フォルスマルク及びラクセマルにおけるKBS-3処分場の長期安全性 − SR-Canプロジェクト 主要報告書、TR-06-09、SKB社(2006年10月)
SKB; Long-term safety for KBS-3 repositories at Forsmark and Laxemar - a first evaluation Main Report of the SR-Can project, SKB TR-06-09 (October 2006)
<if group == tidb>SR-Can Main Report (SKB TR-06-09)</if>
スウェーデンにおける高レベル放射性廃棄物の処分概念(KBS-3システム)では、使用済燃料をキャニスタに封入する施設(キャニスタ封入施設)と、その処分場(使用済燃料処分場)の2つの施設が必要である。建設許可申請には、施設の操業に関する安全報告書のほか、処分の長期安全性に関する安全報告書(SR: スウェーデン語で Säkerhetsredovisningという。)が必要である。
SKB社が『研究開発実証プログラム2004』(2004年9月)で提示した処分事業計画では、キャニスタ封入施設の建設許可申請を2006年に、使用済燃料処分場の建設許可申請を2008年に提出する計画であった。SKB社は、キャニスタ封入施設についてはSR-Can(Canはキャニスタを意味する)、使用済燃料処分場についてSR-Siteと呼ばれる長期安全性の評価報告書を取りまとめる計画であった。しかし、研究開発実証プログラム2004の審査過程において、使用済燃料の処分には2つの施設が共に必要不可欠であるため、2施設の建設許可申請を別々に審査・決定すべきではないという点が指摘された。
この指摘を受けてSKB社は2005年に申請書提出計画を修正し、その結果としてSR-Can報告書は、キャニスタ封入施設の建設許可申請を裏付ける安全報告書としての役割が外され、SR-Siteプロジェクトの準備段階の報告書と位置付けられた。したがって、SR-Canの呼称は、キャニスタ封入施設との関連を想起させるが故に適切なものではなくなったが、進行中の評価プロジェクト名称(SR-Canプロジェクトは2002年に開始)の変更が困難であったため、変更することなくSR-Canという名称が用いられている。なお、SKB社はキャニスタ封入施設の建設許可申請を2006年11月に行っている。
SR-Can報告書は、最終処分場申請を裏付ける長期安全性の評価報告書を取りまとめるSR-Siteプロジェクトの準備段階の報告書(言い換えると、試行版)である。SR-Can評価の目的は、
とされている。
注記:SKIとSSIは2008年7月に統合し、放射線安全機関(SSM)となっているが、ここではSR-Canの取りまとめ当時の状況でまとめている。
SR-Can安全報告書の全体は、右の図に示すように3階層をとっている。最上位(第1レベル)にある『SR-Can主要報告書』(SR-Can Main Report)が評価全体の総括報告書である。第2レベルには9つの主参考資料(Main references)があり、SR-Can評価で行われるステップに対応する報告書がある。第3レベルには、第1または第2レベルの報告書で参照される参考資料(Additional references)である。
規制上のリスク基準の遵守については、どのキャニスタも定置後数千年間続く温暖期の損傷はないと評価された。 放射線防護機関(SSI)規定したリスク基準については、フォルスマルクとラクセマルの処分場は予備解析の結果から適合すると評価されたが、ラクセマルの 処分場については、モデルの水理的な解釈が処分場の候補領域外のデータに基づいており、明確に結論できるためには代表的なデータで評価する必要がある。
対象廃棄物はスウェーデンの原子炉から発生する使用済燃料であり、1999年と2005年に運転を停止したバーセベック1号機と2号機を除き、全ての原子炉の運転期間を40年間とする使用済燃料の総量は9,300トンと推定されている。SR-Canの評価では、将来的なスウェーデンの原子力プログラムの見通しをもとに、6,000体のキャニスタ(約12,000トンの燃料相当)を収容する処分場を想定している。
使用済燃料はキャニスタに封入して処分される。キャニスタは、鋳鉄製インサートと銅製アウターシェルの二重構造である(長さ約4.8m、直径1.05m)。アウターシェルの厚さは5cmである。インサートは BWR 用と PWR 用の2種類が検討されており、BWRの場合は12体、PWRの場合は4体の燃料集合体を収納する。
処分概念は、鋳鉄製インサートを有する銅製キャニスタに使用済燃料を収納して縦置きで定置し、その周囲をベントナイトで取り囲む人工バリア構成をもつKBS-3処分概念に基づいており、キャニスタは地下500mの母岩中に処分する(Figure 4-2)。
SKB社は、2002年よりスウェーデン南東部のフォルスマルク(エストハンマル自治体)とラクセマル(オスカーシャム自治体)の2カ所でサイト調査(地上からのボーリング調査を含む)を行っている。SR-Can安全評価は、これら2つの処分場候補地を対象として、サイト調査の初期段階で取得した地質データを用いて実施された。
フォルスマルクとラクセマルのいずれの候補地とも、フェノスカンディアと呼ばれる古い大陸性の地殻の上に位置しており、岩盤は19.5~17.5億年前(古原生代)に形成された結晶質岩である。
安全評価の形式、内容、並びに処分場の安全性を判断する基準は、原子力発電検査機関(SKI)と放射線防護機関(SSI)の以下の規制文書(規則と一般勧告)に定められている。
安全評価の指標となる線量はSSIの規則(SSI FS 1998:1)に規定されており、人間の健康の防護について「閉鎖後における有害な影響の年リスクは、最大のリスクに曝されるグループの代表的な個人の場合で10-6を超えない」とするリスク基準の遵守によって実証されなければならないとされている。「有害な影響」は発癌と遺伝性欠陥のことを意味し、放射線被ばくの結果として生じる有害な影響の確率は、国際放射線防護委員会(ICRP)が1990年に発行したPublication 60で示されている確率を用いて計算することをSSI規則で定めている。
SSIの一般勧告(SSI FS 2005:5)では、ICRP Publication 60(1990年)に示されている、実効線量をリスクに換算するための係数は1シーベルト当たり7.3%であることが述べられている。この係数を用いると、10-6/年のリスク限度は約1.4×10-5Sv/年(14μSv/年)の実効線量に相当することになる。
SSIの規則と一般勧告によると、以下に示すリスク解析・線量評価の結果を示すことが必要である。(※SSI FS 1998:1及び2005:5では処分事業者が提示すべき各解析・評価を指す特別な略号は使われていないが、このページの説明では便宜上A1~A3と表記している。)
リスク解析を行う期間について、SSIは「使用済燃料または他の長寿命原子力廃棄物の処分場については、十分に予測可能な外的影響を例証するために、リスク解析は少なくとも約10万年、または氷期1サイクルに当たる期間を含むべきである」とし、「リスク解析の期間は、最大でも100万年とし、処分場の防護能力の改良可能性についての重要な情報をもたらす限りの期間まで拡張されるべきである」と勧告している。
リスク基準の適用についてSSIは、10万年(大まかな目安であり、氷河作用などが処分場の防護能力を例証できるような形で選択されるべき年数)以降では、「個人リスクに関する基準に対して、計算されたリスクの値を厳格かつ定量的に比較することは意味をなさない」としている。
SKIは一般勧告(SKIFS 2002:1)において、「安全評価におけるシナリオは、外部条件と内部条件の組み合わせが処分場の性能にいかに影響するかの記述から構成される」という考え方を示している。
このような考え方により、SKIは一般勧告において、“処分場の性能に重要な影響をもつ様々なシナリオ”は以下の3つのカテゴリ(※SKIFS 2002:1では各カテゴリを指す特別な略号は使われていないが、このページの説明では便宜上S1~S3と表記している。)に分類されるとしている。
この分類は、処分場の安全性立証における各シナリオの扱われ方・性質を解説したものであり、個別具体的なシナリオを定めたものはない。逆に言えば、SKIは処分事業者に対し、各カテゴリに属するシナリオの具体的内容、安全性立証において当該シナリオを採用する理由(つまり、3カテゴリのいずれかに割り当てた、その理由)を説明することを求めている。
«SKIFS 2002:1の一般勧告より»主要シナリオは、外部条件の予測される変遷に、及び内部条件に関する現実的な想定に、またはそうする理由がある場合には悲観的な想定に、基づくべきである。その将来の外部事象については、安全評価の対象期間における発生確率が非常に高いか、または発生確率が低いことを示すことができないものから構成されるべきである。更に、その内部条件については、製造上の欠陥及びその他の不備の発生に関する根拠ある想定を含めて、可能な限り、信用できる仮定(credible assumptions)に基づいたものであるべきであり、このことによって処分場のバリア機能の解析が可能となる(例えば、廃棄物容器が長期間、密封されていることを常に前提とすることは、たとえこのことが最も確率が高いことを示すことができるとしても十分でない)。主要シナリオは、不確実性がいかに影響するかの解析の出発点として使用されるべきであり、このことは、主要シナリオの解析にもかなり数の計算ケースが含まれることを意味する。
«SKIFS 2002:1の一般勧告より»発生確率の低いシナリオは、シナリオの不確実性の評価のために用意されるべきである。これには、主要シナリオにおける事象の進展が異なるバリエーションのほか、バリアが損害を受けるような将来の人間活動を考慮したシナリオ(処分場に侵入する人間が受ける損害は、下記の「残余シナリオ」で例証される)が含まれる。発生確率の低いシナリオの解析においては、主要シナリオの枠内で評価されないような不確実性の解析が含まれるべきである。
«SKIFS 2002:1の一般勧告より»残余シナリオには、とりわけ個々のバリア及びバリア機能の重要性を例証するために、確率とは無関係に選択されて調査される事象の進展及び条件が含まれるべきである。残余シナリオには、処分場に侵入する人間が受ける損害を例証するケースのほか、閉鎖されていない処分場が監視されずに放置された結果を例証するケースも含まれるべきである。
SKB社は、SR-Canの安全評価を、以下の主要10段階からなる手順に沿って実施している。
① 考慮すべき要因の特定(FEPの処理)
② 初期状態の記述
③ 外部条件の記述
④ プロセスの記述
⑤ 安全機能、安全機能指標、安全機能指標基準の定義
⑥ インプットデータの集成
⑦ 基本的変遷の定義と解析
⑧ シナリオの選択
⑨ 選択されたシナリオの解析
⑩ 結論
安全評価において全ての因子が検討されることを確実にするために、最初のステップとして、解析に含めることが必要なあらゆる要因を特定する。この作業では、長期安全性に係わる処分システムの特性、発生しうる事象、進行するプロセスを抽出して、それらをFEP(特性・事象・プロセス)データベース化している。SKB社が以前に実施した安全評価 SR97(1999年)では、プロセスマトリクスという表形式で整理する方法を用いていたが、SR-Can安全評価ではFEPデータベースを利用することによって要因抽出の確実性と網羅性を高めている。
SKB社は、SR97の成果をFEPデータベース形式に再整理し、OECD/NEAの国際FEPデータベースに含まれている海外のデータベースと比較し、すべての関連因子が考慮されていることが確実であるようにしている。SKB社のFEPデータベースには、KBS-3処分概念(SKB社が採用している処分概念)には直接的に関係しないFEPも含まれている。
SR-Can安全評価を進めるためにSKB社は、FEPデータベースの部分集合として、KBS-3処分概念で取り扱う必要があるすべてのFEPを分別整理することにより“SR-Can FEPカタログ”を作成している。このカタログの分類は“初期状態FEP”、“内部プロセスFEP(プロセスと状態変数に分割)”、“外部影響FEP”などであり、それぞれの情報セットが確実に得られるような分類方法を採用している。
このようなFEPの取り扱いは、SR-Can安全評価における“不確実性への取り組み”の一つでもある(下記参照)。
SR-Can安全評価は、SKIの一般勧告に従って、「処分場の将来の変遷に影響を与える可能性がある事象及び条件に関係するシナリオを確認し、記述する」ために使用された方法についての説明を試行したものである。SR-Can安全評価において、SKB社が選定したシナリオを表1に示す。
以下では、SKB社が用いたシナリオ導出方法について、以下の2つに分けて解説する。
SKB社は、SKIの一般勧告で示されている「①主要シナリオ」、「②発生確率の低いシナリオ」、「③残余シナリオ」の各カテゴリに属する具体的なシナリオを選択した過程を示すために、次のような段階的な作業を行っている。
SKB社は、KBS-3処分概念の主要安全機能は放射性物質の隔離と核種移行遅延であるとし、処分場システムの各構成要素がもつ役割(安全機能)、その役割を計るための指標(安全機能指標)、その指標がクリアすべき条件(安全機能指標基準)の検討結果を示している。
SKB社は、処分場の基本的変遷の解析を行った上で、キャニスタが初期状態で備えるトレランスに基づいて主要シナリオを設定している。具体的には、主要シナリオでは“最初の10万年間はキャニスタ損傷の発生はない”という想定である。10万年以降では一部の処分孔内(緩衝材部分)が移流条件となり、その結果としてキャニスタの銅製アウターシェル、鋳鉄製インサートが順に腐食・貫通して核種放出に至る、と想定している。SKB社は、キャニスタの腐食損傷発生数について、
として解析をおこなっている。
なお、主要シナリオは、以下の二つの気候変遷について設定されている。
追加シナリオは、主要シナリオに含まれていない不確実性を例証するためにSKB社が選択したものであり、安全機能の喪失を導く可能性がある要因の解析に基づいて選ばれている。SKB社は「キャニスタの安全機能が喪失するシナリオ」(3種類)と「緩衝材の状態」(4種類)の組み合わせにより、追加シナリオを導出している。
SR-Can安全評価においてSKB社は、これらの組み合わせで得られるシナリオの解析結果を示すと共に、各シナリオが「発生確率が低いシナリオ」または「残余シナリオ」のいずれのカテゴリに分類されるかの判断結果を示している。SKB社は「発生確率の低いシナリオ」カテゴリ(=リスク解析に含めることが必要なシナリオ)に属するものは以下の2つがあるとし、他のシナリオは「残余シナリオ」に分類している。
SKB社はSR-Can安全評価において、将来の人間活動に関連して評価すべきシナリオ(Future Human Actionsから、 FHAシナリオと呼ばれている)を以下のような手順で選定する考えを示している。
「人間活動の技術的分析」では、人間活動が処分場に及ぼす影響の観点から、熱的影響(T)、水理学的影響(H)、力学的影響(M)、化学的影響(C)に分類し、処分場の安全機能に対する潜在的な影響を検討している。「社会的要因分析」では、将来に破壊的行為が実施される原因と、一般的知識や規制といった現代の社会的諸条件について検討している。これらの検討を踏まえて、SKB社はSR-Can安全評価においては、代表的ケースとして以下の3つを挙げている。ただし、SR-Can安全評価では、最初に挙げている「ボーリングによるキャニスタの貫通」ケースについてのみ、線量計算ケースを設定して評価結果を示しているにとどまっている。
なお、SKIの一般勧告では「残余シナリオ」として、「処分場へ侵入する人間に対する損害」を例証するケースと「監視されずに放置された処分場」の被害影響を例証するケースの評価結果の提示が勧告されているが、SR-Can安全評価ではSKB社は後者のケースは検討していない。
評価対象地点(フォルスマルクとエストハンマル)の岩盤特性や地下水流動の形態は、複数のモデル化手法を組み合わせてモデル化している。
DFNモデルは、亀裂をもつ岩盤を様々な半径と方向をもつ仮想的な円形亀裂の集合で表現し、仮想円形亀裂面が相互に交差している部分を辿ったネットワークが優先的な地下水流動経路となると見なすモデルである。仮想亀裂の方向や半径によって、地下水流動の方向や流量が模擬される。DFNモデルを利用することにより、岩盤特性に備わる異方性を多孔質媒体モデルに取り入れたものを“ECPMモデル”としている。
SR-Can安全評価における核種移行解析フローは、SR-Can安全報告書のFigure 10-12に示されている。移行解析の全体的な概要は以下のようになっている。
キャニスタの損傷発生形態(モード)として、以下の4つの形式(モード)を検討している。SR-Can安全報告書では、これらの損傷モードの概要をFigure 10-2で説明している。(※SR-Can安全報告書ではキャニスタ損傷モードを指す特別な略号は使われていないが、このページの説明では便宜上M1~M4と表記している。)
これらの損傷モードのうち、M2とM3は、主要シナリオ及び追加シナリオで解析しているシナリオで用いられている。シナリオを設定するにあたり、キャニスタ損傷の発生数や発生時期の推定には、サイト条件のモデル化に使用しているDFNモデル手法を利用している。
ランドスケープモデルは、生態系の空間分布(生物圏)を複数のコンパートメント(区画)から構成されるネットワークとしてモデル化したものである。各コンパートメントには、沿岸、沼地、森林、農耕地、湖、海の生物圏オブジェクト(biosphere object)を割り当てる。各コンパートメントに割り当てる生物圏オブジェクトを変えることにより、地表景観(ランドスケープ)の変遷を描写する(例えば、海 → 沿岸 → 農耕地 → 森林)。コンパートメント・ネットワークは、核種放出点の経時変化と生態系の経時変化をすべて扱えるような複雑さをもつように構成する(Forsmarkは25個、Laxemarは26個のコンパートメントでモデル化)。
生物圏をランドスケープモデルで扱うことにより、放射性核種の生物圏全体での蓄積・分布状況の経時変化を現実的に表現する。例えば、海底の泥に蓄積していた核種が後になってから陸地に現れ、農耕地の土壌となって放射線源として被ばくに寄与する状況が考慮される。
ただし、ランドスケープモデルでは、井戸利用による被ばくは分けて扱っている。これは、井戸利用は地表に放出される前の地下水利用の形態であり、地表景観に依存しないためである。
ランドスケープモデルとして模擬された生物圏に、地圏から放射性核種が1Bq/yで放出されると仮定する。この生物圏において最大被ばくを受けるグループの実効線量を計算することにより、線量換算係数(単位:Sv/y per Bq/y)を評価している。
SR-Can安全評価では、ランドスケープモデルを用いたシミュレーション結果から、LDFを以下の4期間について設定している。井戸利用シナリオで評価された線量換算係数がランドスケープモデルでの求められた値よりも大きい場合には、LDFの値は井戸利用シナリオで算出された値を設定する。
SKB社はSR-Can安全評価において、“安全評価の目的(purpose、なぜ安全評価を行うのか)は、不確実性の取り扱い方(マネジメント)を左右するものである”と述べた上で、安全評価を行う目的として次の2つをあげている。
第1の目的について、十分な安全裕度を確保できるならば、多くの不確実性を悲観的に取り扱うことで目的を概ね達成できる。しかしながら、第2の目的については、処分場の安全性にとって重要な不確実性因子を明らかにし、詰め切っていない設計部分をどのように決定していくべきかを検討するために、洗練されたマネジメントが必要となるとの見解を述べている。
SKB社は、安全評価において取り組むべき不確実性を、以下のように分類している。
SKB社は、使用済燃料の処分場の建設許可申請に添付する安全報告書(SR-Site)では、その結論部分において、安全評価結果に対する“信頼度の声明文”(Statement on the confidence)を提示する意向である。SKB社は、安全評価の結果に対する信頼度(confidence)の議論には、安全評価の“完全性”あるいは“包括性”が問題を含まれるとの認識であり、次の2つの質問に対する回答を用意することが必要である、と考えている。
これら2つの事項を確実にすべく成された取り組みは、安全評価での不確実性への取り組みに関する説明と重なると認識されている。SKB社は「SR-Canでの評価は包括的なものである一方、厳密な意味での完全性は決して証明し得ない」と考えており、「完全性が達成されないとして、たとえば重要な有害プロセスの特定を保証するためのあらゆる努力にもかかわらず、それが特定されないまま残るとした場合の考えうる影響を議論するのが妥当である」という考え方を述べている。SR-Can安全評価の段階では、その最も極端な例として「安全機能が早期に、かつ完全に喪失する場合の影響を議論する」という案を提示しているにとどまっている。
SR-Can安全評価で行われている解析結果のうち、“処分場の安全性立証に求められる解析・評価”への対応として提示されているシナリオの評価結果を整理する。スウェーデンではリスク解析が求められているが、ここでは線量での評価結果を先に示し、その後リスク評価の結果を示す。
緩衝材の浸食の結果として、処分孔内で移流条件が優勢となった場合に発生する、銅(キャニスタ)の腐食に起因する損傷。イオン強度が低い氷河融水によって、ベントナイト緩衝材がコロイド化して流出・浸食される。キャニスタが地下水と接触できるようになると、水に含まれる硫黄とメタン成分により、銅製アウターシェルの腐食が進行する。アウターシェルが腐食貫通した後、鋳鉄製インサートが腐食が進み、貫通すると核種放出に至る。
銅製アウターシェルの腐食: キャニスタの側面部分において、キャニスタの半周分が幅35cmの帯状にわたって均一に腐食する。
鋳鉄製インサートの腐食: 銅製アウターシェルが腐食貫通した後、インサート部が腐食貫通するまでの時間は、1,000年から10万年の間の三角形状分布で10万年にピークを持つと仮定している。このため線量評価の結果は、統計処理を行った後のものである。以下に示すFigure 12-14と12-15で示されている線量の経時変化は、1万回の個別計算(10,000 realisations)で得た値を平均したものである。
フォルスマルクに処分場を設置した場合の線量評価結果は、Figure 12-14に示されている。黒線(図中ではCase A)が「主要シナリオ」に相当、赤線(図中ではCase B)が「発生確率の低いシナリオ」に相当する。(いずれも、太線が地圏での核種移行を考慮した計算結果、細線は考慮していない計算結果である。)
大規模な地震(例えば氷期サイクルの退氷期に発生する)によって引き起こされる、岩盤剪断運動にともなってキャニスタが損傷する。岩盤の剪断面がキャニスタと交差するように発生すると仮定し、銅製アウターシェルと鋳鉄製インサートが同時に損傷する。この損傷モードの発生確率は低いが、完全に排除することはできない。⇒ 「発生確率の低いシナリオ」としての想定
キャニスタの剪断破壊が生じるシナリオの線量評価は、Figure 10-51に示されている。黒太線がフォルスマルク、赤太線がラクセマルについて評価した結果である。
SSI一般勧告(SSI FS 2005:5)によると、将来の人間活動に関して、処分場の損傷による放射線量を評価・算定する必要があり、侵入者自身が受ける影響を評価する必要はない。
SKB社はSR-Can安全評価においては、将来の人間活動の代表的ケースとして以下の3つを挙げている。ただし、SR-Can安全評価では、最初に挙げている「ボーリングによるキャニスタの貫通」ケースについてのみ、線量計算ケースを設定して評価結果を示しているにとどまっている。
「キャニスタを貫通するボーリング実施後における現場周辺での公衆被ばく」シナリオでは、放射線被ばくに至る2つの経路(汚染源)を考えている。それぞれの被ばく経路による線量評価結果を右に示す。
いずれの評価でも、キャニスタを貫通するボーリングが実施される時期は、処分場の閉鎖後300年以降としている。
SR-Can安全報告書では、フォルスマルクおよびラクセマルの年間個人リスクの総和は、Figure 13-2に示されている。
SKB社が2006年10月に取りまとめたSR-Can安全評価報告書『フォルスマルク及びラクセマルにおけるKBS-3概念処分場の長期安全性-最初の評価』(TR-06-09)に対して、規制機関である原子力発電検査機関(SKI)及び放射線防護機関(SSI)が合同でレビューを行い、2008年3月にレビュー報告書を公表している。
レビュー報告書においてSKI/SSIは、SR-Canのレビューを「規制当局とSKB社の事前協議プロセスの一環として行われたもの」との認識を表明している。
SKI/SSIはレビューの観点として以下の3つの観点を挙げ、各観点について独立したレビューを行うために3つの国際レビューチームを組織し、レビューを委託している。
SKI/SSIは、サイト調査対象自治体(エストハンマルとオスカーシャム)、環境法典に基づく審査(環境裁判)に関与する環境団体にもSR-Canに対する意見提出を依頼している。これらの意見を踏まえて、SKI/SSIは独自の評価を行って約150ページのレビュー報告書を取りまとめている。なお、SKI/SSIのレビュー報告書の中心は、SKB社のSR-Canに対するコメントであるが、国際レビューチームから受けたコメントに対する見解(同意見とするもの/同意しないものの両方)も表明する形式をとっている。
SR-Canが正式な許可申請に係わる安全評価ではなく、サイト記述が2カ所でのサイト調査(地上からのボーリング調査)の初期段階時点で得た限りのデータに基づいた限定的かつ予備的なものであることに留意して、サイト記述モデルについては詳細なレビューや規制独自の解析を行っていない。また、2カ所でのサイト候補地の優劣に結びつく判断を避けているほか、SKB社が提案する処分概念(KBS-3)に基づく処分場の安全性や放射線防護に関する判断も差し控えている。
SKI/SSIは、全体を通したレビュー結果の結論を以下の5つに要約している。