コアボーリング調査と溶融凝固層の破砕
1982年7-8月に実施された上部プレナムと炉心上部のビデオ調査（Quick Look）[1]、それに引き続いて実施された圧力容器ヘッド内と上部プレナム構造物のQuick Scan等のUnderhead Characterization[2,3,4]、1983年8月の炉心上部空洞のTopography調査[5]、1984年6-7月の圧力容器ヘッド撤去[6]、1984年12月の上部プレナム構造物のジャッキアップと1985年5月の上部プレナム構造物の撤去[7]、圧力容器ダウンカマーを通じて挿入された小型カメラによる下部プレナム周辺部のビデオ調査[8]、等の内部調査やデブリ取り出しに向けた準備作業で得られた知見、初期のデブリ取り出し作業（1985年10月～1986年6月）中に得られた炉心上部や炉心周辺の燃料やデブリの残留・堆積状態に関する知見[9,10]、および、制御棒駆動機構のリードスクリューサンプル[11]、炉心上部に堆積していたルースデブリサンプル[12]、炉心下部プレナム周辺から回収された下部プレナムルースデブリサンプル[13]、等の分析結果、さらに、これらの知や事故時に計測系で得られたデータ等に基づく事故進展解析[14]、により、1986年6月の段階でのTMI-2事故炉の炉内状況は、図１に示す炉内状況推定図にまとめられた[14]。
他方、1982～83年にかけて、Quick Look調査等の結果を受けて、デブリ取り出し作業への知見提供と事故進展の理解の観点で、以降の事故炉調査計画（炉心下部、下部プレナム、炉内構造物、下部ヘッド、RCS系、などを対象としたAccident Evaluation Program（AEP））がとりまとめられ[15]、初期のデブリ取り出し進捗や下部プレナム調査の結果を受けて改定された[16]。それらの検討において、炉心下部から下部プレナムにかけての燃料破損状態、デブリ堆積状態、構造物の損傷状態の調査が重要であり、コアボーリング法による調査が有力であることが提案された。これを受けて、1984年にコアボーリング装置の設計が開始され、1985年に製作・現地搬入が行われた[17]。
燃料デブリ取り出しに関しては、炉心上部の内部調査結果やルースデブリの分析結果に基づいて、長尺ツールやデブリバケツを用いた機械的な取り出し方式と真空吸引方式を併用した方法が採用され、それらの方式で燃料デブリを回収する設備・機器が設計・製作・設置された。これらの設備・機器を用いて、取り出し初期には、上部格子板からぶらさがっていた上部端栓や燃料集合体上部、上部ルースデブリ、周辺燃料集合体の一部、等の取り出しが進められ[17,18]、1986年6月までに、上部ルースデブリはほぼ回収が終了した。取り出しの過程で、炉心周辺に残留していた燃料集合体の内側で、当初はルースデブリと想定されていた部位に、馬蹄形リング構造と称される凝集物状のデブリが堆積していることが明らかになった[19]。この段階では、図１に示すように、炉心中央から下部にかけて溶融凝固層（内部に空洞が存在する可能性）と切り株燃料集合体が存在し、さらに溶融凝固層の一部（約15～20トン）は移行経路不明だがLCSAを通過して下部プレナムに移行したと推定されていたが、炉心下部から下部プレナムにかけてのデブリ堆積・分布状態については不確かさが多く残されていた。そこで、デブリ取り出し作業をいったん中断して、コアボーリング調査が行われることとなった[18,20]。さらに、コアボーリング調査の結果を参照しつつ、クラスト層とそれらにはさまれた溶融凝固層については、コアボーリング装置を利用して破砕し、機械的な回収方式と真空吸引方式を併用して回収されることとなった。この方針を受けて、コアボーリング調査後すぐにクラスト層と溶融凝固層の予備的な破砕作業が行われた[18]。
事故進展理解・デブリふるまいの観点では、1986年6月時点（ボーリング調査の直前）での、主な未解明事項は、炉心・燃料崩落の物理的なメカニズム、下部プレナムへのデブリ移行メカニズムと移行ルート、炉心下部構造物（LCSA: Lower Core Support Assembly）と炉心上部構造物（UCLA: Upper Core Support Assembly）の損傷状態、下部ヘッドから挿入されているインコアモニターとその案内管の損傷状態、下部ヘッドの損傷状態、下部プレナムに移行したデブリの冷却状態と下部ヘッド内面との熱伝達状態、炉心下部と下部プレナムに残留・堆積していた燃料・デブリ中のFP保持と放出の程度、さらに、内部調査で得られた知見と事故時の熱水力条件との関連付け、などであった[21]。コアボーリング調査の結果を受けて、主に炉心下部から下部プレナムにかけての事故進展・デブリふるまいの理解が精緻化され、炉内状況推定図が改定された（図２）[22]。
本項目では、コアボーリング調査の概要と、コアボーリング調査に引き続き1986年下期に実施された、クラスト層と溶融凝固層の破砕作業（スイスチーズ化）の概要をまとめる[18,21,22]。
参考： Quick Look調査
参考： 圧力容器ヘッド取り外し
参考： 上部プレナム構造物取り外し
参考： 下部プレナム内部調査
参考： 上部ルースデブリの分析データ
参考： 下部プレナムデブリサンプルの分析
参考： コアボーリングサンプルの分析
参考： 事故進展に伴うデブリ移行挙動
参考： TMI-2事故炉の内部調査計画
参考： デブリ取り出し工法の変遷
コアボーリングによるサンプリング計画
1986年6月時点で、デブリふるまいと分布について不確かさが多く残された事象は、損傷炉心物質の下部プレナム移行のメカニズム、LCSAや下部プレナムの計装管および下部ヘッドの損傷程度、炉心部と下部プレナム部のデブリの堆積状態（冷却能）、FP放出ほデブリ中の保持、であった。TMI-2炉のAccidsent Evaluation Programで選定されたコアボーリング法を用いて、炉心中央から下部、LCSA領域、下部プレナムの調査が行われた[23]。図３に、ボーリング調査位置の検討結果を示す[24]。,,,,
コアボーリング装置の概要
[25]
参考文献
[1] Quick Look Inspection Report on the Insertion of a Camera into the TMI-2 Reactor Vessel, GEND-030, 1983.
[2] The Cleanup of Three Mile Island Unit 2 A Technical History 1979 to 1990, EPRI NP-6931.
[3] Three Mile Island Accident of 1979 Knowledge Management Digest, NUREG/KM-0001, Supplement 1, 2 and 3, USNRC, 2020.
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[9] G.R. Skillman, TMI２号機でのデブリ取り出しの経験、1F廃炉への教訓、NDF第７回福島第一廃炉国際フォーラム、2023年8月28日、講演資料
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[16] E.L. Tolman, J.M. Broughton, R.K. McCardell, S. Langer, R.R. Hobbins, W.F. Domenico, P.R. Davis, TMI-2 Accident Evaluation Program, EGG-TMI-7048, 1986.
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[19] M.L. Russell, TMI-2 Core Horseshoe Ring Examinations, GEND-INF-083, 1987.
[20] U.S. Department of Energy, Three Mile Island Research and Development Program, 1988 Annual Report, GEND-064, 1989.
[21] R.K. McCardell, M.R. Martin, E.L. Tolman, R.P. Smith, Preliminary Results of the TMI-2 Core Bores, INEL-NUREGCP-0082, 1986.
[22] E.L. Tolman, R.P. Smith, M.R. Martin, R.K. McCardell, J.M. Broughton, TMI-2 Core Bore Acquisition Summary Report, EGG-TMI-7385, 1987.
[23] M.L. Russell, R.K, McCardell, M.D. Peters, M.R. Martin, J.O. Carlson, J.M. Broughton, TMI-2 Accident Evaluation Program Sample Acquisition aand Examination Plan, EGG-TMI-7132, 1986.
[24] D.W. Akers, C.S. Olsen, B.A. pregger, TMI-2 Core Bore Examinations, vol. 1, GEND-INF-092-V1, 1990.
[25] E.L. Tolman, R.P. smith, M.R. Martin, R.K. McCardell, J.M. Broughton, TMI-2 Core Bore Acquisition Summary Report, EGG-TMI-7385, rev. 1, 1987.