自然生態系の推移)に基づくものであるが、将来の人間活動については現在の習慣に基づいて様式化されたアプローチを採用している。

地上環境シナリオの解析では、生物圏計算ケースを定義している。計算ケースの設定においては、様々な仮定及びモデルに関する不確実性と、モデル内で適用されたパラメータ値に関する不確実性及び変動性を考慮している。

表6. 地上環境システムシナリオの分類と計算ケース
シナリオ 内容 計算ケース
ベースシナリオ 海水位の変化に起因する陸地環境の変化(土地の隆起等)を考慮するが、気候のタイプと人間の習慣は変化せず、現状のまま維持される仮定。
  • BSA-RC
    (レファレンス・ケース)
バリアント・シナリオ VS(A):地上環境への湧出場所
  • VS(A)-SOUTH1
  • VS(A)-SOUTH2
VS(D):土地利用(井戸)
  • VS(D)-WELL
  • VS(D)-NO_WELL
VS(E):生物圏コンパートメントにおける代替放射性核種移行経路(生物圏の陸上及び水中コンパートメント内の代替放射性核種移行経路が、一定数の陸上及び水中プロセスに影響を及ぼす。)
  • VS(E)-RNT1
VS(F):被ばく特性(人間の食習慣)
  • VS(F)-FINDIET
  • VS(F)-VEG
VS(G):複合シナリオ
  • VS(G)-COMBI
擾乱シナリオ DS(D):被ばく特性
  • DS(D)-HABITAT
DS(F):意図的でない人間侵入
  • DS(F)-HI-CANISTER-D
  • DS(F)-HI-CANISTER-G
  • DS(F)-HI-BUFFER-D
  • DS(F)-HI-BUFFER-G
  • DS(F)-HI-BACKFILL-D
DS(G):深層井戸  


B3)「処分場システムシナリオ」と「地上環境シナリオ」を組み合わせた解析・評価

フィンランドにおける放射線防護に関する定量的な規制基準は、「生活環境」への各核種の放射能放出(地圏-生物圏フラックス)及び年線量(最も被ばくを受ける人々への年線量及び人々への平均年線量)で表わされる。また、植物及び動物に対する線量の評価も要求されており、TURVA-2012で計算される安全指標は、

  • 地圏-生物圏フラックス
  • 年線量
  • 動植物への吸収線量率

から成る。なおポシヴァ社は、図10に示すように、全ての計算ケースで線量計算が必要となるわけではないとしている。フィンランドの規制では、定量的な評価は評価の時間枠の終わりまで継続する必要はなく、より短い期間に限定することもできることを示唆している。

フィンランドの規則は人間、植物及び動物に対する線量の評価も要求しており、その評価は十分な信頼性を持った評価が実施可能な期間(少なくとも数千年)にわたって行うべきであると勧告が述べられている。この勧告ーの対応としてポシヴァ社は、10,000年までの期間を線量基準時間枠(dose criteria time window)としている。線量基準時間枠内での地表環境への放出が見積られた計算ケースについては、生物圏のモデル化を実施し、その結果を『生物圏評価』(Biosphere Assessment)で報告している。

Posiva_2012-09-F2-2_ja.png
図10 様々な計算ケースに対する計算のエンドポイント


モデル及びデータの設定

TURVA-2012セーフティケースでは、セーフティケースの裏付けとなる解析にとって必要なモデルを次の4つのカテゴリに分類している。

  • 気候モデル:気候の変遷と気候に起因する様々なプロセスを記述するモデル。
  • 処分場システムの性能評価モデル:処分場システム変遷の主な推進力となるFEPを表現するために必要なモデル。
  • 放射性核種放出モデル:ニアフィールドから地圏を経て地上環境に至る放射性核種の移行解析に使用するモデル。
  • 生物圏評価モデル:地上環境における放射性核種の移行解析に使用するモデル。

これらのモデルは、初期条件と境界条件、さらには異なるモデルに対しても一貫した方法で入力モデルを設定しており、互いに関連性がある。したがって、あるモデルからの出力を別のモデルへの入力として使用することが可能となっている。

a) 気候モデル

Posiva_2012-12-F5-1_ja.png
図11 気候の変遷モデル

a-1) 気候変動モデル

  • 気候の変遷と次の氷河作用の開始時期に影響を及ぼす主な要素として、地球の軌道の変動及びそれに関連する日射量の変動、大気中のCO2濃度の変動が挙げられる。氷床モデル(SICOPOLIS)と地球-システムモデル(CLIMBER-2)を組み合わせた気候シミュレーション解析を行い、12万年の時間スケールでの気候状態を見積もっている。
  • モデル化の結果は、様々な気候シナリオの定義、永久凍土のモデル化、地下水流動のモデル化、オルキルオト・サイトにおける地上環境変遷のモデル化に対する入力情報として使用されている。

a-2) 永久凍土モデル

  • 永久凍土の発達(永久凍土の深さ、等)をモデル化するものである。永久凍土発達の主な原動力は、当該サイトにおける気候条件の変遷である。地下水の塩分濃度及び水圧の原因となる熱伝達と凍結を検討することで、地下水飽和状態にある基盤岩の凍結及び融解をモデル化している。
    • このモデルは特定の将来の気候変遷を表現するために使用されており、モデル化の結果は、放射性核種放出シナリオ作成のため、また地下水流動モデル化への入力として使用されている。

a-3) 地殻の隆起モデル

  • 地下水流動モデル化のための地殻の隆起と地上環境の推移をモデル化している。岩盤は氷床の重さに反応し、前進する氷床周縁部の前面においては隆起が、氷床の前進中には陥没が、氷床の後退時及びその後には隆起が起こる。氷による荷重は、当該サイトの岩盤応力、水理地質学的状況、水理地球化学的状況に影響を及ぼす。
  • このモデルに重要な入力情報は、海岸線の移動データと地殻の厚さに関するデータである。

b) 処分場システムの性能評価モデル

Posiva_2012-12-F5-2_ja.png
図12 性能評価に使用されるモデルの概要

性能評価の目的は、人工バリア・システムの挙動を評価すること、また特に処分場システムの変遷(操業期間、高温期間と処分場の飽和、温暖な気候、永久凍土及び氷期)における様々な条件下で、性能目標が満たされ、母岩条件が目標特性と整合性を保っていることを確認することである。性能評価に使用されるモデルの概要を図12に示す。気候及び気候に起因するプロセスのモデル化で得られる永久凍土の深さ及び氷床の厚さと、生物圏評価モデルからの結果が、処分場システムの性能評価に適用されている。

  • 地圏の変遷に関するモデル(地圏の水理学的変遷、水理地球化学的変遷、及び岩盤力学的変遷のモデル化)は、流量、流動経路、地下水の組成、応力状態、地下開口部(定置坑道及び定置孔を含む)周辺岩盤の損傷、さらには亀裂沿いの剪断変位の見積もるために使用される。
  • 閉鎖部分の変遷に関するモデルは、閉鎖材の劣化とそれに伴うアルカリ性浸出液の放出が検討される。
  • 緩衝材及び埋め戻し材の力学的及び水理学的変遷、地球化学的変遷、そして機械的腐食及び化学的侵食のモデル化により、緩衝材の質量喪失、間隙水の組成及び透水係数に関する見積もられる。
  • キャニスタの初期欠陥、キャニスタの腐食、キャニスタの力学的変遷及びクリープのモデル化により、キャニスタ性能全体の見積もりがなされる。
  • 処分場システム全体を対象として、熱変遷モデルがある。

c) 放射性核種放出モデル

Posiva_2012-12-F5-4_ja.png
図13 処分システムにおけるモデル及び情報の流れ

放射性核種放出シナリオの解析に使用される大部分のモデルにおいて、破損したキャニスタから放出される放射性核種は水中に溶け込み、処分場のニアフィールドを通過し、地圏を通って生物圏へと運ばれるとしている。なお、一部の計算ケースでは、ガス及びコロイドが媒介する移行も考慮に入れられている。放射性核種は処分場のニアフィールドから地圏へと移動する、地圏から生物圏へのみ移動することができる、と仮定されておりその逆は生じないものとしている。

処分場システムにおける放射性核種の放出、保持及び移行のモデル化は、「ニアフィールドの放出、保持及び移行のモデル化」と「地圏での保持及び移行のモデル化」の2段階に分けて実行されている。図13に、様々なモデルと、ニアフィールド及び地圏のモデル化における情報の流れを示す。

c-1) 放射性核種インベントリ

使用済燃料キャニスタ内部の放射性核種インベントリは、(i)燃料マトリクス、(ii)粒界及び隙間、(iii)構造物質(ジルコニウム合金とその他の金属部分)に割り当てられる。キャニスタが破損して燃料と水が接触した後で、粒界、隙間及び腐食しつつある金属に存在する放射性核種インベントリが、溶液内に比較的迅速に放出されると仮定している。

c-2) 核種の移行挙動

Posiva_2012-12-F5-6_ja.png図14 定置坑道軸に平行な定置孔の中心を通る鉛直区画内のニアフィールド・モデルの主要な特徴

放射性核種は、放出された後でキャニスタ内の水に溶解するものと、またそれぞれの溶解限度に達した場合には沈殿するものと、仮定されている。ニアフィールドの主要な保持プロセスと移行プロセスは、溶解限度、収着、拡散、そして定置坑道及びEDZの場合には移流であると、仮定されている。計算ケースの大半において、放射性核種は、キャニスタ内部の空洞空間から周囲の緩衝材を通じて拡散し、収着によって遅延させられ、次の3通りの経路を通じて定置孔から外に出ると仮定している。(図14)

  • F経路:キャニスタから緩衝材を通って、定置孔と交差する母岩の亀裂に至る。
  • DZ経路:キャニスタから緩衝材を通って直接に、または損傷域(定置孔を取り巻いていると仮定される領域)を経由する形で、定置坑道のEDZに、そしてそこからEDZと交差する母岩の亀裂に至る。
  • TDZ経路:キャニスタから、緩衝材を通って定置坑道の埋め戻し材に、さらにはそこから定置坑道と交差する母岩の亀裂へと至る。

c-3) 地圏における移行プロセス

Posiva_2012-12-F5-7_ja.png図15 透水性亀裂における主要な保持及び移行プロセス

地圏における中心的な移行プロセスは亀裂沿いの移流であり、マトリクス拡散と収着による遅延の対象になると仮定されている(図15)。なお、収着パラメータの定義については『処分場システムに関するモデル及びデータ報告書』 1) で説明されている。

d) 生物圏評価モデル

Posiva_2012-12-F5-8_ja.png
図16 生物圏評価プロセスの概要

図16に、生物圏評価プロセスの概要を示す。生物圏評価プロセスは、6つのサブプロセスから構成される。

d-1) 生物圏の記述

  • サイトでの環境研究及びモニタリング、当該サイトにおける地上環境の現状の科学的統合化のまとめ(「生物圏の記述(Olkiluoto Biosphere Description 2012)報告書」)、そして安全解析のためのサイト及び地域固有のデータの作成(「生物圏データの基礎(Safety case for the disposal of spent nuclear fuel at Olkiluoto - Data Basis for the Biosphere Assessment BSA-2012)報告書」)が含まれている。

d-2) シナリオの作成

  • 対処すべき変遷の道筋と計算ケースが定義されている。

d-3) 地上環境の推移

  • 地上環境の推移サブプロセスでは、現在の条件に関する知識に関連するFEPを使用し、また過去の地域的な推移を外挿することにより、地上環境の将来の推移を予想することを目標としている。
  • 地上環境の将来の推移は、地勢及び生態系の推移のモデル化(TESM:詳細は「地勢及び生態系の推移のモデル化(Terrain and Ecosystem Development Modelling)」報告書を参照)と地上及び浅層部の水理学的なモデル化(SHYD:詳細は「地上及び浅層部の水理学的なモデル化(Surface and Near-surface Hydrological Modelling)」報告書を参照)を用いて評価されている。
  • TESMでは、生じ得る放出がそこに到達するまでの期間とそれ以降の期間について、土地隆起に起因する変化と地上環境内のそれ以外の変化のシミュレーションが行われる。
  • SHYDモデルは、オルキルオト・サイトにおける水収支成分を研究するために使用できるツールである。

d-4) スクリーニング解析

  • 生物圏評価のためのモデル化作業には、放射線学的な影響全体に対して有意の寄与を行い得る放射性核種を特定するためのスクリーニング・プロセスが含められる。スクリーニング解析では、放射線学的影響が無視できるレベルであるため、複雑なランドスケープ・モデルを用いたそれ以上の解析から除外できると高い信頼度をもって判断できる放射性核種を特定するために、2階層のアプローチを使用している(IAEA GSR Part4の要件1に即した段階的なアプローチ)。
  • 計算結果が起こり得るいかなる放射線学的影響をも間違いなく過大評価したものとなるよう、スクリーニング・モデルには高水準の保守性が組み込まれている。

d-5) ランドスケープ・モデル化

  • ランドスケープ・モデルは、時間依存性の、サイト固有の放射性核種移行モデルであり、動的なものとしてのサイトの様々な特性が考慮される。ランドスケープ・モデルは、地上環境推移サブプロセスに設定されている生物圏オブジェクトによって構成されている。
  • ランドスケープの設定により、ランドスケープ・モデルの初期状態と、それが時間の経過とともにどのように推移するのかが明らかになり、地上環境の推移とランドスケープ・モデル化とを結び付けるタスクとなる(図13参照)。複数の生物圏オブジェクトの間の連結は、現在(初期状態)から線量評価時間枠の終了点までの期間を対象とした地勢予想から導出される。これらの連結により、複数の生物圏オブジェクトが水理学的にどのように連結されるかが、すなわち、一つのオブジェクトが別のオブジェクトの上流にあるか下流にあるかが、決定されることになる。

d-6) 放射線学的影響解析

  • 放射線学的影響の解析においては、空間的に分布し、時間依存性であり、放射性核種固有のものである環境媒体内の放射能濃度(ランドスケープ・モデル化によって割り出されたもの)が使用される。その目的は、生じ得る放射線学的影響を人間への年間線量と植物及び動物への吸収線量率の形で算出することにある。
  • こうして算出された年間線量及び吸収線量率は、STUKが定義した放射線防護規準に照らして評価される。

不確実性の取り扱い

指針YVL D.5では、次のことが要求されている。

「安全解析に組み込まれる不確実性は、適切な方法(例えば、感度解析または確率論的方法)によって評価されるものとする。セーフティケースには、安全規準の順守に関する信頼水準の評価が、さらには信頼水準に対して最も大きな寄与を行う不確実性の評価が、含まれるものとする。」

①計算ケース

計算ケースを作成する際には、全ての不確実性及び不確実性の組み合わせが検討される必要がある。その一方で、不確実なモデル仮定及びパラメータ値の一部の組み合わせについては、それらがきわめてきわめて見込みの低いか信憑性のない結果に対応するものであることを理由に、除外することができる。TURVA-2012セーフティケースでは、下記の4種類の計算ケースを設定している。これらケースの全てが、決定論的に分析されている。

  • 1件の「レファレンス・ケース」:基本シナリオの一つのモデル・リアリゼーションとなるもの。レファレンス・ケースのモデル及びデータは、ほとんどの場合、現実的であるか、適度に慎重なものとして選択されている。すなわち、放射線学的な影響は過小評価されないが、極端な過大評価も起こらないようにされている。
  • 複数の「感度ケース」:レファレンス・ケースを基準として、代替モデル及びデータを組み込んだものであり、依然として基本シナリオやバリアント・シナリオの範囲内にとどまっている。この感度ケースの分析により、モデル及びデータ不確実性の効果が明らかにされる。
  • What-if」ケース:主として擾乱シナリオのモデル表現である。これらのWhat-ifケースのモデル及びデータは、発生の見込みの低い事象及びプロセスを表現するものとして選択される。
  • 複数の「補足ケース」:モデル化されるシステムまたはサブシステムのより良好な理解を促すものとして設計されている。

保守性及び発生の見込みに関する検討を行うことで、処分場システムに関する高度に保守的/発生の見込みの低いケースと、生物圏に関する高度に保守的/what-ifケースの組み合わせは回避されている。

②確率論的感度解析(PSA)

放射性核種の放出及び移送に関する計算に使用されるパラメータの多くが、幾つかの重要な不確実性による影響を受ける。決定論的に指定された個別の計算ケースを使用し、確率論的感度解析(計算ケースの決定論的評価を補完するもの)行うことで、パラメータの不確実性による影響を判断している。TURVA-2012セーフティケースにおいては、PSAは処分場システムの基本シナリオを対象に実行されている。

1)
Safety case for the disposal of spent nuclear fuel at Olkiluoto - Models and Data for the Repository System 2012
srsr/turva-2012/methodology.txt · 最終更新: 2014/03/25 10:26 by sahara.satoshi

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