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“平成24年度 地層処分技術調査等事業 高レベル放射性廃棄物処分関連
平成 24 年度 地層処分技術調査等事業 高レベル放射性廃棄物処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術 高度化開発 報告書 平成 25 年 3 月 独立行政法人日本原子力研究開発機構 本報告書は，経済産業省資源エネルギー庁からの委託事業として、独立 行政法人日本原子力研究開発機構が実施した平成 24 年度地層処分技術調 査等事業（高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評 価技術高度化開発）の成果を取りまとめたものである。 要 旨 本事業は，平成 24 年度地層処分技術調査等事業（高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層 処分概念・性能評価技術高度化開発）として，経済産業省資源エネルギー庁から独立行政法人日 本原子力研究開発機構が受託したものである。 本事業では，平成19年度から5年程度（平成23年度段階で，本事業は一年間延長され平成24年度 まで継続される予定となった）の期間において，軽水炉サイクルから先進サイクルまでを対象と した地層処分概念と性能評価技術の高度化開発を行い，これら処分技術の信頼性と地層処分の安 全性の一層の向上を図るとともに，廃棄物管理の観点からサイクルシステム全体も視野に入れた 最適化検討に資する技術として構築することを目的とした。 この目的のもとに，まず，軽水炉サイクルから発生する高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体） や地層処分対象のTRU廃棄物を主な対象として，「(1) 先進的地層処分概念の開発」及び「(2) 性 能評価技術／処分概念最適化技術の開発」を行った。次に，これらの技術を適用・拡張し，高速 炉等の導入といった将来的な核燃料サイクルから発生する廃棄物に対しても合理性と柔軟性をも った処分を可能とするために，「(3) 先進サイクルシステムに対応した処分概念／性能評価技術の 開発」を進めた。この中では，包括的な廃棄物管理の観点から，核燃料サイクル全体から発生す ると考えられる高レベル放射性廃棄物やTRU廃棄物を含めた様々な廃棄物を対象とした検討を行 った。そのうえで，それらを一連の技術要素として統合するとともにその利用を支援する環境と してシステム化した。 ここで，平成24年度は本事業の最終年度であることから，平成19年度より上記課題(1)～(3)とし て検討を行ってきた廃棄物特性評価，処分概念，性能評価及び最適化に係わるそれぞれの技術を 実用に供する形で成果を取りまとめることを明確にするために，課題(3)をより包括的に「(3)先進 的処分概念／性能評価技術の開発」と再設定し実施した 平成19年度は，主に既存技術の調査と本事業で対象とする上記3つの研究課題に対する適用可能 性の検討を行い，それを通じて重要課題を抽出し研究開発計画を策定した。平成20年度は，既存 の情報の集約及び3つの研究課題のそれぞれについて要素技術の開発を開始するとともに，要素技 術のプロトタイプの作成に向けての課題を明らかにした。それらを踏まえて，平成21年度は，要 素技術の開発を段階的に進めるとともに，平成22年度～平成23年度にその改良・高度化を行った。 本年度は，本事業の最終成果物とする実用版に向けて，平成21年度～平成23年度にプロトタイプ として開発・改良した技術のそれぞれについて，具体的な事例への適用等を通じた技術の改良・ 高度化と使いやすさに留意した実用版の整備を行った。 本年度の主な成果を以下にまとめる： (1)「先進的地層処分概念の開発」の成果は次のようにまとめられる。 平成 21 年度にプロトタイプとして開発し平成 23 年度までに改良を行った処分概念情報のデ ータベース（処分概念データベース）及び処分概念の適用性評価や改良・創出を支援するフレ ーム（処分概念適用性評価支援フレーム）に対して，実用版としてユーザーとって使いやすい ものとするための機能やコンテンツの見直し・高度化を行った。具体的には，処分概念データ ベースについては，データベース完成後の運用，管理を見据えた管理機能の追加構築，情報へ のアクセス性の向上及び情報の構造や意味の明確化を，支援フレームに沿って行う作業での処 分概念に係わる情報の参照の効率化にとくに重点をおきながら進めた。また，処分概念適用性 i 評価支援フレームについては，まず，支援フレームを利用した処分概念の分析・選定の具体的 な作業内容をユーザーに明確に提示できるようにすることを目的に，ユーザーが行う可能性の ある作業を，目的や成果の意義等に応じて類型化し，典型的なパターンとして整理した。その うえで，それぞれのパターンに対する支援フレームを用いた具体的な作業内容を，マニュアル 及び事例としてユーザーが参照しやすい形で整理した。 これらにより，処分概念データベース及び処分概念適用性評価支援フレームを，処分概念 評価技術の体系として実用に供する形で整備することができた。 (2)「性能評価技術／処分概念最適化技術の開発」の成果は次のようにまとめられる。 性能評価統合技術については，平成21年度にプロトタイプとして開発し，平成23年度までに 改良を行ったweb上で既存の解析事例の閲覧のみならず解析実施とレポーティングまでを実施 することが可能なHTML形式の電子性能評価レポート（e-PAR）の技術について，実用版とし てユーザーとって使いやすいものとするための見やすさや操作性の見直し・高度化を行った。 具体的には，画面デザイン，機能メニューの構成，解析結果の出力機能についてユーザーが直 観的に理解し操作できるようにするための見直し・高度化を行うとともに，ユーザーがパラメ ータ等を変更した核種移行解析を行う際にひな形として活用できる事例の拡充を行った。 課題探索的性能評価技術については，課題探索支援フレームの適用事例として平成23年度ま でに行ってきた次世代性能技術の開発に向けての検討を取りまとめ，事例として整理した。 最適化技術では，平成21年度までに一般化して構築し，平成23年度までに手順や支援ツール の改良と事例検討を通じての適用性の確認を行った最適化プロセスについて，実用版としてユ ーザーにとって使いやすいものとするための計算機支援ツールの見やすさや作業内容の記録 保存機能の見直し・高度化を行った。 これらにより，性能評価技術の体系と最適化技術の体系を実用に供する形で整備することが できた。 (3)「先進的処分概念／性能評価技術の開発」の成果は次のようにまとめられる。 廃棄物の特性に関する情報の分析や評価について，平成 21 年度にプロタイプとして開発し， 平成 23 年度までに改良を行ったサイクル条件に応じた廃棄物特性を柔軟に評価するツール （廃棄物特性定量評価ツール），廃棄物特性情報のデータベース（廃棄物特性データベース）， 廃棄物特性の処分場面積や安全性への影響を評価するツール（廃棄物管理モデル）に対して， 実用版としてユーザーとって使いやすいものとするための機能やコンテンツの見直し・高度化 を行った。具体的には，廃棄物特性定量評価ツールについては，ユーザーがパラメータ等を変 更した核種移行解析を行う際にひな形として活用できる事例の拡充を行った。廃棄物特性デー タベースについては，情報へのアクセス性の向上及び情報の構造や意味の明確化を図った。廃 棄物管理モデルについては，熱解析部分をフリーソフトにて実施できるようにすることで，ユ ーザーが利用しやすい環境を整備した。 最適化技術では，(2)で述べた最適化プロセスの整備や事例検討を踏まえ，ユーザーが検討経 緯の追跡性・透明性の確保しつつ新規の最適化検討を行うためのひな形として活用できる事例 の拡充を行った。 さらに，本事業の(1)～(3)の成果の統合（技術パッケージ化）とユーザーによる利用を支援・ 促進することを目的とする統合・利用支援環境について，平成 23 年度までに行った利用シナ リオの分析・整理等を踏まえ，利用シナリオに沿った(1)～(3)の成果（ツール，データベース 等）の利用を実現するポータルサイトを中心とする支援機能・環境の実装を行った。 これらにより，廃棄物特性評価技術の体系と統合・利用支援環境を実用に供する形で整備す ることができた。 ii 目 次 1. はじめに ................................................................................................................................................. 1-1 1.1 本事業の背景と目的 ..................................................................................................................... 1-1 1.2 本事業における研究の全体構造 ................................................................................................. 1-2 1.3 本年度の実施内容 ....................................................................................................................... 1-11 1.4 本報告書の構成 ........................................................................................................................... 1-13 2. 先進的地層処分概念の開発 ................................................................................................................. 2-1 2.1 全体的な取り組み方針と目標 ..................................................................................................... 2-1 2.1.1 本研究の目的 .......................................................................................................................... 2-1 2.1.2 本年度の実施内容 .................................................................................................................. 2-4 2.2 処分概念 DB の構築 ..................................................................................................................... 2-6 2.2.1 データベースシステムの改良及び情報の収集整理 .......................................................... 2-7 2.2.1.1 実用性向上のための改良 ............................................................................................... 2-7 2.2.1.2 情報の収集 ..................................................................................................................... 2-12 2.2.1.3 整理表の改訂 ................................................................................................................. 2-13 2.2.2 処分概念 DB の管理者向け機能の追加 ............................................................................ 2-25 2.2.3 利用マニュアルの整備 ........................................................................................................ 2-28 2.2.4 ステークホルダーの要求事項の分析とそれに基づく処分概念の検討 ........................ 2-29 2.3 処分概念適用性評価支援フレームの整備 ............................................................................... 2-34 2.3.1 本研究の目的と実施内容 .................................................................................................... 2-34 2.3.2 処分概念適用性評価支援フレームの概要 ........................................................................ 2-35 2.3.3 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順 ................................................................ 2-37 2.3.4 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順の実施支援 ............................................ 2-41 2.3.5 処分概念適用性評価支援フレームの適用事例 ................................................................ 2-49 2.4 まとめ ........................................................................................................................................... 2-56 3. 性能評価技術の高度化 ......................................................................................................................... 3-1 3.1 全体的な取り組み方針と目標 ..................................................................................................... 3-1 3.2 性能評価統合技術の開発 ............................................................................................................. 3-3 3.2.1 3.2.1.1 本研究の目的 ................................................................................................................... 3-3 3.2.1.2 本年度の実施事項 ........................................................................................................... 3-4 3.2.2 e-PAR の機能拡充 .................................................................................................................. 3-6 3.2.2.1 e-PAR の開発目的と全体像 ........................................................................................... 3-6 3.2.2.2 機能拡充の背景と目的 ................................................................................................... 3-9 3.2.2.3 e-PAR の画面デザイン・機能メニューの見直し・高度化 ..................................... 3-11 3.2.2.4 解析結果表示・出力に関する機能の強化 ................................................................. 3-14 3.2.2.5 e-PAR の管理機能の強化 ............................................................................................. 3-17 3.2.3 3.3 本研究の目的と実施事項 ...................................................................................................... 3-3 e-PAR 事例の拡充 ................................................................................................................ 3-22 課題探索的性能評価技術の開発 ............................................................................................... 3-26 3.3.1 本研究の目的と実施事項 .................................................................................................... 3-26 iii 3.3.1.1 本研究の目的 ................................................................................................................. 3-26 3.3.1.2 本年度の実施事項 ......................................................................................................... 3-28 3.3.2 事例検討 1：性能評価による地質環境情報の評価と合理的な設計の支援 ................. 3-31 3.3.2.1 本事例の概要と経緯 ..................................................................................................... 3-31 3.3.2.2 平成 24 年度の成果の概要 ........................................................................................... 3-32 3.3.3 事例検討 2：長期変遷を考慮した先進的生物圏評価技術の開発 ................................. 3-41 3.3.3.1 本事例の概要と経緯 ..................................................................................................... 3-41 3.3.3.2 本年度の実施事項 ......................................................................................................... 3-42 3.3.4 事例検討 3：量子化学計算手法の適用に係わる検討 ..................................................... 3-46 3.3.4.1 本事例の概要と経緯 ..................................................................................................... 3-46 3.3.4.2 性能評価上の問題への量子化学計算手法の適用事例 ............................................. 3-50 3.3.5 計算機技術の高度化に係わる検討 .................................................................................... 3-58 3.3.5.1 本事例の概要と経緯 ..................................................................................................... 3-58 3.3.5.2 本年度の実施事項 ......................................................................................................... 3-59 3.3.6 課題探索的性能評価技術の取りまとめ ............................................................................ 3-65 3.3.6.1 課題探索フレームの全体像 ......................................................................................... 3-65 3.3.6.2 解決策となり得る性能評価手法の知識ベースの整備 ............................................. 3-66 3.3.6.3 課題探索の各ステップにおける具体的な検討方法の取りまとめ ......................... 3-69 3.3.6.4 課題探索の各段階における具体的な検討方法の適用性確認 ................................. 3-79 3.4 まとめ ....................................................................................................................................... 3-80 4. 燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための技術開発 ......................................... 4-1 4.1 全体概要 ......................................................................................................................................... 4-1 4.1.1 全体的な取り組み方針と目標 .............................................................................................. 4-1 4.1.1.1 本研究の目的 ................................................................................................................... 4-1 4.1.1.2 本研究の目標 ................................................................................................................... 4-1 4.1.2 本年度の実施事項 .................................................................................................................. 4-4 4.1.2.1 廃棄物特性データベース ............................................................................................... 4-4 4.1.2.2 廃棄物特性定量評価ツール ........................................................................................... 4-4 4.1.2.3 廃棄物管理モデル ........................................................................................................... 4-5 4.2 廃棄物特性データベースの高度化 ............................................................................................. 4-6 4.2.1 本項目の目的と実施事項 ...................................................................................................... 4-6 4.2.2 4.2.2.1 機能高度化項目 ............................................................................................................... 4-7 4.2.2.2 機能高度化の内容 ........................................................................................................... 4-9 4.2.3 4.3 廃棄物特性データベースの機能の高度化 .......................................................................... 4-7 廃棄物特性データベースのコンテンツの拡充 ................................................................ 4-19 4.2.3.1 コンテンツ拡充項目 ..................................................................................................... 4-19 4.2.3.2 既存登録情報に係る拡充の内容 ................................................................................. 4-21 4.2.3.3 廃棄物特性定量評価ツール解析結果の新規登録 ..................................................... 4-23 4.2.3.4 廃棄物の固化技術に係る研究成果の新規登録 ......................................................... 4-25 4.2.3.5 影響伝播情報及び廃棄物区分・処分区分情報の新規登録 ..................................... 4-38 廃棄物特性定量評価ツールの高度化 ....................................................................................... 4-41 4.3.1 本項目の目的と実施事項 .................................................................................................... 4-41 iv 4.3.2 4.3.2.1 サイクルモデル構築支援，サイクル条件入力支援，解析実行支援の機能 ......... 4-45 4.3.2.2 出力確認支援，長期崩壊計算の機能 ......................................................................... 4-48 4.3.2.3 補助的機能 ..................................................................................................................... 4-50 4.3.3 4.4 廃棄物特性定量評価ツールの機能 .................................................................................... 4-43 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析事例の拡充 .................................................... 4-53 廃棄物管理モデルの高度化 ....................................................................................................... 4-60 4.4.1 本項目の目的と実施事項 .................................................................................................... 4-60 4.4.2 廃棄物管理モデルの整備と感度解析事例 ........................................................................ 4-61 4.4.3 廃棄物管理モデル以外の検討事例 .................................................................................... 4-68 4.5 まとめ ........................................................................................................................................... 4-72 5. 最適化技術の開発 ................................................................................................................................. 5-1 5.1 本研究の目的と実施事項 ............................................................................................................. 5-1 5.1.1 本研究の目的 .......................................................................................................................... 5-1 5.1.2 本年度の実施事項 .................................................................................................................. 5-3 5.2 最適化プロセスと支援ツールの整備 ......................................................................................... 5-5 5.2.1 最適化プロセスの概要 .......................................................................................................... 5-5 5.2.2 最適化プロセス支援ツールの高度化 ................................................................................ 5-12 5.2.3 事例ベースの整備方法 ........................................................................................................ 5-26 5.3 最適化問題の事例検討 ............................................................................................................... 5-29 5.3.1 事例検討の問題整理 ............................................................................................................ 5-29 5.3.2 事例検討 1：異種廃棄体定置最適化（No.4） ................................................................. 5-34 5.3.3 事例検討 2：核燃料サイクル全体としての合理化（No.9） ......................................... 5-51 5.3.4 事例検討 3：現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較（No.11） ........... 5-66 5.3.5 最適化事例ベース ................................................................................................................ 5-81 5.4 まとめ ........................................................................................................................................... 5-83 6. 統合・利用支援環境の開発 ................................................................................................................. 6-1 6.1 本研究の目的と実施事項 ............................................................................................................. 6-1 6.1.1 本研究の目的 .......................................................................................................................... 6-1 6.1.2 本年度の実施事項 .................................................................................................................. 6-3 6.2 利用シナリオの分析・整備 ......................................................................................................... 6-5 6.2.1 個別利用シナリオの分析・整備 .......................................................................................... 6-6 6.2.2 連携利用シナリオの分析・整備 .......................................................................................... 6-9 6.3 統合・利用支援環境の実装 ....................................................................................................... 6-12 6.3.1 統合・利用支援環境の構成と機能 .................................................................................... 6-12 6.3.2 ポータルサイト .................................................................................................................... 6-14 6.3.3 利用シナリオの利用支援 .................................................................................................... 6-17 6.3.4 ツール・データベースの利用支援 .................................................................................... 6-19 6.3.5 ツール・データベースの関連情報等の利用支援 ............................................................ 6-24 6.3.6 公開方法 ................................................................................................................................ 6-29 6.4 まとめ ........................................................................................................................................... 6-32 v 7. まとめ ..................................................................................................................................................... 7-1 謝辞 ............................................................................................................................................................ 謝-1 付録 1. 「先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発委員会」の実績 ............................. 付 1-1 付録 2. 「本事業成果のレビュー」の実績 ..................................................................................... 付 2-1 付録 3. ステークホルダー要求に対応する処分概念の検討 ......................................................... 付 3-1 付録 4. 処分概念適用性評価支援フレームのマニュアル類 ......................................................... 付 4-1 付録 5. 処分概念適用性評価支援フレームの事例ベース ............................................................. 付 5-1 付録 6. 課題探索的性能評価の事例 2 の詳細情報：生物圏評価の課題，対処方針 ................. 付 6-1 付録 7. 課題探索的性能評価の事例 3 の詳細情報：量子化学計算の本年度実施内容 ............. 付 7-1 付録 8. 課題探索的性能評価事例ベース ......................................................................................... 付 8-1 付録 9. 廃棄物の固化技術に係る研究成果事例ベース ................................................................. 付 9-1 付録 10. 低レベル放射性廃棄物の固定化技術に関する調査結果 ............................................. 付 10-1 付録 11. 最適化事例ベース ............................................................................................................. 付 11-1 付録 12. 統合・利用支援環境の利用シナリオ画面一式 ............................................................. 付 12-1 付録 13. 統合・利用支援環境のメニュー画面一式 ..................................................................... 付 13-1 付録 14. 用語集 ................................................................................................................................. 付 14-1 付録 15. 本事業で開発したツール，データベース ..................................................................... 付 15-1 vi 図 目 次 図 1-1 本事業の対象とする燃料サイクル ........................................................................................... 1-1 図 1-2 本事業における研究の全体構造 ............................................................................................... 1-2 図 1-3 「先進的地層処分概念の開発」に関する研究の構成 ........................................................... 1-3 図 1-4 「性能評価技術／処分概念最適化技術の開発」に関する研究の構成 ............................... 1-4 図 1-5 平成 23 年度までの「先進サイクルシステムに対応した処分概念／ 性能評価技術の開発」に関する研究の構成 ............................................................................ 1-6 図 1-6 本事業での技術成果の統合とその連携のイメージ ............................................................... 1-7 図 1-7 本事業の主な成果とその反映先 ............................................................................................... 1-8 図 1-8 本事業の全体スケジュール ....................................................................................................... 1-9 図 1-9 本報告書の構成と本事業における研究の全体構造の対応 ................................................. 1-13 図 2.1.1-1 処分概念評価技術の概要 ..................................................................................................... 2-3 図 2.2.1-1 改良前のトップページ ......................................................................................................... 2-8 図 2.2.1-2 改良後のトップページ ......................................................................................................... 2-9 図 2.2.1-3 廃棄物分類の定義ウィンドウ ........................................................................................... 2-10 図 2.2.1-4 改良後の処分概念の変遷の国別表示 ............................................................................... 2-11 図 2.2.2-1 処分概念の情報の新規登録画面 ....................................................................................... 2-26 図 2.2.2-2 処分概念の情報の更新履歴画面 ....................................................................................... 2-26 図 2.2.2-3 構成要素の削除操作におけるエラー ............................................................................... 2-27 図 2.2.2-4 管理者権限を有する利用者の一覧表示画面 ................................................................... 2-28 図 2.3.3-1 支援フレームの基本手順 ................................................................................................... 2-37 図 2.3.4-1 使い方ガイド ....................................................................................................................... 2-45 図 2.3.4-2 支援フレームの全体像 ....................................................................................................... 2-46 図 2.3.4-3 支援フレームにおける利用マニュアルと補助的情報の関係 ....................................... 2-47 図 2.3.5-1 H12 処分概念の処分孔竪置き方式.................................................................................... 2-51 図 2.3.5-2 ベルギーの概念 ................................................................................................................... 2-51 図 2.3.5-3 事例 1 での整理表の使い方（図 2.2.1-4 の抜粋） .......................................................... 2-53 図 3.1-1 性能評価技術の高度化の構成 ................................................................................................ 3-1 図 3.2.1-1 性能評価統合技術開発の目標 ............................................................................................. 3-3 図 3.2.1-2 性能評価統合技術の体系の最終目標イメージ ................................................................. 3-5 図 3.2.2-1 e-PAR に求められる要件と機能 .......................................................................................... 3-7 図 3.2.2-2 e-PAR の基本的な構成要素とそれらの関係 ...................................................................... 3-8 図 3.2.2-3 平成 23 年度版 e-PAR における複数オペレータの連携機能の例 ................................. 3-10 図 3.2.2-4 本年度版 e-PAR におけるユーザーニーズに配慮した 画面デザインの変更イメージ ............................................................................................ 3-12 図 3.2.2-5 複数オペレータを連携させた e-PAR における解析の進行度の表示イメージ ........... 3-12 図 3.2.2-6 本年度版 e-PAR の画面デザインの統一イメージ ........................................................... 3-13 図 3.2.2-7 本年度版 e-PAR における印刷用画面の表示機能のイメージ ....................................... 3-14 図 3.2.2-8 e-PAR 上での解析結果の表示・エクスポート機能のイメージ .................................... 3-15 図 3.2.2-9 e-PAR の解析結果の CSV 形式でのダウンロード・保存ファイルのイメージ .......... 3-15 図 3.2.2-10 解析結果グラフの詳細設定機能のイメージ ................................................................. 3-16 図 3.2.2-11 e-PAR 毎のアクセス・利用可能ユーザーの設定画面のイメージ .............................. 3-18 vii 図 3.2.2-12 e-PAR のアクセス・利用可能ユーザーの設定機能の具体例 ...................................... 3-19 図 3.2.2-13 e-PAR の状態遷移 .............................................................................................................. 3-20 図 3.2.2-14 e-PAR の公開設定の継承のイメージ .............................................................................. 3-21 図 3.2.2-15 e-PAR のメッセージ機能のイメージ .............................................................................. 3-21 図 3.2.3-1 e-PAR の画面上からのマニュアルへのアクセス方法 .................................................... 3-25 図 3.3.1-1 課題探索的性能評価技術のフレーム（課題探索フレーム） ....................................... 3-26 図 3.3.1-2 課題探索的性能評価技術の最終目標イメージ ............................................................... 3-29 図 3.3.2-1 潜在的課題 1 に対する問題解決の手順 ........................................................................... 3-36 図 3.3.2-2 小断層帯との位置関係に応じて分類したクラスに基づく 物質移行開始位置からの合計移行率最大値の比較 ........................................................ 3-37 図 3.3.4-1 問題分析のための時空間スケールの構造化（問題分析モデル体系） ....................... 3-46 図 3.3.4-2 ナノスケールの計算物理的な手法の概略の分類 ........................................................... 3-51 図 3.3.5-1 3 次元不均質流速場 ............................................................................................................ 3-60 図 3.3.5-2 ワークステーションの外観と Tesla C2075 の筐体への設置状況 ................................. 3-62 図 3.3.5-3 粒子の移流-拡散挙動の計算結果例 .................................................................................. 3-62 図 3.3.5-4 粒子数と計算結果例 ........................................................................................................... 3-62 図 3.3.5-5 粒子数と計算速度向上率αの関係 ................................................................................... 3-63 図 3.3.6-1 課題探索フレームの全体像 ............................................................................................... 3-66 図 3.3.6-2 「性能評価手法知識ベース」での分類・細分化 ........................................................... 3-67 図 3.3.6-3 「性能評価手法知識ベース」で項目毎にまとめた情報の具体例 ............................... 3-68 図 3.3.6-4 トップダウン的アプローチのイメージ ........................................................................... 3-69 図 3.3.6-5 トップダウン的アプローチにおける討論モデルの論証スキームの活用イメージ ... 3-70 図 3.3.6-6 潜在的課題の分類及び課題探索的性能評価の対象とすべき問題の設定の考え方 ... 3-71 図 3.3.6-7 創造的問題解決における種々の手法及び認知心理学的アプローチの位置づけ ....... 3-72 図 3.3.6-8 問題に含まれる難点（障害）と解決策の候補のマッピングの概念 ........................... 3-75 図 3.3.6-9 問題に含まれる難点の分類」の結果と性能評価手法知識ベースを 用いた性能評価手法の解決策の候補の抽出のイメージ ................................................ 3-75 図 3.3.6-10 問題に含まれる難点と解決策の候補のマッピングの例：物質移動モデル ............. 3-76 図 3.3.6-11 SWOT 分析用マトリクス ................................................................................................. 3-77 図 3.3.6-12 性能評価手法における Strength のキーワード ............................................................. 3-77 図 3.3.6-13 性能評価手法における Weakness のキーワード........................................................... 3-77 図 3.3.6-14 性能評価手法における Opportunity のキーワード ....................................................... 3-78 図 3.3.6-15 性能評価手法における Threat のキーワード ................................................................ 3-78 図 3.3.6-16 性能評価手法知識ベースにおける各手法の長所と短所の整理の例 ......................... 3-78 図 3.3.6-17 SWOT 分析用マトリクスのテンプレート ................................................................... 3-79 図 4.1.1.1-1 廃棄物特性評価技術の体系の最終目標イメージ .......................................................... 4-3 図 4.1.1.1-2 廃棄物特性評価技術の利用イメージ .............................................................................. 4-3 図 4.2.2.2-1 利用シーンに対応させた廃棄物特性データベースの構成 ........................................ 4-11 図 4.2.2.2-2 廃棄物特性データベースのメインメニュー ................................................................ 4-12 図 4.2.2.2-3 廃棄物特性データベースの「使い方ガイド」 ............................................................ 4-13 図 4.2.2.2-4 廃棄物特性データベースのサイクル一覧表示画面 .................................................... 4-15 図 4.2.2.2-5 廃棄物特性データベースの検索画面でのフリーワード検索候補の表示 ................ 4-16 図 4.2.2.2-6 データベースの画面上への説明文の配置の例 ............................................................ 4-17 viii 図 4.2.2.2-7 ポップアップ画面による説明文の提示の例 ................................................................ 4-18 図 4.2.3.2-1 特定の情報についてのポップアップでオリジナルの出典の表示例 ........................ 4-21 図 4.2.3.2-2 出典に記載されている情報の加工に関する情報の表示例 ........................................ 4-21 図 4.2.3.2-3 廃棄物発生量の一覧表示画面での換算係数の説明文の表示例 ................................ 4-22 図 4.2.3.3-1 本廃棄物特性データベースでの廃棄物特性定量評価結果の一覧表示 .................... 4-24 図 4.2.3.3-2 廃棄物特性定量評価ツール解析結果の「サイクル一覧表示」への登録 ................ 4-24 図 4.2.3.4-1 廃棄物特性データベースのトップメニュー（図 4.2.2.2-2 の再掲） ........................ 4-28 図 4.2.3.4-2 廃棄物特性データベースでの廃棄物の固化技術に係る研究成果のメニュー ........ 4-28 図 4.2.3.4-3 リン酸塩転換による乾式再処理廃棄物処理概念 ........................................................ 4-29 図 4.2.3.4-4 作製したガラスの研磨表面の光学顕微鏡写真 ............................................................ 4-31 図 4.2.3.4-5 各元素の規格化浸出速度 ................................................................................................ 4-32 図 4.2.3.4-6 ガラス試料表面の XPS スペクトル ............................................................................... 4-33 図 4.2.3.4-7 ガラス試料の結晶析出状況（XRD パターン） ........................................................... 4-34 図 4.2.3.4-8 浸出試験前後のガラス試料外観 .................................................................................... 4-35 図 4.2.3.4-9 浸出試験前後のガラス試料表面の析出物状況 ............................................................ 4-35 図 4.2.3.4-10 浸出試験時の溶出液の pH............................................................................................. 4-36 図 4.2.3.4-11 規格化浸出速度の鉄リン酸塩ガラスとホウケイ酸ガラスとの比較....................... 4-36 図 4.2.3.4-12 各元素の規格化浸出速度 .............................................................................................. 4-37 図 4.2.3.5-1 廃棄物特性データベースでの影響伝播に係る情報の一覧表示 ................................ 4-38 図 4.2.3.5-2 影響伝播の分析・整理結果の例 .................................................................................... 4-38 図 4.2.3.5-3 影響伝播の分析・整理結果の例 .................................................................................... 4-39 図 4.2.3.5-4 廃棄物特性データベースでの廃棄物区分・処分区分に係る情報の一覧表示 ........ 4-39 図 4.2.3.5-5 「IAEA の廃棄物区分／処分区分（表）」での情報の整理例 .................................... 4-40 図 4.2.3.5-6 「処分区分を軸とした整理」での情報の整理例 ........................................................ 4-40 図 4.3.1-1 廃棄物特性定量評価ツールの評価対象と解析の流れ ................................................... 4-41 図 4.3.1-2 廃棄物特性定量評価ツールのユーザーインターフェイス例（メイン画面） ........... 4-42 図 4.3.2-1 廃棄物特性定量評価ツールの主な機能，評価可能なサイクル， 主な入出力パラメータ ........................................................................................................ 4-43 図 4.3.2.1-1 廃棄物特性定量評価ツール：サイクルモデル構築支援機能（メイン画面） ........ 4-45 図 4.3.2.1-2 廃棄物特性定量評価ツール：サイクル条件入力支援機能，解析実施支援機能 .... 4-46 図 4.3.2.2-1 廃棄物特性定量評価ツール：出力確認支援機能（解析結果画面） ........................ 4-48 図 4.3.2.2-2 廃棄物特性定量評価ツール：長期崩壊計算機能（解析結果画面） ........................ 4-49 図 4.3.2.2-3 廃棄物特性定量評価ツール：解析結果検索機能 ........................................................ 4-49 図 4.3.2.3-1 廃棄物特性定量評価ツール：感度解析機能 ................................................................ 4-50 図 4.3.2.3-2 廃棄物特性定量評価ツール：バイリンガル機能 ........................................................ 4-51 図 4.3.2.3-3 廃棄物特性定量評価ツール：オンラインマニュアル，オンラインヘルプ ............ 4-52 図 4.3.3-1 廃棄物特性定量評価ツールでのガラス固化体のモデル ............................................... 4-54 図 4.3.3-2 廃棄物特性定量評価ツールでの使用済燃料のモデル ................................................... 4-54 図 4.3.3-3 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 1：発熱量） ................................ 4-55 図 4.3.3-4 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 1：放射能） ................................ 4-56 図 4.3.3-5 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 2：総発熱量） ............................ 4-58 図 4.4.2-1 サイクル条件から廃棄物特性，処分までの影響伝播の整理例 （高レベル放射性廃棄物） ................................................................................................ 4-61 ix 図 4.4.2-2 廃棄物管理モデルの概要 ................................................................................................... 4-61 図 4.4.2-3 熱解析モデル ....................................................................................................................... 4-63 図 4.4.2-4 熱解析ツールを用いた解析実施手順のフロー ............................................................... 4-64 図 4.4.2-5 ガラス固化体 1 本あたりの発熱量の経時変化 ............................................................... 4-64 図 4.4.2-6 熱解析の結果（第 2 次取りまとめの結果：坑道離間距離 6D のモデル）................. 4-65 図 4.4.2-7 熱解析の結果（本熱解析ツールの結果：坑道離間距離 6D のモデル）..................... 4-65 図 4.4.2-8 坑道離間距離と緩衝材内側の最高温度の関係 ............................................................... 4-66 図 4.4.2-9 感度解析の入力としたガラス固化体 1 本あたりの発熱量の経時変化 ....................... 4-67 図 4.4.2-10 感度解析の結果として得られる坑道離間距離と緩衝材内側の 最高温度との関係 ................................................................................................................ 4-67 図 4.4.3-1 TOCUP の構成 ..................................................................................................................... 4-69 図 4.4.3-2 「ライブラリ」の構成，記載フォーマット及び記載内容例 ....................................... 4-69 図 4.4.3-3 TOCUP での計算結果の例（TTB コードの移行率の出力） ......................................... 4-71 図 5.1.2-1 最適化問題の範囲の段階的拡張のイメージ ..................................................................... 5-3 図 5.2.1-1 最適化プロセスの全体的フレーム ..................................................................................... 5-5 図 5.2.1-2 問題分析プロセスの詳細手順と内容 ................................................................................. 5-6 図 5.2.1-3 最適化手法の選択ツリー ..................................................................................................... 5-9 図 5.2.1-4 適用性評価プロセスにおける解の評価手順 ................................................................... 5-11 図 5.2.2-1 最適化プロセス支援ツールの全体像 ............................................................................... 5-13 図 5.2.2-2 構造化（見える化）・問題認識共有支援機能 ................................................................. 5-14 図 5.2.2-3 知識共有・伝承機能 ........................................................................................................... 5-15 図 5.2.2-4 問題分析支援ツール上での処理流れ ............................................................................... 5-16 図 5.2.2-5 問題分析支援ツール：①最適化問題一覧画面例 ........................................................... 5-16 図 5.2.2-6 問題分析支援ツール：③使用変数設定画面例 ............................................................... 5-17 図 5.2.2-7 問題分析支援ツール：④-a 最適化問題全体（影響評価）画面例 ............................... 5-17 図 5.2.2-8 問題分析支援ツール：フロー図描画機能の高度化 ....................................................... 5-19 図 5.2.2-9 問題分析支援ツール：参考情報登録機能 ....................................................................... 5-20 図 5.2.2-10 問題分析支援ツール：エクスポート機能 ..................................................................... 5-21 図 5.2.2-11 問題分析支援ツール：インポート機能.......................................................................... 5-22 図 5.2.2-12 問題分析支援ツール：オンラインヘルプ機能 ............................................................. 5-23 図 5.2.2-13 最適化手法選択支援ツール：質問画面 ......................................................................... 5-24 図 5.2.2-14 最適化手法選択支援ツール：選択ツリー画面 ............................................................. 5-25 図 5.2.3-1 問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能 ....................................... 5-28 図 5.3.2-1 異種廃棄体定置最適化問題についての要因間の関係（構造図） ............................... 5-35 図 5.3.2-2 標準廃棄体 1 本あたりの発熱量の経時変化 ................................................................... 5-37 図 5.3.2-3 廃棄体の定置レイアウト ................................................................................................... 5-37 図 5.3.2-4 坑道の並びの有向グラフのフロー図でのモデル化（坑道本数最大 3 の場合） ....... 5-39 図 5.3.2-5 有向グラフのフローと坑道並び順の対応例：坑道並び順が bdc の場合 .................. 5-39 図 5.3.2-6 坑道 1 本あたりの廃棄体数に対する最小処分場面積 （総数・本数比率固定の場合） ........................................................................................ 5-42 図 5.3.2-7 坑道 1 本あたりの廃棄体数に対する最小処分場面積 （総数・本数比率任意の場合） ........................................................................................ 5-43 x 図 5.3.2-8 処分場面積最小解における廃棄体グループ c 及び d からなる 坑道の本数比率の分布例 .................................................................................................... 5-43 図 5.3.2-9 坑道並び順により面積が変化する場合：aabb と abab .................................................. 5-45 図 5.3.2-10 坑道並び順により面積が変化しない場合：ccdd と cdcd ............................................ 5-45 図 5.3.2-11 坑道並び順をランダムに設定した場合の処分場面積への影響の例（N=267）....... 5-47 図 5.3.2-12 面積最小解での総坑道長 ................................................................................................. 5-48 図 5.3.3-1 貯蔵～処分のスケジュールの合理化問題についての要因間の関係（構造図） ....... 5-52 図 5.3.3-2 廃棄物の放射能濃度分布の時間変化の概念図 ............................................................... 5-57 図 5.3.3-3 処分開始時間と処分速度の組合せに対する目的関数の変化 ....................................... 5-61 図 5.3.3-4 処分開始時間と処分速度の組合せに対するコストの効用関数の変化 ....................... 5-62 図 5.3.3-5 処分開始時間と処分速度の組合せに対する処分場面積の効用関数の変化 ............... 5-62 図 5.3.3-6 貯蔵期間の効用関数の処分開始時間と処分速度の組合せによる変化 ....................... 5-62 図 5.3.3-7 L1 廃棄物の処分速度 v1=100 の場合のコスト内訳 ........................................................ 5-63 図 5.3.4-1 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の 比較問題についての要因間の関係 .................................................................................... 5-67 図 5.3.4-2 各評価項目の内訳を考える際に想定した廃棄物の流れ ............................................... 5-70 図 5.3.4-3 非線形効用関数 ue(x;a) ....................................................................................................... 5-72 図 5.3.4-4 コスト（合計），処分場面積（合計） ，被ばく線量のデータ（燃料 tHM あたり） .. 5-74 図 5.3.4-5 三角グラフによる評価項目（コスト，処分場面積，被ばく線量）についての 目的関数の評価結果の表示方法 ........................................................................................ 5-75 図 5.3.4-6 重み比率を変えた場合の各サイクルの目的関数（線形ケース） ............................... 5-76 図 5.3.4-7 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（線形ケース） ................................... 5-76 図 5.3.4-8 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（非線形ケース 1） ............................ 5-77 図 5.3.4-9 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（非線形ケース 2） ............................ 5-78 図 5.3.5-1 事例ベースの内容イメージと事例ベース登録用レポート出力機能の 活用イメージ ........................................................................................................................ 5-82 図 6.1.1-1 統合・利用支援環境の全体像 ............................................................................................. 6-2 図 6.1.2-1 利用シナリオの具体化と役割のイメージ ......................................................................... 6-3 図 6.2.1-1 分岐シナリオのフローチャートの例：廃棄物特性評価技術 ......................................... 6-7 図 6.2.1-2 個別利用シナリオのフローチャートの例：廃棄物特性評価技術 ................................. 6-8 図 6.2.1-3 個別利用シナリオのフローチャートの凡例 ..................................................................... 6-8 図 6.2.2-1 複数のツールやデータベースを組み合わせた連携の案 ............................................... 6-10 図 6.2.2-2 連携利用シナリオの例：廃棄物特性評価技術を起点とするシナリオ ....................... 6-11 図 6.2.2-3 連携利用シナリオの例： 廃棄物特性評価技術を起点とするシナリオの中のサブシナリオ ................................ 6-11 図 6.3.1-1 統合・利用支援環境の全体像 ........................................................................................... 6-13 図 6.3.1-2 統合・利用支援環境のユーザーによる利用イメージ ................................................... 6-13 図 6.3.2-1 統合・利用支援環境のトップ画面 ................................................................................... 6-15 図 6.3.2-2 統合・利用支援環境での検索機能 ................................................................................... 6-15 図 6.3.3-1 統合・利用支援環境での個別利用シナリオの利用の流れ ........................................... 6-17 図 6.3.3-2 統合・利用支援環境での連携利用シナリオの利用の流れ ........................................... 6-18 図 6.3.4-1 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （web 環境で起動可能なツールやデータベース） ........................................................ 6-20 xi 図 6.3.4-2 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （web 環境で起動できないツール） ................................................................................ 6-21 図 6.3.4-3 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （個別利用シナリオからのアクセス） ............................................................................ 6-23 図 6.3.5-1 利用マニュアルの表示例 ................................................................................................... 6-25 図 6.3.5-2 利用事例の画面例：処分概念適用性評価支援フレームの利用事例 ........................... 6-26 図 6.3.5-3 利用事例の画面例：課題探索的性能評価技術の利用事例 ........................................... 6-26 図 6.3.5-4 利用事例の画面例：最適化技術の利用事例 ................................................................... 6-26 図 6.3.5-5 更新履歴の例 ....................................................................................................................... 6-27 図 6.3.5-6 用語集の一覧ページ ........................................................................................................... 6-28 図 6.3.6-1 仮想サーバーを構築する場合の利用イメージ ............................................................... 6-30 図 6.3.6-2 仮想サーバーを構築しない場合の利用イメージ ........................................................... 6-30 図 6.3.6-3 非ネットワーク環境での利用イメージ ........................................................................... 6-31 図 6.3.6-4 DVD での限定開示後のインストールと利用のイメージ .............................................. 6-31 付図 7-1 Th (H2O)n4+水和錯体の安定構造 .................................................................................... 付 7-3 付図 7-2 Th イオンの加水分解反応定数 ......................................................................................... 付 7-4 付図 7-3 第一原理 MD による Th イオン周りの水分子の配位数変化........................................ 付 7-5 付図 7-4 La(III)，Ce(III, IV)および Th(IV)イオンの水和エネルギー .......................................... 付 7-6 付図 7-5 3 種類のエッジ構造（A, B, D）の表面エネルギーの比較 ........................................... 付 7-9 付図 7-6 モンモリロナイトのエッジの反応性 .............................................................................. 付 7-9 付図 7-7 モンモリロナイトの構造モデルの検討 ........................................................................ 付 7-12 付図 7-8 Fe 含有モンモリロナイトの部分電子状態密度(PDOS)............................................... 付 7-13 付図 7-9 Fe 含有モンモリロナイトの水素脱離エネルギー ....................................................... 付 7-14 xii 表 目 次 表 2.2.1-1 レビューから得た課題及びこれまでの課題と対応内容 ................................................. 2-7 表 2.2.1-2 追加登録した構成要素 ....................................................................................................... 2-12 表 2.2.1-3 これまでに調査した処分概念の一覧 ............................................................................... 2-12 表 2.2.1-4 整理表（「考慮する条件－構成要素－評価項目」の関連） ......................................... 2-16 表 2.2.1-5 考慮する条件の定義 ........................................................................................................... 2-20 表 2.2.1-6 評価項目（上位・下位）の定義 ....................................................................................... 2-21 表 2.2.1-7 評価項目（個別）の定義 ................................................................................................... 2-22 表 2.2.1-8 構成要素の定義 ................................................................................................................... 2-24 表 2.2.4-1 地層処分事業に求められる要件の案 ............................................................................... 2-30 表 2.2.4-2 ステークホルダー要求に対応するための技術者の対応方針 ....................................... 2-31 表 2.3.2-1 評価の目的と処分概念の設定レベルの区分 ................................................................... 2-36 表 2.3.3-1 評価文の記述単位の処分概念の設定レベルに応じた違い ........................................... 2-39 表 2.3.3-2 評価文の作成数の処分概念の設定レベルに応じた違い ............................................... 2-39 表 2.3.3-3 評価文の記載内容及びスコア付の有無の評価の目的及び処分概念の 設定レベルの組み合せによる違い .................................................................................... 2-39 表 2.3.4-1 支援フレームの利用パターン一覧 ................................................................................... 2-42 表 2.3.5-1 事例 1 での評価文の作成結果例 ....................................................................................... 2-54 表 3.2.2-1 e-PAR のユーザー権限の概要 ............................................................................................ 3-17 表 3.2.3-1 第 2 次取りまとめの解析ケースと e-PAR の対応表 ....................................................... 3-23 表 3.2.3-2 事例ベースとして拡充・整備した e-PAR 事例の一覧 ................................................... 3-24 表 3.3.1-1 課題探索的性能評価技術のフレーム内の各プロセスの概要 ....................................... 3-27 表 3.3.2-1 潜在的課題 1 に関する難点(障害)の分析 ......................................................................... 3-33 表 3.3.2-2 潜在的課題 2 に関する難点(障害)の分析 ......................................................................... 3-34 表 3.3.2-3 潜在的課題 1 に関する解決策の候補 ............................................................................... 3-34 表 3.3.2-4 潜在的課題 2 に関する解決策の候補 ............................................................................... 3-35 表 3.3.2-5 二次元以上で高精度の熱−水理−物質移動−化学反応連成解析モデルの 開発環境としての QPAC を事例とした利害得失の整理結果例.................................... 3-38 表 3.3.2-6 二次元以上で高精度の熱−水理−物質移動−化学連成解析に向けた 開発環境の活用戦略（汎用的なモデル開発環境 QPAC を事例とした整理例）........ 3-39 表 3.3.2-7 物質移行解析等へ活用する場合のクラウド及びグリッドコンピューティングに 関する利害得失の整理結果例 ............................................................................................ 3-40 表 3.3.2-8 物質移行解析等に対するクラウド及びグリッドコンピューティングの 活用を想定した場合の SWOT 分析結果例 ...................................................................... 3-40 表 3.3.3-1 「生物圏評価に影響を与え得る問題点等とその解決策」の整理項目 及び課題のカテゴリ ............................................................................................................ 3-43 表 3.3.4-1 性能評価において着目するプロセスと量子化学計算の関連性 ................................... 3-52 表 3.3.4-2 量子化学計算手法の成果と課題 ....................................................................................... 3-54 表 3.3.4-3 量子化学計算手法の性能評価上の問題に対する適用性に 関する総合的な評価結果 .................................................................................................... 3-57 表 3.3.5-1 数値計算における GPGPU と CPU の長所・短所........................................................... 3-63 xiii 表 3.3.6-1 良定義問題と難定義問題の比較 ....................................................................................... 3-71 表 3.3.6-2 問題に含まれる難点（障害）の分類フォーマット ....................................................... 3-72 表 3.3.6-3 性能評価における状況の不透明性の例 ........................................................................... 3-73 表 3.3.6-4 性能評価における多目的性の例 ....................................................................................... 3-73 表 3.3.6-5 性能評価における複雑性の例 ........................................................................................... 3-73 表 3.3.6-6 性能評価におけるダイナミクスの例 ............................................................................... 3-74 表 4.2.2.1-1 廃棄物特性データベースの機能に関する主な意見と対応策 ...................................... 4-8 表 4.2.2.1-2 廃棄物特性データベースの機能に関して設定した機能高度化項目 .......................... 4-8 表 4.2.2.2-1 廃棄物特性データベースの利用シーン一覧 ................................................................ 4-10 表 4.2.3.1-1 廃棄物特性データベースのコンテンツに関する主な意見と対応策 ........................ 4-20 表 4.2.3.3-1 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析一覧 ............................................................ 4-23 表 4.2.3.4-1 廃棄物の固化技術に係る研究成果の取りまとめ項目 ................................................ 4-27 表 4.2.3.4-2 添加した模擬 FP 組成と使用原料 .................................................................................. 4-30 表 4.2.3.4-3 作製したガラス試料の熱特性 ........................................................................................ 4-31 表 4.2.3.4-4 試料表面の化学組成 ........................................................................................................ 4-33 表 4.2.3.4-5 ガラス物性の評価結果 .................................................................................................... 4-34 表 4.3.2.1-1 廃棄物特性定量評価ツール：利用可能な断面積ライブラリ一覧 ............................ 4-47 表 4.3.3-1 廃棄物定量評価ツールを用いた感度解析の基本ケースの条件 ................................... 4-53 表 4.3.3-2 廃棄物定量評価ツールを用いた感度解析で使用したライブラリ ............................... 4-53 表 4.3.3-3 廃棄物特性定量評価ツールの入力設定 （ケース 1：デフォルト値からの変更点） ..................................................................... 4-55 表 4.3.3-4 廃棄物特性定量評価ツールの入力設定 （ケース 2：冷却・貯蔵期間の変化パターン） ............................................................. 4-56 表 4.3.3-5 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果 （ケース 2：総発熱量と核種ごとの発熱量の経時変化の比較） ................................. 4-59 表 4.4.2-1 熱解析ソフトの調査結果 ................................................................................................... 4-62 表 4.4.2-2 感度解析から推定されるケースごとの最小離間距離 ................................................... 4-67 表 4.4.3-1 TOCUP インプットの第 1 領域（ORIGEN2.2）の構成 ................................................. 4-70 表 4.4.3-2 TOCUP インプットの第 2 領域（WACOM コード）の構成 ......................................... 4-70 表 4.4.3-3 TOCUP インプットの第 3 領域（TTB コード）の構成 ................................................. 4-70 表 5.2.1-1 最適化問題の性質・特徴を捉える視点，意味，モデル化にあたっての取り扱い ..... 5-9 表 5.2.3-1 最適化事例ベースのフォーマット（目次と記載事項） ............................................... 5-27 表 5.2.3-2 問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能で出力される内容 ....... 5-27 表 5.3.1-1 最適化問題の候補 ............................................................................................................... 5-30 表 5.3.1-2 最適化問題候補の分類 ....................................................................................................... 5-31 表 5.3.1-3 最適化問題候補の事例ベース化の優先度 ....................................................................... 5-33 表 5.3.2-1 異種廃棄体定置最適化問題についての要因間の関係 ................................................... 5-35 表 5.3.2-2 廃棄体グループの設定 ....................................................................................................... 5-37 表 5.3.2-3 廃棄体グループ間の離間距離 ........................................................................................... 5-37 表 5.3.2-4 有向グラフの source 及び sink と坑道の距離の設定 ...................................................... 5-39 表 5.3.2-5 総数・本数比率固定の場合のケース設定 ....................................................................... 5-41 表 5.3.2-6 坑道並び順の最適解（N=267 の場合） ........................................................................... 5-44 表 5.3.2-7 坑道並び順をランダムに設定した場合（N=267） ........................................................ 5-46 xiv 表 5.3.3-1 貯蔵～処分のスケジュールの合理化問題についての要因間の関係 ........................... 5-53 表 5.3.3-2 コスト単価（処分，輸送），単位体積あたりの処分場面積 ......................................... 5-59 表 5.3.3-3 廃棄物の処分速度に関する公開情報 ............................................................................... 5-60 表 5.3.4-1 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の 比較問題についての要因間の関係 .................................................................................... 5-68 表 5.3.4-2 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較問題についての 各評価項目の内訳 ................................................................................................................ 5-70 表 5.3.4-3 コスト，処分場面積，被ばく線量のデータ（燃料 tHM あたり） .............................. 5-73 表 5.3.4-4 効用関数の定義域 ............................................................................................................... 5-74 表 5.3.4-5 効用関数の定義域の設定で考慮したコスト及び処分場面積の データの最大値，最小値 .................................................................................................... 5-74 表 5.3.4-6 線形効用関数を用いた場合の各評価項目の評価値 ....................................................... 5-76 表 5.3.4-7 非線形効用関数を用いた場合の各評価項目の評価値 ................................................... 5-77 表 6.2.1-1 個別利用シナリオの一覧 ..................................................................................................... 6-7 表 6.2.2-1 各連携の可能性において考えられる情報のやりとりの整理例 ................................... 6-10 表 6.3.2-1 統合・利用支援環境のメニュー構成及びリンク ........................................................... 6-16 表 6.3.5-1 利用マニュアルの整備状況 ............................................................................................... 6-24 表 6.3.6-1 各要素技術の開発環境及びアプリケーションの種類 ................................................... 6-30 付表 1-1 平成 24 年度第 1 回委員会での主な意見・助言 ............................................................ 付 1-2 付表 1-2 平成 24 年度第 2 回委員会での主な意見・助言 ............................................................ 付 1-3 付表 1-3 平成 24 年度第 3 回委員会での主な意見・助言 ............................................................ 付 1-4 付表 2-1 レビューの対象，開催実績 .............................................................................................. 付 2-1 付表 2-2 レビューの実施内容 .......................................................................................................... 付 2-1 付表 2-3 全体に対する意見と対応 .................................................................................................. 付 2-3 付表 2-4 電子性能評価レポートに対する意見と対応 .................................................................. 付 2-4 付表 2-5 処分概念データベースに対する意見と対応 .................................................................. 付 2-5 付表 2-6 廃棄物特性データベースに対する意見と対応 .............................................................. 付 2-6 付表 2-7 廃棄物特性定量評価ツールに対する意見と対応 .......................................................... 付 2-7 付表 3-1 ステークホルダー要求と技術者の対応方針の関係 ...................................................... 付 3-1 付表 6-1 評価の前提条件 .................................................................................................................. 付 6-2 付表 6-2 環境変遷 .............................................................................................................................. 付 6-9 付表 6-3 地質環境と生物圏とのインターフェイス（GBI）...................................................... 付 6-15 付表 6-4 種々の水域及び近傍の堆積物 ........................................................................................ 付 6-18 付表 6-5 土壌と農作物，その他の食物連鎖や被ばく経路 ........................................................ 付 6-20 付表 6-6 潜在的被ばくグループ（PEGs） ................................................................................... 付 6-22 付表 6-7 放射性核種固有の問題 .................................................................................................... 付 6-25 付表 6-8 包括的な問題点 ................................................................................................................ 付 6-28 付表 7-1 アクチニド 4 価の水酸化炭酸錯体の存在と安定性の評価における 量子化学計算手法の適用アプローチ ............................................................................. 付 7-2 付表 7-2 核種のベントナイトへの収着機構の評価における量子化学計算手法の 適用アプローチ ................................................................................................................. 付 7-8 xv 付表 7-3 スメクタイトの鉄共存下での変質過程の評価における 量子化学計算手法の適用アプローチ ........................................................................... 付 7-11 付表 9-1 廃棄物の固化技術に係る研究成果の取りまとめ項目 .................................................. 付 9-1 付表 11-1 最適化事例ベースのフォーマット（目次と記載事項）........................................... 付 11-1 xvi 1. はじめに 1.1 本事業の背景と目的 本事業は，平成 24 年度地層処分技術調査等事業（高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層 処分概念・性能評価技術高度化開発）として，経済産業省資源エネルギー庁（以下，資源エネル ギー庁）から独立行政法人日本原子力研究開発機構（以下，原子力機構）が受託したものである。 本事業の背景及び目的は以下の通りである。 高レベル放射性廃棄物等の地層処分においては，工学技術により設けられる人工バリアと天然 の地層である天然バリアにより構成される多重バリアシステムによって長期的な安全確保がなさ れる。このような地層処分概念の成立性や安全性について理解と信頼を得ていくうえでは，シス テムの設計・安全評価に関する技術（処分技術）の信頼性の一層の向上を図っていくことが重要 である。また，この際，高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）の地層処分に加え，地層処分対 象となる超ウラン元素を含む放射性廃棄物（以下，TRU廃棄物）との併置処分（例えば1), 2)），さ らに将来の先進サイクルシステム等への対応も念頭においた，先進的な処分技術開発への取り組 みが不可欠であり3)，これらは最終処分法改正等の制度措置，及び国際協力（例えば4)）も含めた 先進サイクルシステム等に関する技術開発の具体的進展に伴って，その重要性が認識されている。 こうしたことを背景として，本事業では，軽水炉サイクルから先進サイクルまで（図1-1）を対 象とした先進的な地層処分概念と性能評価技術の高度化開発を行い，これら地層処分技術の信頼 性と安全性の一層の向上及びサイクルシステム全体も視野に入れた最適化検討に資する技術の構 築を目的とする。 燃料製造 燃料製造 分離 発電 LWR 軽水炉 再処理 サイクル マイナーアクチニド、 長寿命核分裂生成物 核変換 HLW, TRU, SF 先進的 再処理 加速器駆動 核変換システム 高速増殖炉 発電 サイクル 核変換 FBR 多様な地層処分概念 短寿命核分裂生成物 多様な処分概念 TRU HLW 図 1-1 本事業の対象とする燃料サイクル 1-1 LWR:軽水炉 HLW:高レベル放射性廃棄物 TRU:TRU 廃棄物 SF:使用済燃料 FBR:高速増殖炉 1.2 本事業における研究の全体構造 本事業では，1.1節で述べた目的のもとに，平成19年度から5年程度の期間（平成23年度段階で， 本事業は一年間延長され平成24年度まで継続される予定となった）において取り組むべき課題を 以下のように設定した（図1-2）。 まず，軽水炉サイクルシステムから発生する高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）や地層処 分対象のTRU廃棄物を主な対象として， (1) 先進的地層処分概念の開発 (2) 性能評価技術／処分概念最適化技術の開発 を行う。次に，これらの技術を適用・拡張し，高速炉等の導入といった将来的な核燃料サイクル から発生する廃棄物に対しても合理性と柔軟性をもった処分を可能とするために (3) 先進サイクルシステムに対応した処分概念／性能評価技術の開発 を進める。この中では，包括的な廃棄物管理の観点から，核燃料サイクル全体から発生すると考 えられる高レベル放射性廃棄物やTRU廃棄物を含めた様々な廃棄物を対象とした検討を行う。そ のうえで，それらを一連の技術要素として統合するとともにその利用を支援する環境としてシス テム化する。 ここで，平成24年度は本事業の最終年度であることから，平成19年度より上記課題(1)～(3)とし て検討を行ってきた廃棄物特性評価，処分概念，性能評価及び最適化に係わるそれぞれの技術を 実用に供する形で成果を取りまとめることを明確にするために，課題(3)をより包括的に「(3)先進 的処分概念／性能評価技術の開発」と再設定し実施することとした（図1-2）。 本事業の実施にあたっては，原子力機構が過去に実施した高レベル放射性廃棄物に関する地層 処分技術5-13)やTRU廃棄物に関する地層処分技術1),14)に関する研究成果を基盤とし，さらに原子力 機構の運営費交付金による研究開発成果，資源エネルギー庁関連技術開発成果，他の研究機関の 成果を適宜反映する。また，文献調査及び国際会議参加や研究機関訪問を含む最新の情報収集， 委員会の設置による研究計画，実施方法，結果の評価等に関する審議・検討（付録1参照），本事 業で開発したツールやデータベースの実際の利用を踏まえたレビュー（付録2参照）を行う。 ＜平成19年度～平成23年度＞ (1)先進的地層処分概念の開発 処分概念 の反映 ・処分概念に関する動向調査 ・先進的な処分概念の創出 ・処分概念データベースの構築 (3)先進サイクルシステム に対応した処分概念／ 性能評価技術の開発 (2)性能評価技術／処 分概念最適化技術の 開発 ・廃棄物特性の評価 ・処分概念および性能評価技術の 改良・高度化 ・最適化技術の改良・高度化 (3)先進的処分概念／ 性能評価技術の開発 成果の適用， 改良，高度化 (2)性能評価技術／処分概念 最適化技術の開発 ・統合性能評価技術の開発 ・性能評価統合技術の開発 ・課題探索的な性能評価技術の開発 ・課題探索的な性能評価技術の開 ・処分概念最適化技術の開発 発 これら技術の 体系化，利用支援 ・処分概念最適化技術の開発 反映 資源エネルギー庁関連 技術開発成果， 他の研究機関の成果 (1)先進的地層処分概 念の開発 先進サイクルシステム 軽水炉サイクルシステム 統合・利用支援環境 の開発 反映 JAEAの運営費交付金での研究開発成果 （HLW第２次取りまとめおよび第２次TRUレポートでの 概念を対象とした評価技術の信頼性向上） 情報収集および 委員会の設置・運営 図1-2 本事業における研究の全体構造 1-2 以下に，本報告書の対象とする(1)～(3)の各課題について，研究開発の着眼点と基本的な方向性， 研究内容の構成を示す。 (1) 先進的地層処分概念の開発 軽水炉サイクルから発生する高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）及び地層処分対象のTRU 廃棄物を主たる対象として，今後明らかとなる立地点のサイト環境条件や様々な技術的要件，ス テークホルダーの要求等に対応した処分概念の分析・選定や先進的な処分概念の創出等を柔軟に 行うことができるよう，技術的に実現可能な種々の処分概念オプションを整備・開発することを 目的とする。このとき， 「先進的」な処分概念とは，各国が提案しているレファレンス概念（例え ば，日本では第2次取りまとめ6)-9)のレファレンス概念）に対し，既存概念の改良・代替案，既存 概念の適用範囲の拡大，さらには新規概念の構築等の幅広い内容を包含するものとする。こうし て整備・開発する処分概念オプションについて，技術的・経済的な合理性，サイト条件やステー クホルダーの要求等への柔軟な対応といった観点からの適用性等を適切に評価するための指標 （例えば，設計因子15））に基づいて系統的に分析・整理するためのフレームを整備するとともに， それら処分概念オプションに関する分析・整理結果を含む処分概念に関する幅広い情報を処分概 念データベースとして整備する。ここでの検討は，(2)で述べる性能評価技術／処分概念最適化技 術の開発及び(3)で述べる先進的処分概念／性能評価技術の開発への適用を念頭に進める。 本研究の実施にあたっては，相互に関連する 2 つの分野（処分概念データベースの開発，処分 概念適用性評価支援フレームの開発：図 1-3）を設定し，開発する技術，手法，ツールはその適 用例などの関連情報とともに体系化し，処分概念評価技術パッケージとして利用しやすい形で取 りまとめる。 考慮する条件 ・制約条件 ・地質環境条件 等 処分概念オプション （全体，構成要素）、 関連情報 (1)処分概念 データベース ・情報の集約・構造 的整理（対象や意 味による区別等） ・検索機能 ・比較機能 等 (2)処分概念適用性評価 支援フレーム ・考慮する条件に対する処分 概念の分析の支援 ・評価過程，判断根拠の記録 利用 考慮する条件に適合 する処分概念オプション 反映 図 1-3 「先進的地層処分概念の開発」に関する研究の構成 (2) 性能評価技術／処分概念最適化技術の開発 軽水炉サイクルから発生する地層処分対象となる廃棄物を主たる対象とした地層処分システム に関する現状の性能評価手法を体系的に分析・整理したうえで，地質環境条件や(1)で検討される 処分概念に基づき特徴付けされる地層処分システムの相違等をより明示的に取り扱い，解析評価 とレポーティングを一貫性と整合性をもって実施することを可能とする統合的な性能評価手法に 関する高度化開発，及びニアフィールドを中心として地層処分システムの長期性能をより現実的 に評価するための課題抽出と対処方針策定のための検討手法に関する高度化開発を行う。特に， 前者では，システム全体，サブシステム及び個々のバリアといった種々のレベルに応じて，また 1-3 解析で考慮する条件に応じて，ある程度確立された既存モデルとその解析手順をどのように体系 化し性能評価解析を行うかに関するノウハウを提示することに主眼をおく。後者では，セーフテ ィケースの信頼性を向上させるための課題を能動的に発見し，性能評価上の問題として適切に対 応するための技術の構築を目的とする。 また，これら性能評価技術との関連も念頭に置き，処分概念等を最適化するための技術開発を 行う。ここで着目する最適化技術とは，例えば与えられた条件と目的に対して最適な仕様を設計 するという観点だけでなく，様々な技術的，社会的要件に対し満足度の高い選択肢（例えば，処 分概念のオプション）を選ぶための定量的／定性的な分析・評価を可能とする技術を含めたもの とする。 本研究の実施にあたっては，性能評価技術について，相互に関連する2つの分野（性能評価統合 技術の開発，課題探索的性能評価技術の開発：図1-4(a)）を設定し，開発する技術，手法，ツール をその適用例などの関連情報とともに体系化し，性能評価技術パッケージとして利用しやすい形 で取りまとめる。最適化技術については，最適化検討を本事業の全体的な成果の集約の事例とす ることにも留意しつつ，開発する技術，手法，ツール（図1-4(b)）をその適用例などの関連情報と ともに体系化し，最適化技術パッケージとして利用しやすい形で取りまとめる。 性能評価技術の高度化 性能評価解析の実施に おいて発生する問題・課題 【性能評価統合技術の開発】 方法や手順のある程度確立され た性能評価解析の繰り返し実行 を支援する技術の開発 （ﾙｰﾃｨﾝ的作業の効率的実施） 相互補完的役割 →変化への対応性 の継続的向上 【課題探索的性能評価技術の開発】 課題を能動的に発見し，性能 評価上の問題として対処する ことを支援する技術の開発 （問題発見，問題解決） フィードバック （性能評価解析体系の改良） (a) 性能評価技術 最適化検討におけるユーザの作業や判断の支援技術の整備 最適化プロセス ・問題分析プロセス ・求解プロセス ・適用性評価プロセス ＜基本手順整備＞ 最適化プロセス支援ツール ・問題分析支援ツール ・手法選択支援ツール ＜ユーザ作業支援＞ 最適化検討の事例ベース＜再利用支援＞ (b) 最適化技術 図 1-4 「性能評価技術／処分概念最適化技術の開発」に関する研究の構成 1-4 (3) 先進的処分概念／性能評価技術の開発 平成23年度までの「(3) 先進サイクルシステムに対応した処分概念／性能評価技術の開発」にお いては，以下を目標に実施してきた。 • 将来において想定される先進サイクルの概念等についての国内外の最新の研究開発動向（例え ば，FBRサイクル実用化戦略調査研究（FS）フェーズⅡ16), 17)）を踏まえて，それらのサイクル から発生すると考えられる放射性廃棄物の特性を分析・評価する技術を開発する。 • また，これらの廃棄物の特性を念頭に，上記(1)及び(2)の軽水炉サイクルを対象に検討された処 分概念のバリエーションや性能評価技術を拡張して，先進サイクルに適用可能な処分概念／性 能評価技術を開発する。 • さらに，先進サイクルを含む長期的な原子力利用に対し，合理性と柔軟性をもった対応を可能 とするために，包括的な廃棄物管理を含むサイクル全体を視野に入れた最適化検討に資するた めの技術を開発する。 上記研究の実施にあたっては，廃棄物特性の分析・評価について，相互に関連する2つの分野（廃 棄物特性データベースの開発，廃棄物特性定量評価ツールの開発：図1-5(a)）を設定し，開発する 技術，手法，ツールをその適用例などの関連情報とともに体系化し，廃棄物特性評価技術パッケ ージとして利用しやすい形で取りまとめることとした。処分概念及び性能評価技術については， これら廃棄物特性の分析・評価の成果と関係づけながら，先進サイクルにも適用できるように拡 張するため，(1)及び(2)で開発する技術の改良・高度化を図ることとした。同様に，(2)で開発する 最適化技術（図1-4(b)）の拡張のための改良・高度化を図るとともに，地層処分分野の専門家を含 む様々なユーザーに対して，(1)～(3)で開発する技術や情報の統合（技術パッケージ化）と活用を 支援し，さらに知識の共有とコミュニケーションを行える場を提供できるようにするための技術 （図1-5(b)）として統合・利用支援環境を開発することとした。 本年度の本研究においては，「先進的処分概念／性能評価技術の開発」として，上記に関する平 成23年度までの成果を含めて，廃棄物特性評価，処分概念，性能評価及び最適化に係わるそれぞ れの技術・データベースを実用に供する形で取りまとめるとともに，個々の技術及びデータベー スの統合とそれらの柔軟な連携（図1-6）を可能とする統合・利用支援環境を実現しシステムとし て実用化を図ることに最重点をおく。 1-5 処分への影響の観点における合理化の検討 ユーザー 利用 廃棄物特性 評価技術パッケージ 多様なサイクルから発生する 廃棄物の特性情報の取得 検索 比較 参照 廃棄物の処分への 影響伝播機構の理解/検討 解析評価 参照 廃棄物特性 定量評価ツール 廃棄物特性 データベース 解析評価 廃棄物管理 モデル データ反映 開発 結果格納 格納 ・サイクル情報 ・廃棄物特性情報 ・影響伝播機構/事例 格納 ・計算コード ・ライブラリ ・各種データ 格納 ・影響伝播機構 ・各種ツール 開発者 (a) 廃棄物特性の分析・評価 (b) 統合・利用支援環境 図 1-5 平成 23 年度までの「先進サイクルシステムに対応した処分概念／性能評価技術 の開発」に関する研究の構成 1-6 統合・利用支援環境 課題毎の検討及び課題を連携させた検討 における技術・知識の体系的利用の支援 処分概念技術パッケージ 【処分概念評価，知識共有】 ● 処分概念データベース ＋ 適用可能な処分概念 発生可能性のある廃棄物 ● 処分概念適用性評価支援フレーム 適用可能な処分概念 性能評価上の特徴 性能評価技術パッケージ 【性能評価，知識の共有】 ＋ ● 電子性能評価レポート（e-PAR） ● 課題探索的性能評価技術 性能評価上の特徴 発生可能性のある廃棄 物 廃棄物特性評価技術パッケージ 【廃棄物評価，知識の共有】 ● 廃棄物特性定量評価ツール ● 廃棄物特性データベース ＋ 最適化 技術パッケージ 包括的廃棄物 管理の支援， 知識の共有 ●最適化プロセス技術 -問題設定 -求解 -適用性評価 ●求解技術 -求解手法の選択 -不確実性の取り使 い -重み付け -効用関数 ●最適化支援システム ● 廃棄物管理モデル 技術の個別利用，連携利用 技術の最適化検討での利用 図 1-6 本事業での技術成果の統合とその連携のイメージ 1-7 (4) 主要な成果，反映先，波及効果，マイルストーン 上記(1)～(3)において目標とする主な成果とその反映先を図 1-7 にまとめて示す（ただし，(3) については平成 23 年度までの項目立てでの成果と反映先を記載）。(1)と(2)については，主に地層 処分に対する制度措置，事業，安全規制，(3)については廃棄物管理戦略，持続可能な原子力利用 に関する検討を主要な反映先としている。また，廃棄物処分に関する国民理解あるいは様々なレ ベルでの意思決定に資するものとする。 主要な成果 課題 (1)先進的地層処分概念 の開発 (3)先進サイクルシステム に対応した処分概念／ 性能評価技術の開発 ・処分概念の変化や理解促進の ための解析の詳細度など多様 な状況に対応可能な統合的性 能評価の技術パッケージ ・潜在的重要課題の表出化を行 うための課題探索型性能評価 技術パッケージ ・最適化問題の設定，モデル化， 計算の技術パッケージ ・TRU廃棄物 地層処分の 制度措置対応 統合・ 利用支援環境の開発 (2)性能評価技術／処分 概念最適化技術の開発 ・技術的に実現可能な処分概念 のオプションのアイデア提示 ・将来のステークホルダーの要求 に柔軟な対応が可能な処分概 念オプションの提示 ・処分概念データベースの構築 反映先 想定される原子力利用シナリオに おいて発生すると考えられる放射 性廃棄物に対する処分概念開発 と性能評価をサイクルシステム開 発と連携しつつ行うための分析 評価技術パッケージの整備 ・地層処分事業 ・安全規制制度化 ・国民理解 ・意思決定 ・将来的な廃棄物 管理戦略の検討 ・持続可能な原子 力エネルギー利用 ・JNEAP ・GNEP ・人材育成 図 1-7 本事業の主な成果とその反映先 本事業の実施により，以下のような技術的，社会的な波及効果が期待される。 技術的な波及効果 • 地層処分を含めたサイクル全体を視野に入れて技術開発を行うことにより，処分事業のみ ならず将来の原子力利用全般にわたる技術的意思決定に資する検討の枠組みを提供 • 地層処分システムに係わる異なるスケールでの現象解析モデルの開発を行うことにより， 関連する学問分野の進展に貢献（物質移動論，腐食理論，溶液化学など） • 多数の定量的あるいは定性的な指標を含む最適化手法を開発することにより，意思決定の 問題を扱うシステムズアナリシス分野に貢献 • 技術開発の成果，及び得られた経験・ノウハウ等の知識を，JAEA 知識マネジメントシステ ム 18),19)の開発に反映することにより，技術の体系的な継承に貢献 • 日米原子力エネルギー共同行動計画（JNEAP: Joint Nuclear Energy Action Plan）4)，OECD/NEA の IGSC（Integration Group for the Safety Case），韓国原子力研究所（KAERI）との共同研究 を含めた国際的活動に貢献 • 処分場の工学技術及び性能評価に関する最新情報の提供による，他の資源エネルギー庁関 連技術開発への技術的貢献 1-8 社会的な波及効果 • 将来の原子力利用についての幅広い議論に対して，廃棄物の問題も含めた見通しを提示す ることが可能となり，政策決定や国民全体の原子力に対する理解促進に貢献 • 放射性廃棄物管理分野における国際的なリーダーシップの役割を果たすことが可能 • 開発するツールやデータベース等の原子力機構内や大学等での教育への活用が可能 • 原子力の全体像を理解した各分野の専門家などの人材育成に貢献 平成 19 年度から 5 年間程度を想定した本事業全体の概略スケジュールを図 1-8 のように設定し た（本事業は一年間延長され平成 24 年度まで継続されることとなり，図 1-8 はそれを反映してい る）。 本年度は，平成 19 年度～平成 23 年度の成果 20)～24) を踏まえ，既存の情報と技術の集約及び 3 つの研究課題のそれぞれについて要素技術の最終段階の開発を進めるとともに，それらの実用版 に向けての高度化と統合を進め最終成果物として提示した。 課題抽出，開発計画策定 情報調査・分析，基本技術開発 事業項目と成果 平成19年度 (1) 先進的地層処分 技術的に実現可能な処分概念オプションと 関連情報のデータベース 概念の開発 境界条件に応じた処分概念の選択・改良・ 創出技術 (2) 性能評価技術／ 方法や手順の確立された性能評価解析の 処分概念最適化 繰り返し実行を支援する性能評価統合技術 技術の開発 潜在的な課題を能動的に発見し，性能評価 上の問題としての分析と対処方針立案を支 援する課題探索的性能評価技術 最適化問題の設定，モデル化，求解の技術 プロトタイプ 開発 平成20年度 平成21年度 （～平成23年 度：先進サイクル システムに対応し た処分概念／性 能評価技術の開 発） 処分概念開発，性能評価，最適化検討をサ イクル開発と連携しつつ行うための技術 平成22年度 平成23年度 既存情報等の調査・分析 平成24年度 情報更新 データベースの段階的改良・更新（支援フレームとの連携） データベースの設計，試作 支援フレームの段階的改良， 適用事例の拡充 支援フレームの検討，試作 既存技術等の調査・分析 e-PAR/PAIRS機能の 段階的改良， 適用事例の拡充（３事例） e-PAR/PAIRSの 主要機能の実装， 適用事例（３事例） e-PAR/PAIRS概念の構築，設計 技術取り 技術取り まとめ 課題探索フレームの構築 課題探索の繰り返しの試行（2事例） 課題探索の繰り返しの試行（4事例） 技術取り まとめ 既存技術等の調査・分析 最適化プロセスの詳細化， 計算機支援の開発 最適化プロセスの構築，試行 (3) 先進的処分概念 廃棄物特性の定量化技術，廃棄物特性情 ／性能評価技術 報のデータベース の開発 実用版 実用版に向けての改良・拡充 既存技術等の調査・分析 【これ以降は，技術の適用を通じた 検討が中心となるため。(3)での最 適化に係る検討として実施】 情報更新 先進的廃棄物研究（既存技術の適用範囲拡大，新規技術の適用性確認，固化体特性等データ取得等） データベースの段階的改良・更新 （情報更新，廃棄体研究の連携） データベースの設計，試作 定量化手法の 主要機能の実装， 適用事例（５事例） 定量化手法の構築，試行 サイクル条件ー廃棄物特性ー処分の関係分析（HLW） 関係分析対象の拡大（LLW） 廃棄物管理モデルの構築，試行（HLW） 最適化プロセスの適用事例 （2事例） 統合・利用環境の要件等の検討 (4) 情報収集，委員 有識者による計画，実施内容，成果に関す 会の設置・運営 る意見・提案 定量化ツール機能の 段階的改良， 適用事例の拡充（10事例） 廃棄物管理モデルの 対象範囲・機能の段階的改良 最適化プロセスの検証， 適用事例の拡充（3事例） 統合・利用環境の主要機能の段階的実装 （個別課題の進展と連携） 各年度3回／年程度の評価委員会を開催 図1-8 本事業の全体スケジュール 1-9 技術取り まとめ 技術取り まとめ 技術取り まとめ (5) 本事業の進め方 (1)～(3)に述べた作業を進めるにあたっては，本事業で設置した委員会（先進的地層処分概念・ 性能評価技術高度化開発委員会）における計画，実施方法，得られた結果等の審議を通じて，そ れぞれの研究開発の進捗を適宜確認するとともに，研究課題のそれぞれについて要素技術の実用 版の作成に向けた具体的な課題を抽出しながら研究を進めた。さらに，本事業で開発したツール やデータベースについて，事業者や大学の教員・学生を対象としたレビューを実施することで実 際の利用を踏まえた要望やコメントを取得し，それらを研究に反映した。 こうした進め方により，本年度の研究において所期の成果を上げることができた。 また，本事業の実施内容は多岐に渡り，処分分野以外の様々な分野の専門家との協力が不可欠 であることから，これを円滑に進めるための実施体制を構築することで効果的に研究開発を行っ た。 1-10 1.3 本年度の実施内容 本年度の主な実施内容は以下の通りである。 (1) 先進的地層処分概念の開発 平成 21 年度にプロトタイプとして開発し平成 23 年度までに改良を行った処分概念情報のデー タベース（処分概念データベース）及び処分概念の適用性評価や改良・創出を支援するフレーム （処分概念適用性評価支援フレーム）に対して，実用版としてユーザーとって使いやすいものと するための機能やコンテンツの見直し・高度化を行った。具体的には，処分概念データベースに ついては，データベース完成後の運用，管理を見据えた管理機能の追加構築，情報へのアクセス 性の向上及び情報の構造や意味の明確化を，支援フレームに沿って行う作業での処分概念に係わ る情報の参照の効率化にとくに重点をおきながら進めた。また，処分概念適用性評価支援フレー ムについては，まず，支援フレームを利用した処分概念の分析・選定の具体的な作業内容をユー ザーに明確に提示できるようにすることを目的に，ユーザーが行う可能性のある作業を，目的や 成果の意義等に応じて類型化し，典型的なパターンとして整理した。そのうえで，それぞれのパ ターンに対する支援フレームを用いた具体的な作業内容を，マニュアル及び事例としてユーザー が参照しやすい形で整理した。 これらにより，処分概念データベース及び処分概念適用性評価支援フレームを，処分概念評価 技術の体系として実用に供する形で整備することができた。 (2) 性能評価技術／処分概念最適化技術の開発 性能評価統合技術については，平成21年度にプロトタイプとして開発し平成23年度までに改良を 行ったweb上で既存の解析事例の閲覧のみならず解析実施とレポーティングまでを実施すること が可能なHTML形式の電子性能評価レポート（e-PAR）の技術について，実用版としてユーザーと って使いやすいものとするための見やすさや操作性の見直し・高度化を行った。具体的には，画 面デザイン，機能メニューの構成，解析結果の出力機能についてユーザーが直観的に理解し操作 できるようにするための見直し・高度化を行うとともに，ユーザーがパラメータ等を変更した核 種移行解析を行う際にひな形として活用できる事例の拡充を行った。 課題探索的性能評価技術については，課題探索支援フレームの適用事例として平成23年度までに 行ってきた次世代性能技術の開発に向けての課題に係る検討を取りまとめ，事例として整理した。 最適化技術では，平成21年度までに一般化して構築し，平成23年度までに手順や支援ツールの改 良と事例検討を通じての適用性の確認を行った最適化プロセスについて，実用版としてユーザー にとって使いやすいものとするための計算機支援ツールの見やすさや作業内容の記録保存機能の 見直し・高度化を行った。 これらにより，性能評価技術の体系と最適化技術の体系を実用に供する形で整備することができ た。 (3) 先進的処分概念／性能評価技術の開発 廃棄物の特性に関する情報の分析や評価について，平成 21 年度にプロトタイプとして開発し平 成 23 年度までに改良を行ったサイクル条件に応じた廃棄物特性を柔軟に評価するツール（廃棄 物特性定量評価ツール） ，廃棄物特性情報のデータベース（廃棄物特性データベース），廃棄物特 性の処分場面積や安全性への影響を評価するツール（廃棄物管理モデル）に対して，実用版とし てユーザーとって使いやすいものとするための機能やコンテンツの見直し・高度化を行った。具 体的には，廃棄物特性定量評価ツールについては，ユーザーがパラメータ等を変更した核種移行 1-11 解析を行う際にひな形として活用できる事例の拡充を行った。廃棄物特性データベースについて は，情報へのアクセス性の向上及び情報の構造や意味の明確化を図った。廃棄物管理モデルにつ いては，熱解析部分をフリーソフトにて実施できるようにすることで，ユーザーが利用しやすい 環境を整備した。 最適化技術では，(2)で述べた平成 23 年度までに行った最適化プロセスの整備や事例検討を踏ま え，ユーザーが検討経緯の追跡性・透明性の確保しつつ新規の最適化検討を行うためのひな形と して活用できる事例の拡充を行った。 さらに，本事業の(1)～(3)の成果の統合（技術パッケージ化）とユーザーによる利用を支援・促 進することを目的とする統合・利用支援環境について，平成 23 年度までに行った利用シナリオの 分析・整理等を踏まえ，利用シナリオに沿った(1)～(3)の成果（ツール，データベース等）の利用 を実現するポータルサイトを中心とする支援機能・環境の実装を行った。 これらにより，廃棄物特性評価技術の体系と統合・利用支援環境を実用に供する形で整備する ことができた。 1-12 1.4 本報告書の構成 本報告書では，1.2 節及び 1.3 節で述べた(1)～(3)の実施内容と成果を述べる。 本報告書では，基本的に図 1-2 に示した本事業における研究の全体構造に沿って実施内容と成 果を述べるが，最適化に関する検討は，技術の開発という観点では，(2)での軽水炉サイクルを対 象とした検討と(3)が内包する先進サイクルを対象とする検討で重複する部分が多いこと，また， 両者に対応できるよう統一的な最適化技術を目指して開発を進めていることから，それらをまと めてひとつの章（5 章）として記載することとした。また，(3)が内包する主に先進サイクルを対 象とする廃棄物特性に係わる検討は，燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための 技術の開発としてひとつの章（4 章）として記載することとした。さらに，(3)が内包する要素技 術の統合と利用に関する統合・利用支援環境の開発は，本事業の成果の集約にも密接に係わるも のであることから，成果集約の中核的な役割を有するものとしてひとつの章（6 章）記載するこ ととした。 本報告書の構成と図 1-2 に示した研究の全体構造との対応を図 1-9 に示す。 また，各研究開発課題に関するまとめをそれぞれの章の最後に，本年度事業として実施した研 究開発成果の全体的なまとめを 7 章に示す。 さらに，本事業の研究計画，実施方法，結果の評価等に関する審議・検討を行うために設置し た委員会の実施概要を付録 1 に，レビューの概要を付録 2 にそれぞれまとめるとともに，2 章か ら 5 章に関連するより詳細な情報及び本年度開発したツールやデータベースを適宜付録に記載し 参照できるようにした。 平成24年度の構成 報告書の構成 ＜平成19年度～平成23年度＞ 先進サイクルシステム 軽水炉サイクルシステム (1)先進的地層処分概念の開発 処分概念 の反映 ・処分概念に関する動向調査 ・先進的な処分概念の創出 ・処分概念データベースの構築 成果の適用， 改良，高度化 (2)性能評価技術／処分概念 最適化技術の開発 ・統合性能評価技術の開発 ・性能評価統合技術の開発 ・課題探索的な性能評価技術の開発 ・課題探索的な性能評価技術の開 ・処分概念最適化技術の開発 発 ・処分概念最適化技術の開発 (1)先進的地層処分概 念の開発 (3)先進サイクルシステム に対応した処分概念／ 性能評価技術の開発 (2)性能評価技術／処 分概念最適化技術の 開発 ・廃棄物特性の評価 ・処分概念および性能評価技術の 改良・高度化 ・最適化技術の改良・高度化 (3)先進的処分概念／ 性能評価技術の開発 2章 3章 4章 5章 6章 これら技術の 体系化，利用支援 統合・利用支援環境 の開発 2章 先進的地層処分概念の開発 3章 性能評価技術の高度化 4章 燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための技術開発 5章 最適化技術の開発 6章 統合・利用支援環境の開発 図1-9 本報告書の構成と本事業における研究の全体構造の対応 1-13 参考文献（1 章） 1) 電気事業連合会,核燃料サイクル開発機構：“TRU 廃棄物処分技術検討書－第 2 次 TRU 廃棄物 処分研究開発取りまとめ－”, JNC TY1400 2005-013/FEPC TRU-TR2-2005-02 (2005). 2) 原子力委員会長半減期低発熱放射性廃棄物処分技術検討会：“長半減期低発熱放射性廃棄物の 地層処分の基本的考え方－高レベル放射性廃棄物との併置処分等の技術的成立性－”, 平成 18 年 4 月 18 日原子力委員会長半減期低発熱放射性廃棄物処分技術検討会 (2006). 3) Y.Miyamoto, H.Umeki, H.Ohsawa, M.Naito et al.:“Key R&D Activities Supporting Disposal of Radioactive Waste: Responding to the Challenges of the 21st Century”, Nuclear Engineering and Technology, Vol.38 No.6 (2006). 4) United States-Japan Joint Nuclear Energy Action Plan, 平成 18 年 4 月 (2006). 5) 動力炉・核燃料開発事業団：“高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の技術報告書－平成 3 年度－”, PNC TN1410 92-081 (1992). 6) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－総論レポート”, JNC TN1400 99-020 (1999). 7) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 1 わが国の地質環境”, JNC TN1400 99-021 (1999). 8) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 2 地層処分の工学技術”, JNC TN1400 99-022 (1999). 9) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 3 地層処分システムの安全評価”, JNC TN1400 99-023 (1999). 10) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－ 平成 17 年取りまとめ－地層処分技術の知識化と管理”, JNC TN1400 2005-020 (2005). 11) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－ 平成 17 年取りまとめ－分冊 1 深地層の科学的研究”, JNC TN1400 2005-014 (2005). 12) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－ 平成 17 年取りまとめ－分冊 2 工学技術の開発”, JNC TN1400 2005-015 (2005). 13) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－ 平成 17 年取りまとめ－分冊 3 安全評価手法の開発”, JNC TN1400 2005-016 (2005). 14) 電気事業連合会，核燃料サイクル開発機構：“TRU 廃棄物処分技術検討書”, JNC TY1400 2000-001/FEPC TRU-2000-01 (2000). 15) Nuclear Waste Management Organization of Japan：“Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”, NUMO Technical Report, NUMO-TR-04-03 (2004). 16) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 フェーズⅡ技術検討 書－(1)原子力プラントシステム－”, JAEA Research 2006-042 (2006). 17) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 フェーズⅡ技術検討 書－(2)燃料サイクルシステム－”, JAEA Research 2006-043 (2006). 18) H. Makino, K. Hioki, H. Osawa, T. Semba and H. Umeki：“A Challenge on Development of an Advanced Knowledge Management System (KMS) for Radioactive Waste Disposal: Moving from Theory to Practice”, In New Research on Knowledge Management Technology (ed., H-T. Hou), pp.165-184, InTech (2012). 19) http://kms1.jaea.go.jp/kmsif/kms_login.html. 1-14 20) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 19 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄 物処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/19fy5.pdf (2008). 21) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 20 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄 物処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/20fy5.pdf (2009). 22) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 21 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄 物処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-05/21fy5.pdf (2010). 23) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 22 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物 処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/22-5.pdf (2011). 24) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 23 年度地層処分技術調査等事業，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 1-15 2. 先進的地層処分概念の開発 全体的な取り組み方針と目標 2.1 2.1.1 本研究の目的 本研究では，軽水炉サイクルから発生する高レベル放射性廃棄物，使用済燃料，TRU 廃棄物を 主たる対象として，今後明らかになるサイト環境条件や様々な技術的要件，ステークホルダーの 要求等に対応して柔軟に処分概念の設定を行うことができるようにするとともに，技術的に実現 可能な処分概念のオプションを拡充・高度化することを目的とする。 そのため，まず，処分概念を分析・評価するための評価の実施方法について，適用可能性の評 価とその評価から得られる課題の抽出，さらに適用性評価の実施を補助するために事前に準備し たデータベースを用いた情報の提供，といった一連の手続きとその手続きに沿って利用する技術 や手順・考え方などを「処分概念適用性評価支援フレーム」として体系化する。なお，平成 23 年度までは，同様のものを「処分概念創出支援フレーム」と呼んでいたが，その内容をより正確 に表すため，本年度は「処分概念適用性評価支援フレーム（以下，支援フレーム）」とした。 ここで処分概念の分析・評価においては，どのような条件を前提とするか，何に着目して評価 するかが重要になることから，それらを「考慮する条件」や「評価項目」として定義し，支援フ レームではそれらを視軸とした処分概念の分析・評価を行う。このような支援フレームを用いた 処分概念の分析・評価の試行を通じて，技術的に実現可能な処分概念のオプションの拡充・高度 化を図る。 ・考慮する条件： 処分概念の分析・評価では，処分する廃棄物の特性や処分場候補サイトの地質環境などの 条件，規制者や事業者を含む幅広いステークホルダーの処分概念に対する要求に応じて設定 される条件などを明確にして，それらを取り込むことが必要になる。支援フレームでは，こ れら条件を， 「廃棄物特性」，「地質環境条件」， 「要件／制約条件」の 3 つに分類して整理し て取り込むこととし，またこれらを総称して「考慮する条件」と呼ぶ（具体的内容について は表 2.2.1-5 参照）。 ・評価項目： 処分概念の分析・評価では，様々な処分概念のオプションや関連する技術情報を参考にし つつ，またそれらを考慮する条件と対応付けつつ，適用性や課題を検討していくことが必要 になる。そのためには，分析・評価で着目する項目を事前に整理し，その項目に沿った検討 を行うことが効果的である。ここではそのような項目を「評価項目」とよび，原子力発電環 境整備機構で示された「設計因子」1),2)や設計因子の下位の「属性」を参考にして設定した（具 体的内容については表 2.2.1-6 及び表 2.2.1-7 参照）。 さらに，国内外における高レベル放射性廃棄物や TRU 廃棄物などに対して提示されている様々 な地層処分概念について調査し，その変遷過程，構成要素 ※1 ，廃棄体の回収技術，使用済燃料や ※1 「処分概念」及び「構成要素」の定義： 本研究で言う「処分概念」とは，放射性廃棄物の地中処分施設の概要（例えば，人工バリアの構成や材料，定 置方式，レイアウトの情報，及びそれらの背景となる情報等）のことである。これまでに国内外で検討されてき た「処分概念」に関する情報を系統的に整備することにより，各「処分概念」の特徴の評価や比較が容易となり， 先進的な「処分概念」の創出等に資することも可能となる。類似した表現として，原子力発電環境整備機構によ り定義されている「処分場概念 1)」があるが，これは処分施設とサイト環境条件とあわせたものとして定義され ている。また，「構成要素」は，処分概念を構成する要素のことであり，例えば，「オーバーパック」や「定置方 式/レイアウト」が該当する。 2-1 ガラス固化体からの発熱に対する設計上の対策等に着目しつつ分析・整理を行い，これら技術情 報を，処分概念データベース（以下，処分概念 DB）として整備する。処分概念 DB は，支援フ レームへの情報提供を重要な機能の１つとしており，そのための機能・構造の検討を行う。具体 的には，支援フレームでは処分概念の技術情報と考慮する条件や評価項目と対応付けが重要にな ること，また，その対応付けの網羅性や十分性の確認をしやすくすることが重要になることから， 評価項目を軸とした情報の構造化を行う。 なお本章での処分概念の検討は，3 章～6 章の検討への処分概念に係る技術情報の提供も念頭に おいて進める。 本研究課題に対する平成 23 年度までの検討においては，相互に関連する以下の 3 つの分野を設 定した。 ・処分概念に関する情報の分析・整理 ・処分概念 DB の構築 ・処分概念適用性評価支援フレームの開発 以下，各分野について，平成 23 年度までの実施内容及び成果の概要を示す 3),4),5),6),7)。 ・処分概念に関する情報の分析・整理 国内外における高レベル放射性廃棄物や TRU 廃棄物などに対して提示されている様々な地 層処分概念について調査し，その変遷過程，構成要素，廃棄体の回収技術，使用済燃料やガラ ス固化体からの発熱に対する設計上の対策等に着目しつつ，処分概念のオプションや関連する 技術情報を分析・整理した。この中で，それぞれの処分概念の長所・短所，人工バリアなどの 構成要素の機能とその機能を発揮するための条件，処分概念に対応した廃棄物区分などについ ても把握した。また，考慮する条件，評価項目，構成要素の三者の関連性を整理することで， 特定の考慮する条件に応じて着目すべき評価項目の絞り込み等を行うための基盤を整備した。 さらに考慮する条件の一つである要件／制約条件の分析・整理として，ステークホルダーの要 求事項を，技術倫理 8)の観点から整理した技術者の対応方針をキーワードとして関連付けるこ とで，ステークホルダーの要求と処分概念の関連性の分析を進めた。例えば，「処分の計画や 安全性・信頼性が理解しやすいものであってほしい」というステークホルダーの要求に対して， それと関連付けられる技術者の対応方針「処分の計画や安全性・信頼性が理解しやすいもので あること」に着目して，その対応方針に処分概念でどう答え得るかを検討した。 ・処分概念 DB の構築 上記処分概念の分析・整理によって得られた処分概念のオプションや関連する技術情報を基 盤として，処分概念の特徴の把握や複数の処分概念オプションを並列比較するための技術情報 の構造化や閲覧機能の整備，また支援フレームにおける技術情報の利用の効率化を目指した技 術情報の検索機能や「考慮する条件，評価項目，構成要素の関連性」に関する情報の提供機能 の整備を段階的に行い，処分概念 DB として整備してきている。これにより，処分概念の技術 情報に関する一般的な情報管理ツールとしてだけでなく，支援フレームへの情報提供ツールと しての処分概念 DB の整備を進めた。 ・処分概念適用性評価支援フレームの開発 支援フレームについては，考慮する条件の設定から既存の処分概念の適用性評価及び課題抽 出・改良に至る全体の作業フローについて，実用性を考慮しつつ手順・考え方を整備するとと もに，特定の考慮する条件と処分概念の想定に対して一連の手順を試行することで支援フレー ムの有効性を確認した。また，処分概念 DB で整備した「考慮する条件，評価項目，構成要素 の関連性」を，処分概念の適用性評価部分のわかりやすさの向上や透明性の担保のためのツー 2-2 ルとして活用できるように，支援フレームの手順と考え方を更新した。処分概念の課題抽出や 改良に対しては，発明的問題解決理論を用いた課題解決の手順・手法を整理し，事例検討を通 じてその手順と手法が一定の有用性を持つことを確認した。 本研究では，考慮する条件に対応した処分概念や構成要素の適用性評価や比較を行う「処分概 念適用性評価支援フレーム」，及び処分概念の技術情報等を構造的に整理し提供する「処分概念デ ータベース」を整備するとともに，各機能を解説するマニュアルや利用事例の整備を通じて，そ の全体を「処分概念評価技術」として整備することを目指す。 処分概念評価技術の概要を図 2.1.1-1 に示す。 なお，処分概念評価技術を構成する要素技術は，その利用の基本的なパターンを，統合・利用 支援環境（6 章参照）において「利用シナリオ」としてまとめた。また，要素技術の成果の統合 （処分概念評価技術のパッケージ化）も，統合・利用支援環境（6 章参照）でのポータルサイト メニューにおいて廃棄物特性評価技術としてグルーピングすること，及びメニューや利用シナリ オから統一的にアクセスできるようにすることで実現した。 ・処分概念の適用 性評価，選定 考慮する条件 廃棄物特性 地質環境特性 要件/制約条件 処分概念 情報 処分概念 適用性評価 支援 フレーム 入力情報の 統合/体系 化と共有 処分場全体の概念 処分場の構成要素 代替案 手法・手順の マニュアル 処分概念デー タベース 評価手順の提示 改良/創出 課題抽出 概念選定 適用性評価 （比較） 考慮する条件 処分概念情報 評価 事例 評価項目 考慮する条件，処分 概念に係る情報分 析・整理 各DB機能 図 2.1.1-1 -考慮する条件に対する処 分概念の適用性を評価， 選定を行う 処分概念評価技術の概要 2-3 -処分概念の評価/判断過 程の透明性，追跡性を確 保する ・処分概念に関す る情報の体系化 -「考慮する条件，処分概念， 評価項目」の情報を体系的 に提示する -要件/制約条件（ステーク ホルダーの要求）に対する 処分概念での技術的な対 策を提示する 2.1.2 本年度の実施内容 本年度は，平成 23 年度までの成果を基盤として，「処分概念適用性評価支援フレーム」と「処 分概念データベース」を利用者の使いやすさとわかりやすさの向上を重視しつつ実用版として整 備するとともに，それらの連携をさらに効率的に実施できるようにすること，及び最終的に「処 分概念評価技術」として取りまとめることを目的とする。そのために，2.1.1 項で述べた平成 23 年度までの成果に基づき，本年度は以下を実施した。 ・処分概念 DB 処分概念に係る技術情報のうち，平成 23 年度までに調査・整理が終了しているもののデー タベースに未登録であった技術情報の登録を行い，調査・整理が終了している技術情報の一通 りの登録を終了する。データベース機能については，情報へのアクセス性の向上などに重点を おいた機能の改良を行った。特に，処分概念 DB の未利用者を対象としたレビュー（付録 2 参 照）から得られた実際の使用感に基づく利便性や操作性についての課題を整理するとともに， それらに対処するための機能の改良やマニュアルの整備を行った。また，データベースの継続 的な運用・管理のために，更新履歴の管理機能の追加，利用マニュアルについては一般利用者 用と管理者用の整備を実施し，実運用に向けての環境整備を行った。 処分概念 DB のコンテンツのうち，考慮する条件である要件／制約条件についての検討とし て，平成 23 年度までに実施したステークホルダーの関心や懸念と技術倫理に基づく技術者の 対応方針との関連性の分析・整理について，それら関心や懸念に対応していくための処分概念 のオプションや課題の検討への適用を試行し，その有効性を確認した。 ・処分概念適用性評価支援フレーム 支援フレームについては，平成 23 年度までに整備した手順や手法を基盤に，その使いやす さを向上させることに重点をおいて，実施者にとって効果と労力のバランスで合理的と考えら れる手順や手法及び評価内容の選択を支援できる環境を整備する。具体的には，実施者が分 析・評価に期待する目的の違い（例えば，適用性評価，比較，課題抽出等）に応じて具体的に どのような分析・評価を行うことが推奨されるか，そのための作業内容や作業量はどのような ものになるか等を，検討の開始段階で見通すことができるようにする。このために，支援フレ ームで実施できること（実施者の目的となること），分析・評価の作業内容や作業量に違いが 生じる原因，作業内容や作業量の違いに起因する成果の違い等をパターン分けして整理する。 このパターンの組合せを支援フレームの利用ガイドとして取りまとめ，目的に対する効果及び 労力のバランスを見ながら実施者が適切な手順や手法及び評価内容を選択できるようにする とともに，その選択に応じた具体的な作業手順や作業内容を利用マニュアルにより提示する。 また，具体的な作業手順や作業内容を共通的な記録フォーマットの形式で準備することより， 支援フレームを用いた作業の実施と記録を整合的に行えるようにした。 また，本研究の以下の成果は付録に整理した。 • 支援フレームの利用マニュアル：付録 4，付録 15（DVD） • 利用事例（支援フレーム利用事例ベース）：付録 5，付録 15（DVD） • 用語集：付録 14，付録 15（DVD） • 処分概念データベース：付録 15（DVD） • 処分概念データベースの利用マニュアル：付録 15（DVD） 処分概念データベースのインストールマニュアル：付録 15（DVD） • 2-4 参考文献（2.1 節） 1) 原子力発電環境整備機構： “高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」 の説明資料－”， NUMO-TR-04-01 (2004). 2) NUMO: “Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”，NUMO-TR-04-03 (2004). 3) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 19 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃 棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/19fy5.pdf (2008). 4) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 20 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/20fy5.pdf (2009). 5) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 21 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-05/21fy5.pdf (2010). 6) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 22 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/22-5.pdf (2011). 7) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 23 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 8) 鳥井弘之：“「未来型ビジネスチャンスを考える」－人や社会の変化こそチャンスの宝庫－”， 日本化学工学会第 37 回経営ゼミナール (2011) 2-5 2.2 処分概念 DB の構築 処分概念 DB は，処分概念情報とその情報を閲覧・検索・管理する機能等から構成され，情報 の閲覧に加えて，支援フレームに沿った作業への情報提供を行うことが重要な役割である。 処分概念についての情報調査及び分析・整理については，平成 23 年度までに，国内外の処分概 念の概要，構成要素（人工バリアなど）の詳細，研究の進展による変遷過程などについて調査し， それぞれの処分概念の長所・短所，人工バリアなどの構成要素の機能とその機能を発揮するため の条件，処分概念に対応した廃棄物区分などについても取りまとめた。また，情報の分析・整理 においては，評価項目の構造に沿った調査結果の整理を進めるとともに，考慮する条件，評価項 目，構成要素の三者の関連性について整理し，特定の考慮する条件が与えられた場合に着目すべ き評価項目の絞り込みなどを効率的に行えるようにした。さらに，規制者，一般市民などステー クホルダーの要求を支援フレームにおいて考慮する条件（要件／制約条件）として取り込んでい くために，それら要求と技術倫理に基づく技術者の対応方針との関連性について検討することを 試み，ステークホルダー要求との関係で処分概念を考えていくための着眼点を整理した 1)。 前述の処分概念の分析・整理によって得られた処分概念のオプションや関連する技術情報を基 盤として，処分概念の特徴の把握や複数の処分概念オプションを並列比較するための技術情報の 構造化や閲覧機能の整備，また支援フレームにおける技術情報の利用の効率化を目指した技術情 報の検索機能や「考慮する条件，評価項目，構成要素の関連性」に関する情報の提供機能の整備 を段階的に行い，処分概念 DB として整備してきている。この段階では，開発者側での機能や使 いやすさの確認が中心であったため，実際に利用者が使う際の実用的な操作性になっているか， わかりやすい情報提示の形態になっているか，参照頻度の高い情報は何かなどについての検討は 必ずしも十分ではなかった。 本年度は，平成 23 年度までの成果を基盤として，「処分概念データベース」を利用者の使いや すさとわかりやすさの向上を重視しつつ実用版として整備するとともに，支援フレームとの連携 をさらに効率的に実施できるようにすること，及び最終的に「処分概念評価技術」として取りま とめることを目的としている。 そこで，データベース機能については，情報へのアクセス性の向上などに重点をおいた機能の 改良として，特に，処分概念 DB の未利用者を対象としたレビューから得られた実際の使用感に 基づく利便性や操作性についての課題を整理しつつ，処分概念に係る技術情報のうち，平成 23 年度までに調査・整理が終了しているもののデータベースに未登録であった技術情報の登録を行 い，調査・整理が終了している技術情報の一通りを登録する（2.2.1 項）。また，データベースの 継続的な運用・管理のために，更新履歴の管理機能の追加し実運用に向けての環境整備（2.2.2 項） を行う。さらに利用マニュアルについては，一般利用者用と管理者用のマニュアルの整備を行う （2.2.3 項）。 処分概念 DB のコンテンツのうち，考慮する条件の検討については，平成 23 年度までに実施し たステークホルダーの関心や懸念と技術倫理の関連性の分析・整理を基に，ステークホルダーの 関心や懸念に対応していくために検討すべき処分概念のオプションや課題を技術倫理の観点を介 して整理することを試みる（2.2.4 項）。 2-6 2.2.1 2.2.1.1 データベースシステムの改良及び情報の収集整理 実用性向上のための改良 レビューによって得られた，処分概念 DB に対する操作性，見やすさ，わかりやすさなどの観 点でのコメント，意見，要望を表 2.2.1-1 に示す。表 2.2.1-1 には，平成 23 年段階で処分概念 DB に関する今後の課題として挙げていたものを合わせて示す。 表 2.2.1-1 レビューから得た課題及びこれまでの課題と対応内容 項目 課題 対応内容 (1) トップページに各リンク先の説明を付記し，それぞ トップページの表示を見るだけでは， ※ れを見やすくするために情報の配置及びグループ 各リンク先の内容や機能が分かりにく 分けを変更した。また，各ページの右上にグローバ い。 ルナビゲーション※1 を追加した。 (2) 「評価項目」など，用語の定義は Excel ファイルをダウンロードできるが，ブ PDF ファイルも用意しリンクすることで，ブラウザ ラウザ上で内容を閲覧することができ 上で内容を閲覧できるようにした。 ない。 (3) 地層処分の専門家以外から見ると，分 支援フレームとの整合性を考慮しつつ，用語の修正 ※ かりにくい用語がある。また，支援フ 及び統一を行った。 レームで使われると用語と一部整合し また，特別な使い方や特殊な意味の用語を中心に用 ていないものがある。 語集を作成した。 (4) キーワード検索において，一部のキー データベースシステムの問題点を確認し，不具合を ※ ワードが正常にヒットしない不具合が 解決した。 ある。 (5) 「廃棄物分類を指定して処分概念を検 「説明」ボタンを追加し，廃棄物分類の説明が表示 索」において，廃棄物分類の定義が分 されるようにした。 からない。 (6) 「処分概念変遷の国別表示」では，変 変遷していない処分概念は非表示とし，ツリー表示 ※ 遷していない処分概念も表示されるた からフラットな表示に変更した。また，変遷を示す め，どの概念からどの概念へ変遷して アイコンは削除し，代わりに変遷前後の処分概念を いるか分かりにくい。また，変遷を示 矢印で結ぶようにした。 すアイコンの意味が分かりにくい。 (7) 変遷の意味合いの違いが分かりにく い。（例えば，H3 概念※2)→H12 概念※3) 変遷の意味合い等を付記できるように，コメント表 と H12 概念→CARE2)では変遷の意味合 示機能を追加した。 いが異なる。 ） (8) ブラウザの「戻る」ボタンで前のペー Internet Explorer 8 特有のブラウザ依存性問題である ※ ジに戻ると，ウェブページの有効期限 ことを確認（他のバージョンでは問題なし）。エラ 切れエラーになることがある。 ーがでないように対処した。 (9) 国名は，国際電話の国番号としていたことが分かり ※ 処分概念及び構成要素の表示並び順の にくさの原因。日本をデフォルト表示位置にして， 規則性が分かりにくい。 それ以外の国は五十音順に並べるように変更した。 構成要素は，五十音順に変更した。 (10) データベースの更新情報が分からな 右上に「更新履歴」ボタンを設け，更新履歴の PDF い。 ファイルが表示されるようにした。 ※：レビューによって得られたコメント，意見，要望 ※1：web デザインにおける要素のうち，web サイト内の各ページに共通して設置されるサイト内の 各コンテンツを案内するためのメニューのこと ※2：H3 概念は，第 1 次取りまとめ 3)の処分概念のこと ※3：H12 概念は，第 2 次取りまとめ 4)の処分概念のこと 2-7 以下に表 2.2.1-1 に示した各項目について詳細に説明する。 (1) トップページの改良 処分概念 DB のデフォルト画面であるトップページの表示を見るだけでは表示されている機能 （参照や検索など）や各リンク表示部分のクリック後に得られる情報が直感的には把握しにくい という課題があった改良前のトップページを図 2.2.1-1 に示す。これに対して，トップページの各 リンク表示部分に機能の説明を付記し，リンク表示の内容ごとに配置を見直し，また，4 章で説 明する廃棄物特性データベースのトップページと統一感を持たせた色や表示方法のデザインとし た。改良後のトップページを図 2.2.1-2 に示す。 ・変更前のグルーピングは「カタログ」，「検索」，「比較」 ，「変遷」，「視点・関連」の 5 つだっ たが，変更後のグルーピングは「情報表示機能」，「情報検索機能」， 「視点や評価項目の定義 など」，「データベース利用に係る利用者支援機能」の 4 つとした。 ・各機能について，リンクの下に説明概要を付記した。 ・説明を付記した場合の見やすさを考慮して縦 1 列の配置に変更した。 ・トップページ冒頭にデータベースの目的及びコンテンツの概要を記載した。 さらに，トップページ以外の任意のページからでも上記に示した 4 つの機能へ直接アクセスで きるようにするため，画面右上のグローバルナビゲーション（グローバルナビゲーションとは， web デザインにおける要素のうち，web サイト内の各ページに共通して設置されるサイト内の各 コンテンツを案内するためのメニューのこと）を追加した。 図 2.2.1-1 改良前のトップページ 2-8 図 2.2.1-2 改良後のトップページ (2) 用語定義の閲覧方法の改良 これまでの処分概念 DB では考慮する条件，評価項目，構成要素の各用語の定義について，定 義参照用に事前用意されたファイルをデータベースからダウンロードした後，別のアプリケーシ ョンを用いて閲覧しており，処分概念 DB のブラウザ画面上では閲覧することができなかった。 そこで，本年度は用語の定義を再確認したうえで上記の事前準備参照用のファイルを PDF 化し， 2-9 処分概念 DB から直接ブラウザ画面上閲覧できるように改良した。また，処分概念 DB や後述す る支援フレームで用いているわかりにくい用語については，レビューでのわかりにくいとのコメ ントなども参考にしつつ用語集としてまとめ，6 章に述べる統合・利用支援環境から参照できる ようにした。 (3) 用語の分かりやすさと整合性の確認 処分概念 DB と 2.3 節に記述する支援フレームとで共通的に用いる用語については特殊な意味 を持たせていることや，処分概念 DB と支援フレームとで整合していない部分などもあった。レ ビューではこの点が指摘された。 そこで用語の意味と表現の適切性を再確認し，修正及び統一を行った。以下に変更内容の一部 を示す。 ・（修正前）処分概念カタログ → （修正後）処分概念の一覧表示 ・（修正前）構成要素カタログ → （修正後）構成要素の一覧表示 ・（修正前）国内・諸外国の処分場概念の比較 ・（修正前）構成要素のオプションの比較 → → （修正後）処分概念の並列表示 （修正後）構成要素の並列表示 (4) キーワード検索における不具合の修正 検索用データが一部古い情報となっていることが不具合の原因となっていたため，当該データ をデータベース上から削除し正しいデータに差し替えることで不具合を解決した。 (5) 廃棄物分類の定義についての説明追加 廃棄物分類の指定による処分概念の検索機能において，選択肢となっている廃棄物分類の定義 が曖昧であった。そこで，当該検索画面に「説明」ボタンを追加し，廃棄物分類の定義が凡例と して表示されるように変更した。この定義は，後述の管理者向け機能により管理者が変更するこ とができる。図 2.2.1-3 に改良後の画面イメージを示す。 図 2.2.1-3 廃棄物分類の定義ウィンドウ 2-10 (6) 変遷の国別表示の改良 処分概念の変遷の国別表示において，変遷に関する情報のあるなしに係わらず国名がすべてツ リー表示されているため紛らわしく，また変遷に関する情報がある場合についても変遷元と変遷 先の関係をアイコンで示していたが，その意味が直感的にわかりにくかった。 そこで，直感的にわかりやすい表示とするために変遷に関する情報がない国の国名は非表示と し，変遷元と変遷先の処分概念は矢印で結び，フラットな表示にした。図 2.2.1-4 に改良後の画面 イメージを示す。 図 2.2.1-4 改良後の処分概念の変遷の国別表示 (7) 処分概念の変遷の意味を補足するコメントの追加 処分概念の変遷の意味を把握しておくことはその変遷情報を利用するうえで重要である。これ までは処分概念の変遷の根拠や位置付けを考慮せず，処分概念が異なる場合にそれを一律“変遷” と表示していた。そのため，処分概念が高度化されて新しい処分概念となった変遷なのか，処分 概念の代替オプションとして考案された処分概念なのかが区別できなかった。 そこで，変遷の根拠や位置づけをコメントにより補足する表示機能を追加し，変遷として示さ れている処分概念の意味を明示できるようにした。このコメントの表示機能では，後述の管理者 向け機能で管理者がコメントの内容を変更できる。 (8) ウェブページの有効期限切れ表示の修正 ブラウザの「戻る」ボタンで前画面に戻った時に「ウェブページの有効期限切れエラー」とな り正常に動作しなかった。 これは，Internet Explorer 8 特有のブラウザに依存する問題であることを確認し，当該ブラウザ でもエラーがでないように修正した。 (9) 処分概念及び構成要素の表示の並び順の変更 国内外の既存の処分概念についての名称，国名及び構成要素の表示の順序について，使いやす さとわかりやすさを向上させるために，使用頻度が高い日本の処分概念をデフォルトの表示場所 として最も見やすい場所とし，日本以外の国の並び順は五十音順の並びの表示に変更した。同じ く構成要素の並び順も五十音順の並び順に変更した。 (10) 更新履歴の表示機能の追加 トップページの右上に「更新履歴」ボタンを設け，更新履歴を記載した PDF ファイルが表示さ れる機能を追加した。最新の更新情報を記入した PDF ファイルを差し替えるだけで更新履歴を更 新できる。 2-11 2.2.1.2 情報の収集 これまでの処分概念の調査において情報量が十分でない，または調査済みであるがデータベー スに未保存であった 15 個（表 2.2.1-2 参照）の構成要素ついて，必要に応じて追加の文献調査を 行い，結果をデータベースに保存した。 国 日本 日本 日本 日本 スイス スイス 日本 日本 日本 ベルギー スウェーデン ドイツ 日本 スウェーデン 日本 表 2.2.1-2 追加登録した構成要素 構成要素オプションの名称 ― 【該当処分概念の名称】 銅・炭素鋼オーバーパック ― 【日本の概念（H12 概念）】 チタン・炭素鋼オーバーパック ― 【日本の概念（H12 概念）】 単層パネル／縦置き方式 ― 【日本の概念（H12 概念）】 多層パネル／縦置き方式 ― 【日本の概念（H12 概念）】 使用済み燃料用キャニスター ― 【スイスの概念（Project Opalinus Clay）】 ガラス固化体用キャニスター ― 【スイスの概念（Project Opalinus Clay）】 処分孔縦置き方式 （ブロック方式） ― 【日本の概念（H12 概念）】 坑道横置き方式 （原位置施工方式） ― 【日本の概念（H12 概念）】 坑道横置き方式 （PEM 方式） ― 【日本の概念（H12 概念）】 スーパーコンテナ方式 ― 【ベルギーの概念（スーパーコンテナ設計）】 Basic Design 方式 ― 【スウェーデンの概念（フォスマルク）】 坑道利用 深孔処分方式 ― 【ドイツの概念（岩塩）】 サイロ型処分方式 ― 【日本の概念（CARE）】 KBS-3 キャニスター ―【 スウェーデンの概念】 ライナー ― 【日本の概念（H12 概念）】 これまでの文献調査によって，処分概念は 33 個など国内外 12 カ国の処分概念に係る情報を収 集した。収集した情報の一部を表 2.2.1-3 に示す。本表に示す処分概念の情報は，すべて処分概念 DB に登録されている。 表 2.2.1-3 これまでに調査した処分概念の一覧（処分概念 DB へ登録済） 国 処分概念の名称 国 処分概念の名称 日本の概念（H12） スウェーデンの概念（フォスマルク） 日本の概念（CARE） スウェーデンの概念（ラクセマル） 日本の概念（TRU 廃棄物） KBS-3V スウェーデン 日本の概念（余裕深度処分） KBS-3H 日本 スウェーデンの概念（低中レベル放射 日本の概念（H3） 性廃棄物） 日本の概念（ピット処分） ドイツ ドイツの概念（岩塩） 日本の概念（トレンチ処分） フィンランド フィンランドの概念 米国の概念（ユッカマウン フランスの概念（花崗岩） テン） 米国 米国の概念（LLW） フランスの概念（粘土岩） フランス 英国 英国の概念 フランスの概念（ラ・マンシュ） オランダ オランダの概念 フランスの概念（オーブ） カ ナ ダ の 概 念 （ Adaptive フランスの概念（モルヴィリエ） Phased Management） カナダ カナダの概念（旧処分概念） ベルギーの概念（SAFIR-2） ベルギーの概念（スーパーコンテナ設 スイスの概念（TRU 廃棄物） 計） ベルギー スイス ス イ ス の 概 念 （ Project ベルギーの概念（処分孔設計） Opalinus Clay） スイスの概念（Kristallin-1） ベルギーの概念（スリーブ設計） 韓国 韓国の概念 2-12 2.2.1.3 整理表の改訂 (1) 整理表の概要 整理表とは，考慮する条件が設定された際，処分概念あるいは構成要素の分析・評価を行う際 に着目すべき構成要素や評価や評価項目を効率的に抽出できるようにすることを目的に， 「考慮す る条件－構成要素－評価項目」の基本的な関連性を事前に分析したうえで，それを一望できるよ うに一覧表の形式で体系化したものである。 本年度は，平成 23 年度に作成した整理表に対して，地層処分研究における地質環境調査と工学 技術の 2 名の専門家によるレビューを踏まえ改訂を行った。改訂後の整理表を表 2.2.1-4 に示す。 表 2.2.1-4 中の青字で記載された部分は本年度修正した箇所を示す（改訂内容については後述）。 本整理表中に記した考慮する条件は，廃棄物特性・地質環境条件・要求／制約条件に区分され る。さらに，廃棄物特性・地質環境条件・要求／制約条件は具体的な内容へと細部化される。考 慮する条件の定義を表 2.2.1-5 に示す。 評価項目は，様々なサイト環境条件やステークホルダーからの要求への処分概念の適合性を包 括的に評価するための指標で，3 層（上位・下位・個別）構造で定義した（表 2.2.1-6）。上位の評 価項目は設計因子 5),6) を，下位や個別評価項目は同じく属性を参考にした。なお，表 2.2.1-6 と表 2.2.1-7 の表中の青字で記載された部分は本年度修正した箇所を示す（改訂内容については後述） 。 構成要素は，地層処分システムを構成する個々の要素を指し，地層処分システムは個々の要素 の組み合わせによりシステムとして機能する（表 2.2.1-8） 。表 2.2.1-8 中も青字で記載された部分 は本年度修正した箇所を示す（改訂内容については後述） 。 整理表は処分概念あるいは構成要素の適用性や課題を評価するに際に着目すべき， 「考慮する条 件－評価項目－構成要素」の関連を一望できるようにすることを目的としたものであり，個別評 価項目ごとに関連する構成要素と具体的な考慮する条件を整理し，その結果を一覧表の形式で体 系化している。このような整理を事前に行っておくことで，例えば，特定の考慮する条件が設定 された場合にどの構成要素や評価項目に着目すべきかを容易かつ効率的に把握することが可能と なる。また，整理表を共有することで，複数の実施者による評価での着目点が統一されやすくな り，評価結果の品質や整合性の向上に資することが期待される。 (2) 整理表の見方 処分概念の適用性評価を行う場合，利用者は，この整理表に従って評価項目の視点から整理表 においてその評価項目が記載された行を参照すれば，評価対象となる構成要素と考慮する条件を 客観的かつ網羅的に把握することができる。逆に言うと整理表で空白となっている所は，その評 価項目の視点から評価する際にはあまり検討する必要性がない構成要素あるいは考慮する条件と いうことになる。 整理表は，主に第 2 次取りまとめ 4)の構成要素を想定して作成しているが，国外で検討されて いる他の処分概念についても同様の構成要素を利用していることから，基本的にはそのまま適用 可能と考えられる。なお，国外の処分概念では，表 2.2.1-4 中の構成要素を想定していない場合も ある（例えば，粘土層を想定したフランスの概念 7) では緩衝材を使用しない）が，そのような場 合でも，該当する構成要素に関する評価項目は採用しないことで表 2.2.1-4 の整理表が利用可能で ある。 以下，表 2.2.1-4 の整理表の見方を簡単に示す。 ・評価項目（第 1～3 列） 上位・下位・個別の評価項目を記載している。各評価項目の定義については，表 2.2.1-5 を参照のこと。評価項目は上位から下層になるほど，つまり上位から下位・個別の評価項 2-13 目になるほど具体的な評価項目となる。3 層の中で最も具体的な評価項目である個別評価 項目は，構成要素に関連するかどうかが明瞭である。一方，個別評価項目の視点で処分概 念の適用性評価をする際の検討すべき条件は，考慮する条件の「廃棄物特性・地質環境条 件・要求／制約条件」の具体的な考慮する条件が対象となる。 そこで，個別評価項目と構成要素の関連，及び，個別評価項目と考慮する条件の関連の 2 つの関連の分析・整理から評価項目を軸として 1 つにまとめ， 「考慮する条件－評価項目 －構成要素」を体系化している。 ・構成要素（第 4～14 列） 各構成要素について，評価項目と関連する場合に丸印を記入している。塗りつぶしの 場合は，その構成要素が評価項目に直接的に関連することを示し，白丸の場合は間接的 に関連することを示している。例えば，評価項目の「長期安全性」の「バリア機能の長期 安定性」の「緩衝材の流出の抑制」の場合，構成要素の「緩衝材／埋め戻し材（BF）」に 関連する。他の構成要素では，ライナー（LN）とキャップ（CP）も関連がある。 整理表中の「廃棄体（WS）」については，第 2 次取りまとめ 4)の処分概念を参照して作 成しており，本整理表の対象廃棄物はガラス固化体である。諸外国における使用済み燃 料を対象とした廃棄体は，ガラス固化体を基に整理された整理表の利用に際して，廃棄 体に期待する機能はほぼ同じであることから使用済み燃料を対象とすることもほぼ可能 と考えられるが，記載内容の信頼性を確保する観点からガラス固化体との差異を踏まえ， 評価項目（特に個別評価項目）や考慮する条件を再確認することが必要である。また本整 理表中において TRU 廃棄物を対象とすることについては，高レベル放射性廃棄物処分相 当の廃棄物のみを対象として，使用済み燃料を取り扱う場合と同様にガラス固化体との 差異を踏まえて評価項目や考慮する条件を再確認する必要がある。 ・考慮する条件（第 15～21 列） 各個別評価項目を切り口として処分概念の適用性を評価する際に，着目すべき考慮する 条件を記載している。考慮する条件の定義については表 2.2.1-5 を参照のこと。なお，「要 求／制約条件，その他」 （第 21 列）欄の記載内容については，要求／制約条件に該当する もの（赤字で記載，例えば，「処分深度」，「定置速度」など）は表 2.2.1-5 での「要求／制 約条件」の定義と整合している。一方， 「その他」 （黒字で記載，ライナー（LN）からの高 アルカリ性溶液の溶出，緩衝材の化学的緩衝性など）は，要求や制約ではないが評価にお いて配慮すべき事項がある場合に記載されるもの（例えば，設計上の制約や設計に関する 評価結果など）であり，要求／制約条件とは異なる。 ・備考（第 22 列） ・参考文献（第 23 列） (3) 本年度の整理表の改訂内容 平成 23 年度に整備した整理表に対して，本年度，地層処分研究における地質環境調査と工学技 術の 2 名の専門家によるレビューを実施した。その結果を踏まえ，整理表そのものに加え，考慮 する条件，評価項目，構成要素についても改訂を行った。以下，改訂内容の概要をまとめる。 レビューでは以下の 2 点を重点的に確認した。 ・整理表で設定している「考慮する条件」，「評価項目」， 「構成要素」の関連性の妥当性，充足 性 ・整理表で設定している考慮する条件，評価項目，構成要素の種類及びその定義の妥当性，充 足性 2-14 上記のレビューでは，以下の指摘を受け，対応した。 ・考慮する条件については各項目の意味が不明瞭であるとの指摘を受けたため，全ての項目に ついて定義を再確認し明確化した。また，平成 23 年度までは考慮していなかった項目とし て，例えば， 「C. 地球化学特性」の「鉱物組成」， 「G. 幾何形状特性」の「地層／岩体の分布」 と「褶曲の存在」を追加した。項目間の関係性については，例えば，「G. 幾何形状特性」の 「EDZ の広がり」と「割れ目の存在」の関係を明確にした。対応結果を表 2.2.1-5（青字部分） に反映した。 ・評価項目については，特に個別評価項目と関係付けられている構成要素や考慮する条件の内 容や範囲が不明瞭であるとの指摘を受けたため，明確になるように修正を行った。例えば， 「長期安全性」の「核種放出の遅延と拡散」の「透水性」の個別評価項目について，何処か ら何処へ向かう地下水流を指しているのかという指摘があった。これらが明確になるように 個別評価項目の定義を修正した。対応結果を表 2.2.1-6 と表 2.2.1-7（青字部分）に反映した。 ・構成要素については，各構成要素の定義をより明確化するとともに，これまでは構成要素と して設定していなかった天然バリア（NB）を追加した。また，グラウト（地下坑道の掘削・ 施工時における湧水抑制のため岩盤の割れ目に注入する材料）は構成要素として考慮すべき 重要な要素の 1 つであるとの指摘を受け，地下施設（UF）を従来どおり人工バリア（OP, BF） や補助的なバリア（LN, SL, CP），天然バリア（NB）を含む施設としつつ，人工バリアや補 助的なバリアに含むのが適さないグラウトやその他構造物（ボルトなど建設・操業において 付随的に設置される構造物）を「地下施設（UF）」に該当することを明確にした。対応結果 を表 2.2.1-8（青字部分）に反映した。 これらの，考慮する条件，評価項目，構成要素及びそれらの関連性に関する見直し結果を，表 2.2.1-4 の整理表（青字部分）に反映した。 (4) 整理表の改訂による信頼性の向上 専門家によるレビュー以前の整理表に記載された考慮する条件は，文献情報あるいは文献情報 を基に作成者が可能な範囲で推察した結果を記入したものに限られていた。従って，本来であれ ば評価において重要なはずの考慮する条件が整理表には記入されていないという可能性は完全に は否定できなかった。本年度の専門家によるレビューの実施によって， 記入漏れの有無を確認し， 考慮する条件などの追加や修正を実施することによって，改訂された整理表は大きな不備や欠落 がないことが確認でき，信頼性が向上した。 2-15 表 2.2.1-4 整理表（「考慮する条件－構成要素－評価項目」の関連）(1/4) 処分概念構成要素※1 考慮する条件 地質環境条件 廃棄物特性 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化 設計因子） UF 個別評価項目 浸出性 核種の物理的 閉じ込め ※3 WS OP BF LN SL CP EL NB 耐食性 ・浸出率 ○ ● ○ ○ ● ● ● ● ○ ● ● ○ ● ● 収着性 ● ● 移行経路の 形成抑制 ● コロイドろ過能 ・発熱量 ・地下水組成 ・発熱量 ・温度 ・地下水流速 ・地下水流入量 ・地下水圧 ・発熱量 ・温度 ・温度 ● ● ・発熱量 耐放射線性 ○ ● ● ・放射線量 ● ○ ● ○ ● ○ ● ● ・発熱量 ● ● ○ ● ● 自己修復性 ○ ○ ○ ・発熱量 ・発熱量 ○ ● ・岩盤力学特性 ・地下水組成 ・地圧 ・地下水流速 ・地圧 ・温度 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ● ● ○ ● オーバーパックの 保護（物理的緩衝 性） オーバーパックの 沈下の防止 酸化還元フロント への影響 ・地下水流入量 ・地下水流入量 ・動水勾配 ● 緩衝材の 流出の抑制 ・地下水組成 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・鉱物組成 ・温度 ・熱伝導性 ・温度 ・温度 ・地下水流速 ・地下水流入量 ・動水勾配 ・地下水圧 ・地圧 ・地下水組成 ・岩盤力学特性 ・地圧 ・岩盤力学特性 ・諸元 ・地下水組成 ● ● ● ・密閉性 ○ ○ ● ● ・放射線量 ・放射線量 放射線安全 放射線被ばく管理 ● ○ ● ● 異常事象に対する ● 安全対策 ● ● ● 操業安全性 労働災害対策 ● 作業環境対策 ● ○ ● ● ・地下水流入量 一般労働安全 ● 3) ・OPに作用する外力と材質，耐 圧厚さ 3) ・割れ目の存在 ・割れ目の存在 ・断層・破砕帯の存在 ・褶曲の存在 ・EDZの広がり ・断層・破砕帯の存在 ・EDZの広がり ・割れ目の存在 ・発熱量 ・温度 ・湿度 ●：評価に際して主たる評価対象となる構成要素 ○：評価に際して間接的に関連する構成要素。与条件的な取り扱い 2-16 ・地圧 ・岩盤力学特性 4) 3) ・核種移行に影響※5 3) ・緩衝材密度に影響※4 3) ・緩衝材膨潤性能に影響 ・緩衝材密度に影響※4 3) 3) ・BF，母岩の収着率 ・SL周囲の水理場 ・材料，仕様，切欠き部の設置 状況 ・坑道の形状・断面積 ・OP，緩衝材の熱伝導性 ・熱的変質 ・OP，緩衝材の放射線脆化 ・LNやグラウトからの高ア ルカリ性溶液の溶出 ・BF，SLの変質 3) 3) ・OP，BFの変質 ・BF，SL，母岩の変質※6 ・OP，LN，埋め戻し材の埋 ・OP，BFの熱伝導率 設間隔 ・緩衝材膨潤性能に影響 ・割れ目の存在 ・緩衝材密度に影響※4 ・岩盤クリープ変位量 ・BFは考慮する条件全般，LN, ・割れ目の存在 ・緩衝材の膨出 CPは考慮する条件の内，主に ・断層・破砕帯の存在 ・CP, LNの剛性 力学特性に関するものに影響 ・岩盤のクリープ挙動評価 ・OPに作用する外力 ・OPの腐食膨張量評価 ・せん断破壊に対する安全性 ・ガス移行挙動評価 ・OPの形状，重量 ・OP沈下量 ・空洞開放期間 ・換気状態 ● 操業時閉じ込め ・OPからのガス発生 ・地下水組成 ・地下水組成 ○ ○ ○ ● 参考 文献 ※2 ・OPの腐食挙動，速度と材質， 腐食深さ ・核種の溶解度 ・拡散場の確保に影響 ・緩衝材，SLの透水係数 ・地下水組成 ・地下水流速 ・温度 ○ ● ・地層／岩体の分布 ・褶曲の存在 ・地層／岩体の分布 ・褶曲の存在 ・割れ目の存在 ・EDZの広がり ・地下水流速 ・地下水圧 ○ ● ● 放射線遮へい ・温度 ・動水勾配 ○ ○ ○ ○ ○ 備考 ・核種の浸出率 ・温度 耐熱性 廃棄体の過熱抑制 要求／制約条件， その他 ・LNからの高アルカリ性溶 ・地下水組成 液の溶出 ・地下水のpH, Eh環境 ・緩衝材の化学的緩衝性 ・生物学的影響※9 ・緩衝材の有効応力（岩盤 ・地圧 ・断層・破砕帯の存在 のクリープ挙動，OPの腐食 ・岩盤力学特性 膨張） ・地下水組成 移行フラックス ○ G. 幾何形状 特性 ・温度 ・動水勾配 ○ ● 人工バリア材料間 の相互作用の影響 低減 隣接処分施設から の地球化学的影響 C. 地球化学 特性 ・温度 ● 残置物との相互作 ○ 用の影響低減 M. 力学特性 ・温度 ○ ● 透水性 H. 水理特性 ・地下水圧 ○ ● ○ バリア機能の 長期安定性 ・発熱量 T. 熱特性 ● ○ 核種の溶解度制限 長期安全性 廃棄物特性 ● オーバーパックの 構造健全性 核種放出の 遅延と拡散 SF OS 3) 3) 3) 3) 3) 3) - ・ガラス固化体容器（キャニス ター），OP，廃棄体取り扱い施設 の密閉性 ・OPの遮へい厚さ ・地上施設の遮へい能力 ・管理区画設定，放射線モニタリ ング，人の出入り管理，物品の 搬出入管理の状況 ・異常事象の防止策，拡大防止 策，影響緩和策の実施状況 ・災害の発生・拡大防止策，災 害時における作業員の安全確 保対策※7の状況 ・酸素濃度，粉じん濃度，照度， 騒音レベル等 2) 2) 2) 2) 2) 2) 表 2.2.1-4 整理表（「考慮する条件－構成要素－評価項目」の関連）(2/4) 処分概念構成要素※1 考慮する条件 地質環境条件 廃棄物特性 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化 設計因子） UF 個別評価項目 掘削技術 掘削技術 製作技術 搬送・定置技術 工程管理 工学的成立性／ 品質保証 搬送・定置 作業の容易さ， 効率性 WS OP BF LN SL CP EL NB ○ 搬送・定置技術 ● 回収の容易さ T. 熱特性 H. 水理特性 ・地下水流入量 ・地下水圧 ・地下水流入量 ・地下水圧 ● ● ● ● ● ● 工程管理 ● ○ ○ ○ ○ ● ○ ● ・諸元 取り扱い ○ ○ ● ● ○ ● ・諸元 作業上の制約 ○ ○ ● ● ○ ● ・諸元 ● 高湿度対策 ● ● ● ・湿度 ● ○ ● ・地下水流入量 湧水対策 ○ 回収の容易さ ● ○ ● ● ● ● ● ● 実証試験による回 ● ○ ● ● ● ● ● ● 収技術の成立性 搬送・定置能力 工学的信頼性 ● ● ● ● ・放射線量 ○ ○ ● 繰り返し動作の信 繰り返し動作の信 頼性，メンテナンス 頼性，メンテナンス の頻度，容易さ の頻度，容易さ ○ ● ● ● ・温度 ・熱伝導性 ● ● ● ● ・発熱量 ・浸出率 ・核種量 ● ・化学組成 ・放射線量 ・諸元 操業条件の 変化に対する 柔軟性 廃棄体の種類 に対する柔軟性 C. 地球化学 特性 G. 幾何形状 特性 要求／制約条件， その他 ・割れ目の存在 ・処分深度 ・断層・破砕帯の存在 ・割れ目の存在 ・処分深度 ・断層・破砕帯の存在 ・割れ目の存在 ・地下水流入量 ・地下水圧 搬送性 地質環境条件の 不確実性に対する 耐久性，堅牢性 頑健性 ・地圧 ・岩盤力学特性 ・地圧 ・岩盤力学特性 ● ・諸元 回収可能性 実証試験による 回収技術の 成立性 M. 力学特性 ● ● ● ● ● 力学的安定性 地下環境条件 への適応性 廃棄物特性 ● 寸法／長さ，規 模，ライナー仕様 製作技術 SF OS ・動水勾配 ・地下水流速 ・地下水圧 ・地圧 ・岩盤力学特性 ・WS，OPの形状，重量 ・割れ目の存在 ・断層・破砕帯の存在 ・処分深度 ・褶曲の存在 ・WS，OPの形状，重量 ・BF施工方式 ・定置速度 ●：評価に際して主たる評価対象となる構成要素 ○：評価に際して間接的に関連する構成要素。与条件的な取り扱い 2-17 ・掘削技術（実験／実証） 参考 文献 ※2 1) ・坑道寸法／長さ，規模或いは 5) LN仕様（厚み等）に対する制約 ・製作技術，品質レベル（実験／ 実証） ・BF施工方式，EL仕様の組合わ せに対する定置技術，品質レベ 5) ル（実験／実証） ・掘削速度 ・EL仕様を踏まえた搬送速度 （空間的裕度，往復作業の有 無，搬送重量） ・BF施工方式，EL仕様の組合わ ・WS，OPの形状，重量 せに対する定置速度（BF施工方 ・定置速度 式，空間的裕度） ・BF施工方式，EL仕様の組合わ ・WS，OPの形状，重量 せに対する定置速度（BF施工方 ・定置速度 式，空間的裕度） ・処分孔・処分坑道の空洞安定 ・地圧 性（岩盤応力状態，変形，LNに ・岩盤力学特性 作用する応力） ・BF施工方式，EL仕様の組合わ せに対する換気の必要性，難易 ・換気設備仕様 度 ・緩衝材品質（亀裂の有無等） ・BF施工方式，EL仕様の組合わ ・割れ目の存在 せに対する排水の必要性，難易 ・排水設備（含LN）仕様 ・断層・破砕帯の存在 度 ・緩衝材品質（亀裂の有無等） ・回収可能性確保期間（LN ・ELの種類や定置後の経過時 補修の必要性，BF，CP， 間を踏まえた回収関わる作業工 SLの有無，BFの膨潤圧 数，回収速度，難易度 力，OPの機械的強度に影 ・汚染された水，切削屑等の発 響） 生量 ・回収可能性確保期間（LN 補修の必要性，BF，CP， ・ELの種類や定置後の経過時 SLの有無，BFの膨潤圧 間を踏まえた回収技術レベル 力，OPの機械的強度に影 （実験／実証） 響） ・処分孔・処分坑道の空洞安定 ・地下水組成 性（岩盤応力状態，変形，LNに ・地圧 ・割れ目の存在 ・地下水のpH, Eh環境 作用する応力） ・岩盤力学特性 ・断層・破砕帯の存在 ・鉱物組成 ・OPの腐食挙動，速度 ・BFの性能低下 ・EL仕様を踏まえた搬送速度 （空間的裕度，往復作業の有 ・WS，OPの形状，重量 無，搬送重量） ・定置速度 ・BF施工方式，EL仕様の組合わ せに対する定置速度（BF施工方 式，空間的裕度） ・OP諸元 ・BF施工方式 ・EL仕様 ・OS（搬送・定置）仕様 ● 備考 2) 2) 2) 2) 5) 2),5) 2),5) 2) 2) 2) 2) ・核種の浸出率 ・収着性，溶解性 ・処分場面積，掘削量 ・搬送・定置速度 1) ・OSの誤作動の頻度 ・メンテナンスの頻度と難易度 2) 表 2.2.1-4 整理表（「考慮する条件－構成要素－評価項目」の関連）(3/4) 処分概念構成要素※1 考慮する条件 地質環境条件 廃棄物特性 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化 設計因子） UF 個別評価項目 サイト特性調査の サイト特性調査の 詳細度，信頼性 詳細度，信頼性 サイト特性 調査と モニタリング 廃物 SF OS 廃棄物特性 ● ● ● 掘削土 ● ● ● ● ● 埋め戻しに利用さ れる廃物 ● H. 水理特性 ・動水勾配 ・地下水流速 ・地下水圧 ・発熱量 ・放射線量 ○ ● ● ● ● ● ● ● 環境モニタリング の詳細度，信頼 性，自由度 T. 熱特性 ・温度 ・熱伝導性 ● ● ● ● ● ● ● バリア性能モニタリ バリア性能モニタリ ングの詳細度，信 ングの詳細度，信 頼性，自由度 頼性，自由度 環境モニタリング の詳細度，信頼 性，自由度 WS OP BF LN SL CP EL NB ・地下水流入量 ● 排水／地下水の 性質 ● ● ● 水質／地下水 ● ● ● ● ● 土壌／地形・地質 ● ● 大気質／騒音・振 動／悪臭 ● ● ● ● ● 埋め戻し材料の 採掘 資源と供給の 安全保障 ● ● ● ● ・SF仕様 ・地下水流入量 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・鉱物組成 ・地下水流入量 ・地下水圧 ・動水勾配 ・EL仕様 ・割れ目の存在 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・断層・破砕帯の存在 ・LN仕様 ・地層／岩体の分布 ・SL仕様 ・鉱物組成 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・鉱物組成 従事者の 通勤・居住 ● ● ● ● ● ● ● ● ●：評価に際して主たる評価対象となる構成要素 ○：評価に際して間接的に関連する構成要素。与条件的な取り扱い 2-18 備考 参考 文献 ※2 ・サイト特性データ（岩盤の性質 2) など）の詳細度，信頼性 ・モニタリングデータの詳細度， 信頼性及びデータ取得の自由 6) 度の高さ ・モニタリングデータの詳細度， 信頼性及びデータ取得の自由 2) 度の高さ ・発生量 1) ・廃物（掘削土等）の再利用率 1) ・施設（解体）廃棄物による処分 1) 場への影響 ・排水発生量 ・地下水性質によるEBやNBへ 1) の影響 ・環境の自然的構成要素の良好 な状態の保持 1) ・地下水流動性，流動経路，地 球化学的特性への擾乱 ・環境の自然的構成要素の良好 1) な状態の保持 ・環境の自然的構成要素の良好 な状態の保持 ・生物の多様性の確保および自 ・EL仕様 然環境の体系的保全 ・OP，BF仕様 ・毒性 ・地下水の地球化学的特性への ・BF，SL仕様（地球化学特 擾乱 ・地下水性質による母岩への影 性） 響 ・輸送手段，経路，時間，回 ・環境負荷 数等 ・通勤手段，経路等 ・騒音／障害レベル ・居住場所等 ・環境負荷 等 ・需要，供給量 ・供給安定性 ・価格安定性 等 ・EL, SF, OS仕様 ● ● ・EL仕様 ・LN仕様 ・SFの設置に伴う作業（地 ・割れ目の存在 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・断層・破砕帯の存在 形の平坦化等） ・地層／岩体の分布 ・EL仕様 ・鉱物組成 ・化学組成 輸送 原材料 要求／制約条件， その他 ・地下水組成 ・岩盤力学特性 ・断層・破砕帯の存在 ・物質移動の遅延効果，希 ・地下水のpH, Eh環境 ・地圧 ・割れ目の存在 釈効果 ・鉱物組成 ・OP性能（腐食，変形等， 遮へい） ・BF性能（密度，膨潤性， 透水性等） ・岩盤挙動，LNの外観（劣 化，変形等） ・回収可能性確保期間（モ ニタリング機器の維持・管 理の容易さ等） ・放流水及び放流先の水質 （濁度，pH等），量 ・掘削土※8 ・BF，SL仕様 ・SL，CP仕様 ・EL仕様 ● 動物・植物・生態系 G. 幾何形状 特性 ・BF，SL仕様 施設廃棄物 毒性 C. 地球化学 特性 ● 環境影響 周辺環境への 擾乱 M. 力学特性 1) 2) 1) 1) 1) 1) 5) 表 2.2.1-4 整理表（「考慮する条件－構成要素－評価項目」の関連）(4/4) 処分概念構成要素※1 考慮する条件 地質環境条件 廃棄物特性 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化 設計因子） 将来世代への 負担 コスト UF 個別評価項目 WS OP BF LN SL CP EL NB SF OS 廃棄物特性 処分場の 維持・管理 ● ○ ● ● ● ● ● ● ● ● コスト ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 社会経済的 側面 処分場面積 保障措置能力と 保安性 注釈 ※1 ※2 ※3 ※4 ※5 ※6 ※7 ※8 ※9 処分場面積 保障措置能力 保安性 ○ ○ ● ● T. 熱特性 H. 水理特性 M. 力学特性 C. 地球化学 特性 G. 幾何形状 特性 要求／制約条件， その他 備考 ・維持・管理コスト ・廃棄体回収コスト ・建設・製作コスト ・操業・管理コスト ・閉鎖・廃止措置コスト ・発熱量 ・発生量 ・温度 ・熱伝導性 ・地圧 ・岩盤力学特性 ・核種量 ● ●： 評価に際して主たる評価対象となる構成要素 ○： 評価に際して間接的に関連する構成要素。与条件的な取り扱い ・処分量 ・敷地面積 ・EL，SF仕様 ● ・SF仕様（警備体制等） 各処分概念構成要素の定義は「処分概念構成要素定義」シートを参照 「考慮する条件」，「考慮する条件との関係」の整理にあたり参考とした文献の番号（下記参照） OPではな母岩により提供される物理的隔離能力が十分（安全）機能を発揮できると期待される場合は，代わりに母岩について評価（例えば，ドイツの概念（岩塩）） 岩盤の割れ目内へのベントナイトの侵入による影響 緩衝材中のガス移行挙動による影響 硝酸塩及び高pH プルームによる母岩やベントナイトの変質（化学的性質や物理的間隙構造の変化による分配係数などへの影響） 避難経路の確保等 大気中への有害物質の飛散，降雨時の表流水による濁水等 微生物による人工バリアや周辺の地下水水質への影響 7) 参考文献 1) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成20年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2008). 2) 原子力発電環境整備機構：“地層処分事業の安全確保（2010年度版） - 確かな技術による安全な地層処分の実現のために -”，NUMO-TR-11-01（2011）. 3) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－平成17年取りまとめ－分冊2 工学技術の開発”,JNC TN1400 2005-015 (2005). 4) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－地層処分研究開発第2 次取りまとめ－ 総論レポート”，JNC TN1400 99-020 (1999). 5) T. Baldwin, N. Chapman & F. Neall: “Geological Disposal Options for High-Level Waste and Spent Fuel”, Report for the UK Nuclear Decommissioning Authority (2008). 6) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」の説明資料－”, NUMO-TR-04-01 (2004). 7) 吉田，大貫，長沼: "地層処分システムと微生物 － 地下研究施設における微生物影響研究の考え方 －", 原子力バックエンド研究 Vol.14, No.1, 31-41（2007）. 2-19 参考 文献 ※2 5) 5) ・処分場面積 6) ・保障措置能力 ・保安性 5) 5) その他の略語 ・EB: 人工バリア ・EBS: 人工バリアシステム ・EDZ: 掘削影響領域 表 2.2.1-5 廃棄物特性 廃棄物特性 地質環境条件 T. 熱特性 H. 水理特性 M. 力学特性 C. 地球化学特性 G. 幾何形状特性 具体的な廃棄物特性 種類 types 発生量 Amount 発熱量 Heat generation 放射線量 Radiation dose 核種量 Radionuclide content 化学組成 Chemical composition 浸出率 Leaching rate 諸元 Dimension 密閉性 Tightness 具体的な地質環境条件 温度 Temperature 熱伝導性 Thermal conductivity 動水勾配 Hydraulic gradient 地下水流速 Groundwater velocity 地下水流入量 Groundwater inflow 湿度 Humidity 地下水圧 Groundwater pressure 地圧 Rock stress 岩盤力学特性 Rock-mechanical features 地下水組成 Groundwater composition 地下水のpH, Eh環境 pH, Eh of groundwater 鉱物組成 Mineral composition EDZの広がり Extent of EDZ 割れ目の存在 Presense of fractures 要求／制約条件 建設・操業条件 回収可能性条件 社会関連条件 断層・破砕帯の存在 Fault fracture zone 地層／岩体の分布 Distribution of geological formation and rock 褶曲の存在 Presense of fold 具体的な要求／制約条件 処分深度 Repository depth 処分量 Disposal volume 定置速度 Emplacement rate 回収可能性確保期間 Retrievable period 敷地面積 Footprint 考慮する条件の定義 定義 廃棄物の種類。本整理表中のWSはガラス固化体を対象 出典 - 参考文献1)に基 づき定義 参考文献1)に基 処分後の廃棄体の発熱量 づき定義 参考文献1)に基 処分後の廃棄体の放射線量 づき定義 参考文献1)に基 処分後の廃棄体に含まれる核種の種類とその分量 づき定義 参考文献1)に基 廃棄体を構成する核種以外の組成 づき定義 参考文献1)に基 処分後における廃棄体からの核種の浸出率 づき定義 参考文献1)に基 廃棄体の重量，体積，寸法など づき定義 参考文献3)に基 廃棄体容器の密閉性 づき定義 定義 出典 参考文献3)を参 処分孔や処分坑道周辺の岩盤の温度 考に定義 参考文献4)に基 処分孔や処分坑道周辺の岩盤の熱伝導率，比熱など づき定義 参考文献4)を参 処分孔や処分坑道周辺の岩盤における動水勾配 考に定義 参考文献4)を参 処分孔や処分坑道周辺の岩盤における地下水流速 考に定義 参考文献3)を参 処分孔や処分坑道内への地下水流入量 考に定義 参考文献3)を参 処分孔や処分坑道内の湿度 考に定義 参考文献4)を参 処分孔や処分坑道周辺の岩盤における地下水圧 考に定義 参考文献4)を参 処分孔や処分坑道周辺岩盤に作用する地圧 考に定義 処分孔や処分坑道周辺の岩盤の弾性係数，ポアソン比，一軸圧縮強度，引張強度，粘着力，内部摩擦 参考文献4)に基 角など づき定義 処分孔や処分坑道周辺の岩盤における地下水の主要な化学組成（HCO3^-/CO3^2-/H2CO3, SO4^2-, 参考文献1), 4)に HS^-/H2S, Cl^-等） 基づき定義 処分孔や処分坑道周辺の岩盤における地下水のpH（水素イオン指数），Eh（酸化還元電位） ，溶存酸素 参考文献1), 4)に 濃度 基づき定義 参考文献3)に基 処分孔や処分坑道周辺岩盤および緩衝材中の鉱物組成 づき定義 処分孔や処分坑道周辺における掘削影響領域（EDZ）の広がり。なお，掘削影響領域は，掘削損傷領 参考文献4), 5)を 域，不飽和領域および応力再配分領域の3つの領域の重ね合わせとする 参考に定義 処分孔や処分坑道周辺岩盤に発生する割れ目。上記，掘削影響領域の1つであるが，例えば，定置され 参考文献4), 5)を た緩衝材の密度低下など，割れ目による影響が支配的な場合，本条件を考慮する条件として特に着目 参考に定義 する 参考文献2), 4)に 核種移行の遅延性能に有意な影響を及ぼす可能性がある透水性の高い断層や破砕帯の存在 基づき定義 廃棄体の発生本数や体積などの物量 坑道周辺あるいは処分場スケールでの地層や岩体の分布 褶曲（岩盤が波状に曲がった状態）の存在 定義 要求された深度（700m）に処分場を建設可能であること 所定の数（ガラス固化体4万本）の廃棄体を定置可能な処分場を建設可能であること 要求された速度で廃棄体を定置すること。例えば，一日当たり一定の数以上の廃棄体を定置すること ある所定の時期まで（定置後300年間），廃棄体を処分場から容易に回収する能力があること 所定の敷地面積の範囲内に所定の数の廃棄体を定置し，その上で処分場面積を最小化 参考文献5)を参 考に定義 参考文献5)を参 考に定義 出典 参考文献1),2)に 基づき定義 参考文献1),2)を 参考に定義 参考文献1),2)に 基づき定義 参考文献1),2)を 参考に定義 参考文献1),2)を 参考に定義 参考文献 1) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成22年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2010). 2) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」の説明資料－”, NUMO-TR-04-01 (2004). 3) 原子力発電環境整備機構：“地層処分事業の安全確保（2010年度版） - 確かな技術による安全な地層処分の実現のために -”，NUMO-TR-11-01（2011）. 4) 核燃料サイクル開発機構：“高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築－平成17年取りまとめ－分冊2 工学技術の開発”,JNC TN1400 2005-015 (2004). 5) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－地層処分研究開発第2 次取りまとめ－ 総論レポート”， JNC TN1400 99-020 (1999). 2-20 表 2.2.1-6 上位評価項目 （設計因子） Design Factor 1) 長期安全性 Long-term safety 定義 Definition 1) 処分場閉鎖後の長期安全性の 頑健性 robustness of the post-closure safety case 評価項目（上位・下位）の定義 下位評価項目 （細分化設計因子） Subdivided Design Factor 核種の物理的閉じ込め Physical containment 核種放出の遅延と拡散 Retardation and dispersion of released nuclide バリア機能の長期安定性 Long-term stability of Barriers 操業安全性 Operational safety 放射線安全 処分場の建設，操業，閉鎖および Radiation safety 施設廃止措置に関わる作業安全 および放射線安全 conventional and radiological 一般労働安全 safety of construction, operation, Industrial safety closure and decommissioning 掘削技術 Excavation technology 製作技術 Manufacturing technology 工学的成立性／ 品質保証 Engineering feasibility / quality assurance 処分場の建設と操業について詳細 な品質レベルに至るまでの技術的 な実現可能性 fundamental feasibility of construction and operation to defined quality levels 搬送・定置技術 Transportation and emplacement technology 工程管理 Process control 搬送・定置作業の容易さ，効率性 Ease and efficiency of transportation and emplacement 地下環境条件への適応性 Applicability to underground conditions 回収の容易さ 定置後の廃棄体回収の容易さ Easiness of retrieval 回収可能性 ease of waste package retrieval 実証試験による回収技術の成立性 Retrievability after emplacement Feasibility of retrieval technologies based on the demonstration 地質環境条件の不確実性に対する頑健性 Robustness against associated uncertainty 操業に影響を与える可能性のある in geological conditions 擾乱に対する頑健性や境界条件 （例えば1 日当たりの廃棄体定置 操業条件の変化に対する柔軟性 工学的信頼性 数）に対する事業の実用性 Flexibility to the change of operational Engineering practicality of implementation in conditions reliability view of boundary conditions (e.g. emplacement rate) and 繰り返し動作の信頼性，メンテナンスの頻 robustness with regard to 度，容易さ operational perturbations Reliability of repetitive works, frequancy and easiness of maintenance サイト特性調査の詳細度，信頼性 Level of detail and reliability of site サイト特性調査とモニタリングの観 characterisation 点からの技術的要件を満足するう バリア性能モニタリングの詳細度，信頼性， サイト特性調査と えで求められる取り組み 自由度 モニタリング effort required to satisfy Level of detail, reliability and degree of Site characterisation technical requirements for site freedom of barrier performance monitering / monitoring characterisation and monitoring 環境モニタリングの詳細度，信頼性，自由度 data Level of detail, reliability and degree of freedom of environmental monitoring 環境影響 Environmental impact 社会経済的側面 Socio-economic aspects 処分事業に関係する全ての 環境影響 extent of all environmental impacts associated with repository implementation 廃物 Spoil 周辺環境への擾乱 Perturbation of the environment 資源と供給の安全保障 Resource and security of supply 将来世代への負担 Burden to future generations コストやステークホルダーの コスト 受容性に寄与する因子 Costs factors contributing to costs and acceptance by all key stakeholders 処分場面積 Footprint 保障措置能力※2と保安性※3 Safeguards capability and security 評価因子の定義と評価についての考え方 Definition of the criteria and evaluation policies 放射能の有意な放出を阻止するため，放射性核種をその近傍 の環境から隔離すること 放射性核種が処分システム内で最大限崩壊するようにするた め，生物圏に向かう核種移行を可能な限り抑制する能力の高 さ。人工バリアシステム（EBS）による能力と母盤による能力をあ わせたもので評価する 人工バリア材料の長期的な特性や，バリア材料間の相互作用 （例えば，セメント－ベントナイト相互作用）などを踏まえた上 で，閉鎖後長期間にわたり多重バリアシステムの性能が安定し て維持されること。天然バリア（母岩）の長期的な安定性も含む 放射線に関連する安全性の高さ。具体的には放射線管理区域 の設定および放射線管理の実施，必要に応じた放射線遮へい 設備の導入など 放射線影響以外の災害に対する安全性の高さ。労働災害対策 と作業環境対策から成り，前者は自然災害（地震，津波など） および人的災害（坑道内の落盤，水没，火災など）に対する安 全対策，後者は地下あるいは地上施設の環境（温度，湿度，酸 素濃度など）に対する対策 所定の要件（例えば，処分深度）を満たしつつ掘削が可能であ ること，地下研究所における試験や産業分野における適用経験 を通してその技術が実証されていること 既存の技術もしくは近い将来実現可能と考えられる技術に基づ き廃棄体・人工バリアの製作が可能であること，及び，その品 質保証が可能であること 廃棄体・人工バリアの搬送・定置が，既存の技術もしくは近い 将来実現可能と考えられる技術により，廃棄体の安定な形態を 損なうことなく可能な構造であること，及び，その品質保証が可 能であること 処分孔や処分坑道の掘削や人工バリアの製作，搬送，定置な どの工程を管理すること 出典 Reference 参考文献2)より 引用 参考文献2)より 引用 参考文献6)に基 づき定義 参考文献3), 5), 6)に基づき定義 参考文献3), 5), 6)に基づき定義 参考文献4), 6), 7)に基づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 廃棄体・人工バリアを所定の位置まで搬送し，定置する作業の 参考文献6)に基 容易さ。また，それら作業の効率性 づき定義 想定される地下環境条件への適応性の高さ 廃棄体を安全に回収する能力の高さ，容易さ 参考文献6)に基 づき定義 参考文献6)に基 づき定義 廃棄体を安全に回収する技術や装置などについて，地下研究 参考文献6)より 所における実証試験や産業分野における適用経験などを通し 引用 て，成立性が実証されていること 人工バリアに期待する機能や性能の地質環境条件の不確実 性に対する耐久性，堅牢性 参考文献7)に基 づき定義 処分計画の変更（例えば，1日あたりの廃棄体や人工バリアの 定置数），新たな種類の廃棄体，オーバーパックへの封入方 参考文献2), 6) 法，プレハブ型人工バリアの組立手法などが導入された際にお に基づき定義 ける，処分場の開発，建設，操業および／あるいは閉鎖の編成 （organisation）の柔軟性 操業システム※1による搬送・定置作業に対する信頼性，設備 参考文献6)に基 の点検・保守の頻度や容易さ づき定義 当該処分概念が適用可能かどうか判断するために要求される 参考文献4)に基 サイト特性データ（岩盤の性質など）の詳細度，信頼性 づき定義 処分場の閉鎖に際し，安全評価の結果が妥当であることを確 認するため，建設及び操業段階においてバリア性能にかかわ るデータを取得する際に要求されるモニタリングデータの詳細 度，信頼性及びデータ取得の自由度の高さ 調査，建設，操業，閉鎖段階における全事業期間を通じて環境 対策，放射線安全対策及び作業安全対策が有効に機能してい ることを確認するために要求されるモニタリングデータの詳細 度，信頼性及びデータ取得の自由度の高さ 処分場の建設・操業・閉鎖によって発生する廃物（例えば，掘 削土）。廃物の量や種類が少ないほど良い 処分場の建設・操業・閉鎖に伴う地下周辺環境（地下水特性， 坑道内温度，湿度，酸素濃度など）や地上周辺環境に対する 擾乱（騒音など）。擾乱が小さいほど良い 人工バリアや処分場施設に使用する材料の供給に関する安全 保障の高さ 処分場を維持・管理したり，廃棄体を取り出したりするなど将来 世代が負担する大きさ。負担が小さいほど良い 地上・地下施設（人工バリアも含む），操業システムを建設・製 作するためのコスト（建設・製作コスト），処分場の操業（廃棄体 や人工バリアの定置など）や管理（モニタリングや回収可能性 の維持，廃棄体への不法なアクセスの抑制など）するためのコ スト（操業・管理コスト），処分場の閉鎖・廃止措置のためのコス ト（閉鎖・廃止措置コスト） 地下施設の広がりを地表に投影した場合の面積。小さいほど 良い 保障措置能力と保安性の高さ 参考文献5)に基 づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献3)より 引用 参考文献6)より 引用 参考文献4)より 引用 参考文献4)より 引用 参考文献2)より 引用 参考文献3)より 引用 参考文献4)より 引用 用語 ※1 操業システム： 廃棄体の受け入れとEBの施工にかかわる一連の作業，設備から構成 6) ※2 保証措置： 核物質が核兵器やその他の核爆発装置に転用されることを防止するための手段 ※3 保安性： 核物質、その他の放射性物質又はそれらに関連した施設に関する盗取、妨害破壊行為、無許可の出入り、不法な譲渡又はその他の不法な行為の防止、検知及び対応 参考文献 （Reference） 1) NUMO: “Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”, NUMO-TR-04-03(2004). 2) ONDRAF/NIRAS: “Multi-Criteria Analysis on the Selection of a Reference EBS Design for Vitrified High Level Waste”, Report NIROND 2004-03 (2005). 3) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成21年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2010). 4) T. Baldwin, N. Chapman & F. Neall: “Geological Disposal Options for High-Level Waste and Spent Fuel”, Report for the UK Nuclear Decommissioning Authority (2008). 5) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」の説明資料－”, NUMO-TR-04-01 (2004). 6) 原子力発電環境整備機構：“地層処分事業の安全確保（2010年度版） - 確かな技術による安全な地層処分の実現のために -”，NUMO-TR-11-01（2011）. 7) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成20年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2008). 2-21 表 2.2.1-7 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化設計因子） 評価項目（個別）の定義（1/2） 個別評価項目 浸出性 Leachability 核種の物理的 閉じ込め Physical containment 耐食性 Corrosion resistance オーバーパックの構造健全性 Mechanical soundness of overpack 核種の溶解度制限 Dissolution limit of radionuclides 透水性 Permeability 核種放出の 遅延と拡散 Retardation and dispersion of released nuclide コロイドろ過能 Colloid filtration 収着性 Sorption バリア機能の 長期安定性 Long-term stability of Barriers 放射線安全 Radiation safety 操業安全性 Operational safety 一般労働安全 Industrial safety 製作技術 Manufacturing technology 工学的成立性／ 品質保証 Engineering feasibility / quality assurance 搬送・定置技術 Transportation and emplacement technology 工程管理 Process control 移行フラックス Migration flux 耐熱性 Heat resistance 耐放射線性 Radiation resistance 残置物と人工バリアとの相互作用 Interactions between residuals and engineered barriers 人工バリア材料間の相互作用 Interactions between engineered barrier materials 隣接処分施設からの地球化学的影響 Geochemical effects from a neighbour repository on the nearfield 廃棄体の過熱抑制 Prevention of waste overheating 自己修復性 Self healing 緩衝材の流出の抑制 Prevention of Buffer extrusion オーバーパックの保護 Protection of overpack オーバーパックの沈下の防止 Prevention of overpack sinking 酸化還元フロントへの影響 Effect on redox front 操業時閉じ込め Containment during the operation 放射線遮へい Shielding 放射線被ばく管理 Radiation control 異常事象に対する安全対策 Safety measures for abnormal incidents 労働災害対策 Measures for industrial accidents 作業環境対策 Measures for working environment 搬送・定置作業の 容易さ，効率性 Ease and efficiency of transportation and emplacement 地下環境条件への 適応性 Applicability to underground conditions 回収可能性 Retrievability 寸法／長さ，規模，ライナー仕様 Length/dimensions, Support requirements 製作技術 Manufacturing technology 搬送・定置技術 Transportation and emplacement technology 工程管理 Process control 搬送性 Transportation 取り扱い handling 作業上の制約 Restrictions on the works 力学的安定性 Mechanical stability 高湿度対策 Measures for high humidity 湧水対策 Measures for spring water 回収の容易さ Easiness of retrieval 固化材（例えば，ガラスマトリクス）中に保持された核種の浸出性。浸出抑 制能力が高いほど良い 所定の期間，腐食によりオーバーパックの母材および溶接部の安全機能 が損なわれないこと。腐食に対する抵抗性が高い（腐食挙動：小，腐食速 度：低）ほど良い 埋設後作用する機械的荷重に対してオーバーパックの母材および溶接部 の構造健全性を維持する能力 オーバーパックの腐食性生物により，周囲の地下水を還元環境を保つこと などにより，核種の溶解度を制限する能力 閉鎖後における人工バリア（緩衝材：処分孔や処分坑道周辺の岩盤から オーバーパックへ向かう方向，シール：高透水域から廃棄体へ向かう方 向）や天然バリア（廃棄体から遠ざかる方向）の地下水を透過する性質。 地下水の動き（移流）を抑制し，結果的に核種の移行を抑制する能力が高 いほど良い 参考文献4)に基 づき定義 廃棄体から溶出した核種を収着することにより移行を遅延する能力 掘削技術 Excavation technology 掘削技術 Excavation technology 出典 核種がコロイドとして移行することを抑制する能力 移行経路の形成抑制 Prevention of the migration pathway 長期安全性 Long-term safety 個別評価項目の定義と評価についての考え方 回収の容易さ Easiness of retrieval 実証試験による回収技術の成立性 実証試験による回収技術の成立性 Feasibility of retrieval Feasibility of retrieval technologies technologies based on the based on the demonstration demonstration 廃棄体の埋設のために建設した坑道類が放射性物質の卓越した移行経 路とならないようにするための能力。例えば，埋め戻しや止水プラグの設 置（移行経路となる亀裂の隔離，掘削影響領域の連続性遮断），力学プラ グの設置（止水プラグを力学的に支持）により卓越した移行経路の発生を 抑制 閉鎖後における坑道の形状に対する移行フラックスの大小。移行フラック スが小さいほど良い 廃棄体の発熱により各人工バリアの機能が著しく低下しない能力 放射線脆化が著しくないこと。脆化に対する抵抗性が高いほど良い 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 コンクリートなどの残置物との相互作用により安全機能が著しく低下しない 参考文献4)に基 こと。機能の低下が小さいほど良い づき定義 人工バリア材料間の相互作用（例えば，鉄腐食生成物とベントナイトの相 参考文献4)に基 互作用）により安全機能が著しく低下しないこと。機能の低下が小さいほど づき定義 良い。 有機物，硝酸塩，高アルカリ性地下水などによる母岩やベントナイトへの 参考文献4)に基 地球化学的影響（化学的性質や物理的間隙構造の変化による分配係数な づき定義 どへの影響） 廃棄体自体や人工バリア，廃棄体周辺岩盤の良好な熱伝導性により，廃 棄体が過熱するのを抑制する能力 緩衝材施工後，周辺岩盤の変形などにより緩衝材と岩盤との間に隙間が 生じたとしても，自己修復できる能力 膨潤による処分孔（竪置き方式の場合）や処分坑道（横置き方式の場合） からの緩衝材の流出が著しくないこと。流出が少ないほど良い オーバーパックの腐食膨張，岩盤の変形を緩和し，オーバーパックを機械 的な破壊から保護する緩衝材の能力（物理的緩衝性） オーバーパックを力学的に支持する緩衝材の能力 地下施設建設時、操業時に流入する大気が坑道周辺岩盤（地質環境）へ 与える酸化還元フロントの影響 操業期間中において廃棄体からの核種の漏えい，更に核種取り扱い施設 からの核種の過大な放出（廃棄体受入時）を防止する能力 廃棄物からの放射線による地域住民および作業従事者の被ばくを合理的 に十分低減する措置。被ばくが少ないほど良い 放射線管理区域を設定すること，また作業従事者の被ばく管理，管理区域 および敷地周辺において放射線モニタリングを実施すること 異常事象（例．廃棄体の落下・転倒・衝突等）の発生防止対策，異常が発 生した場合に備えた異常拡大防止対策（例．フィルタなどの除染機能），事 故にまで発展した場合の影響緩和策（例．除染等）を施していること 労働災害の要因となる事象の発生防止と拡大の対策を有すること，災害 時の避難経路が確保されていること 労働に適する環境（温度，湿度，酸素濃度，粉じん濃度，照度，騒音レベ ルなど）を維持すること 所定の要件（例えば，処分深度）を満たしつつ掘削が可能であること，地下 研究所における試験や産業分野における適用経験を通してその技術が実 証されていること 所定の要件（例えば，処分深度）を満たしつつ掘削可能な処分孔あるいは 処分坑道の寸法／長さ，規模の大きさに関する制約，並びにその場合の ライナーの仕様。制約が小さいあるいはライナーに対する必要性や要件が 小さいほど良い 既存の技術もしくは近い将来実現可能と考えられる技術に基づき廃棄体・ 人工バリアの製作が可能であること，及び，その品質保証が可能であるこ と 廃棄体・人工バリアの搬送・定置が，既存の技術もしくは近い将来実現可 能と考えられる技術により，廃棄体の安定な形態を損なうことなく可能な構 造であること，及び，その品質保証が可能であること 処分孔や処分坑道の掘削や人工バリアの製作，搬送，定置などの工程を 管理すること 廃棄体・人工バリア等の搬送作業の効率性，容易さ。往復作業が存在しな いあるいは少ない，搬送距離が短い，一度に搬送できる量が多いほど良い 廃棄体・人工バリア等の定置時の取り扱いの容易さ，効率性。廃棄体・人 工バリアの重量，寸法が小さく，取り扱い易い形状である程良い 搬送・定置作業に関する制約（例えば，定置装置稼働部の空間的制約）。 制約が少ないほど良い 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4), 5)に 基づき定義 参考文献3), 5)に 基づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 づき定義 参考文献4)に基 処分孔や処分坑道などの空洞の力学的安定性 づき定義 高湿度環境化において人工バリア（特に緩衝材／埋め戻し材）が所定の機 参考文献4)に基 能を発揮可能なこと づき定義 湧水が発生する環境において人工バリア（特に緩衝材／埋め戻し材）が所 参考文献4)に基 定の機能を発揮可能なこと づき定義 参考文献4)に基 定置後の廃棄体を安全に回収する能力の高さ，容易さ づき定義 廃棄体を安全に回収する技術や装置などについて，地下研究所における 参考文献4)より 実証試験や産業分野における適用経験などを通して，成立性や品質が実 引用 証されていること 2-22 表 2.2.1-7 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化設計因子） 評価項目（個別）の定義（2/2） 個別評価項目 個別評価項目の定義と評価についての考え方 地質環境条件の不確実性に対する 頑健性 耐久性，堅牢性 Robustness against associated Durability, Robustness uncertainty in geological conditions 搬送・定置能力 操業条件の変化に対する柔軟性 Capability of transportation and 工学的信頼性 Flexibility to the change of emplacement Engineering operational conditions 廃棄体の種類に対する柔軟性 reliability Flexibility to various waste forms 繰り返し動作の信頼性，メンテナン 繰り返し動作の信頼性，メンテナンス スの頻度， の頻度，容易さ 容易さ Reliability of repetitive works, Reliability of repetitive works, frequancy and easiness of frequancy and easiness of maintenance maintenance サイト特性調査の詳細度，信頼性 サイト特性調査の詳細度，信頼性 Level of detail and reliability of site Level of detail and reliability of characterisation site characterisation バリア性能モニタリングの詳細度， バリア性能モニタリングの詳細度，信 サイト特性調査と 信頼性，自由度 頼性，自由度 モニタリング Level of detail, reliability and degree Level of detail, reliability and Site of freedom of barrier performance degree of freedom of barrier characterisation / performance monitering monitering monitoring 環境モニタリングの詳細度，信頼性， 環境モニタリングの詳細度，信頼 自由度 性，自由度 Level of detail, reliability and degree Level of detail, reliability and of freedom of environmental degree of freedom of monitoring environmental monitoring 掘削土 Rock spoil 埋め戻しに利用される掘削土 廃物 Rock spoil used in backfill Spoil 施設廃棄物 Decommissioning site 排水／地下水の性質 Drainage/groundwater quality 環境影響 Environmental impact 社会経済的側面 Socio-economic aspects 出典 地質環境条件の不確実性に対する人工バリアやライナーなどの機能や性 参考文献4), 5)に 能に関する耐久性，堅牢性，地下施設の堅牢性 基づき定義 所定の期間内で搬送・定置可能な廃棄体および人工バリアの最大値。大 きいほど良い 参考文献4)に基 づき定義 新たな種類の廃棄体を安全に処分するために必要な措置の多さ。措置が 参考文献2)に基 少ないほど良い づき定義 操業システムによる搬送・定置作業に対する信頼性，設備の点検・保守の 参考文献4)に基 頻度や容易さ づき定義 当該処分概念が適用可能かどうか判断するために要求されるサイト特性 データ（岩盤の性質など）の詳細度，信頼性 参考文献3)に基 づき定義 処分場の閉鎖に際し，安全評価の結果が妥当であることを確認するため， 建設及び操業段階においてバリア性能にかかわるデータを取得する際に 参考文献6)に基 要求されるモニタリングデータの詳細度，信頼性及びデータ取得の自由度 づき定義 の高さ 調査，建設，操業，閉鎖段階における全事業期間を通じて環境対策，放射 線安全対策及び作業安全対策が有効に機能していることを確認するため 参考文献6)に基 に要求されるモニタリングデータの詳細度，信頼性及びデータ取得の自由 づき定義 度の高さ 掘削やライナーの設置等により発生する掘削土。掘削土が少ないほど良 い 掘削やライナーの設置等により発生する掘削土を埋め戻し材やシールとし て利用すること。利用率が高いほど良い 事業終了に伴う地上施設等の解体により発生する廃棄物がその処分場へ 与える影響。影響が小さいほど良い 排水発生量および地下水の化学的性質による人工バリアや（天然バリアを 含む）岩盤に与える影響。発生量および影響が小さいほど良い 環境の自然的構成要素の良好な状態の保持として， ・水質汚染物質の排出を低減する対策が施されていること 水質／地下水 ・周辺環境に著しい影響を与える地下水位低下や地下水水質変化を低減 Quality of water/groundwater する対策が施されていること ・地下水の流動性，流動経路，地球化学的特性に及ぼす擾乱（例えば，セ メントからのアルカリ溶出）を低減する対策が施されていること 環境の自然的構成要素の良好な状態の保持として， 土壌／地形・地質 ・土壌汚染の影響を低減する対策が施されていること Soil/landform and conditions of ・保全対象の地形・地質に影響を与えない対策が施されていること nature of soil ・地盤沈下などの有意な発生を低減する対策が施されていること 環境の自然的構成要素の良好な状態の保持として， 大気質／騒音・振動／悪臭 ・大気汚染物質の排出を低減する対策が施されていること Air quality/noise vibration/offensive ・騒音・振動の対策が施されていること odors 周辺環境への擾乱 ・悪臭物質の発生を低減する対策が施されていること Perturbation of the environment 生物の多様性の確保および自然環境の体系的保全として， ・天然記念物や学術的価値の高い動物・植物への影響を低減する対策が 動物，植物，生態系 施されていること Animals, plants and ecosystems ・地域を特徴付ける生態系に対する影響を低減する対策が施されているこ と 毒性 廃棄体・人工バリアの材料（製造過程において排出されるものも含む）がも Toxicity たらす毒性 埋め戻し材料の採掘 別の場所で採掘したずり（岩盤の破片）を緩衝材／埋め戻し材やシール材 Mining backfill として用いることによる影響 輸送 廃棄体，人工バリア材料，建設資材などの輸送に伴う周辺環境への影 Transport 響。環境負荷，輸送回数が小さいほど良い 従事者の通勤・居住 従事者が地上施設に通勤してくる，あるいは，近隣に居住することによる近 Personnel (transport, 隣住民への影響 accommodation) 資源と供給の安全保障 原材料 廃棄体，人工バリア材料，補助的なバリアに使用する材料の供給に関す Resource and security of supply Raw materials る安全保障の高さ 処分場の維持・管理 処分場を閉鎖せず維持・管理したり実際に廃棄体を回収したりする際にか 将来世代への負担 Maintenace and management of the Burden to future generations かる負担 facility コスト コスト 建設・製作，操業・管理，閉鎖・配置措置に関する費用。低いほど良い Costs Costs 処分場面積 処分場面積 地下施設の広がりを地表に投影した場合の面積。小さいほど良い Footprint Footprint 保障措置能力 核物質が核兵器やその他の核爆発装置に転用されることを防止するため Safeguards capability の手段の有効さ 保障措置能力と保安性 核物質、その他の放射性物質又はそれらに関連した施設に関する盗取、 Safeguards capability and security 保安性 妨害破壊行為、無許可の出入り、不法な譲渡又はその他の不法な行為の Security 防止、検知及び対応する能力 参考文献1), 4), 5)に基づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献4), 5)に 基づき定義 参考文献4), 5)に 基づき定義 参考文献4), 5)に 基づき定義 参考文献4), 5)に 基づき定義 参考文献4), 6)に 基づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献5)に基 づき定義 参考文献3)より 引用 参考文献3)より 引用 参考文献2)より 引用 参考文献2)より 引用 参考文献3)より 引用 参考文献3)より 引用 参考文献 1) NUMO: “Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”, NUMO-TR-04-03(2004). 2) ONDRAF/NIRAS: “Multi-Criteria Analysis on the Selection of a Reference EBS Design for Vitrified High Level Waste”, Report NIROND 2004-03 (2005). 3) T. Baldwin, N. Chapman & F. Neall: “Geological Disposal Options for High-Level Waste and Spent Fuel”, Report for the UK Nuclear Decommissioning Authority (2008). 4) 原子力発電環境整備機構：“地層処分事業の安全確保（2010年度版） - 確かな技術による安全な地層処分の実現のために -”，NUMO-TR-11-01（2011）. 5) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成20年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2008). 6) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」の説明資料－”, NUMO-TR-04-01 (2004). 2-23 表 2.2.1-8 構成要素の定義 略称 和名 英名 UF 地下施設 Underground Facilities WS 廃棄体 Wastes OP オーバーパック Overpacks BF 緩衝材／ 埋め戻し材 Buffer/Backfill LN ライナー Liners SL シール Seals CP キャップ Caps EL 定置方式／ レイアウト Emplacement/ Layout NB 天然バリア Natural Barrier SF 地上施設 Surface Facilities OS 操業システム Operational Systems 定義 参考 文献 本表で定義された人工バリア（OP, BF）や補助的なバリア （LN, SL, CP），天然バリア（NB）以外の地下施設全般とす 2), 5) る。例えば，グラウト（地下坑道の掘削・施工時における湧 水抑制のため岩盤の割れ目に注入する材料）が該当 廃棄体として，本整理表中のWSはガラス固化体を対象 3) 廃棄体を包み込み，廃棄体に地下水が接触することを防止 4) し，地圧などの外力から廃棄体を保護する容器 ・緩衝材： 地下水の浸入と核種の溶出・移行を抑制する物質 ・埋め戻し材： 3) OP周囲の空間を除いた，処分場の重要区域に存在する 空間を埋めるために使用される物質 なお，ここでは 坑道の岩盤表面に設置する人工物であり，空洞の力学的 安定性を確実にしたり，地下水の流入を削減したりする。空 3) 洞の力学的安定性を確保するための支保工も含む 物理的に坑道や処分孔を塞ぐプラグやシール。埋め戻し材 が処分坑道外へ膨出するのを力学的に抑制するコンクリー 3), 4) ト製の力学プラグや多量の湧水をともなう高透水性の割れ 目を挟み込むように設置される水理プラグが該当 湿潤状況下において，処分孔に定置されたベントナイトがそ れを覆っている坑道に膨出し，それにより生ずる密度低下 3) を妨げるための人工物 ・定置方式： 廃棄体を処分坑道内の所定の位置に据える方式 ・レイアウト： 3) 処分パネル（ガラス固化体を埋設する処分坑道群とそれ を取り囲む坑道からなる一つの区画）やアクセス坑道の配 置や形状などに着目した地下施設全体の配置 天然バリア（放射性物質を閉じ込める機能を期待し，安定 で地層処分に好ましい条件をもつ地下深部の岩盤）として 2), 5) の岩盤 廃棄体受入・封入・検査施設，緩衝材製作・検査施設，管 理棟など，地下での建設や操業から閉鎖までに必要な地 3) 上の施設 なお，（地上施設周辺の）地表環境も含むこととする 廃棄体の受け入れと人工バリアの施工にかかわる一連の 2) 作業，設備から構成 参考文献 1) NUMO: “Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”, NUMO-TR-04-03(2004). 2) 原子力発電環境整備機構：“地層処分事業の安全確保（2010年度版） - 確かな技術による安全な地層処分の 実現のために -”，NUMO-TR-11-01（2011）. 3) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成20年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄物処分関連： 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”(2008). 4) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－地層処分研究 開発第2次取りまとめ－ 総論レポート”，JNC TN1400 99-020 (1999). 5) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」の説明 資料－”, NUMO-TR-04-01 (2004). 2-24 2.2.2 処分概念 DB の管理者向け機能の追加 本項では，処分概念 DB の実用版としての完成に向け，運用・管理に係る機能を機能要件とし て整理しその機能を構築した。 まず，機能要件を整理するにあたり，処分概念 DB の運用・管理を行うためには，管理者と一 般利用者の 2 層の権限に区分しておくことが合理的であるため，情報管理を担う管理者向け機能 の要件について整理した。以下に機能要件を示す。 ・処分概念や構成要素に係る情報管理機能 - 調査の進展によって増加する情報を対象とした管理機能が必要である。例えば，処分概 念，処分概念の変遷，構成要素に係る文章及び画像の情報を登録，削除，変更できる こと。 - 変更履歴を管理できること。 ・マスタ情報管理機能 - データベース上で削除できない情報（マスタ情報：国名や岩盤名等）の表示内容や表示 順を変更できること。 ・管理者権限管理機能 - 管理者権限（処分概念 DB に係る機能をすべて利用可能とする権限）の利用のアカウン トを付与し，ログイン ID 及びパスワードの管理をすること。 ・管理者用ログイン機能 - 管理者権限でログインできること。 以下に，各機能要件に対する機能の実現内容を示す。 (1) 処分概念や構成要素に係る情報管理機能 情報管理機能としては，情報の区分を，処分概念の情報，処分概念の変遷の情報，構成要素の 情報，画像の 4 つの区分に分けて，それぞれについての管理画面を作成し管理する。 ①処分概念についての情報の管理機能 - 処分概念の情報の新規作成 - 登録済の処分概念の情報編集・削除，変更履歴の管理 処分概念の情報を新規作成する場合，国名及び構成要素のプルダウンメニューを選択したり， 対象廃棄物及び岩盤種類のチェックボックスを選択したりするほか，各入力フォームに文字列 を入力することで情報を作成し登録する（図 2.2.2-1）。また，入力フォーム内で登録済みの画 像ファイル名（画像ファイルそのものの登録は後述する④にて行う）を記述することで，該当 する画像が表示される。なお，変更履歴管理のために「履歴コメント」の入力フォームは入力 必須とした。 処分概念の情報の表示機能では，一般利用者が閲覧する場合と同じフォーマットの画面が表 示され，登録情報の表示内容を確認することができる。 処分概念の情報の修正機能では，新規作成の場合と同様の入力画面において既存の登録内容 を編集することができる。この際，変更履歴管理のために「履歴コメント」の入力フォームは 入力必須とした。 処分概念の情報の修正履歴管理機能では，処分概念の情報及び構成要素の情報について，そ れぞれ新規作成時の通し番号を 0001 として，以後修正した通し番号を 0002，0003， ・・・とし 2-25 て，通し番号ごとに処分概念の情報が保存される（図 2.2.2-2）。各処分概念の情報の履歴画面 では，各通し番号の処分概念の変更日時，編集者，履歴コメントが一覧表形式で表示される。 別々の通し番号の処分概念を選択して「比較」ボタンを押すことで，通し番号の処分概念情報 が並列表示される。 処分概念の情報の削除機能では，「削除」ボタンを押すと「削除しますか？」という確認画 面が表示され，さらに「OK」ボタンを押すと削除が実行される。 図 2.2.2-1 処分概念の情報の新規登録画面 図 2.2.2-2 処分概念の情報の更新履歴画面 ②処分概念の変遷情報についての管理機能 - 処分概念の変遷情報の新規作成 - 登録済の処分概念の変遷情報の編集・削除や変更履歴管理の管理 新規作成，表示，変更履歴管理，編集，削除の機能は基本的に上記①と同様であるため，以 下では前述①と異なる点について記述する。 処分概念の変遷情報の新規作成及び編集では，概要と変遷過程の入力フォームから，変遷前 と変遷後の計 2 つの処分概念の情報を選択する。 これにより， 処分概念の情報が編集されると， 自動的に処分概念の変遷情報にも編集内容が反映される。変遷のコメント表示については，回 収可能性や操業安全性等のキーワードをチェックボックスで選択する。また，変遷のコメント 表示に，意味合い等についての任意のキーワードを記述できるようにするための入力フォーム も設けた。 ③構成要素についての情報の管理機能 - 構成要素の情報の新規作成 - 登録済の構成要素の情報の編集・削除，変更履歴の管理 新規作成，表示，変更履歴管理，編集，削除の機能は基本的に上記①と同様であるため，以 2-26 下では前述①と異なる点について述べる。 構成要素の情報の削除では，削除しようとする構成要素の情報がいずれかの処分概念の情報 と関連付けられている場合，つまり，当該構成要素の情報がいずれかの処分概念の一部として リンクされている場合，あらかじめ処分概念の情報の修正でその関連付けを外しておかないと， 削除時に「利用されているため削除できませんでした」というエラーが出る（図 2.2.2-3）。こ れにより，他の情報と関連を有する構成要素が削除され，関連性の不整合が生ずることを避け ることができる。 他情報からリ ンク中のため 図 2.2.2-3 構成要素の削除操作におけるエラー ④画像データの管理 処分概念の情報，処分概念の変遷情報，構成要素の情報の一部として画像データを表示する 場合の画像データの管理は，処分概念や構成要素のそれぞれの情報管理機能の中に含めず，画 像データの管理機能として独立させた。機能を独立させた主な理由は，以下の 2 つである。 - 処分概念，処分概念の変遷などの各情報管理機能に画像データの管理機能を重複して実 装することにより，システムが複雑化することを避けるため。 - 処分概念の情報，処分概念の変遷情報，構成要素のそれぞれの管理機能から同一の画像 を参照することも想定し，画像データを重複して管理することを避けるため。 そこで，画像データの管理のために，以下の機能を実装した。 - 画像データの新規登録 - 登録済の画像データの表示・削除 画像データの新規登録は，当該画像ファイルをシステムの指定された場所にアップロードす る。また，画像データの表示機能では画像ファイル単体の表示内容を確認でき，削除機能では システム上から画像ファイルを削除する。 (2) マスタ情報管理機能 マスタ情報管理機能では，国名や岩盤名等のデータベースから削除できない情報（マスタ情報） について，項目の追加や名称の表示順を変更できる。マスタ情報の項目である国マスタ，廃棄物 マスタ，岩盤マスタ，変遷の原因マスタ，構成要素マスタの計 5 つについて，それぞれ管理画面 を作成した。各マスタ情報の管理のために，以下の機能を実装した。 - マスタ情報の新規作成 - 登録済のマスタ情報の表示順の編集 2-27 (3) 管理者権限管理機能 管理者権限（処分概念 DB に係る機能をすべて利用可能とする権限）の利用のアカウントを付 与し，ログイン ID 及びパスワードの管理をするため，以下の 3 つの機能を実装した。 - 管理者権限を有する ID の新規作成（ID が“admin”に限り有効な機能） - プロフィール編集（ログイン ID 及び利用者名の編集） - パスワード編集 このうち管理者権限を有する ID の新規作成については，管理者の ID である“admin”（ログイ ン ID が admin：唯一の ID）のみに実行権限を制限した。すなわち，admin 以外の管理者権限をも つ利用者は，新しい管理者を作成することはできない。管理者権限を有する利用者の一覧表示画 面の例を図 2.2.2-4 に示す。 図 2.2.2-4 管理者権限を有する利用者の一覧表示画面 (4) 管理者用ログイン機能 一般利用者からは管理者用ログイン画面が見えないようにするため，データベースの画面上に ログイン画面へのリンクを張ることはせず，ログイン画面の URL を直接入力する。具体的には， 処分概念 DB のトップページの URL の末尾に"admin"または"admin/sign_in"の文字列を追加した URL にアクセスすると管理者用ログイン画面が表示され，管理者用ログイン ID とパスワードを 入力するとログインできる。 2.2.3 利用マニュアルの整備 処分概念 DB は，平成 23 年度までに一般利用者向けの利用マニュアルを整備してきた。本年度 は，本年度実施した機能や表示の改良などを反映した実用版の処分概念 DB を対象に，一般利用 者向けと管理者向けに区別してそれぞれの利用マニュアルを作成した。 一般利用者向けの利用マニュアルの改訂では，本年度実施した機能や表示の改良内容を反映す るとともに，記載済みの内容についても実用性やわかりやすさを考慮した補足説明の充実，実際 の画面のスナップショットを用いた操作の具体的な説明の充実を図った。また利用マニュアルの 構成は，処分概念 DB のトップページの画面構成に沿ったものとすることで，処分概念 DB を操 作しながらマニュアルを参照しやすくした（一般利用者向けの利用マニュアルはデータベースメ ニューから参照）。 一方，管理者用マニュアルの作成では，管理者がマニュアルを参照しながら，情報の追加，修 正や admin の ID に限定された操作である利用者の管理などのすべての機能を理解し実施できるよ うに，実際の画面のスナップショットを用いた操作の具体的な説明の充実を図った（管理者用マ ニュアルはデータベースメニューから参照）。 2-28 2.2.4 ステークホルダーの要求事項の分析とそれに基づく処分概念の検討 (1) 調査の背景と目的 平成 22 年度～平成 23 年度までに，処分概念 DB（2.2.1 項～2.2.3 項）及び後述する処分概念適 用性評価支援フレーム（2.3 項）で着目する「考慮する条件」のひとつである「要件／制約条件」 の分析・整理として，ステークホルダーの要求事項の分析・整理，要求事項の技術倫理に基づく 技術者の対応方針をキーワードとした分析・整理，及び要求事項と処分事業に対する要件や具体 的な処分方法との関連性の検討などを段階的に進めてきた。 本検討は，高レベル放射性廃棄物の地層処分に携わる技術者は，適切な技術倫理に則った対応 を行い，社会のニーズを満たしながらその専門的な知識と技術を活用して処分事業を進めていく 必要があるとの認識のもと，一般市民，規制者，事業者など様々な方の高レベル放射性廃棄物の 処分に対する懸念や心配をステークホルダーの要求ととらえ，その要求を技術者の対応方針と関 連付けて分析・整理することで，処分概念の検討につなげることを目指すものである。この中で は，東日本大震災を契機としたステークホルダーの認識や考え方の変化にも留意する。 本年度は，平成 23 年度までの検討をさらに発展的に継続し，特に「ステークホルダーの要求事 項を技術者の対応方針との関連性から分析・整理した結果を，地層処分事業に求められる要件や 具体的な処分方法の検討につなげる」部分に重点をおいた検討を，ステークホルダーの中でも特 に一般市民が処分事業に求めている潜在的な要求に着目して行うこととした。 上記検討は，平成 23 年度までと同様に，ステークホルダー要求に関連する問題について検討す るために，地層処分に関する豊富な知識と経験を有する専門家を中心として構成・設置した「ス テークホルダー参加型地層処分概念（Stakeholder-driven Repository Concepts）研究会」 （以下，SRC 研究会）での議論を中心に行った。SRC 研究会では，平成 22 年度に，高レベル放射性廃棄物対策 に関する過去のシンポジウムなどで寄せられた意見や会場での質疑で公開されているものを，ベ ルギーの事例等諸外国の取り組みも参考にしながら整理することで，一般市民の「質問，懸念」 を分析した。あわせて，これら「質問，懸念」に対する「対策，論証」を樹形図的に展開する討 論モデルの手法を用いて整理することで，ステークホルダー要求への対応を検討するうえでの論 点や課題を整理した。平成 23 年度は，ステークホルダーとして地域住民を含む市民に着目し，市 民の要求を整理するとともに，それに対して専門家が行うべき対応の方針を，技術倫理の観点か ら技術・制度・対話をキーワードとして分析した。 本年度の SRC 研究会では，過去の成果を踏まえつつ，前述の「ステークホルダーの要求事項を 技術者の対応方針との関連性から分析・整理した結果を，地層処分事業に求められる要件や具体 的な処分方法の検討につなげる」部分の検討を行う。その中では，東日本大震災及び福島第一原 子力発電所の事故も踏まえて日本学術会議より提出された「回答「高レベル放射性廃棄物の処分 について」」8)もステークホルダーの要求のひとつになると考え，議論の題材とした。 以下に，議論を通じて得られたステークホルダー要求に対して専門家がとるべき対応方針（処 分事業の要件や処分概念の選択等）の検討結果を示す。 (2) ステークホルダー要求に対応する地層処分事業に求められる要件の検討 地層処分事業に求められる要件： 平成 23 年度までの SRC 研究会で議論してきた処分事業に関するステークホルダー要求と日本 学術会議の回答を踏まえ，本年度はステークホルダー要求への対応として重要になると考えられ る地層処分事業の要件を議論した。 その結果として整理した要件の案を表 2.2.4-1 に示す。ここで， ステークホルダー要求への対応として地層処分事業に求められる要件を考えるときには，その要 求が以前から存在していたものか，東日本大震災を機に生まれたあるいは強まったものなのかを 2-29 区分し，その違いを理解しておくことは重要である。例えば，②④⑤⑥の要件は，東日本大震災 以前から重要と認識されていた課題と密接に関係している。 表 2.2.4-1 地層処分事業に求められる要件の案 ① 誠実さ 世論では科学と技術が混同されている。科学は不確実性を含む課題と因果関係の仮説である。これに対して，技 術は不確実性への対応も含めた具体的な解決策である。そのため，技術的な対策を講じた段階で，残留する不確 実性に対する不信がステークホルダーから指摘される場合がある。この段階において，技術的対策の実施者の誠 実さはステークホルダーからの信頼を得る（不信を与えない）ための重要な要件になると考えられる。 ② リスクを許容する価値観とインセンティブの共有 不確実性を完全に排除することは難しい。そこで技術的な対策の中にも不確実性の存在があることへの理解をス テークホルダーに求めるためには，誠実さに加え，専門家とステークホルダーの間でリスクを許容する価値観を 共有することが不可欠となる。またそのためには，リスクを許容する価値観に基づき実現あるいは享受すること のできるインセンティブが共有されていることが重要と考えられる。 ③ 安全性が保たれなかった場合の対処の検討 過去には，安全性を設計で担保する考え方が主であった。しかし東日本大震災後，安全性が保たれなかった場 合の対処をどのように考えているか，という観点が重視されるようになった。リスクをゼロにするのではなく， 残留するリスクへの対処を考えておくことが求められるようになっている。 すべてのリスクへの対処を技術的に担保することは困難と思われる。一方，技術的にどこまでを考慮して設計 しているのか，設計で担保できなかった部分の安全性や安全性が保たれなかった場合の対策がどのように考えら れているのか，の 2 点を市民に示すことは必要になると考えられる。 ④ 情報の公開と共有 専門家とステークホルダーの間で円滑なコミュニケーションを実現するためには，情報の公開と共有の方法を 見直す必要がある。例えば，情報判断のプロセスを簡略化し優先度を明示するなどの方法が考えられる。第 2 次 取りまとめ 4)などで検討された地層処分に関する国内の議論，海外での研究動向などはほとんど一般の市民に知 られていないのが実情である。 地層処分という選択についても，現状のようにそれが安全であることを前提にステークホルダーの理解を求める のではなく，リスクを示したうえで安全性の判断をともに行い，地層処分という選択の過程を共有することが必 要と考えられる。同時に，このプロセスをわかりやすくステークホルダーと共有するためのコミュニケーション ツールの整備も重要になってくると考えられる。 ⑤ 合意形成の進捗評価 ステークホルダーとの合意形成は従来から課題となっているが，どのような状態をもって合意形成が達成され たとするのか，その境界があいまいであることも事態をわかりにくくしているものと考えられる。合意形成でき たという結果や手続きを重視するのではなく，合意形成の途中経過や進捗を評価する手法の検討，あるいは合意 形成のプロセスを複数ステップに分割し，各ステップの合意が形成されたことをその都度確認しながら次のステ ップに進んでいくような透明性のあるプロセスの構築が必要と考えられる。 また，処分事業に対して反対するすべてのステークホルダーが論理的な観点から反対しているとは限らず，感 情的に処分を好まないステークホルダーも存在する。そのため反対者をゼロにすることは難しい。賛成者が常に 反対者を上回るようになることを目指していくことが合理的であると考えられる。 ⑥ 既存廃棄物の処分への合意 合意形成を難しくしている原因の 1 つに，原子力発電と既存廃棄物の処分事業が混同して議論されていること があげられる。既に存在している廃棄物の処分と，新たに廃棄物を発生させるか否かの議論は区別して議論され ることが重要になると考えられる。 ⑦ 社会の設計 東日本大震災以前は，処分概念の設計は技術論を中心に議論されてきた。しかし，これからは高レベル放射性 廃棄物の処分が日常的に行われている社会を目指して，社会の在り方そのものを設計する，という観点での議論 も重要になると考えられる。 例えば，2030 年の地層処分を取り巻く議論の場がどうあって欲しいかをイメージし，そこから遡って現在の若 者に正しい知識を提供するなどの施策もあり得る。また，処分場の閉鎖後安全性だけでなく，これからは操業中 あるいは建設・操業前の段階で安全性についても社会の中で議論することが必要になると考えられる 専門家と一般市民の間でリスク認知の感覚は異なる。専門家に比べ，一般市民の認知は主観的なものになりや すい。例えば，不明なもの，馴染みのないもの，人為的なものなどのリスクをより大きく感じる傾向がある。そ のことを踏まえ，リスクを評価する基準についても，その設定段階から一般市民と議論すること，そしてリスク に基づく判断が当然のこととして行われる社会を設計していくことが重要になると考えられる。 2-30 (3) ステークホルダー要求に対応する処分概念の検討 前項(2)項では処分事業に対して求められるステークホルダー要求に対応する地層処分事業に求 められる要件について整理した。ここでは，ステークホルダー要求に対して，技術的観点からの 対応としての処分概念のアイディアを検討する。この検討では，平成 23 年度の SRC 研究会で示 した「ステークホルダー要求に対応するための技術者の対応方針」1),9)（表 2.2.4-2）を参考にした。 表 2.2.4-2 ステークホルダー要求に対応するための技術者の対応方針 ステークホルダー要求 A 処分の計画や安全性・信頼性 についてわかりやすく説明し てほしい 技術 制度 1. 処分に関して説明しやすい技術体系とすること 技術者の対応方針 ○ ○ 2. 技術体系に説明ツールを組み込むこと ○ ○ 3. 一般市民にとって直観的な理解が可能な説明を行うこと B C D E F G 事業者・規制者と一般市民 の間に良好な関係を築いて ほしい 一般市民の声を設計・制度 に反映してほしい 将来世代の意思決定の幅を 狭めないでほしい 世代を超えて安全で信頼性 の高いシステムを維持して ほしい 経験を蓄積し、処分場設計・ 運用に反映して安全性・信頼 性を高めてほしい 想定外の危機発生時にも安全 性・信頼性が損なわれないよう にしてほしい ｺﾐｭ ○ 4. 処分に関する技術等を過度にブラックボックス化しないこと ○ 5. 社会とHLW処分技術が共進化するよう配慮すること ○ ○ ○ 6. 原子力問題が社会に与える影響を熟慮すること （ガガーリン効果：原子力のない社会との対比） ○ 7. 事業者に対しては倫理教育を行うこと ○ 8. 科学技術を担う組織は開かれたものであること ○ ○ 9 . 一般市民の声を取り込む仕組みを構築すること ○ ○ 10. 一般市民の声に対する社会的受容性をチェックすること ○ 11. 一般市民の声を、技術目標やデザイン性等の他要素よりも優先に取り扱うこと ○ 12. 技術体系に社会・環境変化へ対応できる柔軟性・自由度を持たせること ○ ○ 13. 社会・環境変化に対応する交換・改修を促す仕組みを構築すること ○ ○ 14. 新たなリスクが認識された時対応できる仕組みを用意しておくこと ○ ○ ○ 15. 設計思想を世代間で継承していくこと ○ ○ ○ 16. 健全な後継者育成を行うこと ○ 17. 夢やロマンのある技術的達成目標を技術者に提供すること ○ 18. 技術体系の寿命を意識し、世代の交代に応じて適用されている技術の十分性を 見直すこと ○ ○ ○ 19. 環境意識の高まりに耐えられる仕組みをもつこと ○ 20. 技術的、時間的に経験を蓄積すること ○ ○ ○ 21. 処分に関する経験時間の十分性を評価すること ○ ○ ○ 22. 作業者の能力や精神に配慮した設計とすること ○ 23. システム全体として危機に対する堅牢性を有する設計とすること ○ ○ 24. 事故時等に関係者および一般市民へ迅速かつ適切な情報提供を行うこと ○ ○ ○ 表 2.2.4-2 に示した 24 個の技術者の対応方針それぞれについて，これを実現するための処分概 念の案を検討した。この検討では，処分概念の技術的可否は考慮せず，ステークホルダー要求へ の処分概念による技術的対応の着眼点とアイディアを幅広くブレーンストーミング式に挙げた。 検討結果（着眼点，挙げられた処分概念）を，対象とした「技術者の対応方針」の番号（表 2.2.4-2 中の 1～24）を付して付録 3 に示す。また，ステークホルダーの要求として多く見受けられる「わ かりやすさ」と「住民参加」に係る検討例，及び技術の対応方針の特徴のひとつである「技術体 系の寿命を意識すること」に係る検討例を以下に示す。 「1.処分に関して説明しやすい技術体系とすること」 ・廃棄物を永久管理する処分概念 ・貯蔵から閉鎖へスムーズに移行する処分概念 具体案：CARE2) ・核種の完全閉じ込め・隔離 2-31 具体案：セラミックコーティング高耐食鋼を用いた人工バリアによる十万年完全閉じ込 めの処分概念 ：第 2 次取りまとめ 4)の処分概念を基にしたオーバーパック素材や寸法を変更し た核種を漏らさない処分概念 ：Deep Bore hole10) ：宇宙処分 11) 「9.一般市民の声を取り込む仕組みを構築すること」 ・事業実施中における可変性の確保（処分概念変更可能，技術進展反映可能） 具体案：CARE2)を活用した地下貯蔵と処分概念柔軟な組み合わせ（まずは CARE での地 下貯蔵概を行い，貯蔵期間中の技術進展や社会的理解に応じてそのまま処分す るか他の処分概念で処分するかを決定 ：全廃棄体に同じ処分概念を適用することにはこだわらず，途中でよりよい概 念が出てくればそれ以降はその概念を採用する（例えば，純粋な技術進展の取 り込み，「パイロットプラント（PP）の併置（コールド PP→ホット PP→実際 の処分開始）」の繰り返し実施等） 「18.技術体系の寿命を意識し，世代の交代に応じて適用されている技術の十分性を見直すこと」 ・大規模中間貯蔵 具体案：大規模中間貯蔵施設から少量ずつ複数地点の小規模処分場に輸送して処分 ・将来のニーズ・技術に対する柔軟性の向上 具体案：長期貯蔵型処分（伊勢神宮の遷宮のような施設の更新による最新技術の組み入 れ） 上記の検討を通じて，ステークホルダー要求に対応する処分概念を検討するための手順として · ステークホルダー要求と技術倫理に基づく技術者の対応方針との対応 · 技術者の対応方針と処分概念との対応 という 2 組の分析を組み合わせることが有効であるとの見通しを得た。 2-32 参考文献（2.2 節） 1) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 23 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 2) S. Masuda, H. Kawamura, I. G. McKinley, F. B. Neall, and H. Umeki：“Optimising Repository Design for the CARE Concept”，IHLRWM 2006, Las Vegas, NV, April 30-May 4 (2006). 3) 動力炉・核燃料開発事業団: “高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の技術報告書 –平成 3 年度-”,PNC TN1410 92-081 (1992). 4) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－ 総論レポート”，JNC-TN1400 99-020(1999). 5) 原子力発電環境整備機構： “高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概要」 の説明資料－”， NUMO-TR-04-01 (2004). 6) NUMO: “Development of Repository Concepts for Volunteer Siting Environments”， NUMO-TR-04-03 (2004). 7) ANDRA: “Tome Architecture & management of a geological repository-2005”， Dossier 2005 Argile (2005) 8) 日本学術会議：“回答「高レベル放射性廃棄物の処分について」”（2012） 9) 鳥井弘之：“「未来型ビジネスチャンスを考える」－人や社会の変化こそチャンスの宝庫－”， 日本化学工学会第 37 回経営ゼミナール (2011) 10) T. Baldwin, N. Chapman & F. Neall: “Geological Disposal Options for High-Level Waste and Spent Fuel”, Report for the UK Nuclear Decommissioning Authority (2008). 11) 経済産業省資源エネルギー庁：http://www.enecho.meti.go.jp/rw/hlw/hlw01.html 2-33 処分概念適用性評価支援フレームの整備 2.3 2.3.1 本研究の目的と実施内容 これまでに行われてきた処分概念の検討は，考慮すべき地質環境条件や廃棄物特性等が与えら れる，あるいは仮定することで行われてきた 1) 。しかし，今後処分事業が進むと，サイト選定の 進展に伴いサイトに特有の地質環境条件や処分すべき廃棄物特性の具体的な特徴が明らかになる と考えられる。また，先進サイクルから発生する廃棄物の処分を検討するには，先進サイクルに 特有の廃棄物の特性を考慮した処分概念の検討が必要になる。さらに，処分事業を進めるために， 事業の要件や規制の要件，サイトの候補となる場所の制約や市民，自治体等の要求への対応も重 要となり，要件／制約条件への対応にも配慮した処分概念の検討が必要となる。 このような背景を踏まえ，本研究では，技術的に実現可能な処分概念オプションの拡充・高度 化に資することを目指し，地質環境条件，廃棄物特性，要件／制約条件が与えられる場合（ある いは，それらを仮定する場合，変化を考慮する場合等）における処分概念の検討を効率的に行う ための一連の手続きとその手続きに沿って利用する技術や手順・考え方を体系化して提供するこ とを目的とする。 なお，本研究では，地質環境条件，廃棄物特性，要件／制約条件を「考慮する条件」，処分概念 の検討を行う一連の手続きとその手続きに沿って利用する技術や手順・考え方を「処分概念適用 性評価支援フレーム」（以下，支援フレーム）と呼ぶ。 本研究では，平成 19 年度から支援フレームの要件の検討を開始し，平成 21 年度までに，上記 目的に対応した支援フレームを用いて支援すべき主な評価事項として ・ 処分概念の適用性の評価（適用性評価） ・ 複数の処分概念の比較（比較） ・ 上記を通じた処分概念の高度化に向けての課題や処分概念に短所がある場合の解消すべき 課題等の抽出（課題抽出） を設定し，支援フレームによるそれら評価の実施に関する基本的な手順の設定を行った。その後， 基本的な手順をより実用的なものとしていくための検討を進め，上記評価において必要となる， 評価の着眼点の明確化，及び複数の要素を含む考慮する条件（地質環境条件，廃棄物特性，要件 ／制約条件）と処分概念との対応づけの効率的な実施に向けて，処分概念データベースの改良・ 高度化と連携しながら， · 評価の着眼点の統一化（評価項目の設定）の必要性の抽出と活用方法の具体化（表 2.2.1-6， 表 2.2.1-7 参照） · 考慮する条件―評価項目―構成要素の一般的な関連性の事前整理（整理表の作成）の必要 性の抽出と活用方法の具体化（2.2.1.3 項参照） 等を行い，それらを反映した支援フレームの実施に係る技術や手順の拡充を図った。 本年度は，上記を踏まえて，支援フレームを実施者にとってよりわかりやすく使いやすい形で 提供できるようにするための，基本手順の改善と基本手順の実施支援技術の検討，及びそれらの 統合を行った。あわせて，試行を通じての有用性の確認と事例としての整理を行った。 本節では，支援フレームの成果について本年度実施内容を含めて以下の構成でまとめる。 ・ 処分概念適用性評価支援フレームの概要（2.3.2 項） ・ 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順（2.3.3 項） ・ 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順の実施支援（2.3.4 項） ・ 処分概念適用性評価支援フレームの試行と事例の整理（2.3.5 項） 2-34 2.3.2 処分概念適用性評価支援フレームの概要 2.3.1 項で述べたように，支援フレームは，技術的に実現可能な処分概念オプションの拡充・高 度化に資することを目指し，考慮する条件（地質環境条件，廃棄物特性，要件／制約条件）が与 えられる場合（あるいは，それらを仮定する場合，変化を考慮する場合等）における処分概念の 検討を効率的に行うための一連の手続きとその手続きに沿って利用する技術や手順・考え方を体 系化して提供することを目的としている。また，この目的に対応した支援フレームを用いて支援 すべき主な評価事項として，適用性評価，比較，課題抽出を設定している。 「適用性評価」では，評価実施者のニーズや期待する成果に応じて，評価の対象とする考慮す る条件や対象とする処分概念を設定し，その考慮する条件下での処分概念の適用性について，適 用可・適用不適，あるいは適用可の中での適用性高～適用性低などを評価することを目指すもの である。このような評価は，例えば，研究開発段階における，考慮する条件のバリエーションに 対する処分概念の有効性や頑健性の確認，事業の段階的進展の中でのサイト調査による地質環境 条件の詳細化に対して前段階で設定した処分概念に問題がないことの事業者による確認，事業者 が提案している処分概念が対象とする地質環境条件での適用性に問題のないことの規制機関によ る確認，等の様々な局面で行われると想定される。また，処分概念に不慣れな技術者や地層処分 の分野を勉強する新人・学生等が，処分概念の特徴を理解するためのアプローチのひとつとして も有効になると考えられる。 「比較」は，複数の処分概念が候補となっている場合に，設定した考慮する条件下でそれら候 補に違いがあるか，どの部分にどのような違いがあるか等を明らかにすることを目指すものであ る。この評価は，各処分概念に関してまず前述のような適用性評価と同様な作業を行い，その結 果を複数の処分概念間で比較することで基本的に実施可能である。ただし，比較を効率的に行う ためには，適用性評価の実施段階において，処分概念間で差が生ずる可能性のある特定の考慮す る条件に着目し，それについての評価に重点を置くなどの工夫が必要になる場合があると考えら れる。このような評価は，例えば，研究開発段階における処分概念のオプションの検討，事業者 の処分概念の合理化検討，等の局面で行われると想定される。また，適用性評価と同様に，処分 概念に不慣れな技術者やこの分野を勉強する新人・学生等が，処分概念の特徴を理解するための アプローチのひとつとしても有効になると考えられる。 一方， 「課題抽出」は，特定の考慮する条件に関する情報の量や質が不十分で処分概念の適用性 を充分に論証することができない場合，あるいは，処分概念に特定の考慮する条件に対して適用 不適と判断せざるを得ないような問題が生じる可能性がある場合等に，それらに適切に対処する ためにどのような条件を整備することの優先度が高いか，処分概念の何に着目して改善が必要か 等を見出すことを目指すものである。また，適用性があると判断される処分概念に対しても，そ の適用性をより確実なものとするためにどのような条件の整備や処分概念のどの部分の強化が効 果的か等を見出すことにも活用できる。この評価は，課題の抽出を目的にして前述の適用性評価 や比較と同様な作業を行うことで基本的に実施できると考えられ，また適用性評価や比較を目的 とした作業を実施する中で副産物的に見出されることもあり得る。このような評価は，例えば， 研究開発段階における処分概念の改良・高度化の検討，事業者による処分概念の頑健性の確保・ 向上の検討，事業者が提案している処分概念に対する規制機関による審査等の局面で行われると 想定される。 上記に示した 3 つの目的に対する具体的な作業内容は，対象とする処分概念の設定レベルに応 じて違いが生ずると考えられる。そこで，処分概念の設定レベルを， 「処分概念（全体）レベル」 「処分概念（全構成要素）レベル」 「構成要素（着目するもののみ）レベル」に区分した。（以下 2-35 では， 「処分概念」と表現した場合にはこの 3 つを総称することとし，各設定レベルに着目する場 合には各レベルの名称を個別に用いる）。 ¾ 「処分概念（全体）レベル」： ベースとなる処分概念のみ設定し評価対象とする（評価の実施において必要に応じて 構成要素にも着目するが，必須の評価対象とはしない） ¾ 「処分概念（全構成要素）レベル」 ： ベースとなる処分概念に対してその構成要素をすべて設定し，その構成要素のすべて を評価対象とする ¾ 「構成要素（着目するもののみ）レベル」： ベースとなる処分概念とその構成要素のうち着目するもののみを設定し，着目する構 成要素のみを評価対象とする また，これら処分概念の 3 つの設定レベルは，以下のような異なる観点の評価との対応も考慮 しつつ設定した。 ¾ 「処分概念（全体）レベル」： 全体の処分概念についての予察的・概要的な評価 ¾ 「処分概念（全構成要素）レベル」 ： 全体の処分概念の個々の構成要素に着目した詳細な評価 ¾ 「構成要素（着目するもののみ）レベル」： 特定の構成要素のみに着目した詳細な評価 3 つの目的と 3 つの処分概念の設定レベルの組み合わせと，それによる評価の意味の違いを整 理すると表 2.3.2-1 のようになる。表 2.3.2-1 の組み合わせの違いに起因する作業内容の違いは付録 4 の利用マニュアルに詳細に記載する。後述の「基本手順」の説明（2.3.3 項参照）では，各手順 について，まず表 2.3.2-1 の組み合わせに対して共通的な作業内容を説明し，必要に応じて組み合 わせごとに異なる主な作業内容についても補足する。 表 2.3.2-1 評価の目的と処分概念の設定レベルの区分 評価対象 適用性評価 目的 比較 課題抽出 処分概念 処分概念 構成要素 （全体） （全構成要素） （着目するもののみ） ＜パターンA＞ ＜パターンD＞ ＜パターンG＞ 処分概念全体の適用性を 処分概念全体の適用性を 特定の構成要素の適用性 主に概念レベルで評価 構成要素レベルで評価 を評価 ＜パターンH＞ ＜パターンE＞ ＜パターンB＞ 処分概念全体の比較を概 処分概念全体の比較を構 特定の構成要素の比較を 実施 成要素レベルで実施 念レベルで実施 ＜パターンI＞ ＜パターンF＞ ＜パターンC＞ 処分概念全体の概念レベ 処分概念全体の構成要素 特定の構成要素について の課題を抽出 レベルでの課題を抽出 ルでの課題を抽出 このように，支援フレームは，様々な立場やニーズ・期待を有する実施者が処分概念に係る検 討としてやりたいことを，上記の評価の目的と処分概念の設定レベルの組み合せの形で具体化す るとともに，その実施を支援するためのものである。 2-36 2.3.3 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順 支援フレームによる評価の基本手順は以下の①～⑤の作業からなっている（図 2.3.3-1）。 なお，適用性評価，比較，課題抽出といった目的や処分概念の設定レベルが異なる場合でも① ～⑤の作業は基本的に共通である。 ①目的の設定 ・背景の明確化 ・評価の目的を設定 ②実施者の選定 ・実施者を選定 ・実施形態を記録 ③評価対象の設定 ④評価項目の確認 ・考慮する条件（廃棄 物特性，地質環境条 件，要件/制約条 件）を目的を踏まえ て設定 ・評価対象とする処分 概念を，目的及び考 慮する条件を踏まえ て設定 ・①及び③を踏ま えて8つの評価項 目から取捨選択 （設定） ⑤評価の実施 ・③及び④の設定 に対して評価を 実施 図 2.3.3-1 支援フレームの基本手順 ①目的の設定： 支援フレームを利用する背景（動機やニーズ）と期待する成果等の実施者の意図を明確に しつつ，適用性評価，比較，課題抽出の評価事項から目的とするものを設定する（2.3.2 項 参照）。背景と目的を明確にすることにより，単数の実施者の場合のみならず，複数の実施 者が協力しながら作業を行う場合において，支援フレームに沿った評価の考え方や判断等の 一貫性の確保につながる。また，目的が大きいあるいは複雑な場合には，そのまま支援フレ ームでの作業を行うよりも，小さな目的に分割することにより，作業内容が簡単化され，ま た作業内容や判断・根拠も明確となる。 ②実施者の選定 評価の実施者やその専門性等を記録するとともに，単独での実施か複数による討論形式で の実施かなどの実施形態，実施日時等についても記録する。これは，誰がどのように評価を 実施したかを明確にするために重要となる。 ③評価対象の設定 評価の前提となる「考慮する条件（廃棄物特性，地質環境条件，要件／制約条件）」の候 補を，①で設定した目的を踏まえつつ設定する。このとき，特に優先的する条件を明らかに することは，目的に対応した検討内容とすることと作業量をなるべく減らすこととのバラン スから合理的な作業とするために重要となる。 また，評価対象とする処分概念についても，目的と考慮する条件を踏まえつつ設定する。 処分概念の設定としては，表 2.3.2-1 を参考にしつつ，3 つの処分概念の区分レベルのどれ に着目するかを設定する。このとき，処分概念を構成要素レベルで検討するか，その時にす べての構成要素に着目するか，特定の構成要素に絞って着目するかの設定は，「⑤適用性評 価の実施」で具体的に検討・分析する対象を明確にするうえで重要であるとともに，考慮す る条件と同様に，目的に対応した検討内容とすることと作業量をなるべく減らすこととのバ ランスから合理的な作業とする意味で重要となる。 また，考慮する条件と評価対象とする処分概念の対応付けや優先度の検討において，「考 2-37 慮する条件―評価項目―構成要素の関連性の整理表（2.2.1.3 項及び表 2.2.1-4）」を参照する ことによって，考慮する条件と構成要素の関連を介して考慮する条件と処分概念の関連を見 通すことができる。 ④評価項目の確認 ①で設定した目的及び③で設定した考慮する条件を踏まえて，③で設定した処分概念を評 価する際の着目点とする評価項目を設定する。評価項目は，様々なサイト環境条件やステー クホルダーからの要求への処分概念の適合性を包括的に評価する際の指標として，3 層（上 位・下位・個別）構造で定義している（2.2.1.3 項及び表 2.2.1-6，表 2.2.1-7）が，ここでは まず着目する上位評価項目を設定し，さらに下位評価項目，個別評価項目にまで細分化した 検討を行うかどうかは，目的や③で設定した考慮する条件の詳しさとの整合等から判断する。 評価項目の検討においても，「考慮する条件―評価項目―構成要素の関連性の整理表（表 2.2.1-4）」を参照することによって，評価項目と処分概念あるいは評価項目と考慮する条件 の関連を見通した検討とすることができる。 また，比較を目的とする評価で，複数の上位評価項目に着目し，それらについての評価結 果を総合して判断しようとする場合には，各上位評価項目の評価結果に重みをつけて合算す ることで総合的な評価結果とすることができる（「⑤評価の実施」参照）。評価項目に重みを つける場合には，その考え方や根拠を明確にしておくことが重要となる（例えば，目的に対 する上位評価項目の重要度の判断理由等）。 ⑤評価の実施 評価文の作成： まず，①で設定した「適用性，比較，課題抽出」のいずれかの目的に照らして，その目 的に対応した評価の根拠とする情報を「評価文」として整理する。基本的な考え方として は，③で設定した考慮する条件と処分概念の組合せに対して，④で着目した評価項目ごと に「評価文」を作成する。また，③において考慮する条件を複数設定した場合にはそれら 条件ごとに，さらに，処分概念の設定レベルとして構成要素に着目する場合には構成要素 ごと（表 2.3.3-1）に「評価文」を作成することになる。 その結果として，作成すべき「評価文」の数は，着目する評価項目の数，考慮する条件 の数，及び処分概念の数（構成要素に着目する場合には構成要素の数）の積となる（表 2.3.3-2）。 さらに，表 2.3.3-3 に示すように，評価の目的と処分概念の設定レベルの組合せに応じて， 「評価文」の記載内容及びスコア付けの有無が異なることになる。 「説明文」の作成には，国内外の処分概念に関する情報を含み，また，それら情報を評 価項目に対応させつつ整理している処分概念データベース（2.2 節参照）を活用することが できる。処分概念データベースに登録されている情報を一覧表や検索機能を活用して参照 する，さらにはそこに記載されている元文献等に遡ってより詳しい情報を参照する等しな がら「説明文」を作成する。なお，処分概念データベース以外の情報を活用することも可 能であるが，いずれの場合も「説明文」の情報源を明確に記録することが重要となる。 2-38 表 2.3.3-1 評価文の記述単位の処分概念の設定レベルに応じた違い 評価対象 処分概念 （全構成要素） 処分概念 （全体） 適用性評価 目的 比較 課題抽出 構成要素 （着目するもののみ） 評価文の単位：処分概念ごと 評価文の単位：構成要素ごと 表 2.3.3-2 評価文の作成数の処分概念の設定レベルに応じた違い 評価対象 処分概念 （全体） 処分概念 （全構成要素） 構成要素 （着目するもののみ） 適用性評価 （着目する）評価項目×（着 （着目する）評価項目×（着 （着目する）評価項目×（着 目する）考慮する条件×処分 目する）考慮する条件×全構 目する）考慮する条件×（着 目する）構成要素 成要素 概念 目的 比較 課題抽出 表 2.3.3-3 評価文の記載内容及びスコア付の有無の評価の目的及び 処分概念の設定レベルの組み合せによる違い 評価対象 適用性評価 処分概念 処分概念 （全体） （全構成要素） 評価対象について、特徴・特性を記述する。 スコア付：あり。 スコア合計：なし。 構成要素 （着目するもののみ） 複数の評価対象について、長所・短所の違いを記述する。 スコア付：あり。 スコア合計：あり。 目的 比較 課題抽出 評価対象について、向上の余地のある箇所、あるいは、短所を記述する。 スコア付：なし。 スコア合計：なし。 評価の実施： 「評価文」を作成した後に，①で設定した目的に応じて，評価文を情報として活用しつつ 以下の作業を実施する： ・ 適用性評価： 評価項目ごとの適用性の判断結果を「評価文」に基づき点数化する。点数付けの方 法としては，5 段階での点数（最低 1（かなり劣ると考えられる）～最高 5（かなり優 位性があると考えられる））とし，実施者は適用性が妥当であると判断する時のデフォ ルト点数を 3 とすることが基本的であると考えられる（点数付けの方法やデフォルト 点数は，実施者が任意に設定することも可能である）。なお，点数付けの考え方や理由 は，後で評価結果を確認・参照する際の判断根拠として重要になるため，可能な限り 根拠として明確に記録する。 2-39 ・ 比較： 比較の場合には，複数の処分概念に対して「評価文」の整理までを行い，同じ評価 項目の「評価文」を比較することで，処分概念間の差異や優劣の可能性を検討する。 複数の評価項目を考慮した場合には，実施者の目的に応じて，着目する評価項目が明 確である場合にはその項目を中心に比較すること，また，どこに違いがありそうかを まずは探索してみる場合には評価項目ごとの比較を全項目に対して行うことが考えら れる。なお，複数の評価項目をまとめて総合的な比較をしたいという場合については， 定型の方法を設定することは難しいが，例えば，実施者が考える評価項目間の重要度 の違いを重みとして定量化し，評価項目ごとの点数を重みづけして合算することで， 複数の評価項目の総合点に基づく判断を行うこともできる。基本的な重みの付け方と しては，デフォルト 0.5 とし，0～1 の間の任意の数とすることなどが考えられる（重 みの付け方は実施者が任意に設定することも可能である） 。このとき，重みの違いで重 点とした評価項目が明示されることになる。また，点数付けとともに重み付けの考え 方や理由を可能な限り根拠として明確に記録することが重要となる。 ・ 課題抽出： 「評価文」に基づき，評価項目ごとに適用性の観点での短所があるか，適用性をさ らに向上させることのできる可能性はあるか等を検討し，課題を抽出する。 さらに，評価項目ごとのコンフリクトの有無を「評価文」に基づいて検討すること も課題抽出のアプローチとして有効となる可能性がある。 課題の抽出においても，その考え方や理由を可能な限り根拠として明確に記録する ことが重要となる。 上記の基本手順については，「利用マニュアル（付録 4 参照）」において，①～⑤の手順と各過 程での作業内容等を具体的に記載している。また，利用マニュアルでは，基本手順の各過程での 作業内容，作業結果，作業で行った判断とその根拠等を記録するための「支援フレーム評価記録 シート（以下，記録シート：書式は付録 4 参照）」を準備しており，特に「⑤適用性評価の実施」 での「評価文」の作成，点数化及び根拠の記録等をこの記録シート上で行うようにしている。こ れによって，評価作業を進めることが，すなわち評価の過程を記録することになる。また，評価 の後に改めて記録を作成することがなく，書式が統一されていることによって実施者の違いによ る記載事項の過不足や記載レベルの不統一等も回避できる。これらのことから，実施者にとって は記録作成の効率化が図れ，後で参照する人にとっては見やすい記録になると考えられる。なお， このように記録を残すことは，評価の透明性と追跡性の確保及び後日の評価結果の確認や参照等 の品質管理の観点で有用である。 2-40 2.3.4 処分概念適用性評価支援フレームの基本手順の実施支援 2.3.3 項で示した基本手順に対して，利用マニュアルはその手順や各過程の作業内容等を具体的 に記載している。しかし，全体の流れを示すために，共通性の高い内容（言い換えれば最大公約 数的な内容）になっている。そのため，実施者が利用マニュアルに沿って支援フレームを活用し た評価を実施しようとした場合に生じ得る「ケースバイケースの判断が必要になる部分」につい ては，利用マニュアルだけでは充分な説明が提供できていない可能性がある。 例えば，支援フレームの「③評価対象の設定」では， 「①目的の設定」を踏まえて評価対象を設 定することにしているが，その場合には， ・ 支援フレームで何ができるのか，何が候補になるのか ・ 評価対象として何が候補になるのか ・ その候補から評価対象をどのように選べばいいのか ・ その選択が後段の作業にどのように影響するか 等について，実施者のニーズや期待との対応性，及び設定と連動して決まる評価の意味や作業量 などとも関連付けながらケースバイケースで合理的な判断を行うことが必要となる。このような 判断は，支援フレームでの作業において重要な部分であり，また特に支援フレームに慣れていな い実施者にとっては適切な設定が難しいと感じる可能性がある。しかし，目的と評価対象との可 能性のある組合せは膨大であり，全ての組合せに対して具体的な手順や考え方を事前に明確化し 利用マニュアルで提示することは難しい。 そこで，ケースバイケースでの判断が必要であり，支援フレームに不慣れな実施者にとって利 用マニュアルを参照するだけではわかりにくいと考えられる作業や考え方について，それを補助 する情報を整備することとした。 まずこのような補助的資料を作成するうえでの要件を以下のように設定した。 ・「①目標の設定」において目的を設定する際に，実施者のニーズや期待としては多様なもの が考えられる。支援フレームで何ができるのかを見通しつつ，実施者のニーズや期待に合致 する目的をどのように設定するかを支援する必要がある。 ・「③評価対象の設定」や「④評価項目の確認」において，複数の考慮する条件と処分概念及 び評価項目の候補の中から何を選ぶかによって，その組み合わせの意味や数が変わり，それ によって後段で行う評価の範囲や作業工数（作業量）が変わる。そのため，実施者が①で設 定する目的に対して合理的な評価対象や評価項目をどのように設定するかを支援する必要 がある。 上記の要件を満たすような補助的情報として，目的の設定を支援する「利用パターン」，また評 価対象や評価項目の設定を支援する「使い方ガイド」を整備した。 以下では，まず，利用パターンと使い方ガイドについて説明する。次に，実施支援として重要 となる記録シートについて説明する。そのうえで，支援フレームの全体像を，支援フレームに沿 った作業の実施を支援する利用マニュアル，利用パターン，使い方ガイドの関係を含め整理する。 利用パターン 支援フレームに慣れていない実施者や目的が必ずしも明確になっていない実施者に，支援フレ ームを利用してできること等を簡潔にまとめて「利用パターン」として提供することで，実施者 が自らのニーズや期待に合致した目的を選定しやすくすることを目指した。 具体的には，支援フレームで支援可能と考えられる実施者のニーズや期待の抽出・分析を行い， 2-41 以下の観点での類似性・相違性に着目しつつ，また前述の支援フレームの主な評価事項の区分で ある適用性評価，比較，課題抽出との関係にも留意しつつ，支援フレームの利用目的の主なパタ ーンと考えられものに再整理・類型化し，それらを「利用パターン」として整理した。 ・ 利用の目的としてどのようなことが考えられるか ・ 結果の受益者はだれか ・ いつ・どのような場面での利用を考えるか ・ 支援フレームから何が得られるか ・ 上記からどのような意義のある結果や知見を得ることができるか 整理した利用パターンを表 2.3.4-1 に示す。利用パターンは大きく 2 つに分けられる。ひとつは， 支援フレームを用いた一連の作業をすべて行うことによって結果を得るものであり，3 つの評価 の目的と対応するシナリオ番号 A～D が該当する。もうひとつは，3 つの評価の目的のいずれかに ついて行われた一連の作業を対象に，透明性の向上等の新たな意味を持たせるもの（シナリオ番 号 E）や支援フレームを用いた作業の一部を知識獲得等に活用するもの（シナリオ番号 F）である。 表 2.3.4-1 に示した利用パターンは，実施者のニーズや期待に対する網羅性や代表性の観点では 十分なものとは言えない可能性があるが，支援フレームに慣れていない実施者や目的が必ずしも 明確になっていない実施者に対して，どのようなことに支援フレームが利用できるのか，支援フ レームを利用したときにどのような役立つ結果や知見が得られそうなのか等を見通せるようにし ておくことは，「①目的の設定」の支援という意味で有効であると考えられる。 表 2.3.4-1 支援フレームの利用パターン一覧 目的（例） 結果の受益者（例） いつ・場面(例) 意義のある結果 支援フ レームから得られ る結果（意義ある結果の ため に必要な情報） A 処分概念の 適用性評価 ・処分概念の適用性を 知りたい ・設計を効率化，網羅 性を向上したい ・処分概念設計者 （NUMO） ・処分概念設計/研究 者（NUMO，JAEA， 大学） ・考慮する条件に対する処分 概念を選択するとき ・考慮する条件/考慮する条 件の変化に対する処分概 念を選択するとき ・適用性が把握できる ・設計行為の効率を高め，観 点の網羅性を向上できる 単独の処分概念の適用 性評価結果， 「評価項目‐構成要素‐考 慮する条件」の関連表 B 処分概念の比 較 ・処分概念設計者 ・複数から1つ処分概念 （NUMO） を選びたい ・処分概念設計/研究 ・複数の処分概念を比 者（NUMO，JAEA， べる 大学） ・考慮する条件に対する処分 概念を選択するとき ・考慮する条件/考慮する条 件の変化に対する処分概 念を選択するとき ・適用性があり，優れた既存 処分概念を抽出できる 複数の処分概念の適用 性評価結果， ・処分概念の長所・短 所は何か ・より良い処分概念を 創出したい ・処分概念設計/研究 者（NUMO，JAEA， 大学） ・考慮する条件に対する処分 概念を選択するとき ・既存概念の課題を抽出し R&D項目を検討できる 課題・改善策 （処分概念の適用性評価 結果から抽出） ・処分概念に適した地 質環境特性を知りた い ・地質環境調査対象を 把握したい ・地質環境調査者 （NUMO，JAEA，大 学） ・概要調査又は精密調査の 計画策定時 ・既存概念の課題を抽出し R&D項目を検討できる ・必要な調査対象項目とその 粒度を確認できる 関係者への要望 （処分概念の適用性評価 結果から抽出） ・処分概念の設定に係 る根拠を残したい ・処分概念の検討の過 程を再検証したい ・処分概念設計/研究 者（NUMO，JAEA， 大学） ・考慮する条件/考慮する条 件の変化に対する処分概 念を選択するとき ・選択結果の根拠について透 明性を向上できる 評価記録シート ・処分概念を知りたい ・未来の地層処分研 究者（学生） ・勉強の際 処分概念情報， 構成要素情報， ・既存概念の特徴や考慮する 変遷過程情報， 条件の影響を学ぶ 評価項目の定義， 処分概念DB シ ナリオ 番号 分類 C 課題抽出， R&D項目の抽 出 D E 処分概念選択 過程の透明性 向上 F 既存知識の獲 得 2-42 使い方ガイド 「使い方ガイド」は， 「③評価対象の設定」での複数の候補からの考慮する条件と処分概念の選 択と設定，及び同様に「④評価項目の確認」での複数の候補からの評価項目の選択と設定を支援 することを目的とする。 ここで，支援フレームの③と④の内容について概説する。 「③評価対象の設定」では，考慮する条件及び既存の処分概念を設定する。 考慮する条件は，廃棄物特性，地質環境条件，要件/制約条件として区分され（表 2.2.1-5），考 慮する条件を具体的に考えていくと無限の可能性がある。 「⑤評価の実施」においては，評価対象 とする考慮する条件の数が多ければその分だけ作業工数（作業量：具体的には評価文の作成数等） が増えるとともに，その作業に必要な情報の種類や量も多くなるということに注意する必要があ る。そのため，目的に照らして合理的な範囲でなるべく少ない数の考慮する条件を設定すること が，後段の作業量を増やさないために重要になる。例えば，目的に照らして，処分概念の検討を 廃棄物の発熱量との関係のみに着目して実施することが合理的と考えられるのであれば，考慮す る条件を廃棄物特性のみに絞り込むことができる。 また，処分概念の設定では，2.2 節で示した処分概念 DB に登録済みの処分概念は 33 個あり， 実施者はこの中から選定することが合理的である（処分概念 DB に登録されている以外の処分概 念でも設定は可能だが，その概念の情報については，実施者の知見や独自に調べた範囲の情報を 利用することになる）。さらに構成要素に着目する場合には，選定した処分概念に含まれる構成要 素から選択することになる。ここで，構成要素を特定することは，処分概念の細部を明確にする ことであり，着目する構成要素があらかじめ明確となっている場合に行う手順である。なお，2.3.2 項で示した処分概念のレベル設定の考え方からは， 「処分概念（全体）レベル」を評価対象とする 場合には，必ずしも構成要素の特定は必要ない。 「⑤評価の実施」においては，評価対象とする構 成要素の数が多ければその分だけ作業工程（作業量）が増えるとともに，その作業に必要な情報 の種類や量も多くなるということに注意する必要がある。そのため，評価対象の設定についても， 目的に照らして合理的な範囲でなるべく少ない数を設定することが，後段の作業量を増やさない ために重要になる。例えば，目的に照らして，構成要素のうち人工バリアのみに着目して実施す ることが合理的と考えられるのであれば，構成要素をオーバーパックと緩衝材さらにはそれに近 接する支保等に絞り込むことができる。 「④評価項目の確認」では，評価において着目する上位評価項目（表 2.2.1-6 参照）を設定する。 基本的には以下に示す 8 つすべての上位評価項目を選定することが理想であるが，評価の目的及 び設定した考慮する条件と処分概念の組合せなどに照らして，また作業量とのバランスも考慮し て，特定の評価項目にフォーカスすることも評価を合理的なものとするために重要となる。 ・長期安全性 ・操業安全性 ・工学的成立性/品質保証 ・回収可能性 ・工学的信頼性 ・サイト特性調査とモニタリング ・環境影響 ・社会経済的側面 これら「③評価対象の設定」での考慮する条件と処分概念の設定，及び「④評価項目の確認」 での着目する評価項目の設定は，それらを組み合わせることの評価上の意味合い及び組み合せ数 2-43 に応じて増加する作業工数（作業量）の両方を見通しつつ，また， 「①目的の設定」で実施者のニ ーズや期待に基づき設定する目的との対応性を確認しながら合理的に設定することが必要となる。 上記を踏まえ，「使い方ガイド」では以下の判断を支援する考え方等を提示する。 · まず，考慮する条件・処分概念・評価項目が目的に応じて設定されているか，必要以上に多 くを取り込んでいないか等を，評価の意味合い（図 2.3.4-1 の上部）を参照して判断する。例 えば，適用性評価を目的として，あらゆる考慮する条件に対応できる処分概念を選定するこ とを明確に定めている場合には，多数の考慮する条件やすべての評価項目を設定したフルス ペックでの評価であることを承知して作業を進めることになる。一方，フルスペックの評価 に固執しない場合には，考慮する条件や評価項目を減らした場合の評価の意味合いを整理し た「使い方ガイド」を参照することで，①で設定した目的のさらなる具体化や絞り込みなど も行いながら，目的達成に見合う範囲で考慮する条件や評価項目の合理的な設定（なるべく 数の少ない設定）を探すことになる。 · 次に，考慮する条件・処分概念・評価項目の組合せの数に応じて決まる作業工程（作業量） が許容できる程度に収まっているかどうかを図 2.3.4-1 の下部を参照して判断する。例えば， なるべく多くの考慮する条件や評価項目を対象として評価することが理想ではあるが，初め て支援フレームを利用する実施者の場合，あるいは特定の考慮する条件や評価項目に着目す ることで目的が達成できる場合にフルスペックでの評価を行うことは，作業量が多くなるた め合理的ではない。このような場合には，目的と作業量を勘案して評価対象や評価項目をな るべく少なく設定することが合理的である。そこで，考慮する条件や評価項目の設定数によ る作業量の違いを整理した「使い方ガイド」を参照することで，①で設定した目的のさらな る具体化や絞り込みなども行いながら，目的達成に見合う範囲で考慮する条件や評価項目の 合理的な設定（なるべく数の少ない設定）を探すことになる。 · 上記の，目的達成と考慮する条件・処分概念・評価項目の設定の合理化の両方を実現するた めの検討は，評価の意味合いに基づく検討と作業量に基づく検討を適切に連携させていくこ とが重要となり，そのため， 「使い方ガイド」では両者に関する情報を一望できるようなまと め方を試みている（図 2.3.4-1）。 このような「使い方ガイド」は，例えば，目的の設定が非常に明確で考慮する条件・処分概念・ 評価項目が固定される場合には，③と④でのそれらの設定に関する迷いは生じないため不要とな る。しかし，目的があまり明確でない，あるいは，明確であっても考慮する条件・処分概念・評 価項目の設定までは固定されてない場合には，それら設定の合理化を「使い方ガイド」を利用し て検討することが有用であると考えられる。 なお，実施者の支援フレームへの慣れ・不慣れにより，考慮する条件・処分概念・評価項目の 設定に起因する作業の合理性にかなりの差が生じると考えられる。 「使い方ガイド」を利用した合 理化に向けての検討は，このような慣れ・不慣れによる差をできる限り解消するためにも有効で あると考えられる。 また， 「使い方ガイド」を利用した合理化に向けての検討は，実際の支援フレームに沿った作業 を始める前に，実施者が自らのニーズや期待に対応した評価とするために，どのような作業が必 要になるのか，作業量や最終アウトプットはどのようなものになるかを事前に概観することにも 役立ち，先を見通せることで作業の効率的な実施にも寄与すると考えられる。 2-44 ●支援フレームが対象とする評価の目的の典型的な例は「適用性評価」「比較」「課題抽出」です。 ●支援フレームでは、着目する「考慮する条件」「処分概念」「評価項目」の3種類を決定する必要がありま す。 ●しかし、何にいくつ着目するかによって、「⑤評価の実施」での作業量に違いが生じます。 ●そこで、ここでは、各着目数での『評価の意味合い』 を明示し、『「⑤評価の実施」での作業量』と照らし合わせることで、 ユー ザーが何にいくつ着目するかを決定し易くするためのサポートを行ないま す。 ●評価対象の「処分概念」の設定では，評価の目的との対応性の確認， 『「⑤評価の実施」での作業量』 の把握などを行いつつ 「処分概念（全体）レベル」「処分概念（全構成要素）レベル」「構成要素（着目するもののみ）レベル」からの選定を試みてくださ い。処分概念の設定レベルについての詳細は利用マニュアルを参照してく ださい。 ●また、実施者の目的が明確でない場合，以下の「評価の意味合い」と「作業量（作業工数）」 を目安として目的を絞り込むことを 試みてください。 評価の意味合い 着目する「考慮する条件」の数 1つ 特に着目したい「考慮する条件」あり、それに基づき処分概念や構成要素を評 価したい場合。 例えば、新たな要求／制約条件が課せられた場合や、厳しい地質環境条件が 明らかになった場合等に行なう評価に適しています。 2～3個 着目する「考慮する条件」を複数設定することで、複眼的な評価が可能となりま す。 特に、複数の「考慮する条件」の間にコンフリクトがあると考えられ、それらを両 立させたい場合の評価に適しています。 すべて フルスペックでの評価が可能となります。 「考慮する条件」という観点における網羅的な評価に適しています。 特に着目したい「構成要素」がある場合。 例えば、ある構成要素の仕様の違いの比較や課題抽出に適しています。 1つ 着目する「処分概念（全体）or 構成要素」の数 2～3個 着目する「構成要素」を複数設定することで、より全体的な処分概念の評価が 可能となります。 特に、複数の「構成要素」の間にコンフリクトがあると考えられ、それらを両立さ せたい場合の評価に適しています。 すべて フルスペックでの評価が可能となります。 処分概念全体を網羅的に評価したい場合に適しています。 特に着目したい「評価項目」がある場合。 例えば、安全性のみに着目した評価を行いたい場合に適しています。 1つ 着目する「評価項目」の数 2～3個 着目する「評価項目」を複数設定することで、多面的な評価が可能となります。 特に、安全性とコストを両立させたい場合の評価に適しています。 すべて フルスペックでの評価が可能となります。 適用性という観点で網羅的に評価したい場合に適しています。 ●着目する「考慮する条件」「処分概念（全体）or着目する構成要素」「評価項目」の数により、「⑤評価の実施」での作業量が下図のように変化しま す。 ●この作業量、上記の「評価の意味合い」の双方を勘案し、「何にいく つ着目するか？」 を決定して 下さい。 ＜最も小さい作業単位＞ ＜着目する考慮する条件の数を増やす方向＞ 「考慮する条件」×「処分概念（全体）or着目する構成要素」×「評価項目」＝１×１×１ の場合の「⑤評価の実施」での評価記録シートへの記載事項の例 ベースとなる処分概念 条件×要素×項目 ＝ １×１×１ 「考慮する条件」×「処分概念（全体）or着目する構成要素」×「評価項目」＝複×１×１ の場合の「⑤評価の実施」での評価記録シートへの記載事項の例 ベースとなる処分概念 条件×要素×項目 ＝ 複×１×１ （全体レベル）or（着目する構成要素） 評価項目 考慮する条件 （全体レベル）or（着目する構成要素） 評価文 評価項目 考慮する条件A 評価文 考慮する条件B 評価文 ・・・ ・・・ ＜着目する評価項目の数を増やす方向＞ 「考慮する条件」×「処分概念（全体）or着目する構成要素」×「評価項目」＝ １×１×複の場合の「⑤評価の実施」での評価記録シートへの記載事項の例 条件×要素×項目 ＝ １×１×複 ベースとなる処分概念 （全体レベル）or（着目する構成要素） 評価項目① 考慮する条件 評価文 評価項目② 考慮する条件 評価文 。。。 考慮する条件 ・・・ ＜着目する構成要素の数を増やす方向＞ 「考慮する条件」×「構成要素」×「評価項目」＝１×複×１ の場合の「⑤評価の実施」での評価記録シートへの記載事項の例 ベースとなる処分概念（全構成要素） 構成要素a 構成要素b 。。。 条件×要素×項目 ＝ １×複×１ 評価項目 考慮する条件 評価文 ＜フルスペックで評価する方向＞ 「考慮する条件」×「構成要素」×「評価項目」＝複×複×複 の場合の「⑤評価の実施」での評価記録シートへの記載事項の例 ベースとなる処分概念（全構成要素） 条件×要素×項目 ＝ 複×複×複 構成要素a 構成要素b 。。。 評価項目① 評価項目② 。。。 考慮する条件A 評価文 評価文 ・・・ 考慮する条件B 評価文 評価文 ・・・ ・・・ 評価文 評価文 ・・・ 考慮する条件A 評価文 評価文 ・・・ 考慮する条件B 評価文 評価文 ・・・ ・・・ 評価文 評価文 ・・・ 考慮する条件A 評価文 評価文 ・・・ 考慮する条件B 評価文 評価文 ・・・ ・・・ 評価文 評価文 ・・・ 図 2.3.4-1 使い方ガイド 2-45 評価文 ・・・ 記録シート 記録シートは，利用マニュアルに示す基本手順の各過程での作業内容，作業結果，作業で行っ た判断とその根拠等を記録するための定型フォーマットである。特に「⑤適用性評価の実施」で の「評価文」の整理や点数化等をこの記録シート上で行うようにしている。記録シートには，2.3.3 項に示したように，目的や各評価項目の観点を反映した評価の結果として「評価文」が記述され， 必要に応じて評価文を基にして「スコア」付けする。また，スコアや重み付けを行った場合には その根拠を「根拠」欄に記録する。さらに，評価を行った際の情報不足などの支障が生じた場合 には「要望」を記述する。「評価文」の作成等において利用した情報については， 「出典」欄に参 照した文献名などを記録する。 支援フレームの全体像 「処分概念適用性評価支援フレーム」の全体像を，支援フレームのプロセスとその実施に係る 手順書となる「利用マニュアル」，利用マニュアルを補助する情報である「利用パターン」や「使 い方ガイド」の関係を明確にしつつ図 2.3.4-2 にまとめる。 また，図 2.3.4-3 に，支援フレームの円滑かつ効率的な利用に向けての， 「利用マニュアル」， 「利 用パターン」 ，「使い方ガイド」のそれぞれの役割を示す。 支援フレームのプロセス ②実施者の選 定 ①目的の設定 ・評価の目的を設定 ・背景の明確化 ③評価対象の 設定 ④評価項目の 確認 ・実施者を選定 ・考慮する条件（廃棄 ・①及び③を踏ま ・実施形態を記録 物特性，地質環境条 えて評価項目を 件，要件/制約条 設定 件）を目的を踏まえ て設定 ・既存の処分概念を目 的及び考慮する条件 を踏まえて設定 ⑤評価の実施 出力 ・③及び④の設定 に対して評価を 実施 ・適用性評価 結果 ・比較結果 ・課題抽出 ・評価の根拠 ・記録シート (結果) 利用する情報 ・考慮する条件：廃棄物特性，地質環境条件，要件/制約条件 ・処分概念，構成要素の情報 ・評価項目 処分概念データベース 関連の整理表 利用パターン 使い方ガイド 利用マニュアル 支援フレームの円滑かつ効率的な利用のために役立つ材料 図 2.3.4-2 支援フレームの全体像 2-46 記録シート 支援フレームの 円滑かつ効率的 な利用 マニュアルだけでは対応 しにくい手順・考え方の 補足的情報を提供 使い方 ガイド 利用 マニュ アル 支援フレームの 共通的な手順・ 考え方を提供 利用 パターン 支援フレームで できること，利用 のメリットを提供 図 2.3.4-3 支援フレームにおける利用マニュアルと補助的情報の関係 以下に，処分概念適用性評価支援フレーム，利用マニュアル，利用パターン，使い方ガイドの 位置づけと利用方法を整理する。 ・処分概念適用性評価支援フレーム - 位置付け： 支援フレームで行う主な作業内容を作業ステップとして明示したもの。 - 利用方法： 実施者は，支援フレームの作業ステップに沿った作業を，後述の利用マニュアル， 利用パターン，使い方ガイドなどを手順書として活用しながら実施する。 ・利用マニュアル - 位置付け： 支援フレームの作業ステップに沿った作業実施の共通的な手引きとなるもの。支援 フレームで実施する作業ステップに沿って項目立てされており，各作業で実施すべき こと，記録すべきこと，留意事項，利用可能な材料（処分概念 DB や整理表（2.2.1.3 項参照）など）とその使い方等が記載されている。ここで示されている内容は，文章 による説明とともに，記録シートの形でまとめられており，記録シートに必要事項を 記入していくことで作業を段階的に進めていくことになり，同時にその経緯と内容及 び判断・根拠等が記録されることになる。 - 利用方法： 実施者は支援フレームの作業ステップごとに，該当する利用マニュアルの項目を参 照し作業を実施（記録シートに記入）する。「①目的の設定」，「③評価対象の設定」， 「④評価項目の確認」における作業のやり方等で困った場合には， 「利用パターン」や 「使い方ガイド」を参照することができる。 ・利用パターン（表 2.3.4-1） - 位置付け： 「①目的の設定」を支援するために，利用マニュアルの補助的情報として，実施者 が支援フレームでできること等を分類・整理したもの。 2-47 - 利用方法： 実施者は利用パターンを参照することにより，支援フレームでできることやそれを 利用したときのメリットを知ることができ，自らのニーズや期待に合致した目的の設 定が行いやすくなる。 ・使い方ガイド（図 2.3.4-1） - 位置付け： 「③評価対象の設定」や「④評価項目」を支援するために，利用マニュアルの補助 的情報として，考慮する条件・処分概念・評価項目の組み合せの考え方等を分類・整 理したもの - 利用方法： 実施者は，使い方ガイドに記載されている，考慮する条件・処分概念・評価項目の 組み合せの評価上の意味合いと評価に必要となる作業工数（作業量）の見通しを勘案 して，目的と照らして合理的な評価となるように考慮する条件・処分概念・評価項目 を検討する。 2-48 2.3.5 処分概念適用性評価支援フレームの適用事例 支援フレームの利用マニュアル及び利用パターンや使い方ガイドの作成にあたっては，試行を 行いつつ，合理的に作業が進められるか，その利便性は確かか等の確認を行なった。 また，実施者が支援フレームを利用する際には，利用マニュアル，利用パターン，使い方ガイ ドを参照するとともに，支援フレームを用いて行った具体的な評価の事例を参照できるようにし ておくことは，支援フレームの理解や作業の円滑な実施の一助になると考えられる。 以下では，支援フレームの適用事例を紹介するとともに，具体的な評価事例の事例ベース化に ついて述べる。 適用事例の概要は次の通りである。 ・事例 1：処分概念（全体）レベルに着目し 2 つの処分概念の比較を，8 つすべての評価項目に ついて行う。さらにその比較結果から，課題の抽出を試みる。 ・事例 2：複数の考慮する条件が与えられ， また，評価対象としては構成要素（着目するもの のみ）レベルを設定して，その考慮する条件に対して適用性評価を行う。 適用事例の評価内容や結果は，記録シートに記述され，この記録シートがそのまま評価事例の 事例ベースとなる。事例ベースの詳細は付録 5 に示す。 以下では，事例 1 における支援フレームの具体的な評価への適用を紹介する。適用事例の紹介 では，初めて支援フレームを利用する人の視点に立ち，利用マニュアルに示した基本手順に沿っ て行う評価内容や結果（記録シートに記述）だけではなく，基本手順のどこで利用パターンや使 い方ガイドを「いつ，どこで，どのように」利用したかも説明する。そのため，基本手順の説明 （基本手順） ，事例検討での利用パターンや使い方ガイドの利用を含む具体的な作業内容等の説明 （具体的な作業内容），及び記録シートに記載された内容の例（記録シートの内容）を項目として 明確に区別して示す。 基本手順 1：目的の設定 【基本手順】 実施者（本事例では，支援フレームのメリットやできることを把握していない者が対象）は， まず，利用パターン（表 2.3.4-1）を確認して，支援フレームを利用してどのようなことができ るか，得られるメリットは何なのかを把握する。これにより，この段階では明確な目的を持っ ていない（例えば，漠然としたニーズしか持ってない，できることを試してみようという意向 のみを持っている）実施者は，目的を設定に向けてのヒントを得ることができる。このような 思考を経て，利用マニュアルで示される「基本手順 1：目的の設定」の作業に取り掛かる（基 本手順の詳細については 2.3.3 項，2.3.4 項及び利用マニュアル（付録 4）参照）。 この段階でもまだ目的が漠然としている場合が考えられるが，その場合には，基本手順 3 や その後の手順において，利用マニュアルや使い方ガイドなどを活用しながら，基本手順 5 の評 価の実施に向けての目的の具体化や絞り込みなどを行うことになる。 【具体的な作業内容】 本事例では，実施者が「地層処分技術について，今後の研究開発計画の参考となる課題を検 討することが必要である」との認識を持っており，そのための検討のとりかかりとして，まず H12 処分概念 2)の長所・短所を確認しておく必要があると考えていたことから，ここでは，利 2-49 用パターンを参考にして表 2.3.4-1 に示すシナリオ B の「比較」に着目した検討を行うことを 選択した。また，この目的に対して支援フレームから得られる結果とその結果の意義を確認す ることで，支援フレームを利用して自らの目的を達成することができると判断した。 【記録シートの内容】 背景：地層処分技術について，今後の研究開発計画の参考となる課題と解決策の方向性を検 討することが必要である。 目的：H12 処分概念 2) に対して，他の概念の長所等を取り入れことが効果的となり得る可能 性を見出すために，まず海外の諸概念と比較する。そのうえで，課題を検討する。 基本手順 2：実施者の選定 【基本手順】 評価の実施者を設定する。 【具体的な作業内容】 本事例は，支援フレームと利用マニュアル及び利用パターンや使い方ガイドにより合理的に 作業が進められるか，その利便性は確かか等の確認を行う段階で実施したものであり，本支援 フレームの開発・整備に係わった原子力機構研究者他で試行的に実施することとし，特に外部 専門家等は含めないこととした。 【記録シートの内容】 実施者：原子力機構研究者他 8 名（地層処分専門家 2 名，関連分野の専門家 6 名） 実施形態：ワークショップ形式 基本手順 3：評価対象の設定 【基本手順】 評価対象の設定として「考慮する条件」及び「処分概念」を設定する。 【具体的な作業内容】 ここでは，使い方ガイドを参照し，「着目する考慮する条件」の数や「着目する構成要素」 の数による評価の意味合いの違い，その組合せによる作業工数（作業量）の違いを見通した設 定を行う。本事例では，比較を試行しつつ課題の抽出まで検討を進めてみることを目的として いるため，まずは処分概念（全体）レベルを評価対象とし，かつ，考慮する条件についても， 比較や課題抽出のポイントを明確にすることに重点をおいて 1 つに絞り込むこととした。これ らの設定に対して，使い方ガイドから作業工数が少なくなることを確認した。 【記録シートの内容】 設定した考慮する条件： ・掘削影響領域の幅は 0.5m 2) 補足：本事例では，多くの廃棄物特性と地質環境条件を情報源として参照したが，最終的 には上記条件のみに着目することとした（その他の条件は付録 5 を参照）。 2-50 設定した処分概念： H12 処分概念のレファレンス概念の代表として処分孔竪置き方式（図 2.3.5-1）を設定した。 次に，比較対象として，海外の諸概念の中から特にガラス固化体を対象廃棄物とし，放射性廃 棄物管理に関して，IAEA の放射性廃棄物管理ならびに ICRP の放射線防護原則に基づいて設 計因子と同様の考え方を導入した一般要件を定義しているベルギーの概念 3)（SAFIR-2 代替概 念 スーパーコンテナ方式，図 2.3.5-2）を代表例として選択した。また，広い視点から課題の 抽出とするため，特定の構成要素に着目することはせず，処分概念（全体）レベルを対象とし た評価を行うこととした。 図 2.3.5-1 H12 処分概念の処分孔竪置き方式 図 2.3.5-2 ベルギーの概念 基本手順 4：評価項目の確認 【基本手順】 処分概念についての評価の視点を，以下に示す評価項目（定義については表 2.2.1-6）から設 定する。基本的に評価項目の 8 つすべてを評価対象として設定すべきであるが，実施者の目的， 及び支援フレームの理解度，許容される作業量，利用可能な情報量なども勘案して，すべての 評価項目の選定が必要かどうか判断する。 ・長期安全性 ・操業安全性 ・工学的成立性／品質保証 ・工学的信頼性 ・サイト特性調査とモニタリング ・回収可能性 ・環境影響 ・社会経済的側面 【具体的な作業内容】 ここでは，使い方ガイドを参照し，「着目する考慮する条件」の数や「着目する構成要素」 の数による評価の意味合いの違い，その組合せによる作業工数（作業量）の違いを見通した設 定を行う。本事例では，広い視点からの比較を通じた課題の抽出とするため，すべての評価項 目を対象にすることとした。 2-51 一方，複数の評価項目を対象とし，かつ，評価項目間で重要度の違いを考慮するためには， 評価項目ごとに重み付けをすることも可能である。この重み付けは評価項目ごとのスコア合計 （基本手順 5 の作業）に反映する。 【記録シートの内容】 上記 8 つすべてを評価対象として設定 基本手順 5：評価の実施 【基本手順】 基本手順 1，3，4 の設定を基にして評価を行う。なお， 「評価文」の単位や評価文の書き方， さらにスコア付けの有無などは，2.3.3 項の表 2.3.3-1～表 2.3.3-3 に示したように，目的と評価 対象に応じて異なる。 【具体的な作業内容】 本事例では，目的を比較と課題抽出とし，また評価対象を処分概念（全体）レベルとしてい るので，まずは，比較のために処分概念（全体）レベルの評価文を評価項目ごとに作成し，そ の評価文を基にしてスコア付けを行った。さらに，2 つの処分概念での評価文の内容や評価項 目ごとでのスコアの比較，重み付けを考慮したスコア合計による総合的な比較などを行った。 そのうえで，スコアの差が生じている評価項目を中心にした評価文の内容の比較などを行い， 課題の抽出を試みた。 以下に本事例での「評価の実施」に係る具体的な作業内容の例として，評価項目の「長期安 全性」についての，着目した考慮する条件「掘削影響領域の幅は 0.5m」に対する H12 処分概 念とベルギーの処分概念の比較の手順，及び課題抽出の試行結果を示す。 評価の実施では，整理表（表 2.2.1-4）を活用した。 ・まず整理表の長期安全性の部分を参照する（図 2.3.5-3）。 ・本事例で設定した考慮する条件「掘削影響領域の幅は 0.5m」に適合する図 2.3.5-3 中の考 慮する条件を探す。その結果， 「掘削影響領域（EDZ）の広がり」が該当すると解釈した。 ・上記を踏まえ，長期安全性と EDZ の広がりの両方に関連する構成要素を図 2.3.5-3 から探 すことで，図中の赤い円と矢印で示した部分（長期安全性－BF（緩衝材）－EDZ の広が り）に関連があることがわかる。 ・そこで，評価項目の「長期安全性」についての，着目した考慮する条件「掘削影響領域 の幅は 0.5m」に対する H12 処分概念の評価文を，整理表での「長期安全性－BF（緩衝 材）－EDZ の広がり」の関連から，特に透水性，収着性，移行経路の形成抑制に着目し て作成した。評価対象は H12 処分概念，すなわち処分概念（全体）レベルであるが，整 理表を活用したこのような検討を通じて，着目する評価項目と考慮する条件の組合せに おいて特定の構成要素のみが関係すると判断できる場合，さらにその関係が特定のより 詳細な評価項目（下位評価項目，個別評価項目）を介して生じることが明らかになる場 合には，適宜その構成要素についての情報を参照・分析して評価文を作成することは， 評価文の内容をより具体的にすることができるという意味で効果的であると考えられる。 なお，着目する評価項目と考慮する条件の組合せにおいて複数の構成要素が関係するこ とが明らかな場合には，作業量との関係で処分概念（全体）レベルの情報での評価文の 作成とするか，複数の構成要素についての情報の参照・分析を行ったうえでの評価文の 2-52 作成とするかは，利用可能な情報の種類と量なども含めた実施者の判断に依存すること になる。 ・「説明文」の作成には，国内外の処分概念に関する情報を含み，また，それら情報を評価 項目に対応させつつ整理している処分概念データベース（2.2 節参照）を活用した。処分 概念データベースに登録されている日本の H12 処分概念の情報を一覧表から選択し参照 するとともに，そこに記載されている元文献等に遡ってより詳しい情報を参照した。 上記と同様の作業を，H12 処分概念を対象に着目した評価項目の数だけ繰り返し実施した。 一方，比較対象であるベルギーの処分概念についても同様の手順と考え方で評価文を整理した。 このとき， H12 処分概念とベルギーの処分概念の情報を対比させつつ評価文の作成と確認を 行うために，処分概念データベースの並列機能を活用した。 長期安全性についての評価文の作成結果例を表 2.3.5-1 に示す。この評価文の例だけでは， 本事例での比較や課題抽出の全貌を示すことはできないが，このような評価文がすべての評価 項目について作成され，記録シートに記載されることで，例えば，どの項目で双方の概念のス コアに差がでるか，その理由は何かなどを確認することができる。また，操業安全性の評価項 目において，ベルギーの処分概念が有効となる可能性が見出され，H12 処分概念の高度化に向 けて検討する価値のある課題のひとつとして抽出された。 処分概念構成要素※1 考慮する条件 地質環境条件 廃棄物特性 上位評価項目 （設計因子） 下位評価項目 （細分化 設計因子） 核種の物理的 閉じ込め ※3 UF 個別評価項目 WS OP BF LN SL CP EL NB T. 熱特性 ● ・浸出率 ・温度 耐食性 ○ ● ○ ○ ・発熱量 ・温度 核種の溶解度制限 ● ○ 長期安全性 コロイドろ過能 M. 力学特性 C. 地球化学 特性 G. 幾何形状 特性 ・地下水組成 ・地下水のpH, Eh環境 ・地圧 ・岩盤力学特性 ・断層・破砕帯の存在 ・温度 ● ● ○ ● 透水性 H. 水理特性 ・地下水圧 ○ ● ○ バリア機能の 長期安定性 廃棄物特性 浸出性 オーバーパックの 構造健全性 核種放出の 遅延と拡散 SF OS ● ● ● ○ ● ● ● 移行経路の 形成抑制 ● ・動水勾配 ・地下水組成 ・温度 ・動水勾配 ・地下水組成 ・発熱量 ・温度 ・地下水流速 ・地下水流入量 ・地下水圧 ・発熱量 ・温度 ・温度 ● ○ 収着性 ・発熱量 ○ ● ● ● 移行フラックス ○ ○ ○ ○ ○ 耐熱性 ○ ● ● ・発熱量 耐放射線性 ○ ● ● ・放射線量 ・地下水組成 ・地下水流速 ・地下水組成 ・地下水流入量 ・岩盤力学特性 ・地下水組成 ・地圧 ・地下水流速 ・地圧 図 2.3.5-3 事例 1 での整理表の使い方（図 2.2.1-4 の抜粋） 2-53 ・地層／岩体の分布 ・褶曲の存在 ・地層／岩体の分布 ・褶曲の存在 ・割れ目の存在 ・EDZの広がり ・地下水流速 ・地下水圧 ● ● ・温度 ・割れ目の存在 ・割れ目の存在 ・断層・破砕帯の存在 ・褶曲の存在 ・EDZの広がり ・断層・破砕帯の存在 ・EDZの広がり ・割れ目の存在 【記録シートの内容】 評価記録シート： 評価項目 評価文 工学的 スコア 信頼性 根拠 （重み：1） 表 2.3.5-1 事例 1 での評価文の作成結果例 H12 処分概念 ベルギーの処分概念 （処分孔竪置き方式） （SAFIR-2（スーパーコンテナ方式）） 設定した地質環境条件におい 移流／拡散バリアとしての緩衝材の性能， て十分安全機能を発揮可能 コンクリート緩衝材による高 pH 環境が母 岩の核種保持能力，ガラスの溶解に及ぼす 影響の程度など解決すべき課題が多い 3 3 第 2 次取りまとめ 2)における保 解決すべき課題が多いものの，解決できた 守的な線量評価において推定 際には本概念が H12 概念同程度の性能を有 線量は安全基準あるいは指針 すると期待されることから上記スコアとし （防護レベル）を十分下回って た いることから上記スコアとし た 分析結果： x H12 処分概念とベルギーの処分概念の比較の結果，日本の地質環境への適用を想定した場合 には，H12 処分概念に対してベルギーの処分概念の工学的成立性／品質保証，工学的信頼性 のスコアが低くなる結果となった。一方，ベルギーの処分概念では「遮へい能力を有する人 工バリアモジュールの地上施設での製作・組立など」により，地下施設における被ばく対 策・管理負担が大幅に軽減され，結果として操業安全性が高まる可能性のあることも見出さ れた。 x H12 処分概念の工学的信頼性や回収可能性など現状の優位性を保持したまま，操業安全性を さらに向上させる方策のひとつとして，「遮へい能力を有する人工バリアモジュールの地上 施設での製作・組立など」を検討することは有効となる可能性がある。 2-54 参考文献（2.3 節） 1) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 23 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 2) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－ 総論レポート”，JNC-TN1400 99-020(1999). 3) J. Bel, C. De Bock, A.Giovannini: “Alternative Deep Repository designs for Disposal of Very High Level Waste in Belgium”, WM’04 Conference, Tucson, AZ , February 29 - March 4(2004). 2-55 2.4 まとめ 「先進的地層処分概念の開発」では，軽水炉サイクルから発生する高レベル放射性廃棄物，使 用済燃料，TRU 廃棄物を主たる対象として，今後明らかになるサイト環境条件や様々な技術的要 件，ステークホルダーの要求等に対応して柔軟に処分概念の設定を行うことができるようにする とともに，技術的に実現可能な処分概念のオプションを拡充・高度化することを目的として， ・処分概念データベース ・処分概念適用性評価支援フレーム の開発を相互に関連づけながら進め，実用版として整備した。 処分概念データベースについては，処分概念・構成要素に関する情報の一覧表示や複数の処分 概念・構成要素の並列表示，検索機能などを実装した。また，運用を見据えたデータベース管理 者用機能も実装した。データベースコンテンツとしては，高レベル放射性廃棄物や使用済み燃料 を中心に国内外の処分概念及び構成要素の情報を調査し，開発した処分概念 DB に登録した。こ れにより処分概念や構成要素の情報へ容易にアクセスできる環境を実現した。本年度は特に，そ れら情報を利用者にとってより利用しやすくするために，レビューでのコメントや要望も取り入 れながら視認性や操作性の向上などによるデータベース基盤機能の充実を図った。さらに，要件/ 制約条件の分析・整理として，ステークホルダーの要求に対して技術倫理に基づく技術者の対応 方針に着目し，それらの要求に対応する処分概念の検討を行う手順の見通しを得た。 処分概念適用性評価フレームについては，適用性評価の方法論の取りまとめを行い，既存の処 分概念や構成要素に対して「適用性評価，比較，課題抽出」が可能な手順と作業のやり方を整備 した。この支援フレームでは，実施者の違いによる評価の視点等の差異を小さくするために「考 慮する条件，評価項目，処分概念・構成要素の関連性」に着目すること，それら関連性の基本的 なとらえ方を事前に整理し共有できるようにしたことが特徴である。また，支援フレームにおい て処分概念データベースの情報を様々に活用することも特徴であり，関連性の整理結果もデータ ベースに登録し適宜利用できるよう整備した。本年度は特に，実施者による作業実施をサポート するための環境整備として，共通的な作業内容等を記載した利用マニュアルを整備するとともに， 支援フレームでの重要な作業であり実施者が戸惑う可能性もある目的設定や評価対象設定を支援 するための補足資料（利用パターン，使い方ガイド）を整備した。さらに，定型の記録シートを 整備することにより，一連の検討内容や検討過程，根拠の追跡性と透明性及び参照性を確保でき るようにした。 2-56 3. 3.1 性能評価技術の高度化 全体的な取り組み方針と目標 地層処分システムの性能評価は，長い事業の時間スケールのなかで，最新の境界条件（評価の 前堤条件，候補サイトの情報の質・量，科学的知見，ステークホルダーの要求や社会情勢，処分 概念・設計）の下に繰り返し実施され，処分の長期的安全性を確認するとともに継続的にその信 頼性が高められていく。こうした境界条件は，処分事業の進展に伴い変化することが予想され， ある時点の性能評価は過去に実施されたものの単純な再評価にはならないと考えられる。このよ うな境界条件の変化に対処するためには，以下の 2 つの観点から技術を体系的に準備することに よって，性能評価技術の高度化を図っていくことが重要と考えられる（図 3.1-1）。 ・ 方法や手順のある程度確立されたシステム性能評価解析（以下，性能評価解析）を，様々な 条件変化に柔軟に対応しながら繰り返し実施する技術： →ルーティン的作業の効率的実施を行えるようにすることで性能評価解析の実行を支 援する技術。本研究では「性能評価統合技術」と呼ぶ。 ・ 様々な条件変化に伴い生起する課題に対して適切に対処する技術： →セーフティケースの信頼性を向上させるための課題を， 様々な条件変化を考慮して能 動的に発見し，性能評価上の問題として対処することを支援する技術。 本研究では 「課 題探索的性能評価技術」と呼ぶ。 事業の長い時間スケールで繰り返し実施される性能評価は， 過去に実施されたものの単純な再評価にはならない 処分事業の進展に伴う条件の変化の可能性： ・ 候補サイトに関する情報の質的・量的向上 ・ 研究開発の進捗に基づく科学的知見の充実 ・ ステークホルダーの要求や社会的条件の変化 ・ 上記の変化に対応した処分概念，設計仕様の選択 性能評価技術の高度化 【性能評価統合技術の開発】 方法や手順のある程度 確立された性能評価解析 の繰り返し実行を支援する 技術の開発 （ﾙｰﾃｨﾝ的作業の効率的 実施） 性能評価解析の実施に おいて発生する問題・課題 相互補完的役割 →変化への対応性 の継続的向上 フィードバック （性能評価解析技術の改良） 図 3.1-1 【課題探索的性能評価技術の開発】 課題を能動的に発見し，性能評価上 の問題として対処することを支援する 技術の開発（問題発見，問題解決） 【次世代性能評価技術の開発】 異なる処分システムの性能評価 上の差異を明示的に表現する ことができるリアリスティックな 評価技術の開発 等 性能評価技術の高度化の構成 これら 2 つの技術は独立ではなく，性能評価において相互に補完的な役割を果たす。性能評価 解析の実施において問題が生じるような場合，例えば地質環境条件や処分概念の変更により既存 の方法や手順では対応できなくなるといった場合や新たに得られた科学的知見を性能評価解析に 反映する場合には， 「課題探索的性能評価技術」によって解決できるようにしておく。また，課題 3-1 探索的性能評価技術で得られた解決策を性能評価解析技術の改良に反映することにより，性能評 価統合技術へのフィードバックを図る（例えば，課題探索的性能評価の事例として検討している 次世代性能評価技術の成果の反映） 。 このような補完的な関係にある技術の両方を適切に開発しておくことで，新たな問題が生じて もそれを解決し，より高いレベルの性能評価へと発展することを可能にする，自律性のある性能 評価技術を整えることができる。性能評価技術にこのような自律性を持たせることは，上記の処 分事業の進展等に伴う条件変化への継続的対応性を確保するためのしくみとして重要である。 本研究では，上記のような性能評価の実現に向けて， x 性能評価統合技術 x 課題探索的性能評価技術 からなる技術の体系（性能評価技術）の構築を目的とする。 本章では，本年度の実施内容及びその成果の詳細を以下の構成で示す。 x 性能評価統合技術の開発（3.2 節） x 課題探索的性能評価技術の開発（3.3 節） また，本研究の以下の成果は付録に整理した。 • ツール：付録 15（DVD） • ツールの利用マニュアル：付録 15（DVD） • ツールのインストールマニュアル：付録 15（DVD） • 利用事例（e-PAR 事例ベース，課題探索的性能評価事例ベース）：付録 8，付録 15（DVD） • 用語集：付録 14，付録 15（DVD） 3-2 3.2 性能評価統合技術の開発 本研究の目的と実施事項 3.2.1 3.2.1.1 本研究の目的 3.1 節で述べたように，長期にわたる事業期間の中で繰り返し実施される性能評価では，処分 事業の進展や科学技術の進歩に伴い，種々の境界条件が変化する可能性がある。このような条件 変化に対処するため，本研究では性能評価技術の高度化のアプローチのひとつとして，方法や手 順のある程度確立された性能評価解析について，様々な変化に柔軟に対応しながら繰り返し実施 するルーティン的作業を効率的に支援する技術の体系を「性能評価統合技術」として構築するこ とを目的とする。 性能評価は，地質環境調査や処分場設計と密接に連携しつつ，候補サイトにおいて計画される 処分システムの長期的安全性を定量的に示すために必要な一連のタスク，すなわち，安全評価の 戦略立案，シナリオ解析，評価モデル体系構築，解析ケース設定，入力データセット設定，解析 の実施及び解析結果の解釈等を含む総合的かつ学際的な取組みである。このために必要な知識は， 性能評価の対象となる個別の現象についての科学的な知識やそれに基づき種々の実験やモデル化 を行うといった各研究領域の個別具体的な知識（領域知識）と，これらの個々の知識を性能評価 の目的を達成するために適切に組み合わせ利用するための知識（タスク知識）とに区分すること ができる。性能評価においては，これらの知識を適切にマネジメントすることが求められる。 本節で述べる性能評価統合技術は，上述した個別の課題に対処するための技術や知識を性能評 価の対象（地質環境の種類や処分概念など）と目的（候補サイトの適性の評価，不確実性評価， 処分場設計の最適化のためのオプション間の比較など）に応じて適切に組み上げるための方法論 を明らかにすることであり，その目標を， ・ 対象とする処分システムの特性や評価の目的に応じて，個別の技術群を適切に統合し性能評 価を行うという一連のタスクをできるだけ標準化することに加え，標準化が困難なものにつ いても概略の手順の類型化等により関連する技術の再利用性を高めること ・ 上記のタスクの標準化や類型化を通じて追跡性や透明性あるいは再現性を高め，随時客観的 な監査を行うことにより，長期予測の信頼性に関する品質保証を支援すること ・ 標準化あるいは類型化された一連の性能評価タスクに応じて，関連する多様な知識を体系的 に整理し，様々な分野の研究者が必要に応じて効率的に利用可能なものとすること と設定している（図 3.2.1-1 参照）。本研究は，この目標の実現に向けて，性能評価に知識マネジ メントの手法やツールを活用することに大きな特徴がある。 利用可能なリソース（解析ツール・データ）とこれらを利用するための知識の整理 リソース データ 数学モデル ソルバー 解析モデル 解析ツール ＋ リソースを正しく使うための知識 背景に関する知識 現象理解 数値解析の知識 数学的知識 利用方法の知識 知識工学的技術の適用： z性能評価に関連する知識の構造化 z性能評価における知識の利用 図 3.2.1-1 性能評価統合技術開発の目標 3-3 3.2.1.2 本年度の実施事項 3.2.1.1 項に述べた目的に対する平成 19 年度～平成 23 年度までの研究の進捗をまとめると以下 のようになる 1),2),3),4),5)： ・ 性能評価統合技術の基本となる既存の解析手法（特にモデルと解析ツール）及び既往の適 用事例に関する情報を収集した。 ・ 性能評価解析を実施するうえで必要となる種々の分野の専門家の情報共有や協働を支 援・促進する環境の整備に向けて，ニアフィールド水理・核種移行解析に関連するタスク を例に，統合的な性能評価支援技術体系の概念の具体化と試作による技術的妥当性と実現 性の見通しを得た。 ・ 具体化した性能評価支援技術体系の概念に基づき，その中核となる e-PAR（web 上で閲覧 することの可能な HTML 形式の電子性能評価レポート：Electronic Performance Analysis Report）と，e-PAR の作成・利用を支援するためのシステムの整備を進め，機能要件及び 構成等の基本的な仕様の明確化，主要な機能を実装したプロトタイプの開発，プロトタイ プの改良及び高度化を実施した。 ・ e-PAR の具体的な性能評価解析への適用事例として，第 2 次取りまとめレファレンスケー スの核種移行解析 6)，TRU 第 2 次取りまとめのレファレンスケースの核種移行解析 7)，ま た，現象解析への適用事例としてセメント系グラウト材による岩盤変質影響解析 8)に関す る e-PAR をそれぞれ作成するとともに，これらの事例に関係する核種移行解析を実行で きるようにした。これらの事例への適用を通じて，性能評価解析を実施するうえで e-PAR が有用なものとなり得ることを確認した。 また，3.2.1.1 項で述べた本研究の目的を実現する性能評価統合技術の最終目標を以下に示すと ともに，そのイメージを図 3.2.1-2 に示す。 ・ 電子性能評価レポート e-PAR と，e-PAR の作成・利用を支援するシステムの実用版を開 発・整備する。 ・ e-PAR 事例の新規作成・拡充を進めることにより，e-PAR 事例ベースを構築する。e-PAR 事例ベースでは， ¾ 性能評価や現象理解等の解析に関する様々な e-PAR を拡充する。 ¾ 拡充した既存 e-PAR については，その中に含まれる本文，解析ツール，入力データ 等のコンテンツの他の e-PAR での再利用を可能にすることにより，新規 e-PAR の作 成等を効率的に実施できるようにする。 ・ e-PAR の新規作成・拡充を進める中で，レビュー（付録 2 参照）等を通じてユーザーニー ズの抽出を行い，e-PAR の開発・整備へのフィードバックを適宜実施することにより，ユー ザー利用の視点に立った e-PAR の機能拡充・改良や操作性等のユーザビリティの向上を 図る。 3-4 性能評価統合技術 条件変化 ・処分事業の進展 性能評価解析の実施に おいて発生する問題 →課題探索的性能評価 技術で解決策を検討 e-PAR：Webブラウザ上での簡単な操作により解析及び レポート作成を実施することが可能な電子性能評価レポート 処理の流れ 入力データ 設定・変更 入力データ 入力データ処理 入力データ反映 （入力ファイル作成） 解析実行指令 情報の増加や 境界条件の変化 に基づく性能評価 解析の繰り返し 実施 解析ツール 解析実行 解析結果保存 e-PAR事例ベース e-PARの 新規作成・ ・性能評価や現象理解 等の様々なe-PARを 拡充 解析状況表示 解析結果 操作 メニュ― データ加工・受渡し 図化ツール 図化の反映 e‐PAR:電子性能評価レ ポート 利用マニュアル， ヘルプ ＜e-PARの作成及び利用を支援するシステム＞ ・e-PARの作成・閲覧・管理 ・e-PAR上での入力データ設定・変更 ・解析実施，結果図化の制御 ・既存e-PARの検索，閲覧及び再利用 ・解析ツール・入力データ，利用ユーザーの 登録・管理 ・煩雑な操作ノウハウを必要とする解析ツールの e-PAR上での利用支援 ・インターネット環境での公開・利用 図 3.2.1-2 既存 e-PAR 再利用 拡充・保存 ・既存e-PAR（レポート 本文，解析ツール， 入力データ）を再利用 することにより， 新規解析を効率的 に実施可能 性能評価の品質保証 レポート関連情報 （本文，入出力データ， 解析ツール）の 一元的管理・保存 性能評価統合技術の体系の最終目標イメージ 上述した最終目標を達成するために，本年度の検討では，性能評価統合技術の主要技術である e-PAR を実用版としてユーザーにとって使いやすいものとするための見やすさや操作性の見直 し・高度化等を実施する。具体的には，画面デザイン，機能メニューの構成，解析結果の出力機 能についてユーザーが直観的に理解し操作できるようにするための見直し・高度化を行う。また， e-PAR 事例ベースについては，ユーザーがパラメータ等を変更した核種移行解析を行う際にひな 形として活用できる e-PAR 事例の拡充を実施する。さらに，e-PAR の利用や e-PAR 事例ベースの 活用を支援するマニュアル等の整備を実施する。 なお，性能評価統合技術を構成する要素技術は，その利用の基本的なパターンを，統合・利用 支援環境（6 章参照）において「利用シナリオ」としてまとめた。また，要素技術の成果の統合 （性能評価技術のパッケージ化）も，統合・利用支援環境（6 章参照）でのポータルサイトメニュー において，性能評価統合技術と後述の課題探索的性能評価技術（3.3 節参照）とをまとめて性能 評価技術としてグルーピングすること，及びメニューや利用シナリオから統一的にアクセスでき るようにすることで実現した。 本年度の実施項目を以下に整理する： ・ e-PAR の機能拡充（3.2.2 項） - 画面デザイン・機能メニューの見直し・高度化 - 解析結果表示・出力に関する機能の強化 - 管理機能の強化 ・ e-PAR 事例の拡充（3.2.3 項） - ユーザーが核種移行解析を実施する際にひな形として活用できるe-PAR事例の拡充 3-5 e-PAR の機能拡充 3.2.2 本項では，実用版に向けた e-PAR の機能拡充に関する下記項目について述べる。 ・e-PAR の開発目的と全体像（3.2.2.1 項） ・機能拡充の背景と目的（3.2.2.2 項） ・e-PAR の画面デザイン・機能メニューの見直し・高度化（3.2.2.3 項） ・解析結果表示・出力に関する機能の強化（3.2.2.4 項） ・e-PAR の管理機能の強化（3.2.2.5 項） 3.2.2.1 (1) e-PAR の開発目的と全体像 開発の背景 本研究の対象とする性能評価解析では，ある程度類型化された一連の解析や評価を，シナリオ の派生，処分場設計の変更，地質環境条件等を含む解析条件の変更等の度に，一定期間内に多数 回実施する場合が多い。また，性能評価へのステークホルダーの参加が求められた場合，多様な 人々との対話を通じて，様々な懸念や興味に対応した多くのケースについての解析や検討を行う 必要が生じることが予想される。これらのニーズは，該当する性能評価解析を効率的に実施する ための作業環境を整えるとともに，関連する知識を的確に活用するための枠組みを準備すること の必要性を示すものである。 他方，処分事業の段階的な進展や許認可等においては，規制機関によって性能評価解析の追跡 性及び使用したツールやデータの品質保証についてレビューが行われ，また，これと並行して中 立的な専門家によるピアレビューや検証が実施されるものと考えられる。このような作業に対し ては，上述した一連のタスクが再現可能な形式で保存されていること，そしてタスクの遂行過程 で行われた種々の意思決定とその根拠とが透明性と追跡性をもって記録されていることが必要で ある。 性能評価解析は典型的な学際的行為であり，関連する複数の分野の専門家が一連のタスクの全 体像を理解し，前提条件，データの品質や不確実性等の知識を分野横断的に共有することが必要 である。このためには，個々の専門分野に固有の知識と各タスクのプロジェクト全体の中での位 置づけを，詳細な専門知識やツールの利用に係わる煩雑な操作ノウハウなどに大きく依存するこ となく理解できるようなユーザーフレンドリーな環境が有効である。 このような背景のもと，設定された対象に応じて比較的ルーティン的な作業を行うタスクにつ いて，その実施を支援し，かつ的確に品質管理を行えるようにすることを目指して，web 上で閲 覧することの可能な HTML 形式の評価レポートとその作成や解析の実行に用いる解析ツールを 一体的に利用できるようにすることを中核とする e-PAR の概念を導入した 1),2),3),4),5)。 (2) 開発の目的及び機能要件 上述の e-PAR の開発は以下の 2 つを主な目的としている。 ・ 性能評価解析の品質管理： 性能評価解析の実施に際して必要となる解析ツール，データ，背景知識等の内容，それら の解析での利用状況，及び品質や残された不確実性を適切に管理することで，評価結果の 信頼性を客観的に示し得るものとすること ・ 性能評価解析における知識利用の最適化： 性能評価解析に関する過去の類似した事例において蓄積された有用な解析ツールやデータ 及びそれらの利用ノウハウ等を含む知識を体系的に整理し，他分野の研究者から見ても ユーザーフレンドリーな形式で効率的に再利用可能な環境を提供すること 3-6 上述した 2 つの目的のそれぞれに対応して，e-PAR には以下に示すような要件が求められるこ ととなり，これらの要件を満足するような機能を実現することを目指す。 ・ 性能評価解析の品質管理に関連した要件及び対応する機能 （要件 1）追跡性：性能評価解析の手順及び使用した解析ツールやデータの情報が全て記録さ れていること ¾ 履歴管理機能：性能評価解析に用いた全てのデータや解析ツールの利用手順， 設定（選定）過程，判断根拠及びバージョン等を記録する機能 （要件 2）再現性：性能評価解析を第三者が再現可能であること ¾ ツールリンク機能：性能評価解析に用いた解析ツールをユーザーが web 上で 利用可能な状態にする機能 ・ 性能評価解析における知識利用の最適化に関連した要件及び対応する機能 （要件 1）ユーザーフレンドリネス：当該分野の専門家以外でもレポート中の性能評価解析を 実施できること ¾ 解析タスクのカプセル化機能：各解析ツールにインターフェイスを付加すること によって，解析ツール利用の詳細なノウハウを知 らないユーザーでも利用できるようにする機能 ¾ チュートリアル機能：性能評価解析の対象とする現象や解析ツール，データ及び 情報等の使い方をユーザーに適宜提供する機能 （要件 2）再利用性：過去の性能評価解析の知識を活用して類似した解析を容易かつ効率的に 実行可能であること ¾ コンフィギュレーション機能：性能評価解析やその内容を記述するレポート （e-PAR）上の本文，解析ツール，データ（入力， 解析結果）などを要素化し，他の e-PAR で容易 に再利用できるようにする機能 以上をまとめ，e-PAR に求められる要件と機能を図 3.2.2-1 に示す。本研究では，これらを満た すように e-PAR の実用版の開発を進めた。 目的 要件 機能 追跡性 履歴管理機能 品質管理 レポート中の性能評価解析の手順及び 使用したツールやデータの情報が全て 記録されていること 性能評価解析に用いた全てのデータやツール の利用手順，設定過程，判断根拠及びバー ジョンを記録する 再現性 ツールリンク機能 レポート中の性能評価解析を第三者が 再現可能であること 性能評価解析に用いた解析ツールをユーザー がweb上で利用可能な状態にする 解析タスクのカプセル化 ユーザーフレンドリネス 知識利用の 最適化 当該分野の専門家以外でもレポート中 の性能評価解析を実施できること 各解析ツールにインターフェイスを付加する ことでツール利用の詳細なノウハウを 知らないユーザーも利用できるようにする チュートリアル機能 性能評価解析の対象とする現象や解析ツール， データ及び情報等の使い方を適宜提供する 再利用性 コンフィギュレーション機能 過去の性能評価解析の知識を活用して 類似した新たな解析を容易かつ効率的 に実行可能であること 性能評価解析レポート上の本文，解析ツール， データなどを要素化し，他のレポートで容易に 再利用できるようにする 図 3.2.2-1 e-PAR に求められる要件と機能 3-7 (3) e-PAR の全体像 e-PAR は，文章を記述したテキストボックス及び図表を中心に，さらにそれらと関係する解析 を実施するための解析ツール等の外部アプリケーション（以下，オペレータ：詳細は後述）とこ れらアプリケーション間のリンクや入力データセットとのリンクを制御するインタ－フェイスか らなる。 e-PAR の構成単位は， 「セクション」と呼ぶものである。それぞれのセクションは，例えば，あ る前提条件（検討の背景や解析の目的等）の下に行われる解析の具体的な条件（特に入力データ）， 解析方法（モデル，解析ツール等） ，解析結果及びこれに基づく主張など，ある意味的なまとまり を持つものであり，従来の性能評価レポートにおいて意味のまとまりごとに目次で区分けするイ メージである。そのため，比較的大きな e-PAR は，相互に論理的な関係性を有する複数のセクショ ンを含む場合がある。通常，1 つの e-PAR には，以下のセクションが含まれることとなる。 ・ e-PAR のメインタイトル等を記載した「タイトル」 ・ 前提条件や解析の目的等を記載した「テキストボックス」 ・ 解析のための入力条件をまとめた「表」（後述するオペレータの入力データとなる） ・ 上記の表を説明した「テキストボックス」 ・ 解析タスクを実施するために必要な「オペレータ」 ・ 解析結果を可視化した「図」（オペレータの出力の表示） ・ 上記の図を説明した「テキストボックス」 ・ 解析結果を論拠とした主張・考察を述べる「テキストボックス」 e-PAR の基本的な構成要素の関係は各セクションを用いて図 3.2.2-2 のように表現できる。図 3.2.2-2 では，複数の e-PAR が存在するときの相互の関係の例（根拠としての利用，説明としての 利用等）を合わせて示している。 e‐PAR1 テ キ ストボックス 前提 説明 入力 表 テ キ ストボックス オペレータ 説明 図 出力 テ キ ストボックス 主張 テ キ ストボックス 根拠 e‐PAR3 e‐PAR2 テ キ ストボックス 前提 前提 説明 説明 入力 表 説明 テ キ ストボックス 説明 オペレータ 表 入力 オペレータ テキストボックス 図 出力 テ キ ストボックス テキストボックス 説明 主張 図 出力 テ キ ストボックス テキストボックス 主張 テキストボックス 図 3.2.2-2 e-PAR の基本的な構成要素とそれらの関係 3-8 ここで，e-PAR の特徴的な概念であるオペレータについて説明する。 電子性能評価レポートである e-PAR は，単なるドキュメントだけに限らず，ドキュメントを作 成するうえで必要となる解析タスクを含み，さらにその実行に必要なリソース（解析ツールや入 力データ等）や関連情報とリンクされている。解析タスクとは，指定した入力データをもとに解 析を実施し，その出力結果を図化するひとまとまりの行為を指す。 オペレータは，解析タスクにおける解析ツールの設定，データの入力，解析の実行，図の作成 等を行うアプリケーション及びインターフェイスを含み，それらの一連の動作の制御を行う。 e-PAR の特徴の一つは，新たな解析タスクを行う必要性が生じた場合に，その都度，新たにオ ペレータを開発するのではなく，過去に類似した解析タスクを行った際に作成した既存のオペ レータを再利用することによって，効率性と適用上の自由度を両立させる点にある。 上記を踏まえて e-PAR を再度定義すると，方法や手順がある程度確立された性能評価解析の 内容と手順について，その構成をセクションで表現するとともに，オペレータとその入力データ セットなどをリンクさせることで解析の実行もできるようにした性能評価解析についての「電子 レポート」ということになり，以下に示す行為の実施を支援することである。 ・e-PAR を使う - 既存の e-PAR を閲覧する - 既存の e-PAR についての再現解析，あるいは条件を変更した再解析を実施する ・e-PAR を作る - 新規に e-PAR を作成する - e-PAR の構成や内容を変更する - e-PAR の解析内容に応じたオペレータや入力データセットを選定する ・e-PAR を管理する - e-PAR の変更履歴を管理する - オペレータとその入力データセットの履歴や属性等の関連情報を管理するとともに，そ れらを e-PAR で利用できるようにする 3.2.2.2 (1) 機能拡充の背景と目的 平成 23 年度までの e-PAR の開発の概要 平成 19 年度～平成 23 年度までに，電子性能評価レポート e-PAR 及びその作成・利用を支援す るためのシステムの機能要件及び構成等の基本的な仕様の明確化，主要な機能のプロトタイプの 開発，プロトタイプの改良及び高度化を実施した。 平成 23 年度版 e-PAR では，平成 22 年度版における技術課題の解決のための e-PAR の改良及び 高度化を行い，性能評価統合技術の実用版の構築に向けた機能の拡充を実施した。具体的には， オペレータ（解析ツール）登録支援機能を新たに搭載することにより，オペレータ登録時のユー ザーの作業負担を軽減させることが可能となった。また，複数のオペレータを e-PAR 上で連携さ せる機能を新たに搭載することにより，ある解析の結果を次の解析の入力として受け渡すケース などのより実際的な解析に対応した e-PAR 事例を作成することが可能となった（図 3.2.2-3）。ま た， e-PAR に対して機構内部での試用を通じてのユーザーニーズの抽出とフィードバックを実施 することにより，初心者ユーザーの視点を踏まえ e-PAR の操作性等のユーザビリティを向上させ た。さらに， 複数のオペレータを e-PAR 上で連携させる機能を用いた e-PAR 事例の拡充を通じて， 幅広い事例に対して e-PAR が有効なツールとして利用可能であることを確認した。 3-9 オペレータ用 のセクション 個別のオペ レータ 図 3.2.2-3 (2) オペレータの順 番を入れ替える ためのボタン 平成 23 年度版 e-PAR における複数オペレータの連携機能の例 平成 23 年度版 e-PAR における課題 ・e-PAR の画面デザイン・機能メニューに関する課題 平成 23 年度までの開発により，e-PAR に対して様々な機能を追加・改良してきたものの，機能 ごとに画面デザイン等を検討・構成していたため画面間のデザインや操作性に統一感がなく使 いにくい場合がある。また，e-PAR の操作性等のユーザビリティをより向上させるために，様々 なユーザーに実際に e-PAR を利用してもらうことで画面デザイン関連のコメントや要望を抽出 し，それらに対応していくことが有効である。このため，実用版に向けてユーザーにとっての 使いやすさに配慮しつつ画面デザインを見直し・高度化する必要があると考えられる。 ・解析結果表示・出力に関する課題 平成 23 年度版 e-PAR では，解析結果グラフを自動的に作成・表示することが可能であり，e-PAR 画面上で簡単に解析結果を確認することが可能である。一方，解析結果のデジタルデータを e-PAR 画面上に表示して確認することや，テキストファイル等の形式でダウンロード・保存す るといったことができない（e-PAR の解析結果について表計算ソフト等を用いて加工・グラフ 化することができない） 。このため，e-PAR の解析結果表示・出力に係る機能を強化していく必 要があると考えられる。 ・管理機能に関する課題 インターネット公開を前提とした e-PAR の実用版の構築に向けて，ユーザー管理機能や e-PAR の公開設定（e-PAR 閲覧・利用可能ユーザーの設定）などのセキュリティ機能を強化していく 3-10 必要があると考えられる。 (3) 本年度における e-PAR の機能拡充 本研究では，(1)項及び(2)項で述べた平成 23 年度版 e-PAR の成果とその課題を踏まえ，実用版 に向けて以下の項目に対する e-PAR の改良及び機能拡充を実施することを目的とする。 ・e-PAR の画面デザイン・機能メニューの見直し・高度化 e-PAR の実用版としてユーザーにとって使いやすいものとするために，画面の見やすさや操作 性の見直し・高度化等を実施する。具体的には，画面デザインや機能メニューの構成について ユーザーが直観的に理解し操作できるようにするための見直し・高度化を行う。さらに，事業 者や大学の教員・学生といったユーザーを対象に実施したレビュー（付録 2 参照）の際に出て きた画面デザインに関するコメントや要望についても可能な範囲で対応を行う。 ・解析結果表示・出力に関する機能の強化 e-PAR の実用版として解析結果の表示・出力に係る機能の強化を実施する。具体的には，e-PAR で解析した結果のデジタルデータを e-PAR 画面上に表示することや，デジタルデータをテキス トファイル等の形式でダウンロード・保存することが可能な機能を整備する。 ・管理機能の強化 e-PAR の実用版として管理機能の強化を実施する。具体的には，ユーザー権限（閲覧ユーザー， 一般ユーザー，管理者ユーザー）に応じて e-PAR 上で可能な操作を制限する機能や，e-PAR 単 位でアクセス・利用可能ユーザーを設定する機能（例えば，全てのユーザーにアクセス・利用 可能にする，一部のユーザーにのみアクセス・利用可能にする機能）などを整備する。 3.2.2.3 e-PAR の画面デザイン・機能メニューの見直し・高度化 本項では，e-PAR の画面デザインに関して本年度に見直し・高度化した内容について述べる。 (1) e-PAR の画面デザインに関するユーザーニーズの抽出とフィードバック ユーザーの視点から e-PAR の操作性や使用感についてのユーザーニーズを抽出することを目 的に，事業者や大学の教員・学生などを対象に平成 23 年度版の e-PAR を用いたレビューを実 施し， e-PAR の操作性や使用感についての要望，意見，提案等を抽出した（レビューの詳細に ついては付録 2 を参照） 。その後，抽出した e-PAR の画面デザインに関するユーザーニーズに 対するフィードバックとして，本年度版 e-PAR において画面デザインの見直し・高度化を実施 した。以下に，主なユーザーニーズとそれに対応して画面デザインを見直し・高度化した結果 を簡潔に示す。 【e-PAR の画面デザインに関する主なユーザーニーズとフィードバック】 ¾ よく使うボタン（例えば，e-PAR 保存，計算実行，e-PAR 一覧に戻る）が左側メニュー下部 にあり使いにくい。 →よく使うボタンについては，e-PAR 下部に常時表示するように画面デザインを変更した （図 3.2.2-4）。 ¾ 解析の進行度がわかると良い（解析の途中経過状況の表示など）。 →単一のオペレータを設定した e-PAR での解析の進行度表示については技術的な問題が あったため実装することができなかったものの，複数のオペレータを連携させた e-PAR に 3-11 ついては，複数のオペレータのうちどのオペレータまで解析が完了したかを e-PAR 画面に 表示する機能を実装した（図 3.2.2-5）。 ¾ e-PAR 画面の左側メニューにおいて，ボタンとリンクが共存していてわかりにくい。 →左側メニューについては，e-PAR の目次以外はボタンで統一した（図 3.2.2-4）。 ¾ e-PAR 全体をきれいに印刷できるようにして欲しい。 →e-PAR を編集するためのボタン等の機能を非表示にして e-PAR をきれいに表示・印刷す ることが可能な印刷用画面を別画面として表示する機能を実装した（図 3.2.2-7）。 ¾ e-PAR 画面の色使いに工夫が必要である。 →e-PAR の背景色等を紙のレポートに近い白色系で統一した（図 3.2.2-4）。 左側メニューにおいて ボタンとリンクが混在 →ボタンに統一 e‐PARの題名と副題の表示をヘッダー部分に移動 画面の背景色等を “紙のレポート”に近い 白色系に統一 左側メニューの機能ボタンを 操作内容により分類・ グループ化した上で再配置 よく使うボタンは，画面下部で常時表示 図 3.2.2-4 本年度版 e-PAR におけるユーザーニーズに配慮した画面デザインの変更イメージ [拡大] e-PARに設定されている オペレータの総数 計算中(0 of 6) 計算が完了した オペレータの数 図 3.2.2-5 複数オペレータを連携させた e-PAR における解析の進行度の表示イメージ 3-12 (2) 画面デザイン・機能メニューの統一 e-PAR 画面の見やすさや操作性を向上させるために，本年度版 e-PAR では，ユーザビリティに 配慮しつつ画面のデザインや機能メニューを統一した。本年度版 e-PAR におけるデザイン統一の 概要を以下に示す（図 3.2.2-6 参照）。 ・ヘッダー部のデザインを統一 ・配色等を可能な範囲で統一 ・画面の背景色等を“紙のレポート”に近い白色系に統一 ・画面上で各種機能を実行するためのリンクやボタンに ついては，基本的にボタンに統一 e-PAR 画面や機能メニューのデザイン等の統一により，e-PAR の利用ユーザーがより直観的か つわかりやすく e-PAR を操作できるようになったと考えられる。 e‐PARの目次（クリックするとe‐PARの章節に移動）については， 一般的な電子書籍と同じリンク形式とした ヘッダー部のデザインを統一 画面の背景色等を “紙のレポート”に近い 白色系に統一 画面上で各種機能を実行するためのリンクやボタンについては，ボタンで統一 図 3.2.2-6 (3) 本年度版 e-PAR の画面デザインの統一イメージ e-PAR の印刷用画面表示機能の追加 通常，e-PAR の画面上には，e-PAR の編集及び解析を実行するための機能としてテキスト 入力欄やヘルプなどのボタンが配置されている。このため，e-PAR 画面上で内容の閲覧だけ をしようとすると，これらのボタン等によりコンテンツが見にくいという課題があった。ま た，web ブラウザの通常の印刷機能を用いた場合，上述したボタン等も一緒に印刷されてし まうため e-PAR のコンテンツをきれいに印刷することができなかった。 そこで，本年度版 e-PAR では，ボタン等を非表示にして e-PAR のコンテンツのみを表示・ 印刷することが可能な印刷用画面を別画面として表示する機能を実装した（図 3.2.2-7）。こ の印刷用画面を web ブラウザの通常の印刷機能を用いて印刷することにより，e-PAR のコン テンツのみを印刷することが可能となった。さらに，ユーザーが使用している PC に PDF 印 刷に対応したソフトがインストールされていれば，e-PAR のコンテンツを PDF ファイル形式 3-13 で出力することも可能である。 図 3.2.2-7 3.2.2.4 本年度版 e-PAR における印刷用画面の表示機能のイメージ 解析結果表示・出力に関する機能の強化 本項では，e-PAR の解析結果表示・出力に関して本年度に改良または拡充した機能の内容につ いて述べる。 (1) 解析結果のデジタルデータの表示・ダウンロード機能 本年度版 e-PAR では，連携用オペレータを用いた e-PAR（例えば，人工バリア解析用オペレー タ，母岩解析用オペレータ，断層解析用オペレータを連携させて構築した第 2 次取りまとめレファ レンスケースの e-PAR など）を対象に，従来の解析結果グラフを自動的に作成・表示する機能に 加えて，e-PAR 上で解析結果のデジタルデータを web ブラウザ上に表示する機能を追加した（図 3.2.2-8）。これにより e-PAR 上で解析結果のデジタルデータを直接確認することが可能となった。 さらに，e-PAR 画面上に表示したデジタルデータを CSV ファイル形式でダウンロード・保存する 機能を追加した（図 3.2.2-9）。これにより，e-PAR 上で解析した結果を Microsoft Excel 等の表計算 ソフトウェアに取り込んで確認・加工・グラフ化することが可能となった。 なお，第 2 次取りまとめレファレンスケースの解析（人工バリア解析→母岩解析→断層解析） をまとめて実施するオペレータ（以下，第 2 次取りまとめ解析用一体型オペレータ）を用いた e-PAR については技術的・時間的な問題により本年度中に本機能を実装することができなかった。 ただし，同じ解析は連携用オペレータを用いた e-PAR としても作成しており，解析結果のデジタ 3-14 ルデータの表示・ダウンロード機能を利用したい場合には，連携用オペレータを用いた e-PAR で 実施することになる。 図 3.2.2-8 図 3.2.2-9 (2) e-PAR 上での解析結果の表示・エクスポート機能のイメージ e-PAR の解析結果の CSV 形式でのダウンロード・保存ファイルのイメージ e-PAR の解析結果グラフの詳細設定機能 本年度版 e-PAR では，平成 23 年度版の解析結果グラフの詳細設定機能（軸ラベルの設定，対 数軸設定，縦軸や横軸の最小値・最大値設定）の拡充として，グラフタイトルの設定機能，グラ フ画像の大きさの設定機能，合計値（例えば，総線量）の計算・グラフ表示機能などの追加を実 施した。さらに，拡充した解析結果グラフの詳細設定機能を，時系列グラフ作成オペレータはも とより，第 2 次取りまとめ解析用一体型オペレータに対しても実装した。これにより，大部分の e-PAR において，解析結果グラフの詳細設定を e-PAR 上で簡単に実施できるようになった（図 3.2.2-10）。 3-15 (a) グラフの詳細設定画面 (b) 詳細設定の例 （上図：グラフの横軸範囲 1e+0[y] ～ 1e+7[y]，下図：グラフの横軸範囲を 1e+2[y] ～ 1e+7[y]） 図 3.2.2-10 解析結果グラフの詳細設定機能のイメージ 3-16 3.2.2.5 e-PAR の管理機能の強化 本項では，インターネット公開を前提とした e-PAR の実用版の構築に向けて，ユーザー権限や e-PAR 事例の公開設定などに関して本年度に改良または拡充した機能の内容について述べる。 (1) ユーザー権限の構築 インターネット公開を前提とした e-PAR の管理機能を強化するために，本年度版 e-PAR では利 用ユーザーに対してユーザー登録（ユーザーID とパスワードの設定等）を実施する。そのうえで 各ユーザーID に対してユーザー権限を付与することでユーザー管理を実施することとした。本年 度版 e-PAR において設定した 3 つのユーザー権限を表 3.2.2-1 に示す。 表 3.2.2-1 e-PAR のユーザー権限の概要 ユーザー権限 概要 一般ユーザー ・e-PAR の閲覧（自分のユーザーID に対して公開されているもののみ） ・e-PAR の新規作成・保存 ・自分が作成した e-PAR での変更，解析実行 ・自分が作成した e-PAR に対するアクセス権限の設定 ・自分が作成した e-PAR の削除 ・自分のユーザーID のパスワード変更 閲覧ユーザー ・e-PAR の閲覧のみ可能（自分のユーザーID に対して公開されている もののみ，e-PAR の作成・保存や，e-PAR での解析の実施などは不可） ・自分のユーザーID のパスワード変更 管理者ユーザー 一般ユーザーが実施可能な操作に加えて，下記の操作も実施可能。 ・ユーザー管理に係る操作（新規ユーザー作成，ユーザーの削除， 全てのユーザーID の管理（ユーザーID 名やパスワード変更）など） ・オペレータの管理（オペレータの新規登録や削除など） ・全てのユーザーの e-PAR の管理（全ての e-PAR の閲覧，全ての e-PAR の公開設定の変更，削除した e-PAR の回復など） 表 3.2.2-1 に示したように，ユーザー権限は「管理者ユーザー＞一般ユーザー＞閲覧ユーザー」 の順番で可能な操作が制限される。本年度版 e-PAR では，ユーザーID を作成するときにユーザー 権限のいずれかを必ず付与することにより，ユーザー権限に応じて e-PAR 上で実施できる操作等 に制限をかけることが可能となる。これにより，e-PAR やユーザーの管理を適切に実施すること が可能になると考えられる。 (2) e-PAR 事例の公開設定（アクセス・利用可能ユーザーの設定） 本年度版 e-PAR においては，個々の e-PAR 事例について，作成・利用状況に応じて様々な公開 状態を設定できるようにしておく必要がある。以下に，想定される主な公開状態を示す。 ①全てのユーザーに対して e-PAR を公開 公開された報告書の解析（例えば，第 2 次取りまとめレファレンスケース）を再現した e-PAR 事例など。e-PAR を用いた新規解析を実施する際のひな形として当該 e-PAR を全てのユー ザーに対して閲覧・利用可能にしたもの。 ②特定のユーザーにのみ e-PAR を公開 関連するユーザーにのみ e-PAR 事例を公開したい場合など。例えば， 3-17 - 作成中の論文や技術資料に関する解析を e-PAR で実施しており，現時点で関係者以外に e-PAR を公開できない場合。 - 試行的・仮想的な解析を e-PAR で実施している場合。 ③所有者（作成者）のみに e-PAR を公開 ユーザーが e-PAR を作成している途中の場合など。 本年度版 e-PAR では，上述した e-PAR の公開状態①②③を実現するために，個々の e-PAR 事例 毎にアクセス・利用可能ユーザーを設定する機能を実装した（図 3.2.2-11）。 “制限なしに設定する”チェックボックスがOFFで， かつアクセス可能ユーザーが１名も設定されて いない場合は所有者のみが当該e-PARに アクセス・利用可能な状態となる（③の公開状態） “制限なしに設定する”チェックボックスが ONの場合は，全てのユーザーが当該 e-PARにアクセス・利用可能な状態となる （①の公開状態） 当該e-PARにアクセス可能ユーザーを追加したい 場合は，ユーザー名の横の“追加”チェックボックス をONにした後に“登録”ボタンを押す。 図 3.2.2-11 “制限なしに設定する”チェックボックスがOFFで， かつアクセス可能ユーザーが登録されている 場合は，所有者と登録されたユーザーにのみ 当該e-PARにアクセス・利用可能な状態となる （②の公開状態） e-PAR 毎のアクセス・利用可能ユーザーの設定画面のイメージ 3-18 本年度版 e-PAR では，図 3.2.2-11 で示した設定に応じて，個々の e-PAR 事例ごとにアクセス・ 利用制限をかけることが可能となる。具体的な例を図 3.2.2-12 に示す。図 3.2.2-12 では， 表題：第 2 次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 副題：分配係数の不確実性（分配係数の最大値） という名前の e-PAR 事例（以下，H12 不確実性 e-PAR）に対して，アクセス・利用可能ユーザー としてユーザー1 のみを登録したうえで，ユーザー1 とユーザー2 のログイン直後の e-PAR 一覧画 面を表示したものである。ユーザー1 の e-PAR 一覧画面では，H12 不確実性 e-PAR 事例が画面に 表示され閲覧・利用可能になっているのに対し，ユーザー2 の e-PAR 一覧画面では，H12 不確実 性 e-PAR 事例が画面に非表示（閲覧・利用不可）になっていることがわかる。 以上の機能により，ユーザーが設定した公開条件に応じて，適切なユーザーのみに e-PAR 事例 を公開・利用させることが可能となった。 ユーザー１のe‐PAR一覧画面（ログイン直後） ユーザー１はアクセス・利用可能ユーザーとして登録されているので， 当該e-PARが画面に表示・利用可能になる （e-PAR名をクリックするとe-PARを閲覧・利用可能） ユーザー２のe‐PAR一覧画面（ログイン直後） ユーザー2はアクセス・利用可能ユーザーとして登録されて いないので，当該e-PARが非表示になる （e-PARを閲覧・利用することが不可能） 図 3.2.2-12 e-PAR のアクセス・利用可能ユーザーの設定機能の具体例 3-19 (3) e-PAR の状態設定と管理 web ブラウザ上でレポート作成から解析実行までを実施することが可能な e-PAR では，システ ム構成上，e-PAR に係るファイルをサーバ上で保存している。このため，e-PAR の状態設定，特 に削除状態を適切に管理しておく必要がある。 そこで，本年度版 e-PAR では，以下に示す 3 つの状態を設定したうえで e-PAR を管理すること とした（図 3.2.2-13 参照）。 • 通常状態： ユーザー権限に応じた e-PAR の操作を実施することが可能。これを e-PAR の通常の状態 とする。 • 仮削除状態： 所有者（作成者）が e-PAR 削除を 1 回実施した状態。これは，一般的な OS においてファ イルやフォルダを“ゴミ箱”に入れた状態とほぼ同義である。仮削除状態では，e-PAR の所有者（作成者）と管理者ユーザー以外のユーザーからは見えない状態（非公開の状 態）となる。仮削除状態では，e-PAR の編集や計算実行などが行えず，以下の操作のみ 実施することが可能である。 • 9 e-PAR の閲覧 9 e-PAR の状態の変更（通常状態 or 削除状態への変更） 削除状態： 所有者（作成者）が e-PAR 削除を 2 回実施した状態（仮削除状態の e-PAR に対して，さ らに削除を実施した状態）。これは，一般的な OS において“ゴミ箱を空にする（ゴミ箱 に入っているファイルやフォルダを削除する） ”とほぼ同義である。削除状態になった e-PAR は所有者（作成者）からも見えなくなり，一切の操作が不可能となる。ただし， e-PAR がサーバからなくなったわけではなく，管理者権限を持つユーザーについては， 削除状態になった e-PAR の状態を仮削除の状態に戻すことが可能である。 図 3.2.2-13 (4) e-PAR の状態遷移 e-PAR の公開設定や状態の継承 e-PAR では，既存の e-PAR 事例をひな形としてコピーすることにより， 既存 e-PAR 上のパラメー タを変更した類似解析等を実施するための新規 e-PAR 事例を効率的に作成することが可能である （その際，コピー元の e-PAR 事例を“親 e-PAR”，親 e-PAR をコピーして作成された派生 e-PAR 事 例を“子 e-PAR”と呼ぶこととする）。 親 e-PAR から子 e-PAR を派生作成させたときに e-PAR を適切に管理するためには，親 e-PAR に設定された公開設定を子 e-PAR に適切に継承させる必要がある。例えば，ユーザーA が作成し た親 e-PAR においてユーザーX にアクセス・利用不可が設定されている場合，別のユーザーB が 親 e-PAR をコピーして作成した子 e-PAR においてユーザーX に対してアクセス・利用許可が設定 される（親 e-PAR の作成者であるユーザーA が知らないところで，親 e-PAR に係る情報が子 e-PAR を介してユーザーX に公開されてしまう）といった事象などが発生しないように制限をかけてお 3-20 く必要がある。 本年度版 e-PAR では，親 e-PAR に設定した公開設定を自動的に子 e-PAR に継承して設定する機 能を実装した（図 3.2.2-14）。これにより，親子関係を有する e-PAR の公開設定を整合的に管理す ることが可能となる。 題名または副題を変更して e‐PARを派生作成 親e‐PAR1 システムに登録されているユーザー 子e‐PAR1‐1 作成者： ユーザーA 作成者： アクセス可能 ユーザー設定： ユーザーB アクセス可能 ユーザー設定： ユーザーA ：管理者 ユーザーB ：一般ユーザー ユーザーC ：一般ユーザー ユーザーC ユーザーD ：一般ユーザー ユーザーE ユーザーE ：閲覧ユーザー ゲスト ゲスト ：閲覧ユーザー ユーザーB 実際にアクセス 可能なユーザー 制限なし ユーザーA 「制限なし」の場合は， 親e‐PARと同じユーザーが 閲覧・利用可能 ユーザーB ユーザーC ユーザーE ゲスト 親e-PAR上で“ユーザーD”にのみ アクセス不可を設定 図 3.2.2-14 子e-PARに対しても“ユーザーD”の アクセス不可設定が自動的に継承 e-PAR の公開設定の継承のイメージ また，入力パラメータの設定に間違いが見つかった等により，親 e-PAR が仮削除されるといっ た事象が発生することも考えられる。このような事象が発生した場合には，親 e-PAR が仮削除状 態になったことを子 e-PAR などに周知するため，親 e-PAR から派生作成された子 e-PAR について も自動的に仮削除状態に変更するとともに，親 e-PAR の所有者（作成者）が子 e-PAR の所有者（作 成者）やアクセス可能なユーザーに対して親 e-PAR 仮削除した理由等を送付するためのメッセー ジ機能を実装することとした（図 3.2.2-15）。この機能により，親 e-PAR の仮削除状態を子 e-PAR などにも継承することが可能になるとともに，親 e-PAR を削除した理由や問題点・修正点などを 適切に子 e-PAR に関連するユーザーに周知することが可能になり，e-PAR 管理や解析の品質確保 に役立つと考えられる。 一方，子 e-PAR などの派生 e-PAR を持った親 e-PAR の削除（仮削除状態→削除状態への移行） については，関連する全ての派生 e-PAR の状態が“削除”状態になっている場合にのみ実行でき るようにした。この設定により，親 e-PAR の削除状態の継承（親 e-PAR の削除により，派生 e-PAR も削除される事象）は生じないようにしている。 図 3.2.2-15 e-PAR のメッセージ機能のイメージ 3-21 3.2.3 e-PAR 事例の拡充 本年度は，性能評価に関する既存解析の確認や再現，あるいはパラメータ等を変更した核種移 行解析を行う際のひな形として利用可能な e-PAR 事例ベースを構築した。具体的には，第 2 次取 りまとめの基本シナリオで設定された解析ケースの多くを e-PAR を用いて再現できることを示す とともに，第 2 次取りまとめの解析ケースに類似した新規解析（モデルやパラメータを変更した 解析）を実施する際にひな形として利用することが可能な e-PAR を拡充・整備した。 (1) e-PAR 事例ベース 本年度において e-PAR 事例ベースとして整備する核種移行解析事例として，地層処分の性能評 価において解析事例として現在でも参照されている第 2 次取りまとめの基本シナリオで設定され た解析ケースに重点をおいた。 なお，e-PAR 事例の拡充では，全ての解析ケースを e-PAR として作成・再現するのではなく， 類似した解析ケース（例えば，既存の e-PAR 上の入力パラメータを少しだけ変更すれば再現する ことが可能な解析ケースなど）については，代表的な解析ケースについての e-PAR 事例を整備し たうえで，代表的な解析ケースの e-PAR をコピー・修正する形で再現できるようにすることによ り，第 2 次取りまとめの基本シナリオで設定された解析ケースの大部分をカバーできるようにし た。 本年度においては，以下の考え方で拡充の対象とする e-PAR 事例を設定した。 ・ひな形としての利用価値や利用頻度の高い解析ケース（例えば，レファレンスケース） ・新規オペレータの作成・登録が必要な解析ケース（H23 年度に作成済みの“複数オペレータを 連携させた第 2 次取りまとめレファレンスケースの e-PAR”において，一部のオペレータの追 加・変更（モデルの部分的変更）が必要な解析ケースを含む） ・多くのパラメータを第 2 次取りまとめレファレンスケースの設定値から変更しなければなら ない解析ケース 表 3.2.3-1 に，第 2 次取りまとめの解析ケースと整備した e-PAR 事例の対応表を示す。表 3.2.3-1 において， 「e-PAR の整備」欄に丸印（●）が記されている解析ケースについては，解析ケースに 対応した e-PAR 事例を本年度整備した。「e-PAR 作成マニュアル」欄に丸印が記されている解析 ケースについては，整備された e-PAR 事例に対して入力パラメータを少しだけ変更することによ り比較的容易に該当する e-PAR を構築することが可能なものである。これらの解析ケースについ ては該当する e-PAR 事例は整備していないが，整備された他の e-PAR 事例をひな形として容易に 該当する e-PAR を作成することが可能であり，その作成方法等を説明するマニュアルを整備した。 「例題 e-PAR の作成」欄に丸印が記されている解析ケースは，マニュアルに基づき，整備された e-PAR 事例をひな形にした e-PAR の作成を例題的に実施したものである。なお，天然バリアのモ デル変更ケースにおける“処分場レイアウトの効果を考慮するケース”と“濃度干渉の効果を考 慮するケース”については，第 2 次取りまとめレファレンスケースとは異なる核種移行解析モデ ルを使用しておりオペレータの新規開発が必要になるため，本年度の e-PAR 事例整備の対象とは しなかった。 3-22 表 3.2.3-1 分類 レファレンスケース 第 2 次取りまとめの解析ケースと e-PAR の対応表 解析ケースの内容 e-PARの整備 ・腐食生成物層での核種移行遅延（拡散・収着）を考慮． 人工バリア モデル変更ケー ス 天然バリア 例題e-PAR の作成 ● （ひな形e-PAR） ・レファレンスケース ・ガラス溶解速度の不確実性を考慮． データ不確実性 ・オーバーパック破損時期の不確実性（設計よりも長期の核種閉じ込 ケース め）を考慮． ・緩衝材外側での地下水流量の不確実性を考慮． 生物圏 e-PAR作成 マニュアル ● ● ● ● ● (第2次取りまとめモデル の部分的変更（新規オ ペレータを使用）） ・掘削影響領域での核種移行遅延（収着）を考慮． ・オーバーパックの腐食膨張による緩衝材の厚さ減少および周辺母岩 への緩衝材の侵入による緩衝材の密度低下の発生を想定． ・代替のオーバーパック材料を使用した場合の破損時期の不確実性（設 代替設計ケース 計よりも長期の核種閉じ込め）を考慮． ・緩衝材厚さを変更． ・地形（動水勾配）の違いによる地下水流動の多様性に応じて緩衝材外 側での地下水流量を変更． ・岩種の多様性に応じて，軟岩での支保工の使用を想定し，地下水と支 保工の反応による間隙水化学の変化を考慮． ・岩種の多様性に応じて，軟岩での支保工の変質およびオーバーパック 地質環境変更 腐食膨張による母岩への応力やクリープを想定し，緩衝材外側での地 ケース 下水流量の変化を考慮． ・地下水組成の多様性（海水系地下水）を考慮． ・地下水組成の多様性（海水系地下水）に応じたオーバーパックを使用 した場合の破損時期の不確実性（設計よりも長期の核種閉じ込め）を考 慮． ・亀裂の透水量係数分布の不確実性を考慮． ・亀裂開口幅の不確実性を考慮． ・分散長の不確実性を考慮 データ不確実性 ・マトリクス拡散寄与面積率の不確実性を考慮． ケース ・マトリクス拡散深さの不確実性を考慮． ・有効間隙率／乾燥密度／実効拡散係数の不確実性を考慮． ・分配係数の不確実性を考慮． ・断層内動水勾配の不確実性を考慮． ・コロイドによる移行を想定． ・処分場レイアウトの効果を考慮． ・処分場内での濃度干渉の効果を考慮． モデル変更ケー ● ス (第2次取りまとめモデル ・断層を多孔質媒体としてモデル化． の部分的変更（新規オ ペレータを使用）） ・地形（動水勾配）の多様性に応じて地下水流れを変更． ・岩種の多様性に応じて有効間隙率／乾燥密度／実効拡散係数および 地質環境変更 分配係数を変更． ケース ・地下水組成の多様性（海水系地下水）に応じて岩種ごとの分配係数を 変更． ・ GBI を変更． ・ 地形パターンを変更． ・ GBI と地形の組み合わせのバリエーションを考慮 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● また，平成 23 年度までに作成済みの e-PAR 事例（例えば，平成 23 年度に拡充した“TRU 第 2 次取りまとめレファレンスケースの核種移行解析についての e-PAR（グループ 1～グループ 4） ” などについては，本年度の機能に対応させたうえで e-PAR 事例ベースに加えた。 本年度までに事例ベースとして拡充・整備した e-PAR 事例の一覧を表 3.2.3-2 に示す。 3-23 表 3.2.3-2 事例ベースとして拡充・整備した e-PAR 事例の一覧 e-PARのタイトル 題名 第2次取りまとめレファレンスケース 第2次取りまとめレファレンスケース 第2次取りまとめレファレンスケース 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（人工バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめデータ不確実性ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ代替設計ケース（人工バリア） 第2次取りまとめ代替設計ケース（人工バリア） 第2次取りまとめモデル変更ケース（人工バリア） 第2次取りまとめモデル変更ケース（人工バリア） 第2次取りまとめモデル変更ケース（人工バリア） 第2次取りまとめモデル変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめモデル変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（人工バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（天然バリア） 第2次取りまとめ地質環境変更ケース（天然バリア） 第2次TRUレポートレファレンスケース 第2次TRUレポートレファレンスケース 第2次TRUレポートレファレンスケース 第2次TRUレポートレファレンスケース 核種移行解析と現象理解解析の連携の試行 (2) 副題 第2次取りまとめレファレンスケース 第2次取りまとめレファレンスケース（オペレータ連携版） 第2次取りまとめレファレンスケース（Cs135のみ） オーバーパック破損時期の不確実性（処分後1万年後に破損） 分配係数の不確実性（分配係数の最大値） 分配係数の不確実性（分配係数の最小値） 有効間隙率／乾燥密度／実効拡散係数の不確実性（保守的ケース） 有効間隙率／乾燥密度／実効拡散係数の不確実性（非保守的ケース） 透水量係数の不確実性（保守的透水量係数分布：対数平均値を10倍） 透水量係数の不確実性（非保守的透水量係数分布：対数平均値を1/10倍） 代替材料を用いたオーバーパックの使用（処分100万年後に破損） 代替材料を用いたオーバーパックの使用（処分10万年後に破損） オーバーパックの腐食膨張と周辺母岩中の亀裂への緩衝材の侵入 掘削影響領域での核種移行遅延 腐食生成物層での核種移行遅延 コロイドの影響を考慮したケース 断層を多孔質媒体として取り扱うケース 堆積岩の場合の支保工との反応による間隙水の変化 動水勾配の多様性（動水勾配0.001） 動水勾配の多様性（動水勾配0.1） 岩種の多様性（結晶質岩（塩基性）） 岩種・地下水の多様性（結晶質岩（塩基性）・海水系地下水） 岩種・地下水の多様性（結晶質岩（酸性）・海水系地下水） レファレンスケースGr1 レファレンスケースGr2 レファレンスケースGr3 レファレンスケースGr4 グラウト影響による母岩分配係数の変化 e-PAR 事例ベースを構築するために拡充した連携用オペレータ 第 2 次取りまとめの基本シナリオにおける一部の解析ケースについては，第 2 次取りまとめレ ファレンスケースの核種移行解析モデルの一部を変更したモデルを使用しているため，平成 23 年度までに拡充したオペレータだけでは e-PAR を作成することができない。このため，変更され たモデルに対応するためのオペレータの拡充を本年度実施し，e-PAR 事例の拡充に適用した。 拡充した主なオペレータを以下に示す。 ・HLW（腐食生成物層あり）オペレータ： 第 2 次取りまとめの人工バリアのモデル変更ケースにおける“腐食生成物層での核種移行遅延 （拡散・収着）を考慮”するケース（表 3.2.3-1 参照）を e-PAR で再現するために，第 2 次取り まとめレファレンスケースの人工バリア中核種移行解析モデルに対して，ガラス固化体と緩衝 材の間にオーバーパック腐食生成物層を仮定し，腐食生成物層での核種の移行及び遅延を考慮 した解析を実施するためのオペレータ。 ・シングルチャンネル多孔質媒体オペレータ： 第 2 次取りまとめの天然バリアのモデル変更ケースにおける“断層を多孔質媒体としてモデル 化”するケース（表 3.2.3-1 参照）を e-PAR で再現するために，第 2 次取りまとめレファレンス ケースの天然バリア断層の核種移行解析モデル（シングルチャンネルモデル）を多孔質媒体に 変更した解析を実施するためのオペレータ。 (3) e-PAR 事例ベースを利用するためのマニュアルの整備 前項(1)～(2)で整備した e-PAR 事例ベースを効果的に利用するためには，マニュアル等を適切に 準備しておく必要がある。特に，整備した既存 e-PAR を利用しつつ，モデルやパラメータを変更 した新規の解析ケースの設定や実行の方法などを具体的に記述した簡易マニュアルの整備は， 3-24 ユーザーが e-PAR 事例ベースを効果的に利用するために重要である。このため，本年度版 e-PAR では，以下に示すマニュアルを整備した。 ・電子性能評価レポート e-PAR の詳細マニュアル： e-PAR の各機能について詳細を記述したマニュアル。 ・電子性能評価レポート e-PAR の簡易マニュアル： 解析の手順に沿った e-PAR の基本操作についての説明と，e-PAR 事例ベースの使い方（既存 e-PAR をひな形として，第 2 次取りまとめの解析ケースの e-PAR を作成する方法）を具体的 かつ簡潔に記述した簡易マニュアル。 なお，これらのマニュアルについては，付録 15 の本公募事業のツールのインストール DVD に 保存して利用できるようにしている。また，e-PAR の画面上から直接閲覧することも可能である （図 3.2.3-1）。 ヘッダー部にある“e-PARの操作方法”を クリックするとマニュアルが表示される。 図 3.2.3-1 e-PAR の画面上からのマニュアルへのアクセス方法 3-25 課題探索的性能評価技術の開発 3.3 3.3.1 3.3.1.1 本研究の目的と実施事項 本研究の目的 3.1 節で述べたように，長期にわたる事業期間の中で繰り返し実施される性能評価では，処分 事業の進展や科学技術の進歩に伴い，種々の境界条件が変化する可能性がある。このような条件 の変化に対処するため，性能評価技術の高度化においては，3.2 節で述べた性能評価統合技術の 開発とともに，セーフティケースの信頼性を向上させるための課題を，様々な変化を考慮して能 動的に発見し，性能評価上の問題として設定したうえで，例えば ・ 既存の評価技術の改良 ・ 新規の問題への取り組み ・ 新しいモデルやツールの開発 によって解決することが求められる。これを支援するため，従来個々の専門家が内在的に実施し ていた性能評価における問題発見から問題解決までの作業を，一連の作業プロセスとして明示し， その作業を効果的に支援する技術を整備することが重要になる。この技術には，性能評価の学際 的な特徴を踏まえ，学問領域を超えた複数の専門家の協働を支援するための技術も包含される必 要がある。 本研究では，このような技術を「課題探索的性能評価技術」とよび，これを構成する要素技術 の開発，具体的事例の検討を通じての適用性の確認，及び技術体系としての統合を行う。課題探 索的性能評価技術のフレーム（以下，課題探索フレーム）は図 3.3.1-1 に示すとおりである。なお， 本研究では， “課題探索”という表現を，“セーフティケースの信頼性に影響を及ぼす可能性のあ る因子を抽出し，これらを性能評価上の問題として明確に設定するとともにアプローチや方法論 など対処方針を提示すること”の意味で用いる。 課題を能動的に発見し，性能評価上の問題 として対処することを支援する技術 従来の課題設定 ＝個々の専門家の 内在的な作業 ・サイト情報 ・設計 ・実験 etc. F フレーム内で 対処可能 T 潜在的課題の検出 ◆トップダウンｱﾌﾟﾛｰﾁ ◆ボトムアップｱﾌﾟﾛｰﾁ 問題設定 ◆ 階層化 ◆ 表現形式 問題分析 ◆ 問題分析 モデル体系 支援技術 セーフティー ケースの信頼性 向上に有効 F T • 知識工学的技術 • 問題解決手法 • モデル開発環境 図 3.3.1-1 対処方針の策定 ◆ 対処方針の 選択肢 終了 T：True F: False 課題探索的性能評価技術のフレーム（課題探索フレーム） 課題探索の作業は，従来は個々の専門家の内在的な作業として行われており，そのプロセスや 性能評価との関連性が明確になりにくい面があった。それに対して，図 3.3.1-1 に示したフレーム では，潜在的課題の検出，問題設定，問題分析，対処方針の策定というプロセスに沿って段階的 に進めることにより検討過程が見えやすくなる。また，これにより問題が明確となり，複数の専 門家が協働することが容易になると考えられる。さらには，問題を解決してセーフティケースの 3-26 信頼性向上に対する有効性を確認するプロセスまで明確にしていることから，研究の焦点がわか りやすくなると考えられる。これらの点が，この課題探索フレームの特徴である。フレーム内の 各プロセスの概要を表 3.3.1-1 にまとめる。 表 3.3.1-1 プロセス 潜在的課題 の検出 ① ② ③ 問題設定 ① ② ③ 問題分析 ① ② ③ 対処方針の 策定 ① ② ③ 課題探索的性能評価技術のフレーム内の各プロセスの概要 概要 （①：基本的役割，②：実施内容，③：実施における留意点） 課題の存在の探索 セーフティケースの信頼性に影響を及ぼす可能性のある因子の抽出 これまでどちらかといえば偶発的に誰かが気付くことにより発見されてきた課 題を，評価者が意図的に見つけることを支援することが重要 検出された課題の内容の探索（1/3） 上記で検出された課題を性能評価上の問題として設定 問題設定の仕方（階層化，表現形式の選択等）により，問題解決の方法や解決の 難易が相違することに注意が必要 検出された課題の内容の探索（2/3） 設定された性能評価上の問題について，その性質，特徴及び影響を理解 上記の理解のためには，現状での現象理解やモデル開発の状況の把握，時空間ス ケールの中で構造化されたモデル体系の参照などが必要 検出された課題の内容の探索（3/3） 問題分析の結果を踏まえて，問題の性質・特徴や影響の仕方に応じた対処方針を 策定 解析ツールやデータの開発・利用の方法までを含めた実務的なアプローチを具体 化することが重要であり，また，策定された対処方針が実施可能であり，セーフ ティケースの信頼性向上に有効であることなどの実効性の確認が必要 上記のような課題探索という行為の本質は，潜在的な問題点に気付き，適切に問題を設定し， 具体的な対処方針を創出することである。このような行為においては，多くの専門家による問題 の共有，問題の解決のための知識利用と発想支援が必要となる。創造的な行為は，現時点では， 主として人間の思考によっており，専門家の能力や経験などに大きく依存するため，それらを自 動化することは難しい。しかし，ある程度のルール化や体系的な整理などは可能と考えられ，現 時点でも最新の科学技術を用いて創造的思考を支援することはできると考えられる。 そのための支援技術として，知識工学的技術や様々な分野で利用実績のある問題解決手法等が 挙げられる。平成 23 年度までに，知識工学的技術としては，討論モデルの利用，ルールや事例を 含む知識ベースの構築など，問題解決手法としては，TRIZ（発明的問題解決理論）などの適用に ついて検討を進めてきた。また，特に問題分析のプロセスに対する支援技術として有効と考えら れる柔軟なモデル化及び解析の実施を可能とする汎用性のある解析体系の構築やそのためのモデ ル開発環境の整備も行ってきた。 また，課題探索フレームに含まれる各プロセスに適用する手法・技術の整備とあわせて，それ らの適用性の確認を進めることが重要になる。このような手法・技術を有効なものにしていくた めには，課題探索における問題発見や問題解決のメカニズムを多くの具体的な事例に学び，その 知見を新しい課題にも適用可能な汎用性のある形で体系立てていくことが求められる。そのうえ で，開発した手法・技術を実際の課題探索という行為に適用するという経験を蓄積していくこと が必要である。 本研究では，このような検討を通じて，課題探索に関連する技術と知識を図 3.3.1-1 のフレーム に沿って整理するとともに，それを実用的かつ利用しやすい形で体系化し技術パッケージとして 提供することを目的とする。 3-27 3.3.1.2 本年度の実施事項 3.3.1.1 項に述べた目的に対する平成 19 年度～平成 23 年度までの研究の進捗をまとめると以下 のようになる 1),2),3),4),5)： ・ 平成 19 年度：課題探索を進めるための基本的なプロセス（潜在的課題の検出，問題設定，問 題分析，対処方針の策定）の明確化，各プロセスに関する手法・技術の検討と 試験的な適用を行い，それらの有効性の見通しを得た。 ・ 平成 20～23 年度：各プロセスに適用する手法・技術の拡充とともに，それらの適用性の確認 と使用経験の蓄積を目的とした事例検討を，次世代性能評価技術の開発 に係わる事例を中心に実施し，フレームの適用性の確認と知識の表出化 を段階的に進めた。 ここで，本研究において課題探索的性能評価と名づけた行為は，3.3.1.1 項でも述べたように， 従来から専門家の内在的な作業として行なわれてきたものであり，専門家の能力や経験などに大 きく依存し完全に自動化することは不可能である。したがって，本研究で開発を行っている課題 探索的性能評価技術は，このような専門家による内在的な作業をより効率的に進めるための支援 技術と位置づけられるものである。課題探索的性能評価技術を開発するうえでは，平成 23 年度ま でに実施してきたような事例検討により，専門家がこれらの課題探索的な作業を行なううえで利 用してきた，また，これからも利用する，内在的な知識（作業の実施に係る知識，学術的な知識 等）を可能な範囲で記録・整理することで表出化していくことが特に重要となる。これは，課題 探索的性能評価技術を実際に役立つものとしていくための重要なステップである。 3.3.1.1 項で述べた本研究の目的に対する課題探索的性能評価技術の体系の最終目標を以下に示 すとともに，そのイメージを図 3.3.1-2 に示す。 ・ 様々な条件変化に伴って発生する問題の検討を支援するための技術として，「課題探索フ レーム」と「課題探索事例ベース」を含む「課題探索的性能評価技術」を整備する。 ・ 「課題探索フレーム」は事例検討を進める際の共通フローとして整備するものであり，問 題に対する検討過程を明確化する。課題探索フレームでは，課題の抽出，問題設定，問題 分析及び対処方針の策定を基本手順とし，事例検討を進める際に従来個々の専門家が内在 的に実施していた性能評価における課題の抽出から対処方針の策定までの一連の作業プ ロセスを系統的に明示できるようにする。 ・ 課題探索フレームについては，その適用性の確認，また，フレームの利用方法等に関する 知識を蓄積することを目的に，性能評価上の具体的な問題の解決を目指した事例検討を行 う。取り組む問題の難易度が高い場合には，課題探索フレームを適用した事例検討を繰り 返し実施することにより，段階的な問題解決を目指す。 ・ 課題探索フレームを用いた事例検討の内容や解決した問題については，「課題探索事例 ベース」として再利用可能な形に整理する。これにより，新規問題に対する検討を実施す る際に，実施済みの類似事例をひな形として活用することにより，検討を効率的に進める ことが可能となる。 3-28 条件変化 ・科学技術の進歩 ・処分事業の進展 様々な問題が発生 （既存の性能評価 の方法や手順では 対応できなくなる） 課題探索事例ベース ・事例検討により，様々な問題を解決 ・新規問題を検討する際に，類似事例 をひな形として利用 →新規問題に対する検討を効率的に 実施可能 課題探索フレームを用いた事例検討 発生した問題に対して 課題探索フレームを適用し， 課題抽出，課題分析，対処方針 の策定までを一通り実施 課題探索フレーム 事例検討を進める際の共通フローを整備 →問題に対する検討過程を明確化 事例1：性能評価による地質環境情報 の評価と合理的な設計の支援 類似事例 をひな型 として 利用 事例2：長期変遷を考慮した先進的 生物圏評価技術の開発 事例3：量子化学計算手法の適用に 係わる検討 事例4：計算技術の高度化に関する 検討 利用マニュアル， 手引書 （課題探索 フレーム 等） ・ ・ ・ No：必要に応じて 事例検討を 繰り返し実施 問題が解決 Yes 問題解決 図 3.3.1-2 事例ベース化 性評価統合技術での利用 （例えば，e-PARに登録して 利用可能にする） 課題探索的性能評価技術の最終目標イメージ 上記を踏まえ，本年度は，平成 23 年度までの検討を踏まえつつ，性能評価上の具体的な課題を 対象にしたケーススタディの発展的継続を通じて，課題探索フレームの実施に係る知識や実施を 支援する技術の拡充と事例の蓄積を図る。具体的には，平成 21 年度に国内外の専門家の参加を得 て実施した「次世代性能評価技術に関するワークショップ」において必要性が指摘された， 「サイ トや処分場の設計で規定される処分システムについて，異なる処分場概念に対する性能評価上の 取扱い等の差異を明示的に表現可能な現実的な評価技術の開発」に係る事例として平成 23 年度ま でに実施してきた事例検討を発展的に継続する。これらの事例検討では，現実的な評価技術を次 世代性能評価技術として開発していく際に発生する課題や問題について，その発見や検討を課題 探索フレームを適用して深化させつつ，次世代性能評価技術として整備する必要のある解析技術 の抽出及び実現可能な開発計画等の検討を行う。 また，本年度までに実施してきた個々の事例検討の内容と結果を整理するとともに，それら事 例検討を通じて得られた知識や経験を反映した課題探索的性能評価を支援する技術の体系的な取 りまとめを実施する。なお，課題探索フレームでの検討の支援技術となり得る前述の知識工学的 技術や問題解決手法は，全事例に画一的に適用するのではなく，事例の特徴に応じて適宜選択・ 適用し，その効果等を課題探索的性能評価技術の取りまとめに反映する。 課題探索的性能評価技術を構成する要素技術は，その利用の基本的なパターンを，統合・利用 支援環境（6 章参照）において「利用シナリオ」としてまとめた。また，要素技術の成果の統合 （性能評価技術のパッケージ化）も，統合・利用支援環境（6 章参照）でのポータルサイトメニュー において，課題探索的性能評価技術と前述の性能評価統合技術（3.2 節参照）とをまとめて性能 評価技術としてグルーピングすること，及びメニューや利用シナリオから統一的にアクセスでき るようにすることで実現した。 3-29 本年度の実施項目を以下に整理する： ・事例検討 - 事例検討 1：性能評価による地質環境情報の評価と合理的な設計の支援（3.3.2 項） - 事例検討 2：長期変遷を考慮した先進的生物圏評価技術の開発（3.3.3 項） - 事例検討 3：量子化学計算手法の適用に係わる検討（3.3.4 項） - 事例検討 4：計算機技術の高度化に係わる検討（3.3.5 項） ・課題探索的性能評価技術の取りまとめ（3.3.6 項参照） また，課題探索的性能評価の各事例検討について，過年度の検討結果を含めて整理・取りまと めた結果を課題探索的性能評価事例ベースとして付録 8 に示す。 3-30 3.3.2 事例検討 1：性能評価による地質環境情報の評価と合理的な設計の支援 3.3.2.1 (1) 本事例の概要と経緯 検討の概要 国内外の専門家による「次世代性能評価技術に関するワークショップ」 （平成 21 年度）におい て， 「サイトや処分場の設計で規定される処分システムについて，異なる処分場概念に対する性能 評価上の取扱い等の差異を明示的に表現可能な現実的な評価技術の開発」の必要性が指摘された。 これを受けて，本事例検討では，現実的な評価技術の開発に対して課題探索的性能評価フレーム を適用し，課題の抽出から対処方針の策定までの作業を試行することにより，適用可能な方法論 やツールあるいはそれらの開発戦略などについて検討を行うこととした。 本事例検討は，地質環境調査で得られる情報に基づく性能評価の結果を，合理的な設計の支援 等に活用しようとするものであり，次世代性能評価技術に求められる役割に関係する重要なテー マであると考えられる。 (2) 検討の経緯 本事例においては，より現実的な性能評価技術の検討を，地質環境情報の評価と設計の支援と の関係に留意しつつ繰り返し実施した。本事例の主な実施事項 4),5)の概要を以下に示す。 1 回目： z 課題抽出： 地質環境の不均質性や処分場の配置等を考慮しつつ，処分場概念間の比較等を性能評価の観 点から行ううえでの課題を検討し， 「現実的なニアフィールド物質移行解析を媒介とした地質 環境調査，処分場設計及び性能評価間の連携の高度化」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 適切な処分場概念を構築するうえで重要となる要因を，地質環境調査，処分場の設計，性能 評価のそれぞれの観点で整理。 z 対処方針の策定： 地質環境の不均質性及び処分坑道の仕様，配置の違いによる物質移行解析結果への影響につ いての解析的検討の実施，現実的な物質移行解析手法の活用と地質環境調査等との連携のポ イントとノウハウの体系的な整理を対策として設定。 2 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 地質環境の不均質性及び処分坑道の仕様，配置の違いによる移行解析結果への影響の解析的 検討の試行を踏まえて， 「不均質な母岩特性分布の把握，不均質場に対応した処分場の設計， 安全評価による地層処分システムの現実的な性能の定量化」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 合理的な処分場レイアウトを検討するために重要となる着眼点を，具体的な地質環境条件を 想定した検討を通じて整理。 z 対処方針の策定： 地質環境調査，性能評価，処分場設計の各分野での対処の可能性を検討するために，現状の 調査や解析等の技術で対応可能な方法とその適用範囲の整理及び改良等に向けた技術課題の 整理を対策として設定。 3-31 3 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 現状の調査や解析等の技術で対応可能な方法と適用範囲等の整理を踏まえて，性能評価によ る処分場設計の支援として，物質移行解析結果に基づく処分場レイアウトの合理化に着目し， 「より閉じ込め性能が高い位置を優先した処分場レイアウト及び物質移行解析手法の開発」 と「ニアフィールド環境変遷，人工バリア変質を考慮した物質移行解析手法の開発」を課題 として設定。 z 問題設定・分析： 既存のモデル化や解析手法の組み合わせによる対応の可能性に着目し， 「より閉じ込め性能が 高い位置を優先した処分場レイアウト及び物質移行解析手法の開発」と「ニアフィールド環 境変遷，人工バリア変質を考慮した物質移行解析手法の開発」に含まれる難点とその特徴を 整理（なぜ，既存の技術の従来的な適用方法では対応できないか等） 。 z 対処方針の策定： 問題分析で整理した難点への対処を検討するために，既存のモデル化や解析手法及びその組 合せに基づく解決策候補の整理を対策として設定。 4 回目： z 対処方針の実施： 解決策候補の整理の中で，不均質場を想定した解析事例や汎用開発環境の長所・短所の分析 等を行い， 「より閉じ込め性能が高い位置を優先した処分場レイアウト及び物質移行解析手法 の開発」や「ニアフィールド環境変遷，人工バリア変質を考慮した物質移行解析手法の開発」 の実現に向けた技術課題・方策の案を提示。 3.3.2.2 (1) 平成 24 年度の成果の概要 平成 24 年度の概要 平成 24 年度は，ニアフィールドにおける現実的な物質移行解析に関して，性能評価による処分 場設計の支援を目標とした処分場レイアウトの最適化等のための課題，考え方，対処方針等の再 整理と取りまとめを行う。 (2) 平成 24 年度の実施内容 ① 潜在的課題の検出 性能評価による処分場設計の支援のための処分場のレイアウトの合理化に関して，以下の潜在 的課題を抽出した。 1) 潜在的課題 1： 母岩の不均質性に適応して，物質移行の観点からより閉じ込め性能が高い位置に優先的に廃棄 体を定置する処分場レイアウト及びこれを支援するニアフィールド物質移行解析手法の開発。 これは，母岩の不均質性を無視して一定の間隔で廃棄体を定置することが BAT（Best Available Technology）の原則を遵守しているとは言えないのではないかという懸念に対するものである。 2) 潜在的課題 2： 母岩の不均質性の影響を考慮可能なニアフィールド環境変遷と人工バリア変質・劣化について の解析及びその結果を踏まえた物質移行解析手法の開発 3-32 これは，現段階では，母岩の不均質性の影響は水理及び物質移行に対して考慮されているのみ であり，その他のニアフィールド環境の変遷への影響や人工バリアの変質・劣化への影響は考慮 されていないのではないかという懸念に対するものである。 ② 問題設定 二つの潜在的課題は，いずれも，従来のニアフィールド物質移行解析の短所や限界により生ず るものであるため，比較的ルーティン的に対応可能なものではないと考えられる。ただし，潜在 的課題 1 については，地質環境特性の不均質性をモデル化・解析するための手法は既に存在する ものもあるため，既存の手法を組み合わせることでの対応を考えることが可能と考えられる。一 方，潜在的課題 2 は，熱，水理，力学，化学の各現象に対する周辺母岩の不均質性の影響を考慮 可能なモデル化・解析手法はあるものの，特に化学については計算負荷が大きく，二次元以上で 高解像度の解析を効率的に実施可能な解析コードの開発を含めた評価ツールの新たな整備が必要 となる。 ③ 問題分析 前ステップで設定した問題について，4 つの視点 9)（「状況の不透明性」，「多数の目的」，「複 雑性」，「ダイナミクス」）に基づいて分析を行うことで，問題に含まれる難点（障害）の特徴を 整理した。潜在的課題 1，2 について分析を行った結果を表 3.3.2-1 及び表 3.3.2-2 にそれぞれ示 す。 表 3.3.2-1 潜在的課題 1 に関する難点(障害)の分析 問題に含まれる難点(障害)の特徴 多数の目的 状況の不透明性 明確に定義されていない目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 多数（多様）の要素 多くの関係性（階層関係，相互 作用や交流，配分） 複雑性 不均質性 時間的制約 ダイナミクス 母岩の不均質性に適応して，物質移行の観点からより閉じ込め性能が高 い位置に優先的に廃棄体を定置する処分場レイアウト及びこれを支援す るニアフィールド物質移行解析手法の開発 不均質な母岩特性について疎な実測データが得られており，情報が不足 多数の廃棄体及びその周囲の人工バリアが解析体系に含まれる ・連続変数として表される母岩特性の分布が不均質 ・割れ目の特性や分布が不均質 ・地質学的な構成要素（砂礫層，粘土層，破砕帯等）の分布が不均質 ・位置によって地下水流速が異なり不均質 坑道掘削及び廃棄体定置スケジュールと並行して実施するため計算時間 に制約がある タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 3-33 表 3.3.2-2 潜在的課題 2 に関する難点(障害)の分析 問題に含まれる難点(障害)の特徴 状況の不透明性 明確に定義されていない目的 多数の目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 多数（多様）の要素 多くの関係性（階層関係，相互 作用や交流，配分） 複雑性 不均質性 時間的制約 ダイナミクス ④ タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 母岩の不均質性の影響を考慮可能なニアフィールドの変遷と人工バリア の変質・劣化解析及び，その結果を踏まえた物質移行解析手法の開発 不均質な母岩特性について疎な実測データが得られており，情報が不足 多数の廃棄体及びその周囲の人工バリアが解析体系に含まれる THMCそれぞれの現象間の相互作用の考慮が必要 ・透水性等の母岩特性の分布が不均質 ・割れ目の特性や分布が不均質 ・地質学的な構成要素（砂礫層，粘土層，破砕帯等）の分布が不均質 ・位置によって地下水流速が異なり不均質 計算負荷が大きな問題が含まれるため，現実的な計算時間内で解析を 行う制約がある ニアフィールド環境の変遷に応じて着目すべき現象が変化 対処方針の策定 潜在的課題 1，2 について，前ステップで分析した難点（障害）を克服し得る解決策の候補を抽 出した結果を表 3.3.2-3，表 3.3.2-4 に示す。 潜在的課題 1 については，解決策の候補（表 3.3.2-3）が直ちに適用可能と判断されたため，こ れらを用いて問題解決の手順を具体化し，予察的な解析を行った。潜在的課題 2 については，解 決策の候補のうち，準備・開発が必要であると判断される項目に着目し，対処方針の策定を行っ た。その際，候補となる複数の手法の長所・短所を SWOT 分析 10) を用いて比較した。SWOT 分 析とは，Strength（強み：目標達成に貢献する内在的特質），Weakness（弱み：目標達成の障害と なる内在的特質），Opportunity（機会：目標達成を支援する外的要因），Threat（脅威：目標達 成を阻害する外的要因）の各因子に着目した検討を進めることで計画立案を支援する手法であ る。 表 3.3.2-3 潜在的課題 1 に関する解決策の候補 3-34 表 3.3.2-4 潜在的課題 2 に関する解決策の候補 1) 潜在的課題 1 に対する問題解決手順の具体化（図 3.3.2-1） まず，対象とするサイトの割れ目や地質構造等の水理・物質移行に影響を及ぼす移行経路と考 えられる重要な要素について，空間的な規模と頻度を把握する。次に，割れ目や地質構造等の特 徴に応じて，岩盤中の透水性等の物理特性を適切に表現可能なモデル化手法を解決策の候補（表 3.3.2-4）の中から選択し，サイトでの調査で得られた岩盤中の割れ目等の情報に基づき，対象と するサイトのモデル化を行う。モデル化手法として地球統計学的手法を採用した場合，調査で得 られた割れ目や透水性等の情報に基づいて，対象とするサイト内での割れ目や透水性等の空間分 布をモデル化する。その後，推定した場において物質移行解析を行い，廃棄体定置位置や坑道掘 削工法等の差異の影響を検討する。 3-35 性能評価 地質環境調査・処分場設計／建設 地質環境調査データに基づき水理・核種移行に影響 を及ぼす重要な特徴（亀裂、砂礫層、粘土層、破砕帯、 断層等）を特定し、それぞれの空間スケールと頻度 （間隔）を把握する 「解決策となり得る性能評価手法の知識ベース」に含まれる 問題に含まれる難点(障害)への解決策の候補に基づ 「問題に含まれる難点（障害）への解決策の候補のマッピン き，重要な要素の特徴の表現に適したモデル化手法 グ」を用いて、 重要な特徴のそれぞれに適したモデル化手法 を選定する を選定する 地表からの調査や試錐孔での調査で得られた各特徴の配 置に関する（断片的な）情報に基づき、上記で選定した各モ デルを用いてコンディショニングを行い、既知の位置情報及 び統計データの双方と整合的な空間配置を推定する 各特徴の水理・物質移動特性及び空間配置の推定結果に 基づきニアフィールド核種移行解析を行い、廃棄体定置位置 及び坑道掘削工法や止水工に応じてどの程度結果が異なる かを把握する ニアフィールド核種移行解析結果に基づき、パネル 配置で避けるもの、坑道との交差を回避するもの、廃 棄体定置位置の選択によって避けるもの、及びあま ねく存在すると仮定するものに分類する 各特徴の空間配置についての推定結果及び回避対 策における分類に基づきパネルレイアウト及び坑道 配置を決める 並行して行うニアフィールド核種移行解析結果を反映 して配置を適宜修正しつつ坑道を掘削する 坑道掘削の進展に伴い逐次更新される不均質場の情報に 基づき各特徴の配置に関するコンディショニングを更新し、こ れに基づくニアフィールド核種移行解析を行って坑道配置や 廃棄体定置位置変更の意思決定を支援する 並行して行うニアフィールド核種移行解析結果を反映 して廃棄体定置位置を適宜修正する 図 3.3.2-1 潜在的課題 1 に対する問題解決の手順 その際，割れ目等の重要な要素について， x パネル配置で避ける x 坑道との交差を避ける x 廃棄体定置位置によって避ける x 全体に存在し回避対策がとれない などに分類し，モデル化したサイト内において推定した割れ目等の位置に基づいて坑道配置等を 仮定した物質移行解析を実施することが可能である。処分場建設に先立つ段階で得られている地 質環境特性の情報に基づきこのような予察的な物質移行解析を行うことで，坑道配置等の検討結 果を処分場の設計に反映できるものと考えられる。さらに，坑道掘削等を伴う地下施設の建設の 進展に伴って拡充する原位置データを反映し，解析結果の検証及び更新を行っていくことが重要 である。 以上の具体的な事例として，本検討では，堆積岩系の不均質場を対象としてモデル化，解析を 実施した平成 23 年度までの予察解析を対象とした再分析により，処分場の設計において可能と考 えられる対策について検討を行うこととした。上述の地質環境の具体例に相当する対象領域は， 比較的高い頻度で分布している割れ目が水理・物質移動に影響を及ぼし得る重要な要素と考えら れることから，対象領域のうち小断層帯は Conditioned Boolean Simulation，割れ目は亀裂ネット ワークモデルによって表現し，物質移行解析にはランダムウォークモデルを用いて表現した。処 分施設については，竪置き方式の処分孔を対象領域内に均等に配置した状態を仮定した。解析の 結果，廃棄体定置位置に依存して各廃棄体からの核種の移行率の最大値は異なり，主として小断 層帯との位置関係に応じて 4 つのクラスに大別できることが示された（図 3.3.2-2）。このことか ら，より移行率の小さい位置に廃棄体を優先的に定置することにより，処分場全体の閉じ込め性 能を向上できる可能性があることが示唆される。この場合，処分パネルを拡張する必要が生じる 可能性があり，サイトの利用可能な平面的な領域が限定される際には， 多段のパネルを配置する， 処分孔を深くする，サイロ等のパネル以外の処分概念を採用する，超長寿命の容器等により廃棄 3-36 体の閉じ込め性能を強化するなどの対策を，技術的，経済的な観点等を踏まえて講ずることが考 えられる。 さらに，処分場全体の閉じ込め性能を評価するうえで，サイト全体において，各クラスに相当 する領域の割合を把握することが処分場の設計において重要と考えられる。こうした情報をでき るだけ処分事業の初期段階で把握するためにも，現実的な物質移行解析を効率的・効果的に行う ことが可能な評価技術の整備が必要である。 そのためには，対象領域の地質環境が有する不均質性の特徴を適切に表現可能なモデル化手法 や，モデル化した対象領域の水理・物質移行現象を精緻に解くことのできる解析手法及び計算技 術の高度化が必要である。地質環境の不均質性の表現については，解決策の候補（表 3.3.2-4）や 上述した例のような地球統計学的推定手法などの既存技術を活用し，サイトでの物理探査等の調 査結果とその結果を反映したモデルとの間で相互に情報を補間しモデルの精緻化を図っていく方 法論の整備，実際の場での試行によるノウハウの蓄積が重要な課題の一つと考えられる。また， 水理・物質移行解析については，複雑な不均質場における流束の連続性が担保されるような精緻 な解析手法の開発とともに，そうした手法が必要となる条件について，場の形状や不均質性の程 度などの判断指標や解析事例等の整理が有効であると考えられる。地質環境の不均質性の表現及 び水理・物質移行解析の課題に対しては，対象とする領域の空間的な大きさと，対象領域に含ま れる割れ目や地質構造などの要素の拡がりや頻度との均衡を考慮し，対象領域の特徴を適切に表 現するための詳細度に留意することが重要であり，大規模な計算に必要となる計算環境を念頭に 置いた解析体系全体の構成を考慮することも求められる。 以上の点を達成するための一案として，深地層の研究施設計画のような段階的に取得される実 際の地下の地質環境情報を活用し，不均質性の表現の検討や解析を進め，知見を蓄積していくこ ととともに，逐次進展する計算環境を見通しつつ，それに柔軟に適応できる解析体系を整備して おくことが重要になると考えられる。 上記で検討した論点や留意点等は，今後の物質移行解析の実施や当該分野の技術開発計画の策 定を行ううえで参照すべき知見になると考えられる。 処分孔は竪置きと設定。 図 3.3.2-2 ■Case1 上部坑道及び掘削影響領域(EDZ)がないものと仮定 ■Case2 上部坑道とその周囲の EDZ のみ存在すると仮定 ■Case3 Case 2 に加え処分孔周囲の EDZ の存在を仮定 小断層帯との位置関係に応じて分類したクラスに基づく物質移行開始位置からの 合計移行率最大値の比較(物質移行開始点から 20m 下流側の断面。右図：物質移行 開始点位置と移行率分布(20m 下流，Case3)) 3-37 2) 潜在的課題 2 に対する問題解決手順の具体化 潜在的課題 2 に対する問題解決に向けては，周辺母岩の不均質性の影響を考慮できる二次元あ るいは三次元の高解像度の熱-水理-力学-物質移動-化学連成解析を効率的に実施可能なツールの 構築が必要である。そのためには，複数のモデルオプションを比較可能な柔軟性等の多面的な要 件を満足する解析に関する開発環境及び，その解析を十分に実行可能な計算環境が必要である。 まず，開発環境に関する検討の一例として既存の汎用モデル開発環境 QPAC11)を活用すること に着目した検討を行い，そのあとに計算環境についての検討を行った。 QPAC は，非線形過程を含む幅広い問題への適用を目的に開発された汎用的なモデル開発環境 であり，地下水流動，熱移動，化学反応，変形挙動等を表す方程式群を入力ファイルとして読み 込むことにより種々の物理過程を柔軟に考慮可能であるという特徴を有する。QPAC の連成解析 モデルの開発環境としての利害得失に関する整理結果（表 3.3.2-5）から，QPAC が多様な現象を 考慮可能であるという強みが，計算負荷の増大やモデル開発を容易に行ううえでの障壁になるこ とから，考慮する現象の優先度をシナリオ解析等を通じて整理することにより計算負荷を低減し， 処分概念等の設計の検討に資する複数のモデルオプション間の比較を効率的に行うことが有効で あると考えられる。考慮する現象の優先度を検討するために，別のアプローチ等により現象を精 緻に考慮した解析手法等も活用して，対象領域において生じると考えられる現象や相互影響の可 能性を検討し，対象領域において支配的な現象を絞り込むこと，あるいは，複数の機関・組織で 解析コード等を共有し，解析事例の蓄積やベンチマーク解析により効率的なモデル化や解析の実 行に有益な知識を拡充し，有効活用することを通じて，解析体系の高度化を進めることが必要で ある。QPAC を例とした活用戦略について SWOT 分析を行った結果を表 3.3.2-6 に示す。 表 3.3.2-5 二次元以上で高精度の熱−水理−物質移動−化学反応連成解析モデルの 開発環境としての QPAC を事例とした利害得失の整理結果例 ・多様な分野にまたがるマルチフィジックスのマルチスケール問題に対応可能 ・現象理解の不確実性に対応して存在する複数のモデルオプションに柔軟に対応可能 ・微分方程式群に対するソルバー（BDF法）は広範な問題に対して高い計算速度を有する ・解析的な検討を試行錯誤により進める場合，計算タスクが必ずしも最適化されない Weakness ・新たなモデルの開発には，現象理解，定式化，数値解法の選定，プログラミング等の作業，期間が必要 ・現象ごとにモデルの空間離散化手法や数値解法等が異なる場合，汎用のソフトウェアによる開発困難 ・実現象との対応付けが明確で，実験等での検証が可能な場合，科学的予測として受け入れられやすい Opportunity ・結果の精度が高いため，設計等における実務的な意思決定のニーズに応じた情報を提供可能 ・地層処分事業の実施主体及び安全規制機関が必要とする，現象が経時的に推移するような複雑な問題に対 応するモデルの開発には多大な時間と資源が必要。 Threat ・ニアフィールド環境の長期的変遷のように，異なる複数の挙動によるシナリオを検討する要求に対して，多くの 環境変遷のシナリオやモードを網羅した計算負荷が大きな解析的検討を行うには多大な時間と資源が必要 Strength 3-38 表 3.3.2-6 二次元以上で高精度の熱−水理−物質移動−化学連成解析に向けた開発環境の活用戦略 Weakn es s Stren g th （汎用的なモデル開発環境 QPAC を事例とした整理例） Opportu n ity Th reat ●各分野の最新の知見を取り入れ随時更新するこ とにより複数分野間の連携を促進する ●微分方程式群に対するソルバーの特徴を活か し，多様な現象全体に対して一定以上の計算速度 を確保する ●モデルオプション間の比較を行い，概念モデルの 不確実性についても把握可能とする ●想定する不均質な地質環境及び処分場概念に 対応して実際に生ずると考えられる現象について 精緻な解析を行い，設計等における意思決定にお いて求められる定量的な情報を提供する ●シナリオ解析等により精緻な解析が必須な課題 を特定することにより，実現象と数値モデルとの対 応付けが明確で，必要に応じて実験等でモデルの 妥当性を検証することができる等の利点を活かすこ とにより，実施主体や安全規制機関の要求を満た すモデル開発を行う ●考慮すべき解析ケースを絞ることで，複数のモデ ルオプションに対応可能で，広範な問題に対応可 能なソルバーを有する利点を活かすことにより，実 施主体や安全規制機関の要求を満たす解析的検 討を行う ●必要に応じてシナリオ解析等により優先順位をつ けつつ精緻な数値解析（連成解析）を実施すること によって，計算負荷が過度に大きくなることを避け つつ上記の目標を達成する ●種々の地質環境や処分場概念に適した個別の アプリケーションを開発可能な汎用のモデル開発環 境を構築することによって開発効率を向上する。ま た，これを用いて複数のモデルオプションを比較し て不確実性に抗して頑健な知見を得る ●多変量セルラーオートマタやマルチエージェントシ ミュレーション等によりモデルの範囲や考慮する現 象を絞り込むことで，計算タスクやモデル開発に汎 用的な手法を導入し，実施主体や安全規制機関の 要求を満たすような開発期間の短縮を可能とする ●関連する組織間で汎用モデル開発環境を共有 し，開発に関するノウハウを拡充することにより，処 分事業や安全規制機関の要求を満たすような効率 的な資源の活用を促進する 次に，計算環境について検討する。母岩の不均質性とともに人工バリア材料の変質や劣化等の 変遷を考慮した現実的な物質移行解析手法を開発するうえでは，三次元の物質移行解析や熱-水理 -力学-物質移動-化学連成解析等を迅速に行うための計算環境の整備が必要となる。時間的な変遷 を考慮した連成解析等の大規模な解析は計算負荷が大きく，計算過程の高速化が今後の重要な課 題となっていることから，計算環境の高度化に関する有望な技術として，複数の CPU による計算 の並列化が容易なクラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングについて整理を行 った。 クラウドコンピューティングは，ネットワーク上にある計算機資源や情報サービスを，場所や 設備によらず必要なだけ利用することを実現するための仕組みであり，インターネット規模での 並列・分散コンピューティング環境といえる。導入・運用費用の削減，システム開発期間の短縮 などの利点があり，IT 業界を挙げて導入が進められている 12) 。一方，グリッドコンピューティ ング（Grid Computing）は，ネットワーク上に分散した計算資源を一つの仮想計算機として結合 し，様々なサービスを提供するための仕組みであり，この仕組みを支える要素技術として，異種 資源の管理，スケジューリング，セキュリティ等が挙げられる。 クラウド及びグリッドコンピューティングについて，物質移行解析等に活用する際の利害損失 の整理結果を表 3.3.2-7 に，物質移行解析等の活用に関する SWOT 分析結果を表 3.3.2-8 にそれぞ れ示す。クラウド及びグリッドコンピューティングは，インターネットを介して大規模な計算機 資源を自由に活用できる強みを有する一方，セキュリティ面への不安があるものの，現状として は，地層処分分野として大規模な計算環境を独自に構築することで，計算負荷の大きな物質移行 解析等を実行できるものと考えられる。今後，十分な継続性やセキュリティを確保しながら計算 環境を構築，拡大していくことが同技術を活用していくうえで重要である。 3-39 表 3.3 2-7 物質移行解析等へ活用する場合のクラウド及びグリッドコンピューティングに 関する利害得失の整理結果例 ・インターネット上で広範なユーザが大規模な計算機資源に自由に利用可能 ・ユーザは，仮想サーバを介してグリッドの実態や計算環境を意識せずに利用可能 ・異種資源の管理やスケジューリングにより計算機資源の利用の最適化が可能 Weakness ・独立した計算環境に比してセキュリティ面に不安 ・地層処分事業の実施主体及び安全規制機関から地層処分システムの現実的かつ詳細な評価に必要な技術 に対する要求がある Opportunity ・地層処分システムの現実的かつ詳細な表現のためには，大規模なモデルや解析コードを容易に取り扱うこと が可能な計算環境の拡充が必須 Threat ・情報通信分野の今後の動向により，当該サービスの継続性等が左右されることが懸念 Strength 表 3.3.2-8 物質移行解析等に対するクラウド及びグリッドコンピューティングの活用を (3) Th reat Stren g th ●地層処分事業の実施主体及び安全規制機関か ら求められている性能評価の信頼性向上，サイト 選定及び処分場設計の最適化のための地層処分 システムの現実的かつ詳細な表現のために，本技 術で利用可能な計算機資源の拡大を図る ●地層処分分野として独自の超高速，大容量の計 算環境を構築した上でクラウドコンピューティング サービスを提供することにより，必要な研究開発期 間を通じた計画的な計算機資源の活用を図る Weakn es s 想定した場合の SWOT 分析結果例 Opportu n ity ●地層処分事業の実施主体や安全規制機関等， 関連する機関や社会的なニーズの下で，地層処分 分野独自の計算環境におけるセキュリティ対策の ための技術や制度の整備を図る ●地層処分分野として独自の超高速かつ大容量の 計算環境を構築した上で，グリッドコンピューティン グ用ミドルウェア技術を整備することにより十分なセ キュリティを確保する まとめ 平成 24 年度は，ニアフィールドにおける現実的な物質移行解析に関して，性能評価による処分 場設計の支援を目標とした処分場レイアウトの最適化等のための課題，考え方，対処方針等の再 整理と取りまとめを行った。 その結果，対処方針の候補として整理された，不均質場を表現するためのモデル化や対象領域 に含まれる地質構造等の要素の特徴に応じた数値解析のための手法及び技術について，現在の技 術の活用が可能と考えられる対象領域や現象等を具体的に整理するとともに，より効果的・効率 的なモデル化及び解析を行ううえで今後の技術開発が望まれる解析手法や計算環境などの技術課 題及びその方策を提示した。この中で，対象とする領域や現象を適切に表現するうえで，地球統 計学的手法や物理探査等の現状の手法や技術を適切に組み合わせる際に必要と考えられる地質環 境調査，処分場の設計及び性能評価の各分野において相互に着目すべき視点の一例を示した。こ のような事例検討は，今後も実際の地質環境を対象として繰り返し試行し，事例を拡充すること が必要である。 本事例検討で得られた知見は，今後の物質移行解析の実施，さらには技術開発のための具体的 な計画立案の際に考慮すべき論点や留意点として，研究開発機関のみならず実施主体や規制機関 での取り組みにおいても参考になると考えられる。 3-40 3.3.3 事例検討 2：長期変遷を考慮した先進的生物圏評価技術の開発 3.3.3.1 (1) 本事例の概要と経緯 検討の概要 時間スケールが超長期に及ぶ地層処分の生物圏評価において，国際的な検討に基づく様式化の 考え方やそのアプローチ 13)が示される一方で，実際の評価において長期変遷を考慮する具体的な 方法については，その判断基準と思考のプロセスを明確にすることが必要である。 そのためには， 専門家によりなされた種々の検討や判断について，その基盤となる経験や知識を有効活用できる よう整理する必要がある。 本事例検討では，生物圏評価において長期変遷を考慮していくための取り組み方や留意点を明 らかにすることを目標とした検討に課題探索フレームを適用し，潜在的な課題の抽出・問題設定 及び分析，対処方針の策定を実施した。 (2) 検討の経緯 課題探索フレーム（課題の抽出→問題設定→問題分析→対処方針の策定）に沿った本事例の主 な実施事項 4),5),6)の概要を以下に示す。 1 回目： z 課題抽出： 生物圏評価を行ううえでの課題を検討し， 「地表環境の時間的変遷及びこれに伴う人間活動や 生活習慣の変化に関する不確実性への対処」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 上記課題に対して，生物圏評価モデル構築を実施した専門家が有する表出化されていない知 識（潜在知）や経験の利用プロセスや判断基準等に着目し， 「様式化の背後にある専門家の暗 黙的な知識利用」の必要性等を検討。 z 対処方針の策定： 海外の専門家へのインタビューに基づく，生物圏評価結果に影響を与え得る因子（評価上の 問題点や誤った仮定）と解決策の抽出を対策として設定。 2 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 海外の専門家へのインタビューや仮想的な環境変遷条件における影響解析の試行を通じての 生物圏評価全体での影響因子や解決策の整理を踏まえて，長期変遷を考慮した生物圏評価に おける問題点の絞り込みの観点から「生物圏評価のうち，特にモデル構築やパラメータ設定 において用いられている専門家の暗黙的な知識の表出化」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 上記課題に対して，生物圏評価全体での影響因子や解決策の整理結果の詳細化を図り，モデ ル構築やパラメータ設定に着目した場合の着目点を整理。 z 対処方針の策定： 海外の専門家へのインタビューに基づく，生物圏評価において重要なモデル構築やパラメー タ設定に着目したより具体的な影響因子と解決策の専門家の経験・知見からの抽出を対策と して設定。 3-41 3 回目： z 対処方針の実施： 海外の専門家へのインタビューを踏まえて，モデル構築やパラメータ設定において重要とな る影響因子と解決策を抽出し再利用できる形で整理。 3.3.3.2 本年度の実施事項 (1) 生物圏評価に影響を与え得る因子と解決策の更新のための観点の整理 平成 23 年度までに，生物圏評価に関する豊富な経験を有する海外専門家へのインタビューによ る経験・知見（評価結果に影響を与え得る因子（評価上の問題点や誤り），解決策等）の抽出，気 候・海水準変動や隆起・侵食等による長期変遷を考慮した場合の生物圏評価のためのシナリオや モデル構築及び影響解析の試行を通じて，長期変遷を考慮した生物圏評価における全般的な課題 や対処方針を分析・整理した。 これを踏まえて，本年度は生物圏評価の重要な要素である生物圏評価モデル構築とパラメータ 設定に着目し，特に気候変動等の環境変遷に関するモデル構築とパラメータ設定に対象に，評価 結果に影響を与え得る因子（評価上の問題点や誤り）や解決策等に関する海外の専門家の経験・ 知見についてより詳しく分析するとともに，これらを生物圏評価に利用できるように次のような 形で整理した。 x 生物圏評価に必要な項目を過不足なく検討・設定するためのチェックリスト x 生物圏評価での過程や判断根拠の追跡性・透明性を確保するための記録項目リスト なお，専門家の経験・知見の分析については，長期変遷を考慮した生物圏評価モデル構築にお ける課題や問題点を，下記の点を重視しつつ抽出・整理した。 x 被ばく線量の評価結果についての過小評価や過大評価につながる恐れのある生物圏評価上 の問題点や誤り x 生物圏評価結果の信頼性を低下させる恐れのある問題点 x シナリオ，モデル，パラメータの仮定を制約するような重大な問題点や誤りを回避したり， 信頼性を低下させる恐れのある問題点を管理したりするためのアプローチ（解決策） 3-42 (2) 抽出された課題や対処方針の概要 「生物圏評価に影響を与え得る問題点等とその解決策」の整理項目及び課題のカテゴリを表 3.3.3-1 に示す。 表 3.3.3-1 「生物圏評価に影響を与え得る問題点等とその解決策」の整理項目 及び課題のカテゴリ 整理項目 課題のカテゴリ x 生物圏評価上の問題点や誤り (i) x 評価結果に与える影響 (ii) x 生物圏評価上の問題点や誤り (iii) 地質環境と生物圏のインターフェイス（GBI） の解決策（評価において考慮す (iv) べき範囲を特定のために参考 (v) となるような議論等） (vi) x 解決に向けて提案された具体 的なアプローチ 評価の前提条件 環境変遷 種々の水域及び近傍の堆積物 土壌と農作物，その他の食物連鎖や被ばく経路 潜在的被ばくグループ（PEGs） (vii) 放射性核種固有の問題 (viii) 包括的な問題点 既往の検討において問題とされた点や誤り，それらが評価結果に与える影響，問題点や誤りに 対する解決策を整理するとともに，既往研究の報告書等から読み取れる範囲で，解決に向けて提 案された具体的なアプローチを抽出し，表 3.3.3-1 に示す整理項目の観点から整理した。これらの 整理結果は，生物圏評価での過程や判断根拠の追跡性・透明性を確保するための記録項目リスト となる。 また，課題のカテゴリは，生物圏評価のアプローチの各ステップ（評価の前提条件の設定→概 念モデルの構築→数学モデルの構築→データセットの設定→影響解析）13)において着目すべき項 目を示している。したがって，ここで整理された内容を一通り確認することにより，評価に必要 な項目を過不足なく検討・設定することが可能である。 以下に，課題のカテゴリごとに抽出された課題や対処方針の概要を示す。また，付録 6 に，課 題のカテゴリごとに抽出された課題や対処方針の詳細を示す。 (i) 評価の前提条件 性能評価における前提条件は，一貫性を重視し，評価全体にわたって単一のものであるべきで ある。そのうえで，この前提条件を生物圏評価用に拡張させる（カスタマイズする）ことは可能 であり，これまでわが国の生物圏評価においては，評価の目的，評価指標，評価の考え方 （Assessment Philosophy），処分場のタイプ，サイト条件，ソースターム及び GBI（地質環境と生 物圏とのインターフェイス），評価期間，将来の人間社会に関する仮定等を評価の前提条件として 設定してきた（例えば，地層処分研究開発第 2 次取りまとめ 14)）。特に，評価の考え方（Assessment Philosophy）については，IAEA の BIOMASS プロジェクト最終報告書 13)において提唱された事項 であり，評価を実施する前に保守性と現実性のバランス（生物圏評価で常に問題となる様式化の 考え方を含む）を明確にしておく必要があることが示されており，同様のことが種々の検討にお いても言及されている 15)- 17)。 (ii) 環境変遷 環境変遷は，地層処分処分システムのすべての側面に大きな影響を与える可能性がある。隆起・ 侵食等の天然現象は，人工バリアや天然バリアの性能の変化のみならず，生物圏の構成要素の特 3-43 徴の変化をもたらす可能性がある。このように，生物圏評価と地層処分処分システムのその他の 部分の評価において，環境変遷の取扱いに対する一貫したアプローチを確実に採用・実施するた めに，特に生物圏評価の実施者とその上流側のシステム要素である天然バリアにおける核種移行 評価の実施者の間で対話が継続されることが重要である（例えば，環境変遷の取扱いについての アプローチにおける一貫性を確保するための情報共有，協働作業等の必要性；付表 6-2 の E1 参照）。 (iii) 地質環境と生物圏のインターフェイス（GBI） GBI は，生物圏評価において天然バリアから生物圏への核種の受け渡しを行う部分として設定 するものであることから，そのモデル化にあたっては，両者の間で一貫したアプローチが採用さ れることが非常に重要である（例えば，核種の流動と拡散について両者の間で一貫した境界条件 を採用すること等）。GBI に関する重要な問題点や課題の多くは，生物圏への核種流入域として設 定される可能性がある井戸（容積，位置，放射性核種濃度）及び表層環境における核種移行の記 述に関するものである（例えば，水資源利用にあたっての需要・供給量のバランスや井戸水中核 種濃度を算出するにあたっての核種の収着・拡散の効果の考慮の必要性；付表 6-3 参照）。 (iv) 種々の水域及び近傍の堆積物 飲用や農業用に利用する可能性のある水域及び近傍の堆積物のモデル化については，そこでの 核種濃度の算出結果と人間が受ける放射線量がほぼ比例の関係を有することから，過小もしくは 過大評価を避けるべく，核種濃度算出に影響する設定を慎重に実施する必要がある。このモデル 化における問題点（誤り）は，評価対象領域における水収支（降雨，蒸発散，浸透等）の変動に 着目し，(i)～(iii)と同様，生物圏評価と天然バリア中核種移行評価において一貫したアプローチを 採用することにより解決することが重要となる。 (v) 土壌と農作物，その他の食物連鎖や被ばく経路 生物圏評価で用いる元素依存パラメータ（分配係数や農作物への移行係数，畜産物への濃縮係 数等）は，長期変遷により地表環境の状態が変化することにより，その値が変動する可能性があ る。したがって，対象とするサイトの特徴を十分に踏まえ，必要に応じてパラメータの相関を考 慮して設定すること（例えば，分配係数と農作物への移行係数に関して，土壌特性に応じた相関 性を考慮すること）が重要となる。 (vi) 潜在的被ばくグループ（PEGs） 超長期を対象とした生物圏評価において，人間の生活様式を推測することは困難である。した がって，想定される地表環境の状態の変遷から可能な範囲で生活様式を設定し，潜在的被ばくグ ループが受ける放射線量を算出するための被ばく経路の設定・モデル化を行う必要がある。その 際に特に留意すべき点は，現地調査に基づいた生活習慣パターン（食習慣，土地利用状況等）に 基づき，現在もしくは想定可能な将来の状況から大きく逸脱しない範囲での生活様式の設定を行 うということである。 (vii) 放射性核種固有の問題 放射性核種固有の問題としては，時間変遷を考慮しない既往の生物圏評価と同様，例えば，C-14 や Cl-36 等の環境中をガスの形態で移行する可能性がある核種のモデル化や，対象とする核種に 関するデータがないあるいは少ない場合のアナログデータの使用に関する課題が挙げられた。こ れらについては，すでに国際的な取り組みの中で種々の検討が実施されてきており 18)-23)，これら 3-44 の成果を参照しつつ，わが国の特徴を考慮した評価体系（例えば，水田環境における C-14 のガス 化を考慮した移行モデルの開発等）を整備することが可能である。 (viii) 包括的な問題点 包括的な問題点についても，時間変遷を考慮しない既往の生物圏評価と同様，品質管理システ ムの不足やソフトウェアツールの不適切な選択が課題として挙げられた。これらも(i)～(iii)と同様， 生物圏評価のみならず，その上流側のシステム要素である人工バリア・天然バリアと一貫したア プローチを採用する必要がある。 本年度の検討においては，生物圏評価に影響を与える因子や問題点に対する解決策の適用事例 として，諸外国や国際機関における既往の検討における具体的なアプローチの例（既往の検討に おいてどのような点に着目し，どのような方法で問題を解決したか）をあわせて整理した。具体 的なアプローチとしては，BIOMASS プロジェクト最終報告書 13) において示された生物圏評価の 方法論を諸外国の検討においてどのように適用しているかについてや，国際的な検討（IAEA の EMRAS II17) や BIOPROTA18)-24)）のうち，有効となる参考情報等を列挙した（詳細については， 付表 6-1～6-8 の「解決に向けて提案された具体的なアプローチ」欄参照）。 (3) まとめ 長期変遷を考慮した生物圏評価モデル構築における核種移行・被ばく経路の設定とパラメータ 設定に着目し，生物圏評価に影響を与え得る因子（評価上の問題点や誤り）と解決策についての 海外の専門家が有する暗黙的な経験・知見を幅広く抽出し分析・整理を行った。本年度及び過去 2 カ年の検討を通じて抽出された問題点の多くはモデル構築やパラメータ設定に関連するもので あり，パラメータ間の相関に関する適切な設定，環境変遷を考慮した地表環境の状態設定，GBI 設定及びモデル化のアプローチ，品質管理や適切なソフトウェアツールの選択にまで及ぶことが 明らかとなった。また，生物圏評価単独ではなく，その上流側のシステム要素である人工バリア・ 天然バリア中核種移行評価との共通課題として取り組むべき事項も多くみられた。 上記のような観点で問題点を整理しつつ，海外の専門家等が有する経験や知見を解決策として 表出化し有効活用することで，評価に必要な項目を過不足なく設定するためのチェックリストや 追跡性・透明性を確保するための仮定や判断根拠の記録項目リストを整備できた。また，諸外国 や国際機関における既往の検討における具体的なアプローチの例をあわせて示すことにより，今 後の検討において有効となりうる参考情報を整理することができた。 3-45 3.3.4 3.3.4.1 (1) 事例検討 3：量子化学計算手法の適用に係わる検討 本事例の概要と経緯 検討の概要 一般的に場を表現するモデルは，量子，原子，分子，物質，システムという物の成り立ちに応 じて構築されており，図3.3.4-1に示す時空間スケールに基づき構造化された問題分析モデル体系 が必要とされている。このうち，量子化学的モデルや分子動力学的モデル等のナノスケールモデ ルは，上記の問題分析モデル体系における時空間スケールの底辺を構成するものである。特に量 子化学的手法は，量子力学という基礎理論に立脚しつつ，原子多体系の電子状態を計算すること により，実測により得られた物質間の相互作用や反応性を理論的に説明し，さらに実測が困難な 現象についても予測し理解を深めることができ，またこれによって，計算実験として実験事実を 補完し，課題に対して理論的論証を与えられる可能性がある。この量子化学的手法によるナノス ケールの評価手法を用いて，時空間スケールのより大きなモデルを機構論的に支持することがで きれば，地層処分分野において実施される種々の評価の信頼性を向上させ，その結果，セーフティ ケースの信頼性・堅牢性の向上に貢献することになる。 時間 システム 性能評価 モデル 持 支 的 機 構 マクロ スケール モデル メゾスケール モデル MD ナノスケール モデル MO 図3.3.4-1 計算実験・可視化 空間 問題分析のための時空間スケールの構造化（問題分析モデル体系） 放射性廃棄物地層処分のセーフティケースで重要なことは，様々な不確実性を認識し，合理性 の限界を見極めつつ，限定的な情報・知識から，如何に信頼性のある安全性の主張を行うかであ る。そのためには，実験事実による証拠の提示，現状認められている理論での論証，天然類似物 （ナチュラルアナログ）による傍証などの様々な方法で安全性に関する多角的な論証・証拠 （Multiple lines of evidence）を示すことで，その信頼性を向上させることが重要となる。ナノスケー ルモデルは，これらの中で， 「理論による論証」及び「実験事実による証拠の提示」に対する計算 実験による補完によりこれに資するものである。 地層処分分野におけるナノスケールモデルの検討は，化学反応を伴わない物性等について， 現象理解の観点で経験的な分子シミュレーション法を適用した先駆的な研究例25)~28)はあるも のの極めて限定的であった。一方，特に地層処分システムのニアフィールド現象では化学反 応を考慮することが極めて重要であり，ナノスケールモデルの検討にあたっては，非経験論 的に化学反応に寄与する電子状態を評価できる量子化学的な計算手法の適用が必要となる。 3-46 量子化学計算は一般的に計算負荷が大きい計算手法であるが，近年の計算機性能の向上に伴 いab initio分子軌道計算法等の実用性が向上し，その適用が拡大している。その結果，最近の JACS（米国化学会誌）では，半分以上の論文が何らかの形で分子軌道法を用いた議論を取り 入れており，第一線の化学研究において，量子化学計算が不可欠な手法となっている29)。こ のような現状を踏まえれば，地層処分分野においても，化学反応を評価できるab initio分子軌 道法等の量子化学的手法を利用しつつ，ナノスケールモデルの検討を行うことは意味のある ことと考えられる。 本事例では，問題分析モデル体系の要素のひとつとして着目しているものの性能評価上の問題 への適用性について具体的な検討が少ないナノスケールモデルについて，性能評価に対する支援 技術としての適用性を課題探索フレームを活用しつつ検討する。ナノスケールモデルとしては， 3.3.4.2(1)項で詳述する量子化学計算手法に着目する。適用性の検討においては，現段階でナノス ケールモデルにより対応可能な範囲と対応方策を段階的に明らかにすることを重視するとともに， 現段階では対応が難しい領域の明確化とその解消のための可能性のあるアプローチについても検 討していくこととする。 本研究では，以下の 6 つの問題を対象に量子化学計算手法の適用を検討する。 1) アクチニド4価の水酸化炭酸錯体の存在と安定性 2) 核種のベントナイトへの収着機構 3) 強アルカリ性，高Ca濃度下でのスメクタイトの溶解反応 4) スメクタイトの鉄共存下での変質過程 5) ガラスの溶解 6) チタンと水素，チタン水素化物と水素の相互作用 このような新しい技術の導入においては必然的に専門家の経験や知見を十分に反映することが 必要であり，また 3.3.1.1 項でも述べたように，課題探索に係わる行為は，現時点では専門家の能 力や経験に大きく依存することからも，このような専門家によるヒューリスティックな検討その ものについて，課題探索的性能評価の枠組みの中で支援できるようにしていくことも重要である。 量子化学計算手法の性能評価への適用を，課題探索的性能評価技術の適用事例として位置づけて 検討を行うことは，こうした観点からも重要であり，検討のプロセスや得られた知識については 適切に記録し分析することとした。 (2) 検討の経緯 本事例においては，量子化学計算手法の検討を性能評価上の具体的な問題への適用に着目 して実施した。本事例の主な実施事項2),3),4),5)の概要を以下に示す。 1 回目： z 課題抽出： マクロからミクロまでのモデル体系の中でのナノスケールモデルの役割，現状の整理し， 「量 子化学計算手法の性能評価上の問題への適用」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 性能評価における現状の課題とニーズの整理，量子化学計算手法の特徴（適用事例，利用可 能な手法やツールの現状等）の整理を行い，量子化学計算手法の適用の対象とする性能評価 上の問題を設定。 3-47 ¾ アクチニド4価の水酸化炭酸錯体の存在と安定性 ¾ 量子化学計算による溶解度推定 ¾ 核種のベントナイトへの収着機構 ¾ 強アルカリ性，高Ca濃度下でのスメクタイトの溶解反応 ¾ スメクタイトの鉄共存下での変質過程 ¾ ガラスの溶解 また，設定された問題に対する量子化学計算手法の適用可能性，適用方法の分析を行い，量 子化学計算に期待される性能評価上の役割の整理，基本的な解析アプローチを設定。 z 対処方針の作成： 適用可能なツール，データ，計算モデル及び実施手順の検討と，解析問題及び解析計画（検 討ステップ）の設定を対策として設定。 2 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 解析問題及び解析計画（検討ステップ）の設定及び試解析結果を踏まえて， 「最初の検討ステッ プであり検討の基盤となる基本構造モデルの構築」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 設定した検討ステップに向けたモデル構築，計算手法の開発・整備・試解析を実施。また， 性能評価上の問題の見直し（「量子化学計算による溶解度推定」は現段階では十分な検討がで きないと判断，「チタンと水素，チタン水素化物と水素の相互作用」の追加），及び基本構造 モデルの構築に向けて各問題で対処すべき事項と問題横断的に対処することが効果的となる 事項の抽出（複数の問題でのモデル化の基盤となる「モンモリロナイトの基本モデルの構築」 等）を実施。 z 対処方針の作成： 各問題で対処すべき事項と問題横断的に対処する事項を踏まえた解析計画（検討ステップ） の更新と次段階で目指す検討ステップの設定を対策として設定。 3 回目，4 回目，5 回目（基本的に同じ手順を繰り返すことで，検討ステップを進めた）： z 対処方針の実施，課題抽出： 目指すべき検討ステップの設定及び試解析結果を踏まえて，本検討が新規性の高い取り組み であり，単純に検討ステップを順番に進めることは難しいことから，問題ごとの「次検討ス テップの実施，及びその効果的な実施のための前検討ステップでの改善点の抽出と対応の反 復的な実施」を課題として設定。 z 問題設定・分析： 設定した検討ステップに向けたモデル構築，計算手法の開発・整備・試解析，検討ステップ を進めるために対処すべき事項の適宜抽出（問題横断的に対処することが必要な事項として の「大規模計算を可能とする技術や環境の整備」の抽出等），解析の現状と性能評価上のニー ズとの対応性の再評価。 z 対処方針の作成： 解析計画（検討ステップ）の更新と次段階で目指す検討ステップの設定を対策として設定。 なお，5 回目では，これまでの実施内容と成果・達成度等に基づき，量子化学計算手法の性 能評価への適用性についての総括的な考察を対策として設定 3-48 6 回目： z 対処方針の実施： 量子化学計算手法の性能評価への適用性についての総括的な考察として，性能評価上の問題 に対する量子化学計算手法の現段階での適用範囲，適用条件・制約，得られる成果，ならび に今後さらに適用性を向上させていくための技術開発課題と対策案等を整理。 なお，上述のような，量子化学計算手法の性能評価上の問題への適用に関する検討という複雑 で分野横断的な検討を実施するためには，量子化学計算分野の専門家と性能評価分野の専門家に よる双方向の議論を行うことができる場を設定することが不可欠である。そこで，量子化学計算 の性能評価における活用を具体化することを目的として，量子化学計算の専門家と性能評価の専 門家からなる「量子化学計算ワーキンググループ」 （以下，WG）を平成20年度に設置し，本年度 も継続してこのWGを活用した検討を行った。WGは量子化学計算の専門家7名と原子力機構の性 能評価関係者9名及び事務局で構成される。 このようなWGにおいて検討を進めることにより，量子化学計算のstate-of-the-artを踏まえたう えで，性能評価のニーズに合致した問題の設定や解析計画の立案及び実施を効率的に行なうこと を可能とした。また，量子化学計算に係わる検討の結果の性能評価へのフィードバックも容易と なり，いわゆるPDCAサイクルを回しながら，検討の進展に伴い必要となる軌道修正を適切に実 施することが可能となる。 3-49 3.3.4.2 性能評価上の問題への量子化学計算手法の適用事例 (1) 量子化学計算手法の概要 量子化学計算手法はナノスケールの計算物理的な手法の一つであり，場を構成する分子，原子， 電子等のナノスケールでの構造や運動を計算科学的に求める手法である（図3.3.4-2）。 この手法はまず，「分子シミュレーション法」と「量子化学計算手法」とに大別される。 ・ 分子シミュレーション法：多数の原子・分子から構成される系を対象とする ・ 量子化学計算手法：原子を構成する電子の構造までを対象とする 「分子シミュレーション法」には以下が含まれる。 ・ 分子力学（MM：Molecular Mechanics）法： 経験的なポテンシャル関数に基づいて分子の構造やエネルギーを求める手法 ・ モンテカルロ（MC：Monte Carlo）法： 乱数を用いて分子集合体の平衡状態を実現する手法 ・ 分子動力学（MD：Molecular Dynamics）法： 古典力学に基づいて分子系の動的過程を追跡する手法 本研究の主な対象である「量子化学計算手法」は，対象とする構造モデルや計算方法によって いくつかに分類される。計算パラメータの取扱については，経験的，半経験的，非経験的に分類 され，経験的パラメータにはほとんど依存しない非経験的計算は第一原理（ab initio）計算とも言 われ，現状，量子化学計算手法の主流である。第一原理計算において最も基本的な第一原理電子 状態計算は，基礎方程式，構造モデル（系），電子系の取り扱いが複数に分類され（図3.3.4-2の緑 色部分），その組み合わせにより複数の手法が存在する。また，量子化学的手法をイオン系の運動 の評価や溶媒の影響等のより現実に近い系での評価に拡張することも可能である（図3.3.4-2の青 色部分）。 ここで，第一原理電子状態計算では，分子の電子状態と平衡構造（最安定構造）及び全エネル ギーを得ることができる。さらに第一原理分子動力学法まで拡張すれば一定の熱力学条件下での 分子の運動まで評価できる。一方，特にニアフィールドの性能評価で着目するプロセスは， x 核種のスペシエーションや溶解度 x 人工バリア材や岩の変質・溶解反応 x 核種と人工バリア材や岩との収着・表面反応 の大きく三つに分けられる。これらプロセスは，量子化学計算で評価可能な構造の安定性，反応 経路，熱力学的特性等とリンクするものであり，このような観点での量子化学計算の性能評価へ の適用が期待される。 また，第一原理分子動力学計算において直接評価可能な時間スケールは小さいさいため（ps ：オーダー），実際に行える計算時間において評価すべき反応が生じないこともありえる。 （10-9 s） そのような Rare Events に対処する代表的な計算手法として，以下のものがある。 ・ Nudged Elastic Band 法：第一原理電子状態計算において，反応系の始めと終わりの構造と比 較しながら構造最適化を行い最小エネルギー経路を探索する方法 ・ Shake 法：第一原理 MD 法において，ある原子の位置を固定するなど拘束力を入れる方法 ・ Bias Potential 法：第一原理 MD 法において，ポテンシャル関数を加えて加速化させる方法 一方，量子化学計算では，結晶成長，変質・溶解速度，溶液中の濃度等のマクロ物性を直接評 価することは困難である。表 3.3.4-1 に，本年度までの検討に基づき整理した，性能評価で着目す るプロセスに対して量子化学計算のアプローチと計算によって得ることが期待される情報を示す。 3-50 ナノスケールシミュレーション 分子シミュレーション法 量子化学計算手法 非経験的手法 第一原理 非経験的手法(（第１ 原 計算 , ababinitio initio計算) 計算） 理計算， 半経験的 手法 経験的 手法 第一原理手法の手法と分類 （古典）分子動力学法 モンテカルロ法 分子力学法 （Clasical Molecular （Monte Carlo Dynamics 法：CMD 法） 法：MC 法） （ Molecular Mechanics 法 ：MM 法） 基礎的手法 分子軌道法 （Molecular Orbital 法：MO 法） ・主に孤立系を対象 ・計算方法により HF 法，MP 法， CI 法等の種類がある 密度汎関数法（Density B3LYP 法 （HF 法(MO)と DFT のハイブリット型） ・実験値の再現性がよいが， 計算速度は HF 法より遅い Functional 法 ：DFT） ・主に固体（周期系）を対象 構造モデル（系） クラスターモデル バンドモデル ・周期系のモデル ・表面の影響の評価 ・孤立系のモデル ・局所構造の評価 電子系 全電子法 ・原子基底 ・系の全電子を計算 ・厳密な方法だが計算量は膨大 擬ポテンシャル法 （Pseudopotential 法） ・平面波基底 ・内殻電子をポテンシャルで置き換え価電子のみ計算 ・計算時間は速くなるが擬ポテンシャルの検証が必要 第一原理電子状態計算 ・全イオン・電子の相互作用（エ ネルギーを計算 ・最安定構造の評価（構造最適 化計算 ・反応経路・活性化エネルギー の評価（遷移状態計算） ・基本的に真空中の計算（ただ し，第一原理フォノン計算等 による熱力学的環境条件の 直接の取り込みも可能 Nudged Elastic Band 法 ・反応の中間の構造を，反応系 の始めと終わりの構造と比 較しながら構造最適化を行 い，最小エネルギー経路を探 索し，活性化エネルギーを評 動的挙動への 拡張 第一原理分子動力学法 （ Quantum Molecular Dynamics 法：QMD 法） ・分子の運動（物性）の評価 ・計算方法により BOMD 法（Born Oppenheimer MD 法），CPMD 法 （Car-Parrinello MD 法）等の 種類がある ・熱力学的環境条件下での評価 Shake 法(Constraints) ・分子に拘束力を入れた MD 計算 Bias Potential 法 経路積分第一原理分子動 力学法 ・経路積分手法（量子効果の 影響がある粒子の運動を 求める手法）と第一原理分 子動力学法のハイブリッ ・軽原子（例えば H）の運動 ド 特性の評価 第一原理 モンテカ ルロ法 経路積分第 一原理モン テカルロ法 Rare Events ・原子座標系において bias への拡張 potential 関数を入れて ポテンシャル曲面を修正する ことによる加速化 MD 計算 Metadynamics ・ Bias Potential 法 の 一 つ で ， Gaussian Potential を加えた MD から全空間のサンプリングを行 い自由エネルギー曲面を求める 現実系への拡張 （大規模計算） QM/MM 法 振動数計算の援用 ・溶媒効果の評価 図 3.3.4-2 オーダー N 法 ・必要な部分だけ量子力学的 （QM）モデル（第一原理計算） を用いて，分子力学的（MM） モデルと併用させる手法 ・溶媒効果の評価 ・バンドモデルにおける 計算量を低減させる手 法 古典 MD 法の援用 ・溶媒効果の評価 ナノスケールの計算物理的な手法の概略の分類 3-51 表3.3.4-1 性能評価において着目するプロセスと量子化学計算の関連性 性能評価において着目する 量子化学計算のアプローチ プロセス，特性 スペシエーション・溶解度 ・化学種（錯体）の安定構造 ・水和錯体，水酸化炭酸錯体の錯形 成定数 変質・溶解反応 ・水和や高pHの影響によるスメクタ イト端面の状態・特性 ・高pH環境下でのスメクタイトの溶 解特性 ・スメクタイトと鉄との反応性 情報 ・反応式の規定，遷移状態構造 ・反応に寄与する化学種の構造のモ デル化 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・溶媒効果，熱力学サイクルの評価 ・第一原理電子状態計算法による遷 移状態計算 ・固相の初期構造モデルの構築 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・変質・溶解反応に寄与する反応， 条件，遷移状態構造の規定 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・第一原理MD計算 ・第一原理電子状態計算法による遷 移状態計算 収着・表面反応 ・水和や高pHの影響によるスメクタ イト端面の状態・特性 ・核種のスメクタイト端面への収着 状態・特性 ・ガラス界面の溶解特性 ・ガラス表面変質層の特性と溶解へ の影響 ・チタン及びチタン水素化物中の原 子化水素の移行特性 量子化学計算により得られる ・固相の初期構造モデルの構築 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・古典MD計算 ・表面の初期構造モデルの構築 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・収着・表面反応に寄与する反応式， 条件の規定 ・第一原理電子状態計算法による構 造最適化計算 ・第一原理MD計算または経路積分 第一原理分子動力学計算 →構造の安定性，自由エネルギー →平衡定数 →反応経路，活性化エネルギー →基本構造モデル →分子の結合・解離に関する特性 （構造，エネルギー） →変質・溶解に寄与するイオンの運 動（物性）（拡散係数等） →反応経路とエネルギー曲面に 沿った構造・エネルギー変化 →古典MDで必要な相互作用ポテン シャル →基本構造モデル →表面の基本構造モデル →収着・表面状態の特性（構造，エ ネルギー） →収着・表面に寄与するイオンの運 動（物性）（拡散係数等） (2) 量子化学計算手法の適用を検討する性能評価上の問題 平成21年度の検討において，性能評価上のニーズ及び量子化学計算手法の特徴を踏まえ，性能 評価上重要であり，かつ量子化学計算による技術的なアプローチの可能性のある問題として以下 を設定した。 1) アクチニド4価の水酸化炭酸錯体の存在と安定性 2) 核種のベントナイトへの収着機構 3) 強アルカリ性，高Ca濃度下でのスメクタイトの溶解反応 4) スメクタイトの鉄共存下での変質過程 5) ガラスの溶解 6) チタンと水素，チタン水素化物と水素の相互作用 本年度は，前述した WG において，到達目標に対してボトルネックが少なく量子化学計算のア プローチが比較的実現しやすいと評価された 1)，2)，4)の問題については，全体の取りまとめも 3-52 見すえて合理的な到達目標を設定しつつ本年度も計算を継続した。継続した 3 つの問題について の検討の詳細については付録 7 に示す。 (3) 量子化学計算手法の適用性の検討結果の整理・取りまとめ 量子化学計算手法の性能評価上の問題への適用性の検討結果については，平成 20 年度～平成 24 年度までの検討結果を含めたうえで整理・取りまとめを行うことが重要となる。さらに，3.3.4.1 項で述べたように，課題探索に係わる行為は専門家によるヒューリスティックな検討が中心とな り，それを課題探索的性能評価の枠組みの中で支援できるようにするためには，検討のプロセス 及びその中で得られた知識を適切に記録し，将来の類似検討において参考・活用できるようにし ておくことが重要となる。 このことに対応するために，量子化学計算を適用した性能評価上の 6 つの問題を対象に， ・ 検討において得られた知識やノウハウの作業ステップと対応づけた整理 ・ 量子化学計算手法の適用においてボトルネックとなる問題とその対処方法の整理 を実施した。具体的には，各問題における ¾ 目標 ¾ 何ができたか（平成 24 年度までの達成度） ¾ 性能評価上の意義（平成 24 年度までの達成度） ¾ 何ができなかったか（平成 24 年度段階での課題） ¾ なぜ出来なかったか（Technical Bottle Neck） ¾ どうすればできるか（対処対策） について，表 3.3.4-2 に示す形での総合的な整理・取りまとめを行った。 これにより，検討プロセスの手順と内容，達成度及びボトルネックとその対処対策等の実施者 が有する知識を，参照・活用が容易な形に表出化し取りまとめることができた。これはまた，検 討の透明性・追跡性の確保にもつながり，さらに，別途原子力機構が進めている地層処分技術に 関する知識管理の取り組みにそれらの知識を反映することも容易になると考えられる。 3-53 表 3.3.4-2 量子化学計算手法の成果と課題（1/2） 性能評価上の 問題 （量子化学計 算のテーマ） アクチニド4価 の水酸化炭酸 錯体の存在と 安定性 核種のベント ナイトへの収 着機構 強アルカリ性， 高 Ca 濃度下で のスメクタイ トの溶解反応 目標 何ができたか （平成 24 年度までの達成度） [適用した計算手法：モデル，ツール] 核種移行挙動を予 測・評価するうえで重 要となる，アクチニド 元素の化学形を正確 かつ系統的に理解す るために，アクチニド 4 価の水酸化炭酸錯 体等の化学形と安定 性を量子化学計算に より評価する。 Step1~2 z Th4+，Ce3+,4+，La3+の標準状態での水和自由 エネルギーの Thermodynamic cycle を用い た評価， H2O-CO2-Th 系の反応に関与する 炭酸錯体，水酸化炭酸錯体，水和錯体の安定 構造と加水分解反応定数の評価 [第一原理電子状態計算-B3LYP 法：錯体クラス ター(溶媒効果:CPCM モデル)，Gaussian] Step3 z Th4+の水和錯体の大規模計算の適用可能性 の確認 [QM/MM 計算：溶液中の錯体，Gaussian]及び [第一原理 MD 計算-CPMD 法：溶液中の錯体(バ ンドモデル)，Quantum ESPRESSO] z Th4+と Np4+の水酸化炭酸錯体の古典 MD 計 算の適用可能性の確認（初期構造の探索） [古典 MD 計算：溶液中の錯体，mxdorto] 核種移行上の遅延メ カニズムを理解する うえで重要となる，核 種がどのような形態 でベントナイトのど のサイトに吸着し安 定化するかを明らか にするために，放射性 元素やモンモリロナ イトの組成の違いに よる収着挙動の変化 を量子化学計算によ り評価する。 緩衝材の安全機能を 長期に確保するうえ で重要となる，セメン ト系材料の反応で生 じる強アルカリ性，高 Ca 含有の水との相互 作用によるベントナ イトの変質プロセス を明らかにするため に，強アルカリ性，高 Ca 濃度下でのスメク タイトの溶解反応を 量子化学計算により 評価する。 性能評価上の意義 （平成 24 年度までの達成度） アクチニド 4 価である Th4+に着目し，水 和錯体及びヒドロキソ錯体の水中での化 学形を量子化学計算により直接的に明ら かにするとともに，量子化学計算結果と熱 力学的サイクルからの熱力学定数の定量 的な評価が可能であることを示した。水酸 化炭酸錯体については，錯体構造の推定等 の課題（初期構造の推定の重要性や溶媒 (水分子)を直接考慮したモデル適用の 必要性など）を抽出し，課題に対応する量 子化学的手法として QM/MM 及び第一原 理 MD 計算等の適用による錯体構造推定 を検討した。以上の成果と実験データや既 往の評価事例との比較より，量子化学計算 により核種の化学形や熱力学データを推 定できる見通しが得られ，データ取得が困 難なアクチニド等の熱力学データの推定 や化学アナログの妥当性確認などの性能 評価基盤の強化に資する有効な手法とな りうることを示した。 Step1 量子化学計算によって，モンモリロナイト z モンモリロナイトのエッジ構造モデルの安 のエッジ構造と安定性評価が行えるよう 定性の評価 になった。さらに，モンモリロナイトエッ [第一原理電子状態計算-DFT 法及び第一原理 ジの官能基の反応性について，量子化学計 MD 計算-CPMD 法：無水スメクタイトバンド， 算と経験的な Valence-bond 理論から酸解 Quantum ESPRESSO] 離定数及び表面電荷密度を定量的に評価 Step2 することができ，間隙水化学や収着モデル z エッジ構造モデルでの吸着水の挙動評価 のパラメータを直接裏付けることが可能 [第一原理 MD 計算-CPMD 法：スメクタイト水 となった。また，Am の擬ポテンシャルの 和物バンド，Quantum ESPRESSO] 検討を通じ，量子化学計算による放射性核 Step3 種の収着評価に向けた今後の課題とアプ z アクチニドの収着評価に向けた Am の擬ポ ローチ（アクチニドに加え軽元素も含めて テンシャルの適用性の確認 対象核種を選択，実測データとの比較，計 擬ポテンシャル作成ツール[Opium]精度の確認 算機性能の向上等）を示すことができた。 [第一原理電子状態計算-DFT 法：酸化物の結晶 モデル，Quantum ESPRESSO] Step1 z アルカリ条件下のエッジ官能基への作用（官 能基の脱プロトン化及び／もしくは OH-の 付加）によるスメクタイトの溶解性の評価ス メクタイトからの Al と Mg の溶解性の違い の評価 z エッジ及び陽イオン（Na+or CaOH+）に関す るスメクタイトの溶解性の違いの評価 z 第一段階の溶解反応（アルカリによる最初の 結合解離）の評価 上記すべての評価とも[第一原理電子状態計算 -B3LYP 法：無水スメクタイトクラスター， Gaussian] 3-54 強アルカリ性・高 Ca 濃度条件におけるス メクタイトの溶解反応を量子化学計算に より評価し，アルカリの攻撃位置の違いを 比較することによってスメクタイトの構 成元素である Si，Al 及び Mg の溶解性が 異なる可能性を見出すことができた。これ は，今後スメクタイトの強アルカリ性・高 Ca 濃度条件における溶解反応過程を探索 していくうえで，基盤的知見として利用す ることができる。また，スメクタイトの初 期溶解反応過程のスナップショットを例 示することができた。この知見は，スメク タイトの強アルカリ性・高 Ca 濃度条件に おける溶解反応過程描像の第一段階と位 置付けることができる。 何ができなかったか （平成 24 年度段階 での課題） ① ② ③ ④ ① ② ③ ① ② ③ 錯体の pH 依存性 の評価(Step1) 炭酸水和錯体の 錯体構造の現実 的なモデル化 (Step3) 水中の錯体の水 和の現実的な系 の高精度な取り 扱い(Step3) Th 以外の核種へ の適用(Step4) エッジ収着の pH 依存性の評価 (Step2) Am のエッジ収着 の量子化学計算 (Step3) 膨潤したモンモ リロナイトにお けるエッジ収着 の量子化学計算 (Step3) バンドモデルで の溶解性の評価 (Step2) 水和反応を考慮 した溶解性の評 価(Step2) 溶解過程の評価 (Step3) なぜ出来なかったか （Technical Bottle Neck） どうすればできるか （対処対策） ① ① ② ③ ④ ① ② ③ ① ② ③ 量子化学計算では本質的に（計算量の限界の ため）極端な pH 条件（pH < 2 か pH > 12） 以外を H+または OH−濃度で直接的に表現す ることは不可能であり，定量的な pH の評価 は直接できない。 錯体の初期構造の候補は錯体構造が複雑にな ればなるほどパターンが多くなり，その分計 算時間も必要となる。 QM-MM 法や第一原理 MD 法による大規模系 の計算を試みたが，計算手法の決定までなら なかった。計算量の限界も予想される。 Th に関する量子化学計算結果の妥当性を確 かにするための実験データとの整合性の確認 と計算精度やモデル化技術の向上を優先した ため，時間的に Th 以外の核種への適用まで は実施できなかった。 ② ③ ④ 実験で得られている知見を基に，対象とす る pH 条件でもっともらしいとされる化学 形の候補をあらかじめ選定したうえで，そ れらの構造安定性や反応定数等を比較す る。 古典 MD の導入によって，錯体の初期構造 がある程度絞り込める可能性がある。また， 処理能力の高い計算機（大型計算機等）の 導入でもう少し改善できる可能性がある。 時間をかけて計算手法を検討し，さらに高 性能計算機の利用を考えることで対応が可 能になる可能性がある。 Step3 までが手法として確立できれば，技 術的な問題は少なく時間的な問題だけであ るので，優先度の高いものから順次検討す ることが可能。 量子化学計算では本質的に（計算量の限界の ① ため）極端な pH 条件（pH < 2 か pH > 12） 以外を H+または OH−濃度で直接的に表現す ることは不可能であり，定量的な pH の評価 ② は直接できない。 Am は 5 f 電子が「局在」と「遍歴」電子の境 界領域にあるため，計算コストが低く且つ信 頼できる擬ポテンシャルの作製は難しい (DFT 理論では精度が保証されない)。 考慮すべき原子数が多くなるため，現段階で ③ は直接的な計算が困難であり，計算する原子 数を減らすため，層間に水を含まないモンモ リロナイトのモデルで計算を実施した。 pKa から高 pH 条件に対応したエッジの構 造モデルを推定することにより，高 pH 条 件のエッジ構造における放射性核種の収着 挙動の評価が可能である。 全電子計算や信頼性の低い擬ポテンシャル 法を用いるよりは，軽い元素で Am 等のア ナログとなるような元素で実験と比較しな がら収着挙動を理解することが合理的と考 えられる。 クラスターモデルでの検討を優先しており， 作業時間的に，バンドモデルでの評価までは 実施できなかった。 クラスターモデルでの全電子計算では，計算 容量的に現状のモデル以上に分子数を増やす のは難しい。 反応経路の探索が必要であるが，考えられる 反応のバリエーションが多く非常に難しい。 他のテーマで整備したスメクタイトのバン ドモデルを活用し，pH の影響をエッジ官能 基と溶液で表現することで対応可能であ る。 バンドモデルを活用することで対応可能で ある。 溶解のモデルについて可能性のある反応経 路の複数の候補を設定し，結合開裂・再結 合の遷移状態計算をクラスターモデルで試 行錯誤的に検討することである程度対応可 能と考えられる。 ① ② ③ り多くの原子数での計算が可能な処理能力 の高い計算機の導入・使用を検討する。 表 3.3.4-2 量子化学計算手法の成果と課題（2/2） Step1 z Fe が八面体サイトに存在する（壊れやすい） モンモリロナイトの構造モデルの構築 [第一原理電子状態計算-DFT 法：無水スメクタ イトバンドモデル及び スメクタイト水和物バ ンドモデル(Al6Mg2, Al5Mg2 Fe1, Al4Mg2 Fe2 モデル） ，Quantum ESPRESSO] 及び[第 一原理 MD 計算-CPMD 法：無水スメクタイト バンドモデル及び スメクタイト水和物バンド モデル(Al6Mg2, Al5Mg2 Fe1, Al4Mg2 Fe2 モ デル） ，Quantum ESPRESSO] Step2 z 八面体サイトの H の脱離の評価 [第一原理電子状態計算-DFT 法：スメクタイト 水和物バンド(Al6Mg2, Al5Mg2Fe1 モデル)， Quantum ESPRESSO]及び[第一原理電子状態 計算-NEB 法(one-shot)：スメクタイト水和物バ ン ド (Al5Mg2Fe1 モ デ ル ) ， Quantum ESPRESSO] 安全評価の信頼性向 Step1 ガラスの溶解 上に資する，ガラス固 z ホウケイ酸ガラスバルク構造モデルの評価 化体の溶解及び核種 [古典 MD 計算：ホウケイ酸ガラスバルクモデ 浸出に関する理論的 ル，mxdorto] な説明の基礎情報を z ホウケイ酸塩クラスターのエネルギー曲面 得るため，ガラス固化 の評価 体の長期挙動におけ [第一原理電子状態計算-B3LYP 法：ホウケイ酸 る変質層の役割に注 塩クラスター，Gaussian] 目し，ホウケイ酸ガラ z ホウケイ酸塩結晶の電荷解析 スのバルクの構造や [第一原理電子状態計算-Mulliken 電荷解析：ホ 表面構造の評価を行 ウケイ酸塩結晶バンド，CASTEP] うことで，変質層の実 Step3 体やその形成過程，化 z ホウケイ酸ガラス変質層の初期構造モデル 学的安定性を量子化 の構築 学計算により評価す [古典 MD 計算：ホウケイ酸ガラス変質層， る。 mxdorto] チタンと水素， オーバーパックの長 Step1 チ タ ン 水 素 化 期の放射性核種の閉 z 金属チタンバルク構造モデルの評価 物 と 水 素 の 相 じこめ機能を評価す z チタン水素化物バルク構造モデルの評価 るうえで重要となる， [第一原理電子状態計算-DFT 法：金属チタンと 互作用 チタンオーバーパッ チタン水素化物のバンドモデル，Quantum クの水素脆化の寿命 ESPRESSO] 評価における理論的 Step2 な裏付けを得るため z 金属チタン及びチタン水素化物の体積弾性 率の評価 に，金属チタンまたは [第一原理電子状態計算-DFT 法：金属チタンと チタン水素化物と侵 チタン水素化物のバンドモデル，Quantum 入した水素原子との 相互作用を量子化学 ESPRESSO] 計算により評価する。 スメクタイト の鉄共存下の 変質過程 緩衝材の安全機能を 長期に確保するうえ で重要となる，オー バーパック－ベント ナイト界面付近での 鉄との反応によるベ ントナイトの変質プ ロセスを明らかにす るために，鉄共存下に おけるスメクタイト の不安定化の可能性 を量子化学計算によ り評価する。 3-55 オーバーパック近傍における鉄との反応 ① による緩衝材の変質プロセスにおけるス メクタイト八面体サイトの水素脱離の可 能性とその寄与について量子化学計算に よる評価を行った。化学ポテンシャルを用 いた含水スメクタイトの八面体サイトの ② 脱水素エネルギーの比較により，環境に よってその程度は変わるが，八面体サイト に鉄を含有するスメクタイトの方が鉄原 子を含有しないスメクタイトよりも水素 ③ 原子が脱離しやすいことが明らかとなっ た。計算結果と化学ポテンシャルを用いた 理論を併用することで Lantenois らの仮 説で示された鉄共存下のスメクタイト変 質モデルの最初のステップであるスメク タイトの Fe 八面体サイトの水素脱離の可 能性が高いことを半定量的に評価できた。 八面体サイトの H の脱離反応の 活性化エネル ギ ー の 評 価 (Step2) Fe2+ の エ ッ ジ 収 着と八面体サイ ト Fe3+ の還元の 評価(Step2) Fe の層内への拡 散による 3 八面体 化の評価(Step2) ① 量子化学計算に基づく変質層による保護 的効果の理論的理解には，変質前のバルク のガラス構造の構築が不可欠であるが，こ のモデル化に際して原子間相互作用モデ ルの改善が必要であることなど，解決すべ き課題を明確化できた。また，古典 MD 法によりバルクのガラス構造から変質層 の構造を構築する予備的手法を開発し，近 い将来構築が期待されるバルク構造への 同手法の適用，実験データとの対比による 最適化等を通じ，今後変質層のモデル化と 保護的効果の理論的な検討ができる見通 しを得ることができた。 ① 実測値と整合性 のあるホウケイ 酸ガラスのバル ク構造の構築 (Step1) ガラス表面の界 面と水和の評価 (Step2) 変質層の安定性 の評価(Step3) ① 水素の移行の場となる金属チタン及びチ タン水素化物のバルク構造についてバン ドモデルを適用することによるモデル化 の見通しが得られた。これにより，既往の 水素脆化寿命評価における水素の移行に 関する仮定の妥当性を確認するために必 要なチタン中の水素濃度分布を理論的に 評価するためのツールを準備することが できた。 ① 金属チタン中の 水素原子の拡散 の評価(Step3) チタン水素化物 中の水素原子の 拡 散 の 評 価 (Step3) 界面のモデル化 とその挙動及び 温度等の影響の 評価（Dynamics の評価）(Step3) ① ② ③ ② ③ ② ③ ② ③ ② ③ 水素脱離反応の活性化エネルギーは，OH 結 合を切断するエネルギーに相当する 1eV の オーダー以上と高い考えられるため，処分環 境で想定される室温程度の MD の計算を長時 間行ってもは現実的な評価は不可能である。 想定されるエッジ断面が多種多様であり，し かもエッジ近傍がバルクと異なる組成をもつ 可能性が高いことで，検討する候補となる初 期モデルの数が非常に多い。加えて，Fe イオ ンの価数のみならずスピン状態の自由度もあ る。 八面体層への Fe2+の拡散については，終状態 の自由度（占有する八面体サイトの種類，H 脱離後のチャージアップの有無，Fe のスピン 分極度）が高いため，検討する候補となる初 期モデル数が非常に多い。 ① 原子間相互作用モデルや構成元素の電荷及び 構造緩和の最適化のための計算を試行錯誤的 に繰り返す必要があり，現状のモデルは実測 値が再現できない点でまだ十分ではない。 ガラスの表面構造を得るためには，①のバル ク構造の構築が不可欠である。 変質層の構造に関する情報の不足もあって， 変質層の構造のモデル化に際しての自由度が 現段階では大きすぎる。そのため，量子化学 計算の適用前に表面変質層の構造モデルの構 築と適正化を優先する必要性が明らかとなっ た。 ① ② ③ ② ③ 金属チタン中の水素原子の拡散では，量子効 ① 果を考慮する必要があり，評価手法として経 路積分法が挙げられる。しかし，その計算は 極めて精緻に行う必要があり，実現が難しい。 ①と同様にチタン水素化物中の水素原子の拡 散において量子効果を考慮した経路積分法に ② よる現実的な計算は極めて精緻に行う必要が ③ あり，実現が難しい。 結晶構造の異なる金属チタンとチタン水素化 物の界面の結合についてはモデルのための具 体的な手法が検討されていない。 水素の直接脱離経路と活性化エネルギーの 大体の値を Nudged Elastic Band 法で求め たうえで，計算パラメータを大胆に変更し た Metadynamics 法か，または，原子配置 に制限をかけた別の MD サンプリング法の 検討により水素脱離過程の自由エネルギー 変化を追跡できる。 他のテーマで整備したエッジ構造の検討結 果を利用して，Fe2+収着モデルの初期検討 モデルを構築する。 まず終状態の構造を調査し，自由度（占有 する八面体サイトの種類，H 脱離後の チャージアップの有無，Fe のスピン分極 度）の検証に注力する。終状態モデルが絞 られた後，SHAKE 法を併用した熱力学的 積分法で，拡散経路や自由エネルギー変化 を長時間のシミュレーションで追跡する。 古典 MD 計算と第一原理電子状態計算を併 用した手法で試行錯誤的な計算に基づきモ デルの改良を続けることでより現実系に近 いバルクガラス構造を構築する。 ガラスの表面構造は①の結果が得られれば 抽出可能である。界面の量子化学計算は， ホウケイ酸塩結晶の検討結果を踏まえて最 適な方法を適用する。 現状の古典 MD 計算で構築したバルクのガ ラス構造モデルを基に，古典 MD 計算でホ ウ素の除去と緩和計算を行う方法を用いて 表面変質層の構造モデルを構築し，そのモ デルの適正化の評価を進める。 Static な第一原理電子状態計算による拡散 前後のモデルのエネルギー差の比較や大規 模の古典 MD 計算や Bias Potential 法を用 いた第一原理 MD 等で Dynamics の計算を 検討する。 ①と同様の手法で検討する。 ①，②による水素の拡散挙動に関する知見 を蓄積した後で，界面モデルの構築と Bias Potential 法等による界面での水素の挙動 を検討する。 (4) 量子化学計算手法の適用性の総合評価 平成 20 年度～平成 24 年度までに実施した量子化学計算手法の性能評価上の問題への適用性検 討の結果を踏まえ， · 各問題の目標に対して現時点で見通しの得られた量子化学計算手法の適用範囲，適用条件・ 制約 · 量子化学計算手法の性能評価上の問題への適用に係る問題点 等を整理し，問題解決に向けた今後の展望も含めて総合的な評価を行った。なお，今後の展望に ついては，「課題固有の特徴」と「連携可能な共通事項」を抽出・整理した。ここで，「連携可能 な共通事項」は，例えば，複数の問題で共通する計算上の問題点等であり，連携して対処するこ とでその解決に向けた作業の効率化が図れると考えられるため，連携による相乗効果も含めて今 後の展望をまとめた。適用性に関する総合的な評価の結果を表 3.3.4-3 に示す。表中の「適用条件・ 制約」は， 「現時点で見通しの得られた量子化学的手法の適用範囲」と対応付けて整理している（同 じ丸数字としている）。また，「量子化学的手法の適用に係る問題点」も同様に「量子化学的手法 の適用範囲」と関連付けている。なお，現時点ではまだ検討できていない問題は星印（☆）で区 別している。 その結果，ベントナイトと放射性核種の移行に関連する「アクチニド4価の水酸化炭酸錯体の存 在と安定性」 ，「核種のベントナイトへの収着機構」，「スメクタイトの鉄共存下の変質過程」につ いてはいくつか問題点があるのものの，これまでの成果も含め量子化学計算手法の適用による性 能評価への寄与が見込まれること，また，有効なモンモリロナイトモデルが構築されればそれを 共有することで検討を効率的に進展できる可能性があることから，適用性が高いと評価できる。 一方，他の問題については，現段階では適用性に関する明確な判断はできないが，他の問題での モデルや知見の進展を適切に取り込むことなどにより，さらに達成度を高めていくことが可能と 考えられる。例えば，溶解挙動に係る問題については，本検討を通じて量子化学的な手法による 直接的な評価が難しいことがわかってきたが，「強アルカリ性，高Ca濃度下でのスメクタイトの 溶解反応」は，他の問題でのモンモリロナイトモデルの構築との連携によりさらに詳細な検討へ と展開できる可能性がある。「ガラスの溶解」についても，量子化学計算手法を援用しつつ古典 MD法をメインに進めることである程度の検討を進めることができる可能性がある。 「チタンと水 素，チタン水素化物と水素の相互作用」での拡散の検討は，第一原理分子動力学計算等による直 接的な評価は難しいが， 「スメクタイトの鉄共存下の変質過程」において積み重ねた知見を活用す ることで，ある程度の検討を進めることができる可能性がある。 3-56 3.3.4-3 量子化学計算手法の性能評価上の問題に対する適用性に関する総合的な評価結果 性能評価上の 問題（量子計算 のテーマ） アクチニド4価 の水酸化炭酸 錯体の存在と 安定性 核種のベント ナイトへの収 着機構 現時点で見通しの得ら れた量子化学的手法の 適用範囲 適用条件・制約 量子化学的手法の適用に係る問題点 ・課題固有の特徴 ・連携可能な共通事項 ① 第一原理電子状態計 算と熱力学的サイク ルによる反応定数の 評価 ② 第一原理電子状態計 算による安定化構造 の評価 ③ 古典 MD と第一原理 MD による炭酸錯体 等複雑な錯体の安定 化構造と反応定数の 評価に必要な初期構 造の探索 ① 安定化構造がわかる比較的単純な化学 種（Th4+の水和錯体及びヒドロキソ錯 体） 。溶媒効果を考慮しているが基本的 に中性条件。 ② 配位数の異なる核種の比較的単純な錯 体（ Th4+の水和錯体及びヒドロキソ錯 体で確認） 。溶媒効果を考慮しているが 基本的に中性条件。 ③ Th4+の炭酸水和錯体で試計算の段階。 溶媒効果を考慮しているが基本的に中 性条件。 （当課題固有の特徴） 1) 熱力学的サイクルによる反応定数の定量評価における精度(①) 2) 水中で多様な状態が考えられる錯体の構造安定性の評価(①②) 3) 溶液中の pH の影響評価(①②③) ① 第一原理計算による モンモリロナイトの エッジの構造の安定 性の評価 ② 高 pH 条件でのモン モリロナイトのエッ ジの反応性評価 ③ 第一原理 MD 計算の 核種の擬ポテンシャ ルの作成 ① 膨潤していない（層間に水のない）モ ンモリロナイトのモデル。エッジの近 傍の水分子は考慮している。 ② ①と同じモンモリロナイトのモデル （最安定な A-chain のエッジで確認） 。 ③ Am のノルム保存型。ただし，ウルト ラソフト型は信頼性の高いものが作れ なかった。 （当課題固有の特徴） 1) エッジと核種の相互作用(☆) 第一原理電子状態計算と熱力学的サイクルによる錯体の安定化構造と反応定数の導出は，量子化学的手法による評価手法として本検討 において確立された。ただし，本課題の適用条件・制約の①，②に示すように，水酸化炭酸錯体のような構造の自由度の大きい錯体につ いては，その多様性から安定化構造の探索が難しいことがわかった。その対応策として初期構造をより大きな系を扱える 古典 MD 法で 探索し，その初期構造モデルを用いて第一原理 MD から評価する計算の検討にも着手している。 アクチニド 4 価の水酸化炭酸錯体については，現状では試行錯誤的なアプローチになるが，古典 MD と第一原理 MD を援用した錯体 の安定化構造と反応定数の評価を 5 カ年の長期スパンの中で引き続き検討する意義はある。これにより複雑な錯体の安定性や反応定数 の評価が可能となる。一方，計算精度の信頼性向上と多様な核種への適用に向けて，量子化学計算において比較的単純で実験データとの （連携可能な共通事項） 整合性の確認が可能な化学種を性能評価側と十分協議の上選定して，その安定化構造と反応定数の評価も併せて行うことも重要である。 4) 第一原理 MD 計算における擬ポテンシャルの信頼性(③)⇔「収着」 また，溶液の pH 条件は第一原理計算や古典 MD 計算で定量的に表現することは難しく，この点でも実験データを参照して錯体の構造 に係る問題点 4) を探索することが重要である。 5) 古典 MD の相互作用ポテンシャルと計算条件の設定(③)⇐「ガラ 多様な核種に適用するために，第一原理 MD における擬ポテンシャルの精度確認等も必要であるが，連携可能な共通事項 4)に示すよ ス」の知見 うに「収着」に係る課題との連携で効率的に検討を進めることが期待できる。また，古典 MD の検討でも，連携可能な共通事項 5)に示 すように同様に「ガラス」に係る課題との連携が見込める。 （連携可能な共通事項） 2) モンモリロナイトのエッジモデル(①②)⇔「アルカリ溶解」に関 わる問題点 2)・ 「鉄との相互作用」に関わる問題点 3) 3) 高 pH 下のエッジ官能基のモデル(②)⇔「アルカリ溶解」に関わる 問題点 3)・ 「鉄との相互作用」に関わる問題点 3) 4) 第一原理 MD 計算における擬ポテンシャルの信頼性(③)⇔「錯体 の安定性」に係る問題点 4) 強アルカリ性， ① 第一原理計算による モンモリロナイトの 高 Ca 濃度下で 溶解性の評価 のスメクタイ ② 第一段階の溶解過程 トの溶解反応 ① クラスターモデルによる真空中の計算 （アルカリ条件の脱プロトンあるいは OH-の付加による表現方法の設定，ア ルカリ条件でのエッジ面，アルカリの 攻撃する位置，交換性陽イオン種の溶 解性の違いを確認） 。 ② クラスターモデルによる真空中の計算 。 （エッジの Si への OH-付加で確認） （当課題固有の特徴） 1) スメクタイトの溶解反応(☆) スメクタイト の鉄共存下の 変質過程 ① 第一原理計算による Fe が八面体サイトに 存在する（壊れやす い）モンモリロナイト の構造モデルの構築 ② 第一原理計算による 八面体サイトの H の 脱離の評価 ① エッジは考慮していないが，層間水は 考慮している(Fe や Mg の位置の違う 316 通りのモデルで確認)。 ② ①のスメクタイトモデル。部分電子状 態解析。Rare event（現実的に MD で 評価できる時間枠では起きない事象） の 評 価 で は Nudged elastic band (NEB)法。 （当課題固有の特徴） 1) Metadynamics による八面体サイトの水素脱離(②) 2) 収着した Fe2+による八面体サイト Fe3+の還元性(☆) ① ホウケイ酸ガラスバ ルク構造モデルの評 価 ② ホウケイ酸塩クラス ターのエネルギー曲 面の評価 ① 古典 MD 計算 （原子間相互作用モデル， 冷却速度，原子間相互ポテンシャルモ デル，系の大きさの影響を確認） ② ホウケイ酸塩結晶のクラスターモデル を利用。 （当課題固有の特徴） 1) ガラスのバルク構造の実測値との整合性(①②) 2) ガラス表面の界面の特性と水和挙動(☆) 3) ガラス変質層の構造モデル作成(☆) ① Ti16，H0~7 の系。H の位置は 6 配位 位置と 4 配位位置。 ② Ti16，H0~1 の系。H の位置は 6 配位 位置と 4 配位位置。 （当課題固有の特徴） 1) 金属構造のモデル構築(①) 2) 金属チタン／チタン水素化物界面の構築(☆) の描像 ガラスの溶解 チタンと水素， ① 金属チタン及びチタ ン水素化物のバルク チタン水素化 構造モデルの評価 物と水素の相 ② 金属チタン及びチタ 互作用 ン水素化物の体積弾 性率の評価 これまでに得られた成果と問題解決に向けた今後の展望 （連携可能な共通事項） 2) モンモリロナイトのエッジモデル(☆)⇔「収着」に関わる問題点 2)・ 「鉄との相互作用」に関わる問題点 3) 3) 高 pH 下のエッジ官能基のモデル(☆)⇔「収着」に関わる問題点 3)・ 「鉄との相互作用」に関わる問題点 4) （連携可能な共通事項） 3) モンモリロナイトのエッジモデル(①)⇔「収着」に関わる問題点 2)・ 「アルカリ溶解」に関わる問題点 2) 4) 高 pH 下のエッジ官能基のモデル(☆)⇔「収着」に関わる問題点 3)・ 「アルカリ溶解」に関わる問題点 3) 5) 固体中の拡散(☆)⇔「チタンオーバーパック」に関わる問題点 3) （連携可能な共通事項） 4) 溶解反応(☆)⇐「アルカリ溶解」の知見 （連携可能な共通事項） 3) 固体中の拡散(☆)⇔「鉄との相互作用」に関わる問題点 5) 第一原理電子状態計算と第一原理 MD 計算によるモンモリロナイトのエッジ構造の安定性評価と高 pH 下でのエッジ官能基の酸解離 定数が評価できた。性能評価上重要な核種である Am の収着から着手したが，適用条件・制約の③に示すように，Am はその電子構造か ら本質的に信頼性のある擬ポテンシャルの作成が難しいことがわかった。 ベントナイトの収着については，現状のモンモリロナイトのエッジモデルでは理論的に擬ポテンシャルの作成が難しい一部のアクチニ ド核種を除き，量子化学計算における大きなボトルネックはないため，引き続き検討することで当課題固有の特徴 1)に示すエッジへの 核種の収着の計算まで見通しは得られている。核種の収着特性まで評価できれば性能評価上の意義は大きい。ただし，Am の例のように 核種によって擬ポテンシャルの計算などに大きな障害となり得る可能性はあるので，核種の安定性と同様に，量子化学計算において比較 的単純で実験データとの整合性の確認が可能な収着の対象核種を性能評価側と十分協議の上選定することが重要である。また，層間水の 影響については計算負荷も考慮してある程度現状のモデルで検討した後に着手すべきである。 本課題は核種やベントナイトに関わる他の多くの課題との連携も見込める。 クラスターモデルによる第一原理電子状態計算から第一段階のスメクタイトのアルカリ溶解過程が評価できた。ただし，第一段階以降 の溶解過程についてはその素過程の自由度が大きく極めて困難な課題であることがわかった。 当課題固有の特徴 1)に該当する次の溶解のステップは極めて難しい課題であり，反応経路の探索も容易ではない。試行錯誤的に進め て現象理解は進む可能性は大いにあるが，性能評価への反映はまだ遠い目標である。ただし，溶媒や高 pH のエッジへの影響などより現 実的な条件での計算はバンドモデルの適用で評価可能であり，このモデルについては連携可能な共通事項 2)及び 3)に示すように＜収着 ＞や＜鉄との相互作用＞との連携で対処可能であることから，まずはこの検討を進めながら，溶解過程におけるどの反応をどの計算モデ ル（クラスターモデルかバンドモデルか）で評価するのかということを性能評価側と協議して絞り込む必要がある。 スメクタイト‐鉄相互作用の第一段階である八面体サイトの水素脱離が評価できた。この評価においては，部分電子状態解析，NEB 法，Metadynamics の評価を試みたが，Metadynamics はこのモデルでは計算負荷が大きく現実的な手法ではないことがわかった。 スメクタイト‐鉄相互作用の次の反応も決して簡単な課題ではないが，5 カ年の検討の中で評価できる可能性はあること，量子化学計 算により Lantenois の仮説が正しいかどうか示すことが性能評価上の意義に結びつくことから，計算結果の性能評価への反映が明確で あり，継続して次の反応（当課題固有の特徴 2）に示す収着した Fe2+による八面体サイト Fe3+の還元性及び連携可能な共通事項 3)4)5) が関連する Fe の層内への拡散による 3 八面体化の評価）についても検討すべきである。 本課題もベントナイトに関わる他の多くの課題との連携も見込める。また，連携可能な共通事項 5)に示すように拡散の評価はチタン オーバーパックの評価にもその知見を活用することが可能である。 ガラスのバルク構造の古典 MD での評価において，原子間相互作用ポテンシャルの改良や構成元素の電荷の設定において量子化学計 算の導入を試みたが，実験値との再現性の高いガラスバルクモデルはまだ得られておらず，古典 MD 計算は適用条件・制約の①に示す ようなまだ改良すべき問題点が残る。また，量子化学計算による溶解反応（当課題固有の特徴 2）及び連携可能な共通事項 4） ）や変質 層の構築（当課題固有の特徴 3） ）は極めて難しい。 ガラスについては，性能評価上の重要性は小さくないものの，他の課題と違い現段階でその分子構造が明らかでないため，現状の性能 評価上の目標への達成にはかなりの時間を要し，量子化学計算による評価が難しいテーマである。ただし，古典 MD 法での当課題固有 の特徴 3）の変質層の構築とその安定性評価については実施できる可能性はあり，またこれは性能評価上の意義と直結する課題である。 その際，変質層は計算科学的に保証された方法のみで構築することは難しいため，性能評価側との実験値との整合性をとりながらいくつ かのケースを設定して進めるべきである。 またその変質層もバルクガラス構造を元に構築するので，当課題固有の特徴 1)のバルク構造の評価も引き続き重要であるが，バルク 構造も古典 MD 中心に検討せざるを得ず，当面は量子化学計算よりも古典 MD をうまく活用したアプローチが重要になる。 第一原理電子状態計算から金属チタン及びチタン水素化物のバルク構造とその体積弾性率が評価できた。ただし，水素脆化の原因とな るチタン内部の水素原子の拡散移行の評価において，経路積分法等の適用が極めて困難であることがわかった。 連携可能な共通事項 3）の水素原子の拡散の評価とともに，当課題固有の特徴 2）のチタン－チタン水素化物界面の構築も難しい課題 である。ただし，固体内の拡散については連携可能な共通事項 3)に示すように＜鉄との相互作用＞との連携が可能であることから，チ タン及びチタン水素化物中の拡散については評価できる可能性はある。その際，この拡散の評価が性能評価上どのような意義を持つのか を明確にして，具体的な計算上の問題設定をする必要がある。拡散の評価も現状では試行錯誤的に進めなければならないため，スメクタ イトでの評価を先行させ，量子化学計算による拡散の評価手法の知見を蓄積させた後で検討することが合理的と考えられる。 注：丸数字は， 「量子化学的手法の適用範囲」 ， 「適用条件・制約」 ， 「問題点」で共通の項目番号，星印（☆）は現時点ではまだ検討できていない問題であることを示す。 3-57 3.3.5 事例検討 4：計算機技術の高度化に係わる検討 3.3.5.1 本事例の概要と経緯 (1) 検討の概要 本項では，課題探索的性能評価技術の適用事例としての「計算技術の高度化」に係る課題につ いて，課題探索フレーム（課題の抽出→問題設定→問題分析→対処方針の策定）に沿って行った， 「性能評価解析への GPGPU （General Purpose computing on Graphics Processing Unit）並列計算の 適用性」についての検討を示す。 まず，計算技術の高度化の必要性やGPGPU に着目した理由を述べる。その後，本検討の平成 22年度から平成24年度の検討経緯を示す。最後に，本年度実施した検討内容を示す。 地下環境における放射性核種の長期的な挙動について調べ，地層処分技術の性能評価を行うた めには，種々の実験的検討だけでなく数値シミュレーションを援用した検討が不可欠である。し かしながら，地下環境の複雑性，対象とする時空間領域の大きさ，多数のケースを検討すること の必要性からそのようなシミュレーションは通常大規模な計算を伴うこととなる。例えば，人工 バリアを含む処分システムの設計や安全性について考える場合，粘土中の放射性核種の拡散速度 や，核種が人工バリアから漏出した後，生活圏に到達するまでの経路や時間及び移行量について の推定が必要となる。そのための物質移行解析では，詳細で複雑なモデルを用いて非線形な問題 を精度よく解くこと，シミュレーションを多数回繰り返し許容される設計条件や安全条件の範囲 を見出すことなどのために，多数の研究者及び実務者が分担・協調して大規模な計算取り組む必 要がある。そういった場面で必要とされるのは，メインフレームコンピュータによる計算でなく， パソコンレベルで実行できるコストに見合った大規模計算である。 GPGPU を使った並列計算の環境は，比較的安価なグラフィックボードをパソコンに加え無償 提供されるコンパイラ（CUDA C コンパイラ）を用いるだけで構築でき，消費電力の点も含めて 経済的である。しかしながら，問題によっては 2 桁程度もの計算効率の向上が達成できることも あり，パソコンベースのハイパフォーマンスコンピューティングに適していると考えられる。た だし，性能評価解析で重要となる，放射性核種の地下水による移行問題への適用性については十 分に検討されておらず，GPGPU 並列計算に適したシミュレーションモデル，解析手法，達成し うる並列化効率の程度等は明らかでない。 以上のことから，本事例では，計算技術の高度化に係る課題として「性能評価解析への GPGPU 並列計算の適用性」を設定した。その性能評価上の問題としての設定・分析を行いつつ，計算効 率の向上に資する対策の立案と試行を，課題探索フレームに沿って繰り返すこととした。 (2) 検討の経緯 本事例においては，計算機技術の高度化に係わる検討を GPGPU 並列計算の性能評価解析への 適用性に着目して実施した。本事例の主な実施事項 4),5)の概要を以下に示す。 1 回目： z 課題抽出： 物質移行解析は，詳細で複雑なモデルを用いて非線形な問題を精度よく解くために膨大な計 算能力が必要であることから， 「計算を効率的に実施することができる実効的手法」を課題と して設定。 z 問題設定・分析： 抽出された課題を， 「物質移行解析を効率的に実施することができる実効的手法の明示」とし て性能評価上の問題として設定し，対象とすることが適切な物質移行解析の問題の種類や既 3-58 存技術の適用可能性を分析。 z 対処方針の作成： 実効的手法の候補として GPGPU 並列計算を選定。また，その適用性を検討するための対象 問題として，GPGPU 並列計算に適正があると思われる粒子追跡問題を抽出し，人工バリア 周りを 2 次元で表現した比較的簡単な問題を設定。 2 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 上記問題への GPGPU 並列計算の適用を試行し，粒子数と計算効率向上の関係を把握（最大 約 20 倍）。流れ場の流速分布が複雑でその計算に多数の入力データを必要とする場合や各プ ロセスが条件分岐を繰り返す場合の計算効率の著しい低下の改善を課題として設定。 z 問題設定・分析： 上記課題への対応として考えられる候補技術と当面の実現可能性等を検討。 z 対処方針の作成： 候補技術と当面の実現可能性等に基づくより実現性と有効性の高い取組み方針として，人工 バリア周りを疑似 3 次元で表現した粒子追跡問題を抽出し，あらかじめ計算した離散的な速 度場データをボクセルデータとして読み込み計算する方法の適用を対策として設定。 3 回目： z 対処方針の実施，課題抽出： 上記問題への GPGPU 並列計算の適用を試行し，粒子数と計算効率向上の関係を把握（約 2 倍）。速度データを補間する際に必要な情報を読み込む際のメモリアクセスの過度の集中，各 プロセスが担当する粒子の位置や時間ステップ長などの変化による計算効率の低下の改善を 課題として設定。 z 問題設定・分析： 上記課題への対応として考えられる候補技術と当面の実現可能性等を検討。 z 対処方針の作成： 人工バリア周りを 3 次元（不均質性含む）で表現した粒子追跡問題を抽出。粒子間の同期タ イミングの問題解消，複数台の数値計算用 GPU を用いることでの計算効率の向上などを対策 として設定。 4 回目： z 対処方針の実施： 上記問題への GPGPU 並列計算の適用を試行し，粒子数と計算効率向上の関係を把握（約 30 ～100 倍）。 3.3.5.2 本年度の実施事項 本年度は，性能評価解析の一部を成す 3 次元不均質流速場における粒子追跡問題の数値解析を， 複数の GPGPU を用いて並列計算することで，どの程度の効率化が可能かについて調べた。 まず，3 次元不均質流速場については，円筒群周りのポテンシャル流れ場を 3 次元差分法によ り予め計算した結果を用い，流速ベクトル方向の各粒子の移流経路を追跡するとともに，分子拡 散をランダムウォークとしてモデル化することで粒子群の移流-拡散挙動を計算した。 3-59 以下に主な仮定や計算の内容を整理する： x 3 次元不均質流速場として図 3.3.5-1(1)のような円柱の間を縫って地下水及び物質が移動す る系を想定する。 x 速度場は空間的には変動するが，時間的には定常状態にあるものとする。 x 粒子の大きさ，粒子間相互作用は無視でき，粒子位置の変化は流体の移動に伴う移流と分 子拡散によって起こると仮定する。 x 流速場の情報は，正方格子系を用いた差分法解析により速度場を事前に計算し（図 3.3.5-1 (2)），その結果を逐次補間して粒子追跡計算に用いる（差分法解析の格子数：803 = 512, 000 点）。 x 非均質な流速場において適切な精度で粒子経路を決定するために適応刻み幅法を用いる。 また，粒子追跡計算を進めるにあたり計算の途中段階において粒子間で時刻の同期をとる 必要があるため，小さな基本時間ステップΔt を定め，Δt 毎に粒子間で同期をとる形で計 算を進めるように粒子追跡プログラムのループ構造を修正。 x 分散に関してはランダムウォークによって表現し，時間ステップごとに位置ベクトルにラ ンダムな変位ベクトル成分を加える。 (1) 3 次元不均質流速場の計算に用いる幾何学モデル (2) 無次元化された速度ベクトルの各成分 図 3.3.5-1 3 次元不均質流速場 次に，移流－拡散計算は，同一ボード内に装備された GPGPU を任意台数用いて並列計算が可 能な形で CUDA C プログラムを作成して行い，計算効率は CPU（1 コアのみ使用）での計算時間 との比較で示した。GPGPU 計算にはワークステーション用の GPGPU である Tesla C2075 を 3 台 搭載した計算機を用い，GPU 台数毎の計算速度と速度向上率を調べた。 以下に主な仮定や計算の内容を整理する： x 粒子数:：102，103，104，105，106，2 x106 の 6 ケース。 x 初期粒子位置：平均値と標準偏差を与え，正規分布に従う乱数発生ルーチンを用いて設定。 x シミュレーションを行った計算機の環境： ¾ CPU: Intel Xeon(R) CPU [email protected] 3-60 ¾ メモリ：16.00 GB ¾ OS: Windows 7 Professional (64bit) ¾ GPGPU: Tesla C2075（3 台）（Tesla C2075 は，448 基のコアを持ちコアクロック数は 1.15GHz, グローバルメモリサイズは 5367MB。また，ワークステーションの外観と筐 体への設置状況を図 3.3.5-2 に示す） x 計算時間と粒子数の関係：粒子数及び GPGPU の利用台数をパラメータに，粒子の移流-拡散 挙動を計算し（図 3.3.5-3），あわせて計算時間を評価した（図 3.3.5-4）。主な特徴を以下にま とめる。 ¾ CPU を使った非並列計算結果は，両対数軸グラフ上でほぼ傾き 1 の直線となっており， 粒子数と計算時間の間に比例関係が成り立っている。 ¾ GPGPU を使った並列計算では，粒子数が 1 万個程度までは計算時間の増加が緩慢だが， それ以上の粒子数では CPU1 コアによる非並列計算と同程度の増加傾向を示す。これは， データコピー等, 並列計算を行う際に追加的に発生する処理に要する時間分がオーバー ヘッドとして発生し，少ない粒子数では並列化の効果が現れにくいことを示している。 x 計算速度向上率の傾向：以下で定義される計算速度向上率αで評価した（図 3.3.5-5 参照）。 主な特徴を以下にまとめる。 ¾ 粒子数が 1 万を超えるあたりから，使用 GPU 台数に見合った並列化効率が達成され, 3 台の GPGPU を用いた場合，対 1CPU との比較で 100 倍を超える速度向上が見られる。 ¾ 速度向上率は，粒子数が増加に対して最終的には飽和すると考えられ，1 台の GPGPU を使用した場合には 100 万粒子程度で上限に達し，30 倍程度の向上率が最大となるよ うに見える。一方，複数台の GPGPU を使用した場合には，今回計算を行った粒子数の 範囲では向上率は微増を続けており，速度向上率の上限はグラフ中に示される結果より も若干高い可能性がある。 ¾ なお，図 3.3.5-3 及び図 3.3.5-4 の今回の計算結果の解釈にあたっては以下の 2 点につい て注意が必要である． - 第 1 に，計算時間の測定を行う際，外部ファイルへ結果の書き出しは行っていないこ と。これは，ファイルへの書き込みを頻繁に行うと，ハードディスクへのアクセスの 時間が無視できず，プロセッサの処理速度を対応した計算時間の評価が困難となるた め。 - 第 2 に，CPU による計算時間は CPU1 コアだけを用いた非並列計算であり，現在主 流のマルチコア CPU の性能を最大限に生かした計算ではないこと。マルチコア CPU の最高パフォーマンスとの比較が必要な場合は，同時に CPU1 コアとマルチコア CPU 計算の結果を比較するか，直接 GPU 対マルチコア CPU 並列計算の比較を行う 必要がある。これは，例えば，相互作用系の問題等のより複雑な粒子系の問題へ展開 を図るうえで重要になると考えられる。 3-61 図 3.3.5-2 ワークステーションの外観と Tesla C2075 の筐体への設置状況 図 3.3.5-3 粒子の移流-拡散挙動の計算結果例 図 3.3.5-4 粒子数と計算結果例 （○：CPU を使った非並列計算，●：GPGPU を使った並列計算） 3-62 図 3.3.5-5 粒子数と計算速度向上率αの関係 （1CPU の計算時間で規格化） 平成 22 年度～平成 23 年度の検討，及び本年度行った検討から得られた「性能評価解析への GPGPU 並列計算の適用性」に関する知見は以下のように整理できる。 x 本検討では，比較的単純な系についての物資移行解析の GPGPU 並列計算コードを作成しシ ミュレーションを行ったが，GPGPU 並列計算による物質移行解析の効率化の可能性を具体 的に示すことができた。 また，本検討で開発した物資移行解析の GPGPU 並列計算コードは， 多核種かつ粒子の吸脱着を考慮した問題へ適用できるよう修正することもさほど困難では 無いため，シンプルな系ではあるが，実際の性能評価解析への利用も可能と考えられる。 x 数値計算における GPGPU と CPU の長所・短所をまとめると表 3.3.5-1 のようになる。 表 3.3.5-1 数値計算における GPGPU と CPU の長所・短所 長所 短所 GPGPU x コア数が圧倒的に多い，グローバル メモリへのアクセスは早い x SIMD 型（single instruction multiple data）の並列計算に強い CPU x クロック数が高い，キャッシュサイ ズが大きい， x 倍精度計算が高速，商用 Fortran や C コンパイラが最適化されていて高 いパフォーマンスが得やすい x MIMD(multiple instructions multiple data)並列計算につよい x ECC 機能(erorr check and correction)が機種 によっては装備されていない x 倍精度計算がサポートされないボードも 多い x 共有メモリのサイズが小さい x 演算回数あたりの消費電力が高い x メインメモリへのアクセス速度が遅い 3-63 x GPGPU のみを適用して大規模化に伴う効率向上を行うとする場合の阻害要因としては以下 のようなものが予想される。 - 流速のオーダーが著しく変化する領域が混在する場合 - 速度場のデータが GPU1 台のメモリに収まらない場合 - 速度場データが構造格子データに変換できない場合 - 領域の幾何形状の情報を頻繁に参照する必要がある問題 x 以上を踏まえると，非常に簡単な問題でない限り，GPU のみで高速化を追求するというこ とは現実的ではなく，以下のような対応が有効になると考えられる。 - GPGPU をアクセレレータ―としてプログラム内でスポット的に使う（例えば，FEM の 数値積分や要素マトリクス作成等に GPGPU を利用する）。 - GPGPU を CPU と協調させる（CPU で複雑な計算を担当し，GPGPU で大量のシンプル な演算をこなすように役割分担：例えば，CPU で有限要素解析を行い，得られた結果 を GPGPU に渡して粒子追跡や計算結果の可視化を行う）。 3-64 3.3.6 課題探索的性能評価技術の取りまとめ 課題探索的性能評価技術は，セーフティケースの信頼性向上のための性能評価上の新たな課題 を体系的に探索し，新たな課題への解決策を提案するものであり，各分野の個別の課題に個々の 専門家が経験を生かして逐次取り組むというこれまでの方法とは異なる新たな試みである。そし て，その基本的な枠組みは大きく変わらないものの，本年度までにいくつかの事例への適用を通 じて，試行錯誤しながら方法論の具体化と適用及び改善が図られてきた。 本項では，今後，性能評価における新たな問題に適用する際の手法として，これまでの経験を 通じて現時点で最善と考えられる方法論及びそれを適用する際のガイドラインをまとめた。 3.3.6.1 課題探索フレームの全体像 課題探索フレームは，全体として，①潜在的課題の抽出，②問題設定，③問題分析，及び④対 処方針の策定の 4 つの段階から構成される。ここでは，後述する各段階についての具体的な検討 方法に先立ち，これまでの事例検討での成功例・失敗例等を踏まえて認識されたボトルネック， またボトルネックに対して有効と考えられる対策の候補等を含めて，今後の適用で考えられる課 題探索フレームの全体像を示す（図 3.3.6-1 参照）。 潜在的課題の抽出： 潜在的課題の抽出は，セーフティケースの信頼性に影響を及ぼす可能性のある因子を明らかに するステップである。ここでは，セーフティケースに含まれる種々の論証のうち正当化が困難な 主張や納得し難い論拠等を課題として抽出するトップダウンのアプローチ（例えば，討論モデル を利用），及び評価基盤に含まれる矛盾，対立，競合あるいは不整合の所在を課題として抽出する ボトムアップのアプローチ（例えば，「解決策となり得る性能評価手法の知識ベース」（3.3.6.2 項 参照）を利用）を組み合わせることで，多面的な観点から潜在的な課題の抽出を行う。 問題設定： 問題設定では，上記のステップにおいて抽出された因子を，後述する「問題区分の基準」に基 づき，それぞれに対して採るべきアプローチに応じて分類し，この結果に基づき，課題探索的性 能評価の対象とすべき範囲を問題として設定する。 問題分析： 問題分析では，前ステップで設定された問題に含まれる難点や障害を，後述する「問題に含ま れる難点（障害）の分類フォーマット」を用いて分析する。 対処方針の策定： 対処方針の策定では，上記の難点（障害）を克服し得る解決策の候補を提示する。また，問題 に対する解決策の候補を直ちに適用可能な場合にはこれを用いて問題解決の手順を具体化する。 他方，問題解決に先立ち準備・開発を要する場合には，このような新たな問題解決手法の導入に 係るシナリオを想定しつつ，実現に向けた対処方針を策定することが必要となる。 3-65 討論モデル 潜在的課題の抽出 評価基盤に含ま れる矛盾、対立、 競合あるいは不 整合の所在 セーフティケースの信頼性に影響を及ぼす可能性のある 正当化が困難 な主張や納得し 因子を抽出 難しい論拠 問題設定 問題区分の 基準 問題に含まれ る難点（障害） の分類 抽出された因子を、それぞれに対して採るべきアプロー チに応じて分類し、課題探索的性能評価の対象とすべき 範囲を問題として設定 解決策となり 得る性能評価 手法の知識 ベース 問題分析 設定された問題に含まれる難点（障害）を分析する 対処方針の策定 SWOT分析 AHP,ESL等 性能評価分野で 既にルーティン 的に行われてい る範囲の明確化 上記の難点（障害）を克服し得る解決策の候補を提示し、 これらによる問題解決の手順を具体化する。準備・開発 を要する場合には、導入シナリオを想定し、実現に向け た対処方針を策定する 問題に含まれる 難点（障害）へ の解決策の候 補のマッピング 各手法の長所と 短所 図 3.3.6-1 課題探索フレームの全体像 3.3.6.2 解決策となり得る性能評価手法の知識ベースの整備 課題探索的性能評価技術を用いたこれまでの事例検討の経験を通じて，課題探索フレームの各 ステップ（図 3.3.6-1）において，既存の性能評価手法が使えるかどうかを検討することが頻繁に 行われた。そのため，既存の様々な性能評価手法を解決策の候補としてチェックできるように， 以下の事項を簡潔にまとめた「解決策となり得る性能評価手法の知識ベース」 （以下，性能評価手 法知識ベース）を整備することとした。 x 目的 x 手法の概要 x 適用事例 x 他の手法やデータ等との矛盾，対立，競合あるいは不整合（潜在的課題抽出における着目点） x 問題に含まれる難点を解決可能なパターンに読み替えるためのキーワード（対処方針の策定 （問題に含まれる難点（障害）への解決策の候補のマッピングの作成）において参照） x 長所と短所（対処方針策定における意思決定支援(SWOT 分析など)で参照） x 参考文献 性能評価手法知識ベースに含まれる性能評価手法は，現象モデル，評価ツール，及び知識・情 報マネジメント手法の 3 つに大別され，それぞれ図 3.3.6-2 に示す形で分類・細分化される。 3-66 (a) 性能評価手法全体 (b) 現象モデルで分類・整理した例 (C) 化学モデルで分類・整理した例 図 3.3.6-2 「性能評価手法知識ベース」での分類・細分化 3-67 細分化された分野として「化学平衡モデル」を例に，性能評価手法知識ベースとしての情報の まとめ方の具体例を図 3.3.6-3 に示す。 図 3.3.6-3 「性能評価手法知識ベース」で項目毎にまとめた情報の具体例 性能評価手法知識ベースのプロトタイプにおいては，細分化された全ての項目の情報の整理及 び取りまとめについては時間的な問題により実施することができなかったものの，数十個の項目 については図 3.3.6-3 の形での情報の整理及び取りまとめを実施することができた。これらの情報 を参照することにより，課題探索フレームを用いた事例検討を部分的にサポートできるように なったと考えられる。 3-68 3.3.6.3 課題探索の各ステップにおける具体的な検討方法の取りまとめ 課題探索フレームの全体像（図 3.3.6-1）で示した 4 つのステップについて，これまでの事例検 討を通じて得られた経験に基づき現時点で最善と考えられる具体的な検討方法を分析・整理した。 以下にその内容まとめる。 (1) 潜在的課題の抽出 既に述べたように，潜在的課題の抽出は，セーフティケースの信頼性に影響を及ぼす可能性の ある因子を明らかにするステップである。ここでは，セーフティケースに含まれる種々の論証の うち正当化が困難な主張や納得し難い論拠等を課題として抽出するトップダウンのアプローチ， 及び評価基盤に含まれる矛盾，対立，競合あるいは不整合の所在を課題として抽出するボトムアッ プのアプローチを組み合わせることで，多面的な観点から潜在的な課題の抽出を行う。 1) 潜在的課題抽出へのトップダウン的アプローチ トップダウン的アプローチでは，意思決定に参加する多様なステークホルダーが，セーフテ ィケースに含まれる種々の主張とこれらの論拠に納得し合意することができるか否かを評価す る。具体的には，セーフティケースに含まれる論証の構造を整理し，正当化が困難な主張や納 得し難しい論拠の所在を明確にし，これらを改善するための（潜在的な）課題を抽出する（図 3.3.6-4 参照）。この実施においては，討論モデルにおける論証のパターンを類型化した論証ス キームを用いて，論証スキーム毎に整理された批判的質問をチェックリストとして用いること により，正当化が困難な主張や納得し難しい論拠の洗い出しを行うことが効果的と考えられる （図 3.3.6-5 参照）。 論 拠 （ Arg ume nt） 主張 ﾛﾘ ・ ・ 評価 裏 付け 証拠 説得性の低い論拠 正当化が困難 な主張や納得 し難しい論拠 反証 論拠 反証 現状の知見では再反論 論拠 することが困難な反証 論拠 討 論 モ デ ル （ A rgu me ntation mod el） 図 3.3.6-4 トップダウン的アプローチのイメージ 3-69 改善のために 必要な新たな 論拠とその要件 を明らかにし、 課題として抽出 生 選択した論証スキームに対応する批判的 質問のタイプが予め 意されており具体 的な批判の想定を支援する 用 用 使 する論証スキームを選び具 体的な内容を記入して論証を 成 反証のために論証スキームを選 び再び具体的な内容を記入する セーフティケースに関連する論証スキーム クラス 理 論証スキームの内容の例（類似性に基づく論証） 前提 主張 事例 理 批判的 質問 理 理 対象とする事例と類似した事例がありそこでは命題が正であ ることが知られている 上記の事例との類似性に基づき対象とする事例でも命題が正 であると推論される 実験系と地層処分システムとの類似性 処分場で いられる材料と考古学的試料との類似性 地層処分システムと自然（地質学的）系との類似性 CQ1; 参照する事例は論証対象とする事例と類似していると 言えるのか？ CQ2; 参照する事例では論証は確かに成立しているのか？ CQ3; 他の事例の中で検討対象とする事例に類似しておりか つ論証の成立しないような矛盾したものはないか？ CQ4; 選択された類似事例には本質的なバイアスが含まれて いないか？ CQ5; 類似性の判断に含まれる誤差や不確実性は許容できる 程度のものか？ 用 論証スキーム 科学における基本法則に基づく論証 原 ・原則に基づく論証 広く受け入れられている考え方（principle）に基づく論証 除外基準に基づく論証 実験データに基づく論証 基礎的なモデルに基づく論証 経験的モデルに基づく論証 科学的推論に基づく論証 類似性に基づく論証 内挿による論証 外挿による論証 専門家の判断による論証 保守性に基づく論証 安全論 に基づく論証 完全性に基づく論証 頑健性に基づく論証 共通の 解に基づく論証 先行事例に基づく論証 社会的規範に基づく論証 倫 に基づく論証 経済性に基づく論証 社会的受容性に基づく論証 図 3.3.6-5 トップダウン的アプローチにおける討論モデルの論証スキームの活用イメージ 2) 潜在的課題抽出へのボトムアップ的アプローチ ボトムアップアプローチでは，関連する諸研究領域における様々な知識や情報あるいはデー タの中に互いに矛盾あるいは対立するような不整合な要素の共存を見出し，そのいずれを採る かによってセーフティケースの主張の成立性が影響され得るか否かを評価する。この実施にお いては，3.3.6.2 項で述べた性能評価手法知識ベースに含まれる「他の手法やデータ等との矛盾， 対立，競合あるいは不整合」についての情報を参照して，矛盾，対立，競合あるいは不整合の 所在を明確にしつつ，これらを改善するための（潜在的な）課題を抽出する。 (2) 問題設定 問題設定では， 「潜在的課題の抽出」のステップにおいて抽出された潜在的課題について，それ ぞれに対して採るべきアプローチを「問題区分の基準」に応じて分類し，この結果に基づき，課 題探索的性能評価の対象とすべき範囲を問題として設定する。 課題探索的性能評価における「問題区分の基準」とは，良定義（well-defined）問題と難定義 （ill-defined）問題との区分（表 3.3.6-1）についてのものであり，課題探索的性能評価では，難定 義問題の中で既知の解が候補となり得るようなものを主要な対象として問題設定を行う。 3-70 表 3.3.6-1 良定義問題と難定義問題の比較 30) 良定義（well-defined）問題 難定義（ill-defined）問題 ・初期状態，目標状態，及びスタートか ・満足できる解が二つ以上あるかもしれず， らゴールに到達するために利用でき 特徴 るプロセスまたは操作の集合が完全 に指定されているような問題 明確に指定された目標状態がない ・多くの可能な解があるばかりでなく，解 に到達するために複数の手段があり得 るので，必要な操作を曖昧さを残さずに 特定することができない 例 ・八角形の内角の和はいくつか？ ・リサイクルは如何にして改善できるか？ ・二酸化炭素の分子量はどれほどか？ ・未来の自動車はどんなものになるか？ ・創造性はどうすれば強化できるか？ 上記に基づく潜在的課題の分類及び課題探索的性能評価の対象とすべき問題の設定の考え方を 図 3.3.6-6 に示す。同図に示すように，前ステップで抽出した潜在的課題を前述した問題区分の 観点から分類し，良定義問題については，比較的ルーティン的な解決プロセスにおいて対処する。 他方，難定義問題については，課題探索的性能評価における問題設定の対象とし，性能評価手法 知識ベースを参照して既知の解（既存の性能評価手法等）が解決策の候補となるか否かを探索す る。ただし，ここでの結果は作業仮説として位置づけるべきものであり，その妥当性は「問題分 析」や「対象方針の策定」のステップにおいて改めて具体的な解決策の候補を検討することを通 じて検証される必要がある。また，難定義問題のうち，既知の解（既存の性能評価手法等）が解 決策のが候補とはならないと判断されたものについては，様々な分野で検討されている創造的問 題解決の手法が有効となる場合がある。このような手法は，ブレインストーミング，KJ 法， TRIZ，あるいは水平思考のような問題解決の支援を目的とした実践的な手法と計量心理学や精 神分析などの問題解決プロセスの理解を目的とした手法とに区分される（図 3.3.6-7）。また，こ れらを連携する，すなわち「問題解決における心理過程を理解し，その知見を問題解決支援に活 用する」といった認知心理学的なアプローチ（図 3.3.6-6，図 3.3.6-7）31)が問題解決に有効になる 可能性がある。 潜在的課題の抽出 良定義 (well-defined) 問題の区分 Yes 比較的 ルーチン的 な解決プロ セスへ 認知心理学分野等のアプローチ 難定義 (ill-defined) 既知の解が 候補となる 孵化 (incubation) 問題に集中しない状態 回想、プライミング（準備刺激） No 洞察 (insight) コンセプトの「突然の」転換 解の獲得 問題の特徴に適した新たな 手法による問題解決 検証 (verification) 課題探索的性能評価の 主要な検討範囲 解の有効性の評価 必要性に応じて前段階へ回帰 Wallas, G., The art of thought. Harcourt, Brace, and World, 1926. 図 3.3.6-6 潜在的課題の分類及び課題探索的性能評価の対象とすべき問題の設定の考え方 3-71 図 3.3.6-7 創造的問題解決における種々の手法及び認知心理学的アプローチの位置づけ (3) 問題分析 問題分析では，前のステップで設定された問題に含まれる難点や障害を， 「問題に含まれる難点 （障害）の分類フォーマット」（表 3.3.6-2）を用いて分析する。 「問題に含まれる難点（障害）の分類フォーマット」は，Dörner and Wearing 9)による問題に含 まれる難点（障害）を分析する際の視点を表形式にしたものである。 表 3.3.6-2 問題に含まれる難点（障害）の分類フォーマット 問題に含まれる難点（障害）の特徴 状況の不透明性 多数の目的 複雑性 ダイナミクス 明確に定義されていない目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 多数（多様）の要素 多くの関係性（階層関係，相互作 用や交流，配分） 不均質性 時間的制約 タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 また， 「問題に含まれる難点（障害）の分類フォーマット」を用いて具体的に問題を分析する際 に参考となることを目的に，フォーマット中の各項目に対応する性能評価上のポイントの整理を 試みた結果の例を表 3.3.6-3～表 3.3.6-6 に示す。問題分析では，これらの性能評価上のポイントの 例を参考にしつつ，前のステップで設定された問題を「問題に含まれる難点（障害）の分類フォー マット」を用いて分析することにより，問題に含まれる難点や障害を体系的に分類する。 なお，「問題に含まれる難点（障害）の分類フォーマット」を用いた問題分析については，「事 例検討 1：性能評価による地質環境情報の評価と合理的な設計の支援（3.3.2 項）」で適用を試みて いる（表 3.3.2-2～表 3.3.2-3 参照）。 3-72 表 3.3.6-3 性能評価における状況の不透明性の例 今後決定される候補サイトの地質環境 試錐孔あるいは坑道から離れた位置での岩盤特性 遠い将来の生物圏の様式化の前提となるヒューリスティックな知識 表 3.3.6-4 性能評価における多目的性の例 明確に定義されていない目的 z 現実的なニアフィールド性能評価 z 将来の生物圏の様式化 z 性能評価結果のわかりやすい表現 相反する目的の存在 z 評価の保守性と合理性（現実性） z 問題の 3 次元化・複雑化と計算の高速化 時間とともに変化する目的 z State‐of‐the‐art な性能評価 z ステークホルダーのニーズに即した性能評価 表 3.3.6-5 性能評価における複雑性の例 多数の（多様な）要素 z 特性の異なる多数の廃棄体 z 多様な人工バリア材料 様々な関係性 z 階層関係（マルチスケール性など） z 処分孔スケール／坑道スケール／パネルスケール／処分場スケール z ナノスケール／ミクロスケール／メゾスケール／マクロスケールなど z 相互作用や交流 z 複数廃棄体・材料間の干渉 z 複数のプロセス・現象間の相互作用（連成効果） z 建設・操業・閉鎖における各工程間の取り合い（時間的推移や隣接領域での 異種の作業の進行など） z 配分・配置 z 特性の異なる廃棄体の不均質な母岩中での配置 不均質性 z 母岩特性の不均質性（透水性亀裂の分布等） 3-73 表 3.3.6-6 性能評価におけるダイナミクスの例 時間的制約 z 処分場建設から閉鎖までの期間の制約（事業スケジュール，地下環境の 擾乱低減等のため） タイミングの感度 z 複数の廃棄体や人工バリアの定置あるいは坑道閉鎖の手順やタイミング によるその後のニアフィールド環境変遷挙動の変化 フェーズの効果 z 建設以前に対する，建設，操業，閉鎖，閉鎖後の地質環境特性の変化 z 廃棄体発熱期間とそれ以後の熱的プロセス及び温度依存性のある現象の 変化 z 核種移行開始（オーバーパック開口）前後で考慮すべき環境条件の変化 z 人工バリア材料変質（セメント溶脱，緩衝材変質，鉄腐食，ガラス溶解 等）の進行フェーズに応じた生ずる現象や環境条件の変化 予測不能性 z 将来の人間活動及びその影響（人間侵入等） z 将来のテクトニクス的環境の変化あるいはそれによって引き起こされる 天然事象の影響等 (4) 対処方針の策定 対処方針の策定では，性能評価手法知識ベースに含まれる「問題に含まれる難点（障害）への 解決策の候補のマッピング」により，上記の難点（障害）を克服し得る解決策の候補を提示する。 また，これにより提示された解決策の候補が直ちに適用可能な場合にはこれを用いて問題解決の 手順を具体化する。他方，問題解決に先立ち準備・開発を要する場合には，このような新たな問 題解決手法の導入に関するシナリオを想定し，実現に向けた対処方針を策定することが必要とな る。この際，例えば，候補となる手法が複数存在する場合には，性能評価手法知識ベースを用い て各手法の長所と短所を比較するとともに，必要に応じて SWOT 分析などの意思決定支援手法を 用いることも有効な手段になると考えられる。 1) 問題の難点（障害）を克服し得る解決策の候補の提示 性能評価手法知識ベースに含まれる「問題に含まれる難点（障害）への解決策の候補のマッ ピング」 （以下，候補マップ）を作成して，上記の難点（障害）を克服し得る解決策の候補を提 示することは，課題探索的性能評価の中で最も重要な過程の一つとなる。候補マップの作成に おいては，問題分析で行った「問題に含まれる難点の分類」の結果に基づき，分類したこれら の難点（障害）を「解決可能なパターンに読み替えるためのキーワード」に変換し，このキー ワードに対応する「解決策となり得る性能評価手法」の候補を性能評価手法知識ベースから抽 出することで，問題に含まれる難点（障害）と解決策の候補の対応付けを行う（図 3.3.6-8，図 3.3.6-9）。 3-74 解決策となり得る性能評価 手法の候補 問題に含まれる難点を解決可能 なパターンに読み替えるための キーワード 問題に含まれる難点の分類 図 3.3.6-8 問題に含まれる難点（障害）と解決策の候補のマッピングの概念 問題分析で行った「問題に含まれる難点の分類」の結果 問題に含まれる難点（障害）の特徴 状況の不透明性 多数の目的 複雑性 ダイナミクス 問題１：○○○手法の開発 ●●● 明確に定義されていない目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 多数（多様）の要素 多くの関係性（階層関係，相互作 用や交流，配分） 不均質性 時間的制約 ▲▲▲ タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 「問題に含まれる難点の分類」の結果と 「問題に含まれる難点を解決可能なパターンに 読み替えるためのキーワード」の内容が概ね一致 →一致した手法・モデルが「解決策となり得る 性能評価手法」の候補となる。 手法・モデル名 状況の不透明性 多数の目的 複雑性 ダイナミクス □□□モデル 明確に定義されていない目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 多数（多様）の要素 ▲▲▲ 多くの関係性（階層関係，相互作 用や交流，配分） 不均質性 時間的制約 ◆◆◆ タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 手法・モデル名 状況の不透明性 多数の目的 複雑性 ダイナミクス ×××モデル ●●● 明確に定義されていない目的 相反する目的の存在 時間とともに変化する目的 ■■■ 多数（多様）の要素 ★★★ 多くの関係性（階層関係，相互作 用や交流，配分） 不均質性 時間的制約 タイミングの感度 フェーズの効果 予測不能性 性能評価手法知識ベース内の各手法・モデル毎に整理した 「問題に含まれる難点を解決可能なパターンに読み替えるためのキーワード」 図 3.3.6-9 問題に含まれる難点の分類」の結果と性能評価手法知識ベースを用いた 性能評価手法の解決策の候補の抽出のイメージ 3-75 「問題に含まれる難点の分類結果」と性能評価手法知識ベース内の「解決可能なパターンに 読み替えるためのキーワード」及び「解決策となり得る性能評価手法」とのマッピングの具体 例を図 3.3.6-10 に示す。 問題に含まれる難点の分類 問題に含まれる難点を解決可能なパターン に読み替えるためのキーワード 解決策となり得る 性能評価手法の候補 連続変数と して表される 特性分布と しての 移動する複 数の物質間 の相互作用 としての 廃棄物の多 様性としての 移流速度の コントラスト としての スケールの 異なる問題 間の関係と しての 変質による 特性変化と しての 図 3.3.6-10 問題に含まれる難点と解決策の候補のマッピングの例：物質移動モデル 2) 対処方針の策定 問題に含まれる難点に対する解決策が候補マッピングによって抽出され，その解決策が適用 可能な状況であれば，性能評価手法知識ベースに含まれる情報（特に適用事例）を参照しつつ， 問題解決のための手順を具体化することとなる。 他方，問題解決のために技術の準備や開発が必要な場合や解決策の候補が複数存在する場合 には，候補となる解決策間の比較や技術の導入に係るシナリオの策定等を通じて開発計画を立 案する必要がある。このような開発計画の立案においては，SWOT 分析 10)などの意思決定支援 手法を活用することが有効となると考えられる。 ここでは，SWOT 分析を例として対処方針策定への支援方法について述べる。 SWOT とは，以下の 4 つの因子を指す。 y Strength：目標達成に貢献する内在的特質 y Weakness：目標達成の障害となる内在的特質 y Opportunity：目標達成を支援する外的要因 y Threat：目標達成を阻害する外的要因 SWOT 分析では，これらの 4 つの因子に着目し図 3.3.6-11 に示す SWOT 分析用マトリクスを 用いて， • どのように強みを活かすか？ • どのように弱みを克服するか？ 3-76 • どのように機会を利用するか？ • どのように脅威を取り除く，または脅威から身を守るか？ を検討することによって計画立案を支援する。 Opportunity Threat Strength どうやって強みを活かし て機会（チャンス）をつ かむか？ どうやって強みを活かし て脅威（ピンチ）を回避 するか？ Weakness どうやって弱みを克服し て機会（チャンス）をつ かむか？ どうやって弱みと脅威 （ピンチ）の因果関係を 断ち切る か？ 図 3.3.6-11 SWOT 分析用マトリクス 課題探索的性能評価における対処方針の策定において SWOT 分析を活用するためには，性 能評価手法に関連する SWOT 因子を抽出することが必要となる。このような SWOT 因子を抽 出する際に参考となるキーワードの例を図 3.3.6-12～図 3.3.6-15 に示す。性能評価手法知識ベ ースでは，SWOT 分析の適用に際して参照できるように，各手法の長所（Strength）と短所 (Weakness)について整理している（図 3.3.6-16 参照）。 図 3.3.6-12 性能評価手法における Strength のキーワード 図 3.3.6-13 性能評価手法における Weakness のキーワード 3-77 図 3.3.6-14 性能評価手法における Opportunity のキーワード 図 3.3.6-15 性能評価手法における Threat のキーワード 図 3.3.6-16 性能評価手法知識ベースにおける各手法の長所と短所の整理の例 （化学平衡モデルの場合） SWOT 分析の手法を用いて対処方針の策定を行う際には，例えば，以下のような手順で検討 を進める。 ① 候補マップにより抽出された複数の性能評価手法の候補を対象に，当該性能評価手法の Strength と Weakness を明確化する。その際に，性能評価手法知識ベースにおいて各手法に ついて整理された長所（Strength）や短所（Weakness）の情報を適宜参照することにより， 効率的にこれらを明確化することが可能である。 ② 事業目標，社会的ニーズや研究開発動向等に関する Opportunity と Threat を分析する。 ③ ②と③で明確化された SWOT 因子についてマトリクス（図 3.3.6-17 参照）を用いて分析 を行い，マトリクスのそれぞれについて対処方針を提案する。 ④ 提案された対処方針に基づき必要な開発計画を立案する。 3-78 Opportunity リソース 算多 の数 実の 施ケ が 求ス めに ら つ r い てて いの る計 予 算 が 限 ら れ て い る 研 究 開 発 期 間 が 短 い 計 算 リ ソ ー さ十 て十 め性 排性 向性 れ分 い分 ら 能 除能 上能 て な る な れ評 が評 が評 人 て価 求価 求価 い計 的 いの めの めの る算 リ 資 る信 ら過 ら分 ソ 頼 れ度 れか 源 性 ての て り が 向 い保 いや 確 ス 上 る守 るす 保 が さ 性 が さ 確 の の 求 れ 保 リソースの制約 ー ら十 れ分 てな い研 る究 開 発 期 間 が 認 め ー る十 分 な 予 算 が 確 保 さ れ て い Threat 動機 ス が 少 な い 抵抗 人 的 資 源 が 少 な い に従 抵来 抗の が手 あ法 るを 抵 抗 す る こ と 抵保 抗守 が性 あを る犠 牲 に す る こ と に い理 る論 こ的 と根 に拠 抵の 抗弱 がい あ手 る法 を 用 と実 に際 抵の 抗現 が象 あか るら 乖 離 す る こ こ分 とか にり 抵や 抗す が さ あを る犠 牲 に す る に計 抵算 抗時 が間 あを る増 大 さ せ る こ と 精度が高い 理論的根拠が明確 問題への適用性が高い 実績が多い 前処理に要する時間が短い 効率性が 計算時間が短い 高い 後処理に要する時間が短い 入力データが入手できる リソースが 利用可能な解析ツールがある 豊富である ユーザー数が多い 精度が低い 信頼性が 理論的根拠が明確ではない 低い 問題への適用性が低い 実績が少ない 前処理に要する時間が長い 効率性が 計算時間が長い 低い 後処理に要する時間が長い 入力データが入手できない リソースが 利用可能な解析ツールがない 限られている ユーザー数が少ない Weakness Strength 信頼性が 高い 図 3.3.6-17 SWOT 分析用マトリクスのテンプレート 3.3.6.4 課題探索の各段階における具体的な検討方法の適用性確認 3.3.6.3 項で取りまとめた「課題探索の各ステップにおける具体的な検討方法」については，実 際の課題に適用することによって，その適用性を確認しておくことが重要になる。本年度は， 「事 例検討 1：性能評価による地質環境情報の評価と合理的な設計の支援（3.3.2 項参照）」において， 課題探索の各ステップにおける具体的な検討方法の適用を試みた。 今後，その他の事例についても課題探索の各段階における具体的な検討方法を適用して，方法 論の適用性や問題点・課題等を抽出・確認し，適宜技術改善と事例の蓄積を図っていくことが重 要になると考えられる。 3-79 3.4 まとめ 「性能評価技術の高度化」では，性能評価解析とレポーティングを一貫性と整合性をもって実 施することを可能とする統合的な性能評価手法に関する高度化開発，及びニアフィールドを中心 として地層処分システムの長期性能をより現実的に評価するための課題抽出と対処方針策定のた めの検討手法に関する高度化開発を行うことを目的として， 「性能評価統合技術」及び「課題探索 的性能評価技術」の体系を構築した。 その結果，以下の技術・知見の体系の実用版を整備することができた。また， 「6 章 統合・利 用支援環境の開発」で行う利用シナリオや統合・利用支援環境の整備を通じて，ツール，事例ベー スを統合しパッケージ的に利用できるようにした（性能評価技術パッケージ） 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 (1) 性能評価統合技術 比較的ルーティン的な性能評価解析作業の実施を支援し，かつ的確に品質管理を行えるよう にすることを目指して，web 上で閲覧することの可能な HTML 形式の評価レポートとその作 成や解析の実行に用いる解析ツールを一体的に利用できるようにすることを中核とする電子 性能評価レポート（e-PAR）の概念を発案し，段階的な開発を通じて実用版を整備した。本年 度は特に，ユーザビリティの向上に着目し，レビューでのコメント・要望も取り入れながら， e-PAR の画面デザインの見直しによる視認性の向上，メニューや機能ボタンの配置の改善によ る操作性の向上を図るとともに，解析結果のデジタルデータの画面表示・ファイル保存機能の 追加や解析結果の図化機能の強化などの電子性能評価レポートとしての基盤機能の充実を 図った。また，e-PAR 事例の拡充として，第 2 次取りまとめ基本シナリオの主要解析ケース等 に関する e-PAR 事例の整備を図るとともに，新規解析の効率的実施を支援できるように，事例 として登録されている e-PAR のパラメータを変更して新たな解析ケースを設定する手順等を マニュアルとして整備した。 (2) 課題探索的性能評価技術 次世代の性能評価に必要となると考えられる技術である「性能評価による地質環境情報の評 価と合理的な設計を支援する技術」 ， 「長期変遷を考慮した先進的生物圏評価技術」 ， 「量子化学 計算手法の適用」， 「計算技術の高度化」を対象に，課題の抽出から対処方針設定までの作業を 課題探索フレームに沿って実施することで，次世代性能評価技術の実現に関する現段階での見 通しや，今後実施すべきと考えられる事項等を整理することができた。これら検討結果は，試 行錯誤の経緯も含めて課題探索的性能評価という新たなアプローチの事例とした。さらに本年 度は，それら事例検討の検討経緯や実施上の経験を分析することで，課題の抽出から対処方針 設定までの作業を実施する際に「必要となり得る作業」や「ボトルネックとなり得るポイント」 等を整理し，それらの解決や支援に有効となると考えられる手法・技術等を検討するとともに， 例えば，課題探索フレームに沿った作業で頻繁に参照することになる性能評価手法に関する情 報の性能評価手法知識ベースとしての体系的集約等を試行した。 3-80 参考文献（3 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年度地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物処分関連 地下坑道施工技術高度化開発 報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-08/21fy8.pdf (2010). 9) Dörner, D., Wearing, A.: Complex problem solving: Toward a (computer-simulated) theory. In P. A. Frensch & J. Funke (Eds.), Complex problem solving: The European Perspective (pp. 65-99). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates (1995) 10) Bussinessballs.com: “SWOT analysis method and examples, with free SWOT template”, http://businessballs.com/swotanalysisfreetemplate.htm 11) P. Maul, C. Watson: “QPAC: Quintessa's General-Purpose Modelling Software”, Quintessa Report QRS-QPAC-11 (2012) 12) 鈴木康裕・浦本直彦，2008 年 7 月 PROVISION 58 号「特集テーマ：次世代エンタープライズ・ データセンター」，クラウド・コンピューティング 13) IAEA (2003):. "Reference Biospheres" for Solid Radioactive Waste Disposal. Report of BIOMASS Theme 1 of the BIOsphere Modelling and ASSessment (BIOMASS): Programme IAEA-BIOMASS-6. International Atomic Energy Agency, Vienna. 14) 核燃料サイクル開発機構（1999):：わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信 頼性 －地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－，総論レポート,JNC TN1400 99-020. 15) IAEA (2009):. Notes for Lectures on the Post-closure Safety Assessment of Radioactive Waste Disposal Facilities. 16) IAEA (2012):. IAEA ISAM. International Atomic Energy Agency, Vienna. Environmental Modelling for Radiation Safety (EMRAS): —A Summary Report of the Results of the EMRAS Programme (2003-2007):. 3-81 IAEA–TECDOC-1678. International Atomic Energy Agency, Vienna. 17) IAEA (2012):. Environmental Modelling for RAdiation Safety (EMRAS II): Programme. Report of Working Group 3, “Environmental Change in Post-Closure Safety Assessment of Solid Radioactive Waste Repositories”. Final Draft Report of WG3 submitted October 2012 by WG participants to IAEA for publication. International Atomic Energy Agency, Vienna. 18) Smith K, Albrecht A, Thorne M, Coppin F, Ikonen A, Pérez-Sánchez D, Smith G and Limer L (2012b):. Se-79 in the Soil-Plant System, Phase 2: Approaches to Modelling. within the BIOPROTA international cooperation programme. A report prepared Available at www.bioprota.org. 19) Limer L M C, Smith K, Albrecht A, Marang L, Norris S, Smith G M, Thorne M C and Xu S (2012b):. C-14 Long-Term Dose Assessment in a Terrestrial Agricultural Ecosystem: FEP Analysis, Scenario Development, and Model Comparison. A report prepared within the BIOPROTA international cooperation programme and published by the Swedish Radiation Safety Authority: 2012:47. 20) Bytwerk D, Limer L, Albrecht A, Marang L, Smith G and Thorne M (2011):. Sources and significance of variation in the dose estimates of 36Cl biosphere transfer models: a model intercomparison study. Journal of Radiological Protection, 31(1):, 63-82. 21) Limer L, Albrecht A, Marang L, Miquel S, Tamponnet C, Nakai K, Gierszewski P, Thorne M and Smith G (2008):. Investigation of Cl-36 Behaviour in Soils and Uptake into Crops. A report prepared within the BIOPROTA international cooperation programme and published by ANDRA: C.RO.ASTR.08.0048. Available at www.bioprota.org. 22) Limer L, Albrecht A, Bytwerk D, Marang L, Smith G and Thorne M (2009):. Cl-36 Phase 2: Dose Assessment Uncertainties and Variability. Version 2.0 (Final):. A report prepared within the BIOPROTA international cooperation programme and published by Andra: D.RP.CSTR.09.0026. Available at www.bioprota.org. 23) Smith K, Sheppard S, Albrecht A, Coppin F, Fevrier L, Lahdenpera A-M, Keskinen R, Marang L, Perez-Sanchez D, Smith G, Thiry Y, Thorne M and Jackson D (2009):. Modelling the Abundance of Se-79 in Soils and Plants for Safety Assessments of the Underground Disposal of Radioactive Waste. A report prepared within the BIOPROTA international cooperation programme. Available at www.bioprota.org. 24) Limer L M C, Albrecht A, Hormann V, Gallerand M-O, Medri C, Pérez-Sánchez D, Smith K, Smith G and Thorne M (2012a):. Radionuclides. Improving Confidence in Long-term Dose Assessments for U-238 Series A report prepared within the BIOPROTA international cooperation programme. Available at www.bioprota.org. 25) 河村雄行，市川康明，鈴木覚，柴田雅博，佐藤治夫，上野健一: “圧縮ベントナイトの微細構 造のモデル化と MD―HA 結合解析法の拡散問題への適用 ― 先行基礎工学研究に関連した 共同研究の研究開発 ―”, JNC-TY8400 2001-003, (2001). 26) 河村雄行: “ベントナイト中の物質移行モデルの高度化研究”, JNC-TJ8400 2003-011 (2003). 27) 河村雄行: “ベントナイト中の物質移行モデルの高度化研究(Ⅱ)”, JNC-TJ8400 2004-001 (2004). 28) 河村雄行: “ベントナイト中の物質移行モデルの高度化研究(Ⅲ)”, JNC-TJ8400 2004-028 (2005). 29) 松枝直人: “粘土と量子化学”, 粘土科学, 42(1), 51-58 (2002). 30) Reitman, W.R., Cognition and thought: An information processing approach. Wiley, (1965). 31) Finke, R.; Ward, T. B. & Smith, S. M. (1992). Creative cognition: Theory, research, and applications. MIT Press.ISBN 0-262-06150-3. 3-82 4. 燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための技術開発 4.1 全体概要 4.1.1 全体的な取り組み方針と目標 4.1.1.1 本研究の目的 将来的に軽水炉サイクルの条件が変わるあるいは先進サイクルを導入することなどによって， 現在想定されている軽水炉サイクルから発生する廃棄物とは異なる特性を持った廃棄物が発生す ることが考えられる。また，廃棄物の特性が異なることで，適用可能な処分概念や必要となる性 能評価技術が現在想定されている軽水炉サイクルの場合と異なることが考えられる。 上記のような背景を踏まえた合理的な廃棄物管理の検討のためには，先進サイクルを含む核燃 料サイクルから発生する廃棄物の特性を把握し，処分への影響伝播を検討可能とすることが重要 である。ここで，処分への影響（以下，処分影響）としては，処分場面積や総被ばく線量等に着 目する。 そこで本研究では，上記のような合理的な廃棄物管理の検討に向けて， • 処分影響を検討するために必要な情報の提供 • 処分影響の観点から重要となる廃棄物特性のサイクル条件に応じた柔軟な評価 を可能とする技術の体系（廃棄物特性評価技術）の構築を目的とする。 具体的には，処分影響を検討するために必要な情報を提供すること，及び処分影響の観点から 重要となる廃棄物特性をサイクル条件に応じて柔軟に評価可能とすることを目的として， 「廃棄物 特性データベース」， 「廃棄物特性定量評価ツール」，及び廃棄物特性定量評価ツール，熱解析ツー ル，核種移行解析ツールを組み合わせた「廃棄物管理モデル」を開発する。 4.1.1.2 本研究の目標 本研究の最終目標は，上記の目的のもとに以下の構成からなる廃棄物特性評価技術を構築する とともに，以下に示す利用方法を可能とすることにある。 • 廃棄物特性データベース： 処分影響を検討するために必要な情報の提供を目指す。 そのために，国内外の現行サイクルから先進サイクルまでの関連する情報（種類，条 件，特徴等）や処理・固化技術オプション，そこから発生する廃棄物の特性情報，サ イクルから廃棄物・処分に及ぶ影響伝播に関する情報等を格納し，ユーザーにとって 利用しやすい形で提供することを目指す。 • 廃棄物特性定量評価ツール： サイクル条件に応じた廃棄物特性の柔軟な評価を目指す。 そのために，燃焼・崩壊計算を行う ORIGEN コードを中核として，任意のサイクル種 類とサイクル条件を設定することで，発生する廃棄物の特性（発生量，核種量，発熱 量，放射能量，それらの経時変化等）をユーザーが柔軟に定量評価できるようにする ことを目指す。 • 廃棄物管理モデル： 廃棄物特性定量評価ツールで評価する廃棄物特性に基づく処分場面積や核種移行・線 量の評価を目指す。そのために，廃棄物特性定量評価ツールと熱解析ツールや核種移 行解析ツールを組み合わせたツール群により，サイクル条件の違いが処分場の設計や 処分システムの性能に与える影響を，処分場面積や被ばく線量を指標として体系的に 4-1 評価可能とすることを目指す。 上記の利用方法を実現する廃棄物特性評価技術の体系の最終目標イメージを図 4.1.1.1-1 に示す （中央の赤線で囲いのある範囲が廃棄物特性評価技術の体系）。 このような廃棄物特性評価技術の実現により，要素技術を単独あるいは連携させて以下のよう な利用が可能となる（図 4.1.1.1-2 参照）。 • ユーザーが廃棄物特性データベースを利用することにより，核燃料サイクルの種類や特徴， そこから発生する廃棄物の特性情報，処分への影響伝播に係る情報を参照する。 • 廃棄物特性定量評価ツールを利用することにより，サイクル条件（廃棄物特性データベース で参照した条件，ユーザーが興味のある条件等）に応じた廃棄物特性を定量的に評価する。 • 廃棄物管理モデルを利用することにより，サイクル条件や廃棄物特性が処分場面積及び最大 総被ばく線量に及ぼす影響を体系的に検討する。 • 上記の情報・知見を，処分概念適用性評価支援フレーム（2 章），電子性能評価レポート e-PAR （3 章），最適化技術（4 章）等のインプット情報として利用する。 • このような体系的な検討により，廃棄物管理の合理化の観点から核燃料サイクル及び廃棄物 特性の改善ニーズ等を検討する。 また，廃棄物特性評価技術を構成する要素技術の開発にあたっては，要素技術の有用性及びそ れらの体系的な利用の実現性に配慮するとともに，ユーザーにとって使いやすい形で技術や情報 を提供するなどの利用性の向上を重点的な目標としている。 なお，廃棄物特性評価技術を構成する要素技術は，その利用の基本的なパターンを，統合・利 用支援環境（6 章参照）において「利用シナリオ」としてまとめた。また，要素技術の成果の統 合（廃棄物特性評価技術のパッケージ化）も，統合・利用支援環境（6 章参照）でのポータルサ イトメニューにおいて廃棄物特性評価技術としてグルーピングすること，及びメニューや利用シ ナリオから統一的にアクセスできるようにすることで実現した。 以下，本年度の主な実施事項を 4.1.2 項に，廃棄物特性評価技術を構成する各要素に係る検討の 詳細内容をそれぞれ 4.2 節以降で述べる。 • 廃棄物特性データベース（4.2 節） • 廃棄物特性定量評価ツール（4.3 節） • 廃棄物管理モデル（4.4 節） また，本研究の以下の成果は付録に整理した。 • ツール，データベース：付録 15（DVD） • ツール，データベースの利用マニュアル：付録 15（DVD） • ツール，データベースのインストールマニュアル：付録 15（DVD） ：付録 9，付録 15（DVD） • 利用事例（廃棄物の固化技術に係る研究成果事例ベース） • 用語集：付録 14，付録 15（DVD） 4-2 利用可能な 情報の充実 要素技術からの アウトプット ユーザーの利用 サイクル条件に応じた 廃棄物特性情報 ・サイクル種類 ・サイクル諸条件 ・技術オプション ・廃棄物特性情報 発熱量 経時変化 処分概念/性能評価 への影響伝播事例 熱解析ツール 10000 廃棄物特性ＤＢ 占有面積×本数 1000 廃棄物特性情報 発熱量（W/本） 影響伝播機構・事例 （サイクル→廃棄物 特性→処分） （HLW～LLW） 処分場 面積 PWR 100 FBR(Np) 処分も含めた廃棄物管 理の合理化検討事例 FBR(MA) 10 FBR(Np)+P FBR(MA)+P 1 SrCs 最大総 被ばく 線量 0.1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 廃棄体作成時からの経過年数（年） 発生廃棄体の 本数/核種量/発熱量/放射能量 利用マニュアル （DB，ツール） 廃棄物特性定量評価ツール ＜サイクル条件＞ 各核種量 経時変化 核種移行 解析ツール ＜廃棄物特性＞ 他の要素技術 被ばく線量×本数 連携（解析実行） ＜処分＞ 電子性能評価 レポートe-PAR 図 4.1.1.1-1 廃棄物特性評価技術の体系の最終目標イメージ 廃棄物特性評価技術 廃棄物 特性 DB 利用ニーズ 定量 評価 ツール 廃棄物 管理 モデル output 他の要素技術 サイクル情報・諸条件 先進サイクル情報を確認する 廃棄物特性情報を確認する 廃棄物特性情報 発生廃棄物に対して性能評 価を実施する サイクル→廃棄物特性→処分 の影響伝播を確認する 影響伝播機構 サイクル条件を設定し，その 処分への影響を評価する 処分場面積 最大被ばく線量 発生廃棄物に対して適用 可能な処分技術を検討する 廃棄物特性情報 サイクル側で廃棄物特性の 改善を検討する 他の要素技術からのフィードバック 図 4.1.1.1-2 廃棄物特性評価技術の利用イメージ 4-3 性能評価統合技術 （e-PAR） 最適化技術 課題探索的 性能評価技術 処分概念創出 支援フレーム 4.1.2 本年度の実施事項 4.1.2.1 廃棄物特性データベース (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 本データベースのコンテンツとして，国内外の先進サイクルを含む核燃料サイクルの種類や条 件等に関する情報，そこから発生する廃棄物（特に高レベル放射性廃棄物）の特性に関する情報 を収集した。 また，高レベル放射性廃棄物については，サイクル条件→廃棄物特性→処分への影響伝播につ いて整理した。一方，低レベル放射性廃棄物については，発生，処理・固化技術，処分等の情報 を収集することにより，低レベル放射性廃棄物が処分に及ぼす影響過程における重要因子を整理 した。 さらに，先進サイクルに対応した固化技術オプション（ホウケイ酸ガラス固化体，Cs-Sr 焼結 体，乾式再処理廃棄体（鉄リン酸ガラス固化体））について，その実現性も含めた廃棄物の固化技 術に係る試験研究を継続するとともに，試験研究から得られた固化条件や廃棄体特性，さらには 技術的実現性等に関する情報の整理結果をデータベースに格納し利用可能とすることを念頭に進 めた。 上記コンテンツを格納し利用しやすい形で提供するためのデータベース機能については，プロ トタイプの構築とその後のレビュー等による機能の高度化課題の整理と対策立案を行った。 本データベースについては，実用版に向けてのコンテンツの充実とデータベースへの登録，登 録された情報の利用性・信頼性の向上をさらに進めることが課題である。 (2) 本年度の主な実施事項 本データベースについては，(1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は実用版に向けて主に 以下を実施した。実施内容の詳細は 4.2 節にまとめる。 • データベースの機能については，特にユーザーの操作性や視認性の向上に着目し，情報表示 画面の構成，機能メニューの配置，検索画面の洗練等を行い，機能の高度化を図る。 • データベースのコンテンツについては，登録済みデータの確認，引用文献の明示等により信 頼性の向上を図る。また，平成 23 年度までに調査・整理は行ったがデータベースには未登録 であった，廃棄物の固化技術に係る研究の成果，廃棄物特性定量評価ツールの解析結果，影 響伝播情報，廃棄物区分・処分区分情報等の登録を行い，コンテンツの拡充を図る。 • また，本データベースのユーザーレビュー（付録 2 参照）を行い，操作性や有用性に関する 生の意見を得る。それを踏まえて，上記の機能及びコンテンツに係る実施項目と適切に連携 させつつ，データベースのコンテンツ，機能，及びマニュアル等の拡充を図る。 • 実用版に向けて，本データベースの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用 についてのシナリオを再整理する。 4.1.2.2 廃棄物特性定量評価ツール (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 本ツールでは，軽水炉サイクルから先進サイクルを含む多様な核燃料サイクルを対象に，その 種類と条件を任意に入力することで，定量的な廃棄物特性を得ることが可能なプロトタイプを構 築するとともに，その後の評価可能なサイクルの種類の拡充，及び試用やレビュー等による機能 の高度化課題の整理と対応を行った。 本ツールについては，多様なサイクルの想定や条件での評価を可能とするための様々な機能を 整備してきていることから，その使い方をユーザーにわかりやすく提示するためのマニュアル等 4-4 の拡充，及び多様な評価の具体的事例を整備することなどが課題となる。 (2) 本年度の主な実施事項 本ツールについては，(1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は実用版に向けて主に以下を 実施した。実施内容の詳細は 4.3 節にまとめる。 • マニュアル等の拡充については，はじめて利用するユーザーが操作に迷わないように，特に 基本となるモデル構築，入力データ設定，出力確認についての説明を充実させる。 • 評価事例の拡充については，よく注目されるサイクル条件の変更を対象とし，かつ，ツール の機能を多様に活用する事例を設定し，そのモデル化構築，入力データ設定，出力確認を通 じて，ツールを用いた評価手順等の具体例が提示できるようにする。また，事例をファイル 形式で共有できるようにすることで，透明性を確保するとともに類似問題を実施する際のひ な形として利用できるようにする。 • また，本ツールのユーザーレビュー（付録 2 参照）を行い，操作性や有用性に関する生の意 見を得る。それを踏まえて，上記実施項目と適切に連携させつつマニュアルや事例等の拡充 を図る。 • 実用版に向けて，本ツールの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用につい てのシナリオを再整理する。 4.1.2.3 廃棄物管理モデル (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 廃棄物特性定量評価ツール，熱解析ツール，核種移行解析ツールを組み合わせたツール群及び その考え方に基づきプロトタイプを構築し，サイクル条件の違いが，処分場面積や被ばく線量に どのように影響するのかの試行的解析を行った。 本モデルについては，廃棄物特性定量評価ツール（4.3 節）及び核種移行解析を実施可能な電子 性能評価レポート e-PAR（3 章）はユーザーに広く利用してもらうことを前提に本事業で開発・ 整備してきたものであるが，熱解析ツールに関しては市販ツールを用いていることからその利用 にライセンスが必要となることが大きな制約になる。そのため，熱解析をユーザーに広く利用し てもらえるツールで実現可能とすることなどが課題となる。また，評価事例の蓄積も，廃棄物特 性定量評価ツールの場合と同様に重要となる。 (2) 本年度の主な実施事項 本ツールについては，(1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は実用版に向けて主に以下を 実施した。実施内容の詳細は 4.4 節にまとめる。 • 廃棄物管理モデルで実施する熱解析の内容を，フリーソフトで実施するためのソフトの調査 結果に基づく選択，及びメッシュデータや解析実施・結果処理を含むプレ・ポスト処理の整 備等の環境整備を行う。 • あわせて，廃棄物管理モデルによる評価事例の蓄積とマニュアル等の拡充を図る。 • 実用版に向けて，本ツールの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用につい てのシナリオを再整理する。 4-5 4.2 廃棄物特性データベースの高度化 4.2.1 本項目の目的と実施事項 本項目は以下を目的として実施する。 • 先進サイクルを含む多様な核燃料サイクルに関する情報（種類，条件，特徴等）や，各サ イクルから発生する廃棄物の特性に関する情報を収集・整理する。 • また，各廃棄物について，サイクル条件→廃棄物特性→処分の影響伝播を分析・整理する。 • 先進サイクルに対応した廃棄物の固化技術に係る研究を実施し，固化条件，廃棄体特性， 技術的実現性等に係る情報を取得・整理する。 • 上記のような情報をユーザーに使いやすい形で提供するためのデータベースを構築する。 上記目的の達成に向けて実施してきた平成 23 年度までの成果と課題，及びそれを踏まえた本年 度の主な実施項目を以下にまとめる。 (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 廃棄物特性データベースのコンテンツとして，国内外の先進サイクルを含む核燃料サイクルの 種類や条件等に関する情報，そこから発生する廃棄物（特に高レベル放射性廃棄物）の特性に関 する情報を収集した。 高レベル放射性廃棄物については，サイクル条件→廃棄物特性→処分への影響伝播について整 理した。一方，低レベル放射性廃棄物については，発生，処理・固化技術，処分等の情報を収集 することにより，処分に及ぼす影響過程における重要因子を整理した。さらに，先進サイクルに 対応した固化技術オプション（ホウケイ酸ガラス固化体，Cs-Sr 焼結体，乾式再処理廃棄体（鉄 リン酸ガラス固化体））について，その実現性も含めて廃棄物の固化技術に係る研究として試験研 究を継続するとともに，試験研究から得られた固化条件や廃棄体特性，さらには技術的実現性等 に関する情報の整理をデータベースに格納し利用可能とすることを念頭に進めた。 上記コンテンツを格納し利用しやすい形で提供するためのデータベース機能については，プロ トタイプの構築とその後のレビュー等による機能の高度化課題の整理と対策立案を行った。 本データベースについては，実用版に向けてのコンテンツの充実とデータベースへの登録，登 録された情報の利用性・信頼性の向上をさらに進めることが課題である。 (2) 本年度の主な実施事項 (1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は実用版に向けて主に以下を実施した。 • データベースの機能（4.2.2 項参照）については，特にユーザーの操作性や視認性の向上に着 目し，情報表示画面の構成，機能メニューの配置，検索画面の改良等を行う。 • データベースのコンテンツ（4.2.3 項参照）については，登録済データの確認，引用文献の明 示等により信頼性の向上を図る。また，平成 23 年度までに調査・整理は行ったがデータベー スには未登録であった，廃棄物の固化技術に係る研究の成果，廃棄物特性定量評価ツールの解 析結果，影響伝播情報，廃棄物区分・処分区分情報等の登録を行い，コンテンツの拡充を図る。 • また，本データベースのユーザーレビュー（付録 2 参照）を行い，操作性や有用性に関する生 の意見を得る。それを踏まえて，上記の機能及びコンテンツに係る実施項目と適切に連携させ つつ，データベースのコンテンツ，機能，及びマニュアル等の拡充を図る。 • 実用版に向けて，本データベースの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用に ついてのシナリオを再整理する（6 章の統合・利用支援環境での検討と連携しつつ実施：6.2 節参照）。 4-6 4.2.2 廃棄物特性データベースの機能の高度化 4.2.2.1 機能高度化項目 廃棄物特性データベースの機能については，平成 23 年度までに，プロトタイプ作成とその試用 を通じた課題の抽出と対策を踏まえて高度化を図ってきた。 以下に平成 23 年度までに開発・整備した主要な機能を整理する。 ・サイクル情報の一覧表示機能（概要情報）→サイクル詳細情報＆廃棄物詳細情報 ・廃棄物発生量の一覧表示機能（概要情報）→サイクル詳細情報＆廃棄物詳細情報 ・特定の 2 つのサイクルについての比較機能→サイクル詳細情報＆廃棄物詳細情報 ・検索機能（サイクル条件での検索，廃棄物発生量の単位変換，キーワード検索等） なお，サイクルや廃棄物に係る情報は種類が多いため，一度に全ての情報を提示しようとする と表が大きくなりすぎて画面上での視認性が低くなる。そのため，全ての情報を，サイクル条件 を中心とした「概要情報」と廃棄物特性を中心とした「詳細情報」の 2 つに階層的に分類し，前 者を活用してより詳しい情報を知りたいサイクルを選択し，そのサイクルに対して「詳細情報」 を閲覧するという構成にした。 • 概要情報：サイクル名称，燃料，燃料製造法，炉型，炉心，再処理法 • 詳細情報（サイクル）：サイクル条件に係る詳細情報 • 詳細情報（廃棄物） ：再処理，燃料製造，原子炉からの運転廃棄物と解体廃棄物に係る詳細 情報 本年度は，上記の平成 23 年度までの開発・整備を踏まえ，実用版のデータベースとしていくた めの課題を，特にユーザーの観点での情報視認性や操作性の向上に着目して整理しつつ，機能高 度化項目を設定した。その際には，データベースの関係者での試行やユーザーレビュー（付録 2 参照）を通じて，操作性や情報視認性に関するユーザー視点での生の意見（感想，コメント，要 望等）を反映することを重視した。 表 4.2.2.1-1 に，データベースの関係者での試行やユーザーレビュー（付録 2 参照）を通じて抽 出された主な意見を整理した。これら意見についての対応策を，主に操作性の課題と情報視認性 の課題とに分類して検討した。 これらを踏まえ，本年度取り組むべき機能高度化項目を， • ユーザーがやりたい操作をやりやすくする，また，欲しい情報にたどり着きやすくすること に着目して操作性を改善するための機能高度化項目 • ユーザーによる情報視認性を改善するための構成の見直しを中心とする機能高度化項目 に区分けして表 4.2.2.1-2 のように設定し，表 4.2.2.1-1 に整理した対策案を参考にしながら具体的 な対応を行うこととした。各機能高度化項目に対応した廃棄物特性データベースの機能の高度化 の内容を 4.2.2.2 項に示す。 4-7 表 4.2.2.1-1 廃棄物特性データベースの機能に関する主な意見と対応策 No 1 2 3 4 5 6 7 8 意見 対応策 表示データやタブなどの文 字が小さく見にくい。 専門用語や本データベース 独特の用語がわかりにくい （例えば，廃棄物発生量での 「換算係数」）。 画面構成が分かりにくい（例 えば，プロセスごとの Tab 区切り，プロセス条件とそれ 以外の情報での表示方向の 違い）。 検索画面が複雑で扱いにく い。 文献情報以外の情報へのア クセスの実現。 カーソルがどこを指してい るかわかりにくい。 廃棄物特性 DB と他のツー ルとの連携は可能か。 データベースの活用方法に ついてのマニュアルが欲し い。 ・ ・ ・ ・ 表示方法の工夫 ブラウザでの拡大表示方法の利用マニュアルへの記載 用語解説用のポップアップの整備 用語集の登録とアクセスルートの設定 ・ ・ ・ 画面構成・情報表示方法の工夫 画面構成の説明の追加 利用マニュアルでの画面表示構成等の丁寧な説明 分類 1) 視認性 2) 操作性 1) 2) 1) ・ 検索画面の構成，検索項目の表現等の再整理 ・ 検索項目欄や検索実行ボタンの配置の工夫 ・ 廃棄物の固化技術に係る研究の成果，廃棄物特性定量評 価ツールの解析結果，影響伝播情報，廃棄物区分・処分 区分情報等の整備と登録，及びアクセスルートや表示方 法の設定 ・ マウスオーバーでボタンの色が変わる機能の追加 2) ・ 他のツールとの連携の可能性を「連携利用シナリオ」と して整備 ・ 利用マニュアルの充実。 ・ ユーザーの一般的な使い方を簡単にまとめた「使い方ガ イド」の整備と登録，及びアクセスルートや表示方法の 設定 2) 2) 2) 2) 表 4.2.2.1-2 廃棄物特性データベースの機能に関して設定した機能高度化項目 機能高度化課題 ユーザーがやりたい操作をや りやすくする，また，欲しい情 報にたどり着きやすくするこ とに着目して操作性を改善す るための機能高度化項目 ユーザーによる情報視認性を 改善するための構成の見直し を中心とする機能高度化項目 ①直観的に理解しやすい情報の構成や情報アクセス ルートの実現 ②機能メニューや検索項目の表示方法・表示内容の 洗練化，画面上での配置の工夫 ③新規コンテンツに対応したアクセスルートの設定 ④情報提示画面の構成の見直し ⑤情報理解のキーとなる画面やタブの表示内容の見 直し ⑥上記を補完する画面上での説明文や解説用ポップ アップ機能の整備 4-8 操作性 の改善 ◎ 情報視認性 の改善 ○ ◎ ○ ◎ ○ ○ ◎ ○ ◎ ○ ◎ 4.2.2.2 機能高度化の内容 4.2.2.1 項の表 4.2.2.1-2 で整理した機能高度化項目，及び表 4.2.2.1-1 で整理した対応策に基づき， 実用版に向けての廃棄物特性データベースの機能高度化を行った。 本項では，機能高度化の具体的な内容を，表 4.2.2.1-2 で整理した以下の機能高度化項目との対応 を明確にしつつ示す。 ①直観的に理解しやすい情報の構成や情報アクセスルートの実現 ②機能メニューや検索項目の表示方法・表示内容の洗練化，画面上での配置の工夫 ③新規コンテンツに対応したアクセスルートの設定 ④情報提示画面の構成の見直し ⑤情報理解のキーとなる画面やタブの表示内容の見直し ⑥上記を補完する画面上での説明文や解説用ポップアップ機能の整備 (1) 情報の構成や情報へのアクセスルート ここでは，主に機能高度化項目の①についての対応内容を示す。 情報の構造や情報へのアクセスルートに関する検討の準備として，まず，ユーザーが廃棄物特 性データベースを利用する目的や期待する情報の種類を利用シーンとして整理した。廃棄物特性 データベースの実用版をユーザーの利便性に着目しつつ構築するためには，この利用シーンを効 果的・効率的に支援できるようにすることが重要であり，その意味で，利用シーンはデータベー ス構築の指針となるものとも言える。利用シーンは，平成 23 年度までにも段階的な検討を重ねて きたが，廃棄物特性データベースの最終版を構築するにあたり，これまでの試行やレビューワー クショップ（付録 2 参照）の意見等を踏まえて再検討を行った。 廃棄物特性データベースは，国内外における現行サイクル（軽水炉サイクル）から先進サイク ルまでを含むサイクル情報及びそこから発生する廃棄物に係る情報をとりまとめ，ユーザーに提 供しようとするものである。一方で，廃棄物特性データベースには様々な種類と詳細度の情報が 混在することになり，ユーザーが必要とする情報の種類と詳細度も様々なものが想定される。そ のような観点から，想定される利用シーンの再検討を実施し 7 つのパターンに整理した結果を表 4.2.2.2-1 に示す。 表 4.2.2.2-1 中の利用シーン①は，ユーザーが廃棄物特性データベースを用いて，どのようなサ イクル種類があるのかを確認し，そこから特定のサイクルの詳細情報を確認，さらには特定の廃 棄物の詳細情報を確認するというものである。これが，廃棄物特性データベースの基本的な利用 シーンになると考えられる。この利用シーンはさらに 4 つに細分化して考える。利用シーン①-1 では，廃棄物特性データベースに登録されている全てのサイクル情報を対象として，サイクル一 覧表示からユーザーが確認したい特定のサイクルを選択するという方法である。一方，利用シー ン①-2～①-4 は，廃棄物特性データベースに登録されている全てのサイクル情報から，ユーザー が着目するあるサイクル条件やある廃棄物特性に対応するサイクルあるいはその両方を検索で絞 り込んだうえで，ユーザーが確認したい特定のサイクルを選択し詳細情報を確認するというパタ ーンである。 また，利用シーン②は，利用シーン①に加えて，複数のサイクルについてのサイクルの条件や そこから発生する廃棄物の情報を比較するものであり，利用シーン①の応用的な利用パターンで ある。 利用シーン③は，サイクル一覧表示から，サイクルからの廃棄物の発生量の情報に着目するも のである。 利用シーン④や⑤は，利用シーン①～③が文献情報を主に対象にすることに対して，それ以外 4-9 の情報を対象にすることが特徴となる。利用シーン④は，4.3 節で述べる廃棄物特性定量評価ツー ルを用いた解析に係る情報（モデル・入力条件，解析結果）を参照する，あるいは新規解析のひ な形として利用するものである（コンテンツについては，4.2.3.3 項参照） 。また，利用シーン⑤は， 4.2.3.4 項で述べる廃棄物の固化技術に係る研究の成果を参照するものであり，例えば，利用シー ン①～③で得る既存の文献情報に対して，最新の固化体研究の成果を加味した考察等を行うこと ができる。 利用シーン⑥～⑦は，サイクル条件～廃棄物特性～処分までを視野に入れた廃棄物管理に係る検 討を行う際の基盤情報として必要となる，サイクル条件～廃棄物特性～処分への影響伝播に関す る情報，国内外の廃棄物区分／処分区分に関する情報，のそれぞれを参照するものである。 このような利用シーンを実現するためには，様々な種類と詳細度の情報の構造的な整理と情報 間の関係づけが重要となる。その基本的な部分は平成 23 年度までのデータベースで実現されてい る。本年度は，利用シーン①～⑦によりマッチしたものとなるように，以下のことにも配慮しつ つ，情報へのアクセスルートと情報の提示順番等の見直しを行った： ・全ての利用シーンを実現可能 ・必要となるコンテンツを効率的かつ効果的に格納可能 ・ユーザーが欲しい情報にたどり着きやすい ・操作が煩雑ではない（クリック数が少ない等） ・保守管理性能が良い。 最終的に構築した実用版廃棄物特性データベースの構成図を図 4.2.2.2-1 に示す（利用シーンと の対応は，図中に記入した利用シーン番号参照）。なお，平成 23 年度版の廃棄物特性データベー スにおいて情報が未登録であった「廃棄物特性の定量評価結果」，「廃棄体研究成果」，「サイクル 条件～廃棄物特性～処分への影響伝播に関する情報」，「国内外の廃棄物区分／処分区分に関する 情報」へのアクセス機能や提示方法については後述の(2)項に，コンテンツについては 4.2.3 項に 示す。 表 4.2.2.2-1 廃棄物特性データベースの利用シーン一覧 利用シーン 利用シーンの内容 の番号 ① サイクルの種類と概要の確認 →特定サイクルの選択 →特定サイクルの詳細情報，特定サイクルから発生する廃棄物の詳細情報の確認 1 サイクル一覧表示を対象に上記を実施 2 検索によりあるサイクル条件に対応する情報に限定して上記を実施 3 検索によりある廃棄物特性に対応する情報に限定して上記を実施 4 検索によりあるサイクル条件 and/or ある廃棄物特性に対応する情報に限定して上記を実施 ② 利用シーン①＋異なるサイクルの条件やそこから発生する廃棄物の情報の比較 ③ サイクル一覧表示でのサイクルの種類と概要の確認 →各サイクルからの廃棄物発生量の比較 ④ 廃棄物特性の定量評価結果の参照・利用 ⑤ 廃棄体研究成果の参照 ⑥ サイクル条件～廃棄物特性～処分への影響伝播に関する情報の参照 ⑦ 国内外の廃棄物区分／処分区分に関する情報の参照 4-10 利用シ ーン③ 廃棄物発生量の 一覧表示 トップページ （ホーム） 利用シ ーン① 文献情報の参照 ＜文献情報＞ サイクル詳細情報 ＆廃棄物詳細情報 （タブで切り替え表示） 利用シーン② 履歴管理 用語集 利用マニュアル（簡易 ・ 詳細 ） 使い方ガイド サイクルの一覧表示 ＋検索機能 （→検索結果一覧） 異なるサイクル ＆廃棄物特性の比較 利用シ ーン④ 文献情報に対応する 解析結果の参照 廃棄物特性定量評価 ツール解析結果の 一覧表示 ＜解析結果＞ サイクル詳細情報 （含む解析の入力条件） ＆解析結果 解析ケース （DMP ファイル） 利用シ ーン⑤ 廃棄物の固化技術に 係る研究成果の 一覧表示 入力条件 ＋結果 （エクセル ファイル） 廃棄体の固化技術に 係る研究成果の PDFファイル 利用シ ーン⑥ サイクル→廃棄物→処分 の影響伝播に係る情報の 一覧表示 国内外の廃棄物区分/ 処分区分に係る情報の 一覧表示 影響伝播図の 画像ファイル 利用シ ーン⑦ 区分の図表の 画像ファイル 図 4.2.2.2-1 利用シーンに対応させた廃棄物特性データベースの構成 （図中の番号は表 4.2.2.2-1 の利用シーンの番号） (2) 機能と情報の提示方法 ここでは，機能と情報の提示方法の観点から，表 4.2.2.1-2 に示した高度化課題の②～⑤につい ての対応内容として，まず機能の提示方法の変更（トップページの変更，検索機能の変更）を示 し，その後情報の提示方法の変更を示す。 機能の提示方法（トップページ）の変更 機能の提示方法の変更としては，主に，高度化項目②に係る機能メニューの洗練化等への対応， 及び高度化項目③に係る新規コンテンツへの対応，また一部高度化項目④の情報提示画面の構成 の見直しへの対応として，トップページの変更を行った。 トップページについては，まず，(1)項で述べた利用シーンに沿ったデータベース構成の上位構 造（図 4.2.2.2-1）をそのままトップページの「情報提示機能」欄のメニュー項目とした（図 4.2.2.2-2 上段）。このメニュー項目の中には，平成 23 年度版の廃棄物特性データベースにおいて情報が未 登録であった「廃棄物特性の定量評価結果」， 「廃棄体研究成果」，「サイクル～廃棄物～処分への 影響伝播に関する情報」，「国内外の廃棄物区分／処分区分に関する情報」にアクセスするための 項目も追加した（コンテンツについては 4.2.3 項参照）。 4-11 図 4.2.2.2-2 廃棄物特性データベースのメインメニュー また，これら廃棄物特性に直接係わる情報以外にも，以下の情報を整備しトップページの「デ ータベース利用に係るユーザー支援機能」欄のメニュー項目とした（図 4.2.2.2-2 下段参照）： • 使い方ガイド： データベースの構成等に不慣れなユーザーが， 「情報提示機能」欄のメニューを選択した後 に，本データベースでどのような流れでどのような情報を参照することになるのかを俯瞰でき るように，図 4.2.2.2-1 の利用シーンに沿ったデータベース構成を図化したもの（図 4.2.2.2-3） 。 これは，レビュー（付録 2 参照）においてデータベースをはじめて使うユーザーへの使い方の 説明材料として有効であった。 • 利用マニュアル： 廃棄物特性データベースの利用マニュアルは従来から整備してきているが，本年度にデー タベースの機能やコンテンツについて諸々の見直しを行なったため，利用マニュアルもそれに 従って改訂を行った。ユーザーが廃棄物特性データベースを利用するにあたり，機能の使い方 等で知りたいことが生じた場合にすぐに確認できるように，データベースのメインメニューか ら直接参照可能とした（利用マニュアルのコンテンツ（詳細利用マニュアル，簡易利用マニュ アル）については，4.2.3 項参照）。 4-12 n o トップページ 廃棄物の固化技術に係る研究成果の一覧表示 サイクル→廃棄物→処分の影響伝播に係る情報の一覧表示 p a b サイクル一覧 の表示 d e 廃棄物発生量 の一覧表示 g f 廃棄物特性定量評価ツール 解析結果の一覧表示 h i 絞込み j 特定のサイクル 一覧表示 k 国内外の廃棄物区分・処分区分に係る情報の一覧表示 c l 2つのサイクル の比較 m サイクル／廃棄物の詳細情報表示 ＜本データベースでできることとその流れ＞ ①：サイクルの概要一覧及びサイクルと廃棄物の より詳しい情報を閲覧する ⇒ a → d または a → f → j → l ②：２つのサイクルについてのサイクルと廃棄物の より詳しい情報を比較する ⇒ a → e → m または a → f → j → k → m （※ g → j → k の流れは利用できません） ③：各サイクルの廃棄物発生量を閲覧する ⇒ b → h または b → g → j → l ④：廃棄物特性定量評価ツールの解析結果を閲覧する ⇒ c→i ⑤：廃棄物の固化技術に係る研究成果を閲覧する ⇒ n ⑥：サイクル→廃棄物→処分の影響伝播に係る情報を 閲覧する ⇒ o ⑦：国内外の廃棄物区分・処分区分に係る情報を 閲覧する ⇒ p ※詳細は利用マニュアルをご参照下さい。 図 4.2.2.2-3 廃棄物特性データベースの「使い方ガイド」 • 用語集： 廃棄物特性データベースでは，専門的な用語に加えて，本データベース特有の用語を用いて いる場合がある。このような用語については，レビュー（付録 2 参照）において本データベー スをはじめて使う複数のユーザーからも， 「わかりにくい」 ， 「説明が必要」との指摘があった。 そのため，ユーザーが本データベースを利用するにあたり，専門的あるいは本データベース特 有の用語の意味を簡単に把握できるように，用語集を作成するとともに，データベースのメイ ンメニューから直接参照可能とした（用語集のコンテンツについては，4.2.3 項参照）。 • 更新履歴： 廃棄物特性データベースの今後の継続的な利用を考えた場合，国内外の廃棄物特性に関する 研究開発を通じて新規の情報が得られた場合にはその取り込みが期待され，また今後利用して いく中でさらなる機能高度化のニーズが生じる可能性がある。そのため，更新日時，更新箇所， 更新データ等の情報を表形式で作成し PDF として登録することで，更新履歴をメインメニュ ーから確認できるようにした（ただし，本年度実用版として構築した廃棄物特性データベース を起点にするため，現段階では更新履歴はない）。 なお，廃棄物特性データベースの利用マニュアルと用語集は，上述のようにデータベースから 直接参照できるとともに，同じ利用マニュアルと用語集を，他のツール・データベースの利用マ ニュアルや用語集とあわせて統合・利用支援環境において一元的に集約しており，そこからも参 照できる（6 章参照）。 さらに，各機能（メニュー項目）について，トップページからだけではなく，本データベース の全ての画面の右上に同様のメニュー項目を配置（図 4.2.2.2-2 右上参照）することで，ユーザー は現在見ているページから別のページに移動しようとした際に，トップページを介することなく 直接移動することを可能としている。これにより，ユーザーが複数の情報間を行き来することが 4-13 容易となり，また特に使い方ガイドや利用マニュアル，用語集等のユーザー支援機能の利用性が 向上した。 機能の提示方法（検索機能）の変更 機能の提示方法の変更としては，主に，高度化項目②に係る検索項目の洗練化等への対応とし て，検索機能の変更を行った。 平成 23 年度までの廃棄物特性データベースの検索機能では， 「サイクル条件による検索」と「廃 棄物特性による検索」を別の機能として取扱い，検索画面も 2 つに分かれていた。しかし，表 4.2.2.2-1 の利用シーン①-2～①-4 をシームレスに実施できるようにするためには， 「サイクル条件 による検索」と「廃棄物特性による検索」を組み合わせた「and 検索」を実現することが必要と なる。そのため， 「サイクル条件による検索」と「廃棄物特性による検索」の機能を統合し，一つ の検索画面で実施できるようにした（図 4.2.2.2-4 上段参照）。さらに，利用シーン②での「異な るサイクルから発生する廃棄物の情報を比較」する場合に必要となる，比較対象とするサイクル の選択も同一画面上で実施できるようにした（図 4.2.2.2-4 参照）。これにより，ユーザーは，一 つの画面（サイクル一覧表示画面）において， 「サイクル条件による検索」， 「廃棄物特性による検 索」，「異なるサイクルから発生する廃棄物の情報を比較」の 3 つの機能を利用可能となった。こ れらは共通する操作の多い作業である利用シーン①と②の効率的な実施を支援するものである。 また，平成 23 年度までの廃棄物特性データベースの検索機能では，検索を行なう方法として， チェックボックス方式とフリーワード方式を併用していた。ここで，フリーワード方式は，自由 度が高いという利点はあるものの，廃棄物特性にあまりなじみのないユーザーにはフリーワード としてどのような言葉を入力してよいかがわかりにくいという欠点がある。この点については， レビュー（付録 2 参照）において本データベースをはじめて使う複数のユーザーからも， 「使い方 がわからない」との指摘があった。そのため，必要に応じてフリーワードの候補を表示する機能 を追加した（（図 4.2.2.2-5 参照）。 4-14 図 4.2.2.2-4 廃棄物特性データベースのサイクル一覧表示画面 （上段：検索画面，下段：比較対象選択画面） 4-15 図 4.2.2.2-5 廃棄物特性データベースの検索画面でのフリーワード検索候補の表示 （上段：廃棄体種類のフリーワード，下段：原廃棄物種類のフリーワード） 4-16 情報の提示方法の変更 ユーザーにとっての本データベースの利便性を向上させるためには，前述のデータベース機能 の向上や 4.2.3 項に述べるデータベースコンテンツの充実に加えて，高度化項目④⑤⑥の観点から， の例えば以下の（ア）～（エ）のような，本データベースに慣れていないユーザーが疑問に思う 可能性のあることに対して適切な情報や説明を提供できる準備しておくことも重要になると考え られる： (ア) 各機能の意味や効果（何ができるか等） (イ) どの画面でどのような情報が表示されているのか（とくにタブでの画面切り替え） (ウ) 情報を表形式で整理する場合の表頭項目の意味 (エ) 表形式で簡潔に示された情報に対する補足情報。 上記の（ア）～（エ）については，利用マニュアルを整備することが一般的な対応であり，前 述の「機能の提示方法（トップページ）の変更」でも述べたように，トップページ等から利用マ ニュアルを直接参照できるようしている。さらに，実用版の廃棄物特性データベースでは， （ア） ～（エ）に関する情報不足が原因でユーザーにとっての本データベースの利便性が損なわれる可 能性をなるべく少なくするために，可能な範囲で以下の対応を行った： • データベースの画面上への簡潔でわかりやすい説明文の配置： 例えば，図 4.2.2.2-2 のメニュー項目の説明，図 4.2.2.2-6 のサイクル情報のタブ区切りの説 明。 • ポップアップ画面による説明文の提示： 例えば，図 4.2.2.2-7 のサイクル名称や再処理法の説明。 図 4.2.2.2-6 データベースの画面上への説明文の配置の例 （赤枠：サイクル情報のタブ区切りの説明） 4-17 図 4.2.2.2-7 ポップアップ画面による説明文の提示の例 （上段：サイクル名称の説明，下段：再処理法の説明（PUREX の例） ） さらに，レビュー（付録 2 参照）では，画面上に文字や数字が多く並ぶため， 「文字が見にくい」 ， 「カーソルがどのボタンや情報を指しているのかのわかりづらい」等が指摘された。前者につい てはブラウザの拡大・縮小機能である程度の調整が可能であることを利用マニュアルに明記した。 後者については，カーソルがボタンや選択可能な情報の上にあるときに色が変わる機能（マウス オーバー機能）を追加した。 4-18 4.2.3 廃棄物特性データベースのコンテンツの拡充 4.2.3.1 コンテンツ拡充項目 廃棄物特性データベースのコンテンツについては，平成 23 年度までの機能の開発・整備及び試 行を通じて登録と拡充を図ってきた。 以下に平成 23 年度までに廃棄物特性データベースに登録した主要なコンテンツを整理する。 ・サイクル情報（概要情報，詳細情報） ・廃棄物発生量の情報 なお，4.2.2.1 項での述べたように，サイクルや廃棄物に係る情報は種類が多いため，一度に全 ての情報を提示しようとすると表が大きくなりすぎて画面上での視認性が低くなる。そのため， 全ての情報を，サイクル条件を中心とした「概要情報」と廃棄物特性を中心とした「詳細情報」 の 2 つに階層的に分類し，前者を活用してより詳しい情報を知りたいサイクルを選択し，そのサ イクルに対して「詳細情報」を閲覧するという構成にしている。 • 概要情報：サイクル名称，燃料，燃料製造法，炉型，炉心，再処理法 • 詳細情報（サイクル）：サイクル条件に係る詳細情報 • 詳細情報（廃棄物） ：再処理，燃料製造，原子炉からの運転廃棄物と解体廃棄物に係る詳細 情報 また，平成 23 年度段階では廃棄物特性データベースに登録していないものの，情報の調査・整 理を進めてきたものとして以下がある。 ・ 廃棄物の固化技術に係る研究成果（ホウケイ酸ガラス固化体，Cs-Sr 焼結体，乾式再処理廃棄 体（鉄リン酸ガラス固化体）） ・ 廃棄物特性の定量評価結果（廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析結果等） ・ サイクル～廃棄体特性～処分への影響伝播に関する情報 ・ 国内外の廃棄物区分／処分区分に関する情報 本年度は，上記の平成 23 年度までの情報の調査・整理を踏まえ，実用版のデータベースとして いくための課題を，特に情報の充実度の向上，及び情報の品質確保に着目して整理しつつ，コン テンツ拡充項目を設定した。その際には，データベースの関係者での試行やユーザーレビュー（付 録 2 参照）を通じて，情報の充実度等に関するユーザー視点での生の意見（感想，コメント，要 望等）を反映することを重視した。 表 4.2.3.1-1 に，データベースの関係者での試行やユーザーレビュー（付録 2 参照）を通じて抽 出された主な意見，及びこれら意見についての対策案を示す。 これらを踏まえ，本年度取り組むべきコンテンツ拡充項目を以下のように設定した。 1) 情報の品質確保の観点からの，出典の明確化，情報の意味・背景の明確化，特殊な用語に ついての用語集の整備 2) データベースに未登録の情報の登録 以下，本年度実施した廃棄物特性データベースのコンテンツ拡充の内容を，コンテンツ拡充項 目 1)については 4.2.3.2 項に，コンテンツ拡充項目 2)については 4.2.3.3 項～4.2.3.5 項に示す。 4-19 表 4.2.3.1-1 廃棄物特性データベースのコンテンツに関する主な意見と対応策 No 1 意見 情報の出典が表示されているものといな 対応策 ・ いものが混在。 2 情報の出典等の品質情報の明確化（加工したならその履歴 と考え方も明示） 情報の意味が分からない部分あり（例え ・ 情報の意味，背景の明確化 ば，単位の混在，低レベルなど廃棄物の ・ 情報の出典の明確化（加工したならその履歴と考え方も明 量がドラム缶の本数となっているがセメ 示） ント量と正味の量が区別されているか）。 3 専門用語や本データベース独特の用語が ・ 用語集の整備と登録 登録済みの文献情報以外の情報が整理さ ・ 廃棄物の固化技術に係る研究の成果の整理と登録 れているなら，それらも参照できるよう ・ 廃棄物特性定量評価ツールの解析結果の整理と登録 にする。 ・ 影響伝播情報，廃棄物区分・処分区分情報等の整理と登録 わかりにくい（例えば，廃棄物発生量で の「換算係数」）。 4 4-20 4.2.3.2 既存登録情報に係る拡充の内容 本項では，コンテンツ拡充項目 1)について，情報の品質確保の観点からの，出典の明確化，情 報の意味・背景の明確化，特殊な用語についての用語集の整備等について示す。 まず，出典の明確化については，データベースで表示する情報の出典を以下の形でトレースで きるようにした。 ・ ひとまとまりの情報群に対して画面上でオリジナルの出典を明記。 ・ 特定の情報についてポップアップでオリジナルの出典を明記（（図 4.2.3.2-1 参照：4.2.2.2 項の 「情報の提示方法の変更」に示した「ポップアップ画面による説明文の提示」と同じ方法）。 ・ 出典に記載されている情報を何らかの形で加工し提示している場合には，オリジナルの出典 とともに加工の考え方や内容を上記のいずれかの方法でトレースできるようにする（（図 4.2.3.2-2 参照）。 図 4.2.3.2-1 特定の情報についてのポップアップでオリジナルの出典の表示例 図 4.2.3.2-2 出典に記載されている情報の加工に関する情報の表示例 4-21 情報の意味・背景の明確化については，重要な情報や意味のわかりにくい情報を中心に以下の 形でわかりやすい説明文を付けることで対応した。 ・ 説明文をデータベースの画面上に提示： 例えば，トップページでの，データベースの概要，情報表示機能の概要，ユーザー支援機 能の概要の説明文（図 4.2.2.2-2 参照），サイクル情報の画面の見方（各廃棄物の情報をタブ 区切りで示していること）の説明文（図 4.2.2.2-6 参照）。 ・ 説明文をポップアップで提示： 例えば，サイクル一覧表示画面でのサイクル名称や再処理法の説明文（図 4.2.2.2-7 参照）， 廃棄物発生量の一覧表示画面での換算係数の説明文（図 4.2.3.2-3 参照）。 図 4.2.3.2-3 廃棄物発生量の一覧表示画面での換算係数の説明文の表示例 また，廃棄物特性データベースでは，専門的な用語に加えて，本データベース特有の用語を用 いている場合がある。このような用語については，レビュー（付録 2 参照）において本データベ ースをはじめて使う複数のユーザーからも，「わかりにくい」，「説明が必要」との指摘があった。 そのため，ユーザーが本データベースを利用するにあたり，専門的あるいは本データベース特有 の用語の意味を簡単に把握できるように，用語集を作成した。 具体的には以下の用語について簡単な説明を付けた用語集を作成した。 ・ 原廃棄物 ・ 運転，解体（以上，詳細情報のタブ名の用語） ・ 資源，経済，LLFP（以上，サイクル一覧の炉心欄の用語） ・ HLW，LLW 用語集については，データベースのメインメニューから直接参照可能とした（4.2.2.2 項の「情 報の提示方法の変更」に示した「用語集」参照）。 4-22 4.2.3.3 廃棄物特性定量評価ツール解析結果の新規登録 廃棄物特性データベースでは，文献に基づく情報だけでなく，廃棄物特性の定量評価結果（廃 棄物特性定量評価ツールを用いた解析結果等）も登録することとしている。 本年度は，廃棄物特性定量評価ツール（4.3 節参照）を用いて，文献に基づく廃棄物特性情報の 再現を中心に，表 4.2.3.3-1 に示すサイクル条件での解析を実施し，そのモデルや解析条件をまと めた「入力ファイル」 （ダンプファイル）及び解析結果をまとめた「出力ファイル」を，解析内容 の概要を把握するための主要なサイクル条件とともに，廃棄物特性データベースに格納した（廃 棄物特性定量評価ツール解析結果の一覧表示：図 4.2.3.3-1 参照）。 これにより，廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析を行うことなく，主要なサイクル条件に おける廃棄物の発生量，核種量，発熱量，放射能量等の定量的な情報を参照可能とした。また， 廃棄物特性定量評価ツールのモデルや解析条件をまとめた入力ファイルをあわせて登録すること により，入力ファイルをダウンロードし，廃棄物特性定量評価ツールにインポートすることによ り，同じサイクル条件についての再解析やそこから派生する解析条件を変更した感度解析等を容 易に実施できるようにした。 また，廃棄物特性定量評価ツール解析結果の一覧の中の主要なケース（主要なサイクルに対す る再現計算等）については， 「サイクル一覧表示」にも登録（図 4.2.3.3-2）することで，関係する 解析ケースの情報を，解析の観点だけでなくサイクル条件の観点からもアクセスしやすくした。 表 4.2.3.3-1 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析一覧 燃料 原子炉 再処理法 備考 1 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01の再現 2 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01においてSF貯蔵期間を10年に延長 3 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01においてSF貯蔵期間を15年に延長 4 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01においてSF貯蔵期間を20年に延長 5 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01において燃焼度を50GWｄ/tに上昇 6 UOX 軽水炉 PUREX 文献情報S01において燃焼度を55GWｄ/tに上昇 7 MOX 軽水炉 PUREX プルサーマル 8 UOX 軽水炉 ― 9 MOX 高速炉 先進湿式 10 MOX 高速炉 11 金属 高速炉 金属電解 12 UOX 軽水炉 UREX+ 直接処分を想定 文献情報S02-0の再現 酸化物電解 文献情報S07-0の再現 文献情報S08-0の再現 文献情報S11の再現 4-23 図 4.2.3.3-1 廃棄物特性データベースでの廃棄物特性定量評価結果の一覧表示 サイクルの一覧表示 文献 １ 文献 ２ 文献 ３ 文献 ４ 文献 ５ ・・・ 文献 ｎ 解析 １ 解析 ３ 解析 ４ 解析 ｍ 廃棄物特性定量評価ツール 解析結果の一覧表示 主要・重要と考えられ るサイクル条件にお いて解析した結果は サイクルの一覧表示 にも反映する 解析 １ 解析 ２ 解析 ３ 解析 ４ 解析 ５ ・・・ 解析 ｍ 図 4.2.3.3-2 廃棄物特性定量評価ツール解析結果の「サイクル一覧表示」への登録 4-24 4.2.3.4 廃棄物の固化技術に係る研究成果の新規登録 (1) 廃棄物の固化技術に係る研究成果の取りまとめ方針 処分に影響を及ぼすサイクル側の因子は多数存在するが，廃棄体の発生本数，各廃棄体の組成・ インベントリ・発熱量，及び廃棄体の安定性等に影響を及ぼす固化技術は最も大きい影響を及ぼ す可能性のある因子の一つと考えられる。 本研究においては，平成 23 年度までに，サイクルに応じて発生すると想定される廃棄体の形態 や量等の変化が処分に大きな影響を与えると考えられる「ホウケイ酸ガラス固化体」，「Cs-Sr 焼 結体」，「乾式再処理廃棄体（鉄リン酸ガラス固化体）」について， • 廃棄体の成立条件や考慮すべき制約条件 • 固化技術の成立性 • 廃棄体の特性 • 実規模への適用性 • プロセス 2 次廃棄物等 等 に関する情報の取得や整理を目的とした検討を実施してきている 2),3),4),5)。 本年度は，これら廃棄体に関する情報を廃棄物特性データベースに格納するために， • 各廃棄体に係る情報の取りまとめ項目の整理 • 取りまとめ項目に基づく情報の整理 • それら情報のデータベースへの格納 を行った。 また，乾式再処理廃棄体（鉄リン酸ガラス固化体）については，浸出特性に関する長期間の試 験データの取得等によりさらなる情報の充実を図るため，一部試験研究を継続した。 以下，(2)項において各廃棄体に関するこれまで研究の概要を，(3)項においてデータベースへの 格納に向けての情報整理についてまとめる。また，(4)項において「乾式再処理廃棄体（鉄リン酸 ガラス固化体）」に関して本年度実施した試験研究の内容をまとめる。 (2) 廃棄物の固化技術に係る研究の概要 ホウケイ酸ガラス固化体に関する調査・研究 2),3),4),5) 本調査・研究では，将来の多様な組成の高レベル放射性廃液をガラス化できる組成範囲を明ら かにするとともに，処分の観点で重要な浸出特性に関するデータを併せて取得した。具体的には， 廃棄物高含有組成や元素分離の技術オプションを想定したルツボ規模の実験を実施し，均質／不 均質なガラスが生成する組成範囲，均質ガラスを得るための制約条件及び各種組成ガラスの浸出 率を取得した。加えて，再処理プロセスから発生する TRU 廃棄物の一種である低レベル放射性廃 液に対するガラス固化技術の適用性確認を行い，ガラス固化法が適用可能な対象廃棄物の拡大の 可能性を示した。 Cs-Sr 焼結体に関する調査・研究 2),3),4),5) 将来の先進サイクルの技術オプションとして，高レベル放射性廃液の中で主要な発熱性核種で ある Cs-137 及び Sr-90 を含む元素群を分離回収することが考えられる。このように，高レベル放 射性廃液に含まれる元素群を半減期や発熱量に応じて分別し，それぞれの廃棄体を製造すること によって，処分場の設計に多様性や柔軟性を付与できる可能性がある。 本調査・研究では，高レベル放射性廃液から発熱性元素群を分離回収する方法の一つである無 機イオン交換体（Cs を吸着する天然ゼオライトと Sr を吸着する含水チタン酸（含水オルトチタ 4-25 ン酸））による吸着法を想定し，廃交換体そのものを焼結により廃棄物母材とした場合の検討を行 った。それぞれの焼結体ペレット及び，混合した焼結体ペレットを用いて熱伝導率と浸出率の測 定を行うとともに，大型焼結体試作試験により現在のガラス固化体（φ42 cm×H105 cm）程度の 焼結体作成が可能なことが示された。これらの知見を踏まえて，実用プラント規模の Cs-Sr 焼結 施設の概念検討及び経済性評価を行った。また，温度制限を満たす Cs-Sr 焼結体の乾式貯蔵及び 地層処分概念を構築し，処分場の性能評価を行った。 乾式再処理廃棄体（鉄リン酸ガラス固化体）に関する調査・研究 3),4),5) 本調査・研究では，乾式再処理工程から発生する FP を安定化できる固化媒体の候補として， 適切な製作性と特性を有する材料の調査と選定を行い，さらに核種の充填率や浸出挙動を含めて ガラス固化体としての性能を明らかにすることを目的とした。具体的には，FP の処理を行うため の固化媒体として鉄リン酸塩ガラスの候補としての選定と適用性の検討を行い，鉄リン酸塩ガラ スの化学的耐久性が，鉄の作用により現状のガラス固化媒体であるホウケイ酸塩ガラスと同程度 以上に高まることを示す情報が得られた。そこで，鉄リン酸塩ガラスに関して，基本物性や熱的 特性及び FP 充填率や規格化浸出率に関するデータの取得を行いつつ，各種第一遷移元素の所定 量を鉄リン酸塩ガラスに網目修飾酸化物として添加した場合の化学的耐久性の比較評価を行い， クロム(Cr)とコバルト(Co)によい効果が見られたことなどを踏まえ，さらに高い性能を示す鉄リン 酸塩ガラス系の設計を行った。 (3) データベースへの格納に向けての情報整理 (2)項で概説した廃棄物の固化技術に係る研究の成果を，廃棄物特性データベースのコンテンツ として格納するにあたっては，以下の点に留意して情報の整理を行うこととした。 a) これまでの検討経緯や結果をそのまま格納するのではなく，最新の情報を提示する。 b) 廃棄物特性や処分に係る検討を行おうとするユーザーが必要とする情報を簡潔かつ系統的 に整理する。 上記の a)については，これまでの検討経緯や結果をそのまま格納すると，情報量が大きくなる とともに，新旧の情報や試行錯誤的な検討の途中経過の情報等が混在することになり，ユーザー が知りたい情報にアクセスにしにくくなることを避けるためのものである。これについては，検 討の全体を確認し，最新の情報のみがデータベースに格納されるように，情報の適切な取捨選択 が重要となる。 一方，b)については，最新の情報が抽出されても，それらがばらばらにデータベースに登録さ れていてはユーザーが必要とする情報にたどり着きにくく，また類似の情報がある場合にどの情 報を参照すればよいかの判断に迷うことを避けるためのものである。これについては，a)の観点 で取捨選択した情報を，さらに情報の意味の違いや関係等に基づき系統的に整理するとともに， 表形式等でわかりやすく提示することが重要となる。 上記の a)と b)の観点に留意しつつ，データベースへの格納に向けての情報整理として，まず廃 棄物の固化技術に係る研究成果の取りまとめの項目を表 4.2.3.4-1 のように設定した。 取りまとめの項目の設定では，廃棄物特性や処分に係る検討を行おうとするユーザーがまず興 味を持つと思われる「特性に関する情報」の項目を最初に配置するようにしており，その中で「組 成」，「浸出特性」，「熱特性」等の主要な基本情報を表形式で簡潔に示すこととした。また，特性 に関する情報を利用して検討を行った結果である「固化成立性に関する情報」や「活用事例」の 4-26 項目を次に配置し，その中では「製造方法」や「廃棄体検討」などのより実務的な情報を示すよ うにしている。一方， 最後に配置した「研究開発の現状」では，それら基本情報や実務的な情報 を補足する比較的詳細な情報や関係する文献等を提示する。 なお，表 4.2.3.4-1 の下位項目は，3 つの廃棄物の固化技術に係る研究での実施内容を網羅し， また廃棄物特性や処分に係る検討を行おうとするユーザーが内容を推測しやすい項目名となるよ うに配慮して設定した。 表 4.2.3.4-1 廃棄物の固化技術に係る研究成果の取りまとめ項目 上位項目 (1) 背景 下位項目 A. 目的 B. 収録データ (2) 特性に関する情報 A. 組成 B. 浸出特性 C. 熱特性 D. その他（物理化学特性等） (3) 固化成立性に関する情報 A. 製造方法 B. プラント・経済性 C. 2 次廃棄物 (4) 活用事例 等 A. 廃棄体検討*（概念検討，設計） B. 貯蔵施設検討*（概念検討，設計） C. 処分場検討*（概念検討，設計） (5) 研究開発の現状 等 A. 特性や固化成立性に関する背景情報（含む，個別の試験，調査の結果） B. 実用化に向けた課題・対策 等 *：可能な範囲で，最適なものの選定，仕様諸元の設定等に係る情報を盛り込む 付録 9 に，上記目次に沿って整理した廃棄物の固化技術に係る研究成果の例を示す。 また，図 4.2.3.4-1 に，廃棄物特性データベースの廃棄物の固化技術に係る研究成果への入り口 （「廃棄体の固化技術に係る研究成果の一覧表示」）を含む上位メニュー，図 4.2.3.4-2 にトップメ ニューで「廃棄体の固化技術に係る研究成果の一覧表示」を選択したあとに表示される各廃棄体 に関する成果の一覧表を示す。図 4.2.3.4-2 の一覧表から参照したい廃棄体の種類と情報項目の交 点に配置されている PDF アイコンをクリックすることで，廃棄物の固化技術に係る研究成果を PDF 形式で参照することができる。なお，PDF としては，内容の分割の仕方によって以下の 2 種 類を準備している。 • 各下位項目の表示 • 各廃棄体の全項目一括表示 また，低レベル放射性廃棄物の固定化技術について平成 22 年度にヨーロッパ諸国を対象とした 実施した調査 4) について，本年度はヨーロッパ諸国以外を対象とした調査を実施した。その結果 を付録 10 に示す。 4-27 図 4.2.3.4-1 廃棄物特性データベースのトップメニュー（図 4.2.2.2-2 の再掲） 図 4.2.3.4-2 廃棄物特性データベースでの廃棄物の固化技術に係る研究成果のメニュー 4-28 (4) 乾式再処理廃棄体（鉄リン酸塩ガラス固化体）についての試験研究 乾式再処理工程から発生する高レベル放射性廃棄物の処理方策として，図 4.2.3.4-3 に示すリン 酸塩転換処理を想定し，固化処理媒体鉄リン酸塩ガラスの適用性検討を実施している 3),4),5)。平成 23 年度までの組成最適化検討により候補とするガラス組成が得られており，本年度は，ガラスの 化学的安定性向上に関する原理の理解に向けての試験・分析，及びガラス製作時におけるリン(P) の供給源の違いによるガラス溶融炉雰囲気の影響評価等を行い，候補とするガラス組成での熱特 性及び化学的安定性のより詳しい評価を行った。 [使⽤済⾦属燃料] 解体せん断/前処理 [使⽤済溶融塩] [Li3PO4] Ar 固体陰極 FPn+ U U3+ TRU3+ 液体Cd陰極 U/TRU [An,Cd] アクチニド 分離回収 773K 鉄リン酸ガラス基材 [P2O5, Fe 2O3, etc.] リン酸転換 （沈殿⽣成） FP 電解精製⼯程 陰極処理 射出鋳造 FP分離 （濾過/収着） [再⽣塩] 溶融混合 （ガラス化） 鉄リン酸塩 ガラス 図4.2.3.4-3 リン酸塩転換による乾式再処理廃棄物処理概念 (a)ガラス固化体に係る基礎的検討 平成 23 年度までに実施した研究では，ガラス溶融性能やガラス安定性の向上に適したガラス組 成の探索を系統的に実施し，23wt%以上の廃棄物を溶解させることができ，かつホウケイ酸ガラ スと同等以上の化学的安定性を有するガラス組成候補が得られた。 候補とされるガラス媒体の組成は，mol 比で 30Fe2O3-70P2O5 ガラスあるいは 35Fe2O3-65P2O5 ガ ラスをベース組成とし，Fe2O3 の一部を，Cr2O3，CoO あるいは Al2O3 と置き換えることで得られ る。 一方，これらのガラス媒体組成では，Fe2O3/P2O5 比率の違いにより，廃棄物のガラスへの溶解 量が急激に変化することも判明した。23wt%以上の核分裂生成物(FP)を溶解させるには， 30Fe2O3-70P2O5～35Fe2O3-65P2O5 組成がその限界と考えられ，それよりも Fe2O3 が多くなると溶解 可能な FP 量は著しく減少する傾向が見られた。 このように，Fe2O3 の一部を別の遷移金属あるいはアルミナに置き換えることで，ガラス溶融 性を保ちながら化学的安定性の向上が図られることがわかったが，そのメカニズムが十分明らか になっていない部分もある。 そこで本年度は，ガラスの溶融条件への影響についても留意しながら，リン酸原料の違いによ るガラスの性状の違いや化学的安定性が向上する原理を明らかにするための浸出試験及びガラス 表面の解析を行った。 ガラス試料 候補とした 2 種類のガラス組成を以下に，添加した模擬 FP 組成を表 4.2.3.4-2 に示す。 i) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-23Fe2O3-70P2O5 (mol 比) + 26wt%模擬 FP ii) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-28Fe2O3-65P2O5 (mol 比) + 20wt%模擬 FP 4-29 なお，i)及び ii)のそれぞれの組成に対して，リン酸原料の異なる以下の 2 つのプロセスでの試 料を作製し，作製プロセスの違いによる物性や表面状態の違いにも注目した。 1. リン酸二水素アンモニウム塩(NH4H2PO4)を P2O5 の出発原料として用いた溶融プロセス 2. 正リン酸(H3PO4)を P2O5 の出発原料として用いたプロセス 表4.2.3.4-2 添加した模擬FP組成と使用原料 含有率[mol%] 使用原料 （酸化物換算） Cs2O 1.92 Cs3PO4 SrO 6.97 SrCO3 BaO 16.24 BaCO3 Y2O3 2.53 YPO4 Sm2O3 6.13 SmPO4 CeO2 32.85 CePO4 Nd2O3 26.57 NdPO4 La2O3 6.79 LaPO4 試験用の試料は，SSA-S 相当のアルミナルツボに原料を投入し，1200℃で撹拌子により 60rpm で約 1 時間溶融混合した後，2 バッチ分を混合して 1200℃で 4 時間撹拌しながら溶融を継続した。 カーボン型に流し込んだのち，ガラス転移温度＋5℃で徐冷処理（歪抜き）を行って，1℃/分で室 温まで冷却した。ガラス試料を所定の形状に加工研磨し，表面をアセトン及びアルコールで十分 に洗浄した。 その試料を用いて，まず，ガラス試料の熱特性として，熱膨張測定によりガラス転移温度，屈 服点，線平均熱膨張係数を求めた。 ガラス試料の化学的安定性の評価は，平成 23 年度までの研究と同様に MCC-1 法に準拠した浸 出試験と規格化浸出速度を算出することで行った。7 日間の浸出期間中の浸出液の減少量は十分 小さく，データは許容誤差範囲内であることを確認した。浸出液の元素分析は ICP-OES 及び ICP-MS を用いた。試験に供した試料数 n は各試験で 5～6 とした。 また，平成 23 年度までの評価では，ガラス安定化のメカニズムを検討するためガラスの表面付 近の各元素の状態や Fe の価数が重要であることが示唆された。そのため，水への浸出試験の前後 の試料、及び加熱による表面状態の変化を評価するためのガラス転移点付近の 500℃程度まで加 熱後に冷却した試料について，ガラス表面の組成や化学状態についての評価を行った。表面の組 成及び化学状態の解析には，X 線光電子分光法(XPS)を用いた。 熱特性 ガラスの熱特性の測定結果を表 4.2.3.4-3 に示す。 リン酸原料の違いによってガラス転移温度や屈服点に最大 10℃程度の差が生じた。熱膨張係数 についても同様に若干の差が生じている。NH4H2PO4 を出発原料とした試料は H3PO4 を出発原料 とした試料に比べて，ガラス転移温度は高くなる傾向を示しているが，逆に膨張係数については 小さめの値となっている。これらは主要組成の違いによるものというよりは，添加した FP 成分 の不溶解成分の多少の影響が大きいものと推察されるが，その熱特性の差は大きくないと判断で きる。 4-30 表4.2.3.4-3 作製したガラス試料の熱特性 i)-1 リン原料 i)-2 NH4H2PO4 使 ii)-1 H3PO4 ii)-2 NH4H2PO4 使 用ｶﾚｯﾄ H3PO4 用ｶﾚｯﾄ Fe 等/P 比 30/70 30/70 35/65 35/65 模擬 FP 量 26wt% 26wt% 20wt% 20wt% ガラス転移温度 538℃ 534℃ 529℃ 521℃ 屈服点 595℃ 熱膨張係数 6.39×10 585℃ -6 6.73×10 568℃ -6 6.06×10 576℃ -6 6.18×10-6 ガラス試料の表面には，平成 23 年度までと同様に，図 4.2.3.4-4 に示す様な若干の析出物が観 察された。析出物は不溶性であり，希土類のリン酸塩と考えられる。これは，製作した試料での Fe 等と P の比が溶解性の限度に近く，溶融条件等の僅かな違いにより溶解挙動が影響を受けたこ とで析出物が生じた可能性が考えられる。 図4.2.3.4-4 作製したガラスの研磨表面の光学顕微鏡写真 （左：Fe等/P=30/70+26%FP，右：Fe等/P=35/65+20%FP） 化学的安定性 図 4.2.3.4-5 に，各ガラス構成成分元素の規格化浸出速度を示す。浸出速度が大きかった元素は， これまでの評価と同様に Co，Cs，Sr，Ba であり，P と Al がそれに続いている。浸出速度は 10-2g/m2/day 程度と低く，ホウケイ酸ガラスと同程度の化学的安定性を有すると言える。主成分の ひとつである Fe の溶出速度はさらに 1 桁低く，Cr についても同様に溶出しにくい。Y や Nd など の希土類金属元素の溶出速度は 10-4g/m2/day と極めて低く，平成 23 年度の評価結果と比較しても， FP 含有量が多くなっていることを考慮するとほぼ妥当な値といえる。リン酸原料の違いについて は，NH4H2PO4 を用いたガラスに比較して，H3PO4 を用いたガラスの浸出速度が若干大きい値を示 しているが，前述したように，ガラスの熱特性に若干の違いが生じており，これらの差が反映さ れている可能性がある。ただし，リン酸原料の違いに対する浸出速度の依存性は大きいものでは なく，むしろリン酸原料の違いによるガラス中の鉄イオンの原子価の割合の制御による安定性の 観点を重視すべきと考えられる。 4-31 図4.2.3.4-5 各元素の規格化浸出速度 （凡例のCはNH4H2PO4使用カレット，Sは正リン酸(H3PO4)を示す） ガラスの表面解析 鉄(Fe)等とリン(P)の比が 30/70 のガラス試料に関して，28 日間の浸出試験前後及び 100～500℃ への加熱冷却後の XPS 表面分析の結果を図 4.2.3.4-6 に示す（図中の凡例は，「Fe 等と P の組成_ 浸出期間(week)_加熱した温度(℃)」で示している） 。 Fe3p スペクトルで最も大きな約 57.5eV 付近のピークは Fe3+の鉄イオンであり，低束縛エネル ギー側のショルダー（約 55.5eV）を与えているのは Fe2+の鉄イオンである。浸漬前の試料表面に は約 16%の鉄イオンが Fe2+の状態にある。加熱によってこのショルダーは減少することはなく， Fe2+の状態の鉄イオンは常にガラス表面に存在している。一方，4 週間の浸出試験を行った試料表 面のスペクトルには Fe3+イオンのピークのみが観測されている。このような挙動は，Fe2p スペク トルの 710-714eV の範囲に同様に観測されている。ガラス試料が水と接したことにより，Fe3+の みの鉄がガラス表面に形成されたことがわかる。 P2p スペクトルには大きな変化が見られない。 一方，Cr2p スペクトルについては，浸漬前及び加熱した表面においては Cr2p に帰属される 2 つのピーク（579.5eV，589.7eV）の S/N 比が低く，極低濃度しか存在していないことがわかる。 一方，4 週間浸漬後の試料では，ピークが明瞭化しており，試料表面において Cr 元素が濃縮して いることがわかる。表 4.2.3.4-4 に浸漬前後で求められた表面組成（原子数比）を示す。Fe, Cr と もに濃度が高まっていることがわかる。これらは浸出試験結果と比較すると，浸出速度の大きな 成分が溶出する選択的な溶出過程が生じた結果，浸出速度の遅い Fe, Cr が表面に濃縮されたもの と考えられる。一方，鉄の価数を考えた場合，ガラス表面はほぼ Fe3+のみとなった。これらの挙 動は，観測した他のガラス試料についてもほぼ同様に見られ，わずか 1 週間の浸漬において既に そのような状態変化が生じていることがわかった。これまでに鉄リン酸塩ガラスの鉄イオンの価 数と化学的安定性の間には Fe3+/Fe2+比が大きく影響することがわかっており，Fe3+のみ存在する 表面状態が形成されたことによりガラスの化学的安定性が大きく向上したと評価することができ る。 より詳細な機構を検討するには，これらの成分がどのような形で表面に存在しているかについ ての形態観察を含めた評価が必要である。 4-32 図4.2.3.4-6 ガラス試料表面のXPSスペクトル （左からFe3p, Fe2p, P2p, Cr2pスペクトルを表す。また，図中の凡例は， 「Fe等とPの組成_浸出期間(week)_加熱した温度(℃)」で示している） 表4.2.3.4-4 試料表面の化学組成（Pに対する原子数比で表記） 試料名 Al/P Cr/P Fe/P 浸出試験前 0.116 0.026 0.235 研磨，洗浄後の表面 4 週間浸出試験後 0.078 0.042 0.637 - 調製時組成 0.064 0.014 0.329 - 備 考 (b) ガラス固化体特性データ取得 前項のガラス固化体に係る基礎的検討では，ガラス調製時に十分な処理を行うことにより，リ ンの供給源の違いはガラスの化学的安定性に顕著に影響しないことが示された。本項目では，平 成 23 年度に NH4H2PO4 を原料として浸出試験を実施していることから，H3PO4 を用いた長期浸出 試験及び物性測定を行った。用いたガラス試料の組成や作製手順は前項と同じである。 ガラス物性測定 浸出試験用の 2 試料の物性評価として，平成 23 年度と同様に，粘度，軟化点，熱膨張率，溶融 温度，ガラス転移点及び屈伏点，機械的強度，密度，比熱容量，熱伝導率，鉄の価数の分析を実 施した。表 4.2.3.4-5 に評価結果を示す。いずれの物性値もホウケイ酸ガラスと比べて問題のない 値となっている。特に密度が大きいことや粘度が小さいことは FP の含有率向上やガラス成形性 の観点から有利な特性と言える。 また，各ガラス試料のガラス化状態を評価するために，X 線回折による結晶生成の有無の観測 を行った（図 4.2.3.4-7） 。有意な結晶ピークは無く，ガラス化していると判断できる。なお， 「ii) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-28Fe2O3-65P2O5 (mol 比)＋23wt%模擬 FP」のガラス試料（図 4.2.3.4-7 の最 上段）では，含有率が高い Nd のリン酸塩（不溶性）が析出していることがわかる。 4-33 表4.2.3.4-5 ガラス物性の評価結果 測定項目 単位 i) 30/70-26%FP ii) 35/65-20%FP ガラス転移点（耐熱温度） [°C] 544 527 7.15 6.87 0.617（20°C） 0.614（20°C） 0.876（300°C） 0.919（300°C） 0.927（20°C） 0.878（20°C） 1.23（300°C） 1.22（300°C） -6 熱膨張係数 30～300°C [×10 /°C] 比熱容量 [J/g/K] 熱伝導率 [W/m/K] FP 酸化物分析値 [wt%] 25.9 19.5 3 密度 [g/cm ] 3.40 3.35 粘度 A -1.25 -6.13 B 2720 5800 logη=A+B/(T-C)の係数） C 340 211 軟化点 [°C] 647 633 ガラス溶融温度 [°C] 1177 924 ：4.903N [GPa] 4.52 4.50 ：標準偏差 [GPa] 0.02 0.04 4.42（20°C） 4.27（20°C） 4.13（300°C） 3.95（300°C） 72 / 28 72 / 28 （ 粘 度 曲 線 の ビッカース硬度 VFT 式 [×10-7m2/s] 熱拡散率 Fe イオンの価数 2+ Fe / Fe 3+ ii)* 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-28Fe2O3-65P2O5 (mol 比) + 23wt% FP ii) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-28Fe2O3-65P2O5 (mol 比) + 20wt% FP i) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-23Fe2O3-70P2O5 (mol 比) + 26wt% FP 図4.2.3.4-7 ガラス試料の結晶析出状況（XRDパターン） 4-34 浸出試験 化学的安定性の評価は，平成 23 年度までと同様に規格化浸出速度にて評価した。規格化浸出速 度は MCC-1 法に準拠した 91 日の浸出試験により求めた。図 4.2.3.4-8 に進出試験前後のガラス試 料外観を示す。ガラスの表面には若干の沈積物が見られた。表面の拡大 SEM 像を図 4.2.3.4-9 に 示す。浸出試験開始前の試料においても析出物の付着が見られる。浸出試験の進展に伴い，表面 の沈着物は増加し，91 日後の試料では図 4.2.3.4-9 に示すように表面が析出物で覆われている部分 も見られた。また，Fe 等/P=30/70 で模擬 FP 35 wt%の試料では，浸出試験後の試料に若干の脆化 が見られた。なお，浸出液に関しては平成 23 年度の試験で見られたような着色は見られず，ほぼ 無色透明であった。 浸漬前 浸漬前 7 日後 28 日後 91 日後 7 日後 28 日後 91 日後 図4.2.3.4-8 浸出試験前後のガラス試料外観 （上段：Fe等/P=30/70 模擬FP 35 wt%，下段：Fe等/P =35/65 模擬FP 25 wt%） 浸出試験前（×100） 浸出試験前（×100） 7 日浸漬後（×5000） 28 日浸漬後（×5000） 91 日浸漬後（×5000） 7 日浸漬後（×5000） 28 日浸漬後（×5000） 91 日浸漬後（×5000） 図4.2.3.4-9 浸出試験前後のガラス試料表面の析出物状況 （上段：Fe等/P=30/70 模擬FP 35 wt%，下段：Fe等/P =35/65 模擬FP 25 wt%） 4-35 浸出日数の増加に伴って，図 4.2.3.4-10 に示す様に浸出液の pH が徐々に低下した。これは，ガ ラスマトリックスからのリン酸の溶出によるものと考えられ，計算値とも概ね一致する。 主要な FP 元素として可溶性の Cs とガラスマトリックスの P の浸出試験結果をホウケイ酸ガラ スにおけるアルカリ金属の Na 及びガラスマトリックスの B の値と比較して図 4.2.3.4-11 に示す。 「i) 1Cr2O3-3(CoO)2-4.5Al2O3-23Fe2O3-70P2O5 (mol 比) + 26wt%模擬 FP」試料における P や Cs の値 は時間と共に増加し，一定の値に収束する傾向が見られた。全元素の規格化浸出速度を図 4.2.3.4-12 に示す。これまでと同様に Cs，Co，P，Sr，Ba 等の溶出しやすい元素の規格化浸出速 度は大きいが，希土類や Cr, Fe の浸出速度は小さい。また，原料として H3PO4 を用いていること から，NH4H2PO4 を用いた平成 23 年度の試料よりも全体的に浸出速度は小さく，ガラスの化学的 安定性が向上していると言える。 7.0 30/70 35 wt% 6.0 35/65 25 wt% pH 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 20 40 60 浸漬日数（日） 80 100 図4.2.3.4-10 浸出試験時の溶出液のpH 1.0E+00 ホウ珪酸ガラス例 規格化浸出速度 [g/m2/day] ―：B ―：Na 1.0E-01 ―：P 1.0E-02 ―：Cs 1.0E-03 鉄リン酸塩ガラス H23年度 □：30/70-35wt% △：35/65-25wt% 1.0E-04 鉄リン酸塩ガラス H24年度 ■：30/70-35wt% ▲：35/65-25wt% 1.0E-05 0 20 40 60 80 100 浸漬⽇数 [⽇] 図4.2.3.4-11 規格化浸出速度の鉄リン酸塩ガラスとホウケイ酸ガラスとの比較 （アルカリ金属，ガラス母材） 4-36 1E+00 7⽇ 1E-01 28⽇ 91⽇ 1E-02 1E-03 1E-04 規格化浸出速度 [g/m 2 /d] 規格化浸出速度 [g/m 2/d] 1E+00 7⽇ 1E-01 28⽇ 1E-02 91⽇ 1E-03 1E-04 1E-05 1E-05 Fe P Co Cr Al Cs Sr Ba Y Fe La Ce Nd Sm P Co Cr Al Cs Sr Ba Y La Ce Nd Sm 図4.2.3.4-12 各元素の規格化浸出速度 （左：Fe等/P=30/70＋35 wt%模擬FP ，右：Fe等/P =35/65＋25 wt%模擬FP） (c)まとめと今後の課題 乾式再処理から発生する高レベル放射性廃棄物の固化媒体として，鉄リン酸塩ガラスの利用可 能性をガラス片試料を用いた諸試験により確認した。元来親水性を示すリン酸塩ガラスに鉄を 40％程度加えると化学的安定性が飛躍的に増すとの文献情報を基に，日本における高レベル放射 性廃棄物媒体としての利用を念頭においた化学的安定性やガラスの成形性及び諸物性を得るため のガラス組成の最適化を行った結果，Fe の一部を Cr，Co，Al で置き換え，またこれらの P に対 する比を 30/70 とすること，及び P の原料に NH4H2PO4 を使用する場合はアンモニア成分を十分 除去することで安定なガラスが得られることが分かった。 本調査・試験の結果からは，鉄リン酸塩ガラスは水に浸漬することにより，ガラスの表層部に おいてガラスマトリックス中の P 成分が溶出し，他の含有元素も調和溶解すると考えられる。ガ ラス表面においては水との作用により Fe3+/Fe2+割合が増大してガラスの架橋構造が強化され，か つ溶出した希土類が不溶性のリン酸塩を形成して変質層を形成することにより，化学的安定性が 向上するメカニズムが想定できる。 なお，鉄リン酸塩ガラスに関する研究は，本項で示した様に小規模な試験片を用いた基礎試験 段階であることから実用化に向けた課題を十分に議論できる段階ではないが，以下の課題が挙げ られる。 • 核分裂生成物の高充填を狙った場合（例えば FP 含有率が 26wt%），ガラス固化体の発熱量が 高くなることから，固化体の冷却期間を延長する等の対策が必要となる • 試験片を用いた試験においても，ガラスの組成条件によっては析出物の生成，クラックや破 砕が生じていることから，大型化に際してはガラスの成形性が重要な課題となる • ガラス表面からの P の溶出により，表面に接触する溶液の pH 低下及びそれに伴う包蔵元素 の溶出促進が懸念される。周辺の緩衝材等との相互作用の検討等が必要となる。 • リン酸系のガラスは一般的に金属材料の腐食を促進することから，ガラス溶融炉をはじめと する機器の防食対策が必要となる。炉材料はセラミックで対応可能と考えられるが，金属部 材の選定及び耐久性が課題となる。 4-37 4.2.3.5 影響伝播情報及び廃棄物区分・処分区分情報の新規登録 廃棄物の特性はサイクル条件や用いられる技術等により影響を受け，また廃棄物の特性は処分 に影響を及ぼすこととなる。このような「サイクル条件～廃棄物特性～処分」の影響伝播につい ては，従来から本項目において分析・整理を行ってきた。本年度は，これまでに行ってきた一連 の分析・整理の結果を廃棄物特性データベースに登録し，ユーザーが適宜参照できるようにした。 これにより，ユーザーは，サイクルから処分までの廃棄物管理を検討する際に着目すべきプロセ スやそのつながりに関する情報を参照することができる。 影響伝播に係る情報の一覧表示を図 4.2.3.5-1 に，影響伝播の分析・整理結果の例を図 4.2.3.5-2 と図 4.2.3.5-3 に示す。なお，図 4.2.3.5-1 の影響伝播に係る情報の一覧表示は，廃棄物特性データ ベースのメインメニュー（図 4.2.2.2-2）からアクセスすることができる。 図 4.2.3.5-1 廃棄物特性データベースでの影響伝播に係る情報の一覧表示 図 4.2.3.5-2 影響伝播の分析・整理結果の例 （諸条件が処分に及ぼす影響伝播分析図：高レベル放射性廃棄物） 4-38 図 4.2.3.5-3 影響伝播の分析・整理結果の例 （諸条件が処分に及ぼす影響伝播分析図：低レベル放射性廃棄物） また，国内外や各機関において定義されている廃棄物区分や処分区分に係る情報についても， 従来から本項目において分析・整理を行ってきた。本年度は，これまでに行ってきた一連の分析・ 整理の結果を廃棄物特性データベースに登録し，ユーザーが適宜参照できるようにした。これに より，ユーザーは，サイクルから処分までの廃棄物管理を検討する際に着目すべき廃棄物区分や 処分区分に関する情報を参照することができる。 国内外の廃棄物区分・処分区分に係る情報の一覧表示を図 4.2.3.5-4 に，各国・各機関の区分の 例として IAEA の廃棄物区分／処分区分の情報を整理した結果を図 4.2.3.5-5 に，国内外の廃棄物 区分・処分区分に係る情報を処分区分を軸として整理した結果を図 4.2.3.5-6 に示す。なお，図 4.2.3.5-6 に示す情報量が多いため一覧表示の画面上は小さくなっているが，クリックすることで 別画面が立ち上がり大きく表示することができる。 図 4.2.3.5-4 廃棄物特性データベースでの廃棄物区分・処分区分に係る情報の一覧表示 4-39 図 4.2.3.5-5 「IAEA の廃棄物区分／処分区分（表）」での情報の整理例 図 4.2.3.5-6 「処分区分を軸とした整理」での情報の整理例 4-40 4.3 廃棄物特性定量評価ツールの高度化 4.3.1 本項目の目的と実施事項 本項目は，将来的な先進サイクルも含めた核燃料サイクルについて，サイクルの種類（炉型， 炉心，再処理方法等の組合せ）及びサイクルの諸条件を任意に設定し，そこから発生する廃棄物 の特性（廃棄体本数，核種量，放射能量，発熱量）を定量的に評価可能とする技術（廃棄物特性 定量評価ツール）を開発・整備すること，また，開発した技術をユーザーにとって利用しやすい 形で提供することを目的としている。 上記目的の達成に向けて実施してきた平成 23 年度までの成果と課題，及びそれを踏まえた本年 度の主な実施項目を以下にまとめる。 (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 平成 21 年度までに，代表的な先進サイクルを含めた核燃料サイクルの設定が可能であり，サイ クルの各プロセスにおけるパラメータを任意に設定可能とした廃棄物特性定量評価ツールのプロ トタイプを構築した。またその後，評価可能なサイクルの種類の拡充，及び機能の高度化として ユーザーインターフェイスの英語化，パラメータ設定時に参照できる情報の充実，多量の解析結 果からユーザーが欲しい情報を効率的に絞り込む機能の追加等を実施した。 図 4.3.1-1 に本ツールの評価対象と解析の流れを，図 4.3.1-2 に本ツールのユーザーインターフ ェイス例（メイン画面）を示す。 入力 ・天然ウラン組成 採鉱 ・回収製品組成 計算 計算 製造 ・装荷燃料組成 ・集合体組成 ORIGEN 解析 ORIGEN解析 ＯＲＩＧＥＮ解析 ＯＲＩＧＥＮ解析 原子炉 （冷却含む） ・使用済燃料組成 ・集合体照射組成 SF貯蔵 ・使用済燃料組成 ・集合体照射組成 計算 計算 ＯＲＩＧＥＮ解析 ORIGEN解析 ・回収製品組成 廃液貯蔵 再処理 換算 換算 ・高レベル廃液組成 ・集合体照射組成 ・分離FP組成 換算 換算 計算 計算 換算 換算 運転廃棄物 運転廃棄物 運転廃棄物 ・発生量換算 ・発生量換算 ・発生量換算 解体廃棄物 解体廃棄物 解体廃棄物 ・発生量換算 ・発生量換算 ・発生量換算 固化処理 ORIGEN解析 ＯＲＩＧＥＮ解析 ORIGEN解析 ・ガラス固化体 ・ハル･エンドピース ・廃銀吸着材 ・FP焼結体 図 4.3.1-1 廃棄物特性定量評価ツールの評価対象と解析の流れ 4-41 廃棄体貯蔵 ・ガラス固化体 ・ハル･エンドピース ・廃銀吸着材 ・FP焼結体 図 4.3.1-2 廃棄物特性定量評価ツールのユーザーインターフェイス例（メイン画面） (2) 本年度の主な実施事項 (1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は，多様なサイクルの想定や条件での評価を可能と するために整備してきた様々な機能の使い方をユーザーにわかりやすく提示することを中心に， 実用版に向けて主に以下を実施した。 • マニュアル等について，はじめて利用するユーザーが操作に迷わないように，特に基本とな るモデル構築，入力データ設定，出力確認についての説明を充実させる（4.3.2 項参照）。 • 評価事例の拡充について，よく注目されるサイクル条件の変更を対象とし，かつ，ツールの 機能を多様に活用する事例を設定し，そのモデル化構築，入力データ設定，出力確認を通じ て，ツールを用いた評価手順等の具体例が提示できるようにする。また，事例をファイル形 式で共有できるようにすることで，透明性を確保するとともに類似問題を実施する際のひな 形として利用できるようにする（4.3.3 項参照）。 • また，本ツールのユーザーレビュー（付録 2 参照）を行い，操作性や有用性に関する生の意 見を得る。それを踏まえて，上記実施項目と適切に連携させつつマニュアルや事例等の拡充 を図る。 • 実用版に向けて，本ツールの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用につい てのシナリオを再整理する（6 章の統合・利用支援環境での検討と連携しつつ実施：6.2 節参 照）。 4-42 4.3.2 廃棄物特性定量評価ツールの機能 廃棄物特性定量評価ツールの概要として，本ツールの主な機能，評価可能なサイクルの種類， 主な入出力パラメータを図 4.3.2-1 に示す。 ツールの機能 ・ORIGEN2.2 による燃焼・崩壊計算 ・GUIによる簡易な操作（サイクル条件設定，等） ・入出力データ管理機能 ・外部出力機能 ・長期崩壊計算機能 ・感度解析支援機能 対応可能なサイクル 燃料製造 軽水炉UOX 軽水炉MOX 高速炉MOX 再処理 原子炉 × 高速炉金属 高速炉窒化物 軽水炉 PUREX 軽水炉MOX 先進湿式 × Na冷却高速炉 酸化物電解 Pb-Bi冷却高速炉 金属電解 主な入出力パラメータ 主な入力 出力 ・サイクルシステム種類（フロー） ・燃料組成，集合体組成 ・燃焼度 ・再処理回収率（MA，FP） ・貯蔵期間 ・廃棄体作成条件 ・HLW ・ハル・エンドピース ・廃銀吸着材 ・LLWの発生量 の ・発生量 ・発熱量 ・核種組成 ・放射能 （経時変化） 図 4.3.2-1 廃棄物特性定量評価ツールの主な機能，評価可能なサイクル，主な入出力パラメータ 本ツールは，サイクルの種類（炉型，炉心，再処理方法等の組合せ）及びサイクルの諸条件を 任意に設定し，そこから発生する廃棄物の特性（廃棄体本数，核種量，放射能量，発熱量）を定 量的に評価可能とすることを目的に開発・整備してきており，燃焼・崩壊の計算で世界的に広く 使われている ORIGEN2.2 を中核に，グラフィカルユーザーインターフェイスにより，サイクル のモデル化や条件入力の支援，ORIGEN2.2 の計算で出力される多種多様な情報の効率的な参照の 支援を行うことを大きな特徴とする。 本ツールの主要な機能を，評価の流れに応じて整理すると以下のようになる。 • ステップ 1 サイクルモデルの設定の支援： - サイクルモデル構築支援機能（メイン画面）（4.3.2.1 項参照） • ステップ 2 解析条件の入力，解析実施の支援： - サイクル条件入力支援機能（条件入力画面）（4.3.2.1 項参照） - 解析実施支援機能（メイン画面）（4.3.2.1 項参照） • ステップ 3 出力の確認の支援： - 出力確認支援機能（解析結果画面：サマリ情報画面，詳細情報画面） （4.3.2.2 項参照） - 長期崩壊計算機能（解析結果画面） （4.3.2.2 項参照） 4-43 さらに，その他の補助的な機能として以下を実装している（4.3.2.2 項参照）。 • 廃棄物特性の評価では，サイクルに関する多数の条件を設定する必要があるが，それらは 必ずしも一義的に決まっているものではなく，複数の候補があったり不確実性を有したり していることが多く，感度解析的に条件を変化させた解析を行うことが多い。そのため， 本ツールでも，1 つの解析ケースで入力値を変更した複数回の解析を実施できる機能を実装。 • 解析ケースのファイルとしてエクスポート／インポートできるようにすることで，他のユ ーザーとの間で廃棄物特性評価の対象としたサイクルモデルやサイクル条件の共有を支援。 • グラフィカルユーザーインターフェイスの画面や解析結果（サマリ情報）を英語表示でき るようにすることで廃棄物特性評価についての海外の専門家との情報交換や議論を支援。 • ユーザーが本ツールを使いながら利用方法等を確認できるオンラインマニュアル，オンラ インヘルプの機能。 なお，レビュー（付録 2 参照）において，本ツールに対する意見として， 「使いやすい」， 「有効 である」，との意見をいただくとともに，操作性や見やすさ等に関する以下のような意見をいただ いた。 ・技術オプションの選択と配置の時の，クリックしたあといったん放してムーブするという操 作は普段ない ・技術オプションのリンクはどれでもつながるのか ・新規解析設定，感度解析設定時に再処理モジュールの入力がゼロに設定される ・長期崩壊計算を行う場合に止まったようになる ・字が小さい ・出力の項目名に分かりにくいものがある ・見慣れない用語が多い ・本ツールと他のツール・データベースとのつながりはどうなるか 等 これら意見の多くは本ツールの操作方法や表示方法に関するものであり，使い方や見方を利用 マニュアルで丁寧に説明することで解消するものが多いと思われるため，以下の形で対応した。 • 機能や操作方法を詳細に説明する「詳細利用マニュアル」の改訂において意見を頂いた部 分に関する説明を充実させる。 • 基本的な使い方を中心にまとめる「簡易利用マニュアル」においても，意見を頂いた部分 に関する説明を充実させる。 詳細利用マニュアルは本ツールから直接参照可能であり，また簡易利用マニュアルは詳細利用 マニュアルとともに統合・利用支援環境のメインメニュー（6 章参照）から参照可能である。 用語のわかりにくさに関する意見については，本ツールのメイン画面，条件入力画面，解析結 果画面で用いられている特殊な用語を抽出し，その説明を用語集として整理することで対応した。 用語集は統合・利用支援環境のメインメニュー（6 章参照）から参照可能である。 本ツールと他のツール・データベースとのつながりについては，本ツールの典型的な利用の仕 方をユーザーにわかりやすく示すために作成する利用シナリオとも密接に関係する。本ツールの 単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用についてのシナリオは，本項で示すツー ルの機能や 4.3.3 項で示す感度解析事例を踏まえつつ， 「6 章 統合・利用支援環境の開発」におい て，他のツール・データベースの利用シナリオと合わせて検討する（6.2 節参照）。 4-44 4.3.2.1 サイクルモデル構築支援，サイクル条件入力支援，解析実行支援の機能 本項では，サイクルモデル構築支援，サイクル条件入力支援，解析実行支援のそれぞれの機能 を，前述の「操作や表示に関する使い方や見方の丁寧に説明する」との本年度の課題への取り組 み結果を反映して，評価のステップに応じて実際の画面例を示しながら説明する。 ステップ 1：サイクルモデルの設定の支援 • 評価したいサイクルに対応したサイクルモデルを，「サイクルモデル構築支援機能」（メイン 画面）を利用して以下の手順で設定する（図 4.3.2.1-1 参照）。 • サイクルモデルの設定では，まず，以下の各プロセスについて，適用する技術オプションを 選定・配置する（技術オプションのリスト（メイン画面上段）から適用したい技術オプショ ンを選択（シングルクリック）し，その後，選択した技術オプションを配置したいモデル作 成エリア（メイン画面中段）を指定（シングルクリック）する。この操作はマウスのドラッ グ＆ドロップではないことに注意が必要。）。 - 採鉱 - 製造 - 原子炉 - 再処理 - 固化処理 - 貯蔵 • 次に，想定するサイクルでのプロセスフローに沿って，複数のプロセス間のリンクを指定す る（モデル作成エリアに配置した各技術オプションのアイコン間にリンクを設定する：メイ ン画面中段） 。 • サイクルモデルとしては，単サイクル，複合サイクルの両方の設定が可能である。 • また，プロセス間のリンクについては，不適切なモデル化を回避するために，明らかに不適 切なリンクの指定はできないようになっている（例えば，軽水炉の燃料と高速炉のリンク）。 メイン画面 適用したい技術オプション を選択（ｼﾝｸﾞﾙｸﾘｯｸ） 選択した技術オプションを 配置したいモデル作成エリ アを指定（ｼﾝｸﾞﾙｸﾘｯｸ） 複合プロセスの場合， 技術オプション のリンクを指定 異なるサイクル の接続も可能 図 4.3.2.1-1 廃棄物特性定量評価ツール：サイクルモデル構築支援機能（メイン画面） 4-45 ステップ 2：解析条件の入力，解析実施の支援 • 設定したサイクルモデルの各プロセスに対して，以下の手順で，解析条件の入力，及び全て のプロセスについての入力が終了した時点で解析を実施する（図 4.3.2.1-2 参照）。 • モデル作成エリアに配置した技術オプションのアイコンをクリックすることで，簡潔なフォ ーマットでの条件入力画面が表示される（「サイクル条件入力支援機能」）。この画面の入力欄 に解析条件を入力する（初期状態ではデフォルト値が設定されている。ユーザーは，デフォ ルト値をそのまま用いるか，必要に応じて特定の入力値に変更する）。サイクルモデルで設定 した各プロセスに対してこの操作を行う。 • 全てのプロセスについての入力が終了した時点で，解析実行ボタンを押下することで解析が 実施される（「解析実行支援機能」） 。解析の実行状況及び解析の終了（正常終了，異常終了） は，解析実行ボタンの右の領域に表示される。比較的単純なサイクルモデルであれば，解析 は数秒～1 分以内で終了する。 • 本ツールでは，燃焼・崩壊計算で重要となる断面積ライブラリに関して，濃縮度や平均燃焼 度の設定に応じて，自動的に適切なライブラリを選択し解析に利用する（表 4.3.2.1-1）。 条件入力画面 条件入力画面 条件は任意設定可能 デフォルト値設定機能有り 解析実行ボタン 解析時間は数秒 ～１分程度 図 4.3.2.1-2 廃棄物特性定量評価ツール：サイクル条件入力支援機能，解析実施支援機能 4-46 表 4.3.2.1-1 廃棄物特性定量評価ツール：利用可能な断面積ライブラリ一覧 No ライブラリ名称 用途（炉型） 条件 1 PWR34J33 LWR PWR U 濃縮度≦3.4% 2 PWR41J33 LWR PWR 3.4%＜U 濃縮度≦4.1% 3 PWR47J33 LWR PWR U 濃縮度＞4.1% 4 BS140J33 LWR BWR 平均燃焼度≦40GWd/tHM 5 BS240J33 LWR BWR 40GWd/tHM＜平均燃焼度≦50GWd/tHM 6 BS340J33 LWR BWR 平均燃焼度＞50GWd/tHM 7 PWRM0210J33 LWR 部分 MOX PWR 8 BS2M044SJ33 LWR 部分 MOX BWR 9 600MMXIC_J33 FBR MOX 内側燃料 （平均燃料度 60GWd/tHM 以下） （平均燃料度 60GWd/tHM 以下） （平均燃料度 60GWd/tHM 以下） PUREX 法再処理から得られる製品利用時 （炉心出力≦0.75GW） 10 600MMXOC_J33 FBR MOX 外側燃料 〃 11 600MMXAX_J33 FBR MOX 軸ブランケット 〃 12 600MMXRD_J33 FBR MOX 径ブランケット 600MRPIC_J33 FBR MOX 内側燃料 14 600MRPOC_J33 FBR MOX 外側燃料 〃 15 600MRPAX_J33 FBR MOX 軸ブランケット 〃 16 600MRPRD_J33 FBR MOX 径ブランケット 〃 17 600MMTIC_J33 FBR 金属燃料 内側燃料 18 600MMTOC_J33 FBR 金属燃料 外側燃料 19 600MMTAX_J33 FBR 金属燃料 軸ブランケット 20 600MMTRD_J33 FBR 金属燃料 径ブランケット 21 600MMNIIC_J33 FBR 窒化物燃料 内側燃料 22 600MMNIOC_J33 FBR 窒化物燃料 外側燃料 23 600MMNIAX_J33 FBR 窒化物燃料 軸ブランケット 24 600MMNIRD_J33 FBR 窒化物燃料径ブランケット 13 〃 採鉱 U からの燃料製造，または 先進湿式再処理から得られる製品利用時 注）条件欄に記載の括弧内のルールは，未使用 4-47 4.3.2.2 出力確認支援，長期崩壊計算の機能 本項では，出力確認支援，長期崩壊計算のそれぞれの機能を，評価のステップに応じて実際の 画面例を示しながら説明する。 ステップ 3：出力の確認の支援 • ステップ 2 での解析の終了後，以下の手順で，解析結果を確認する。 • 解析結果は，メイン画面のモデル作成エリア下段の「結果」ボタン（図 4.3.2.1-1：メイン画 面中段）を押すことで「解析結果画面」（図 4.3.2.2-1 参照）で確認することができる。解析 結果は，ORIGEN2.2 が出力する情報が膨大であることから，それらを本ツールの解析実行後 に自動的に処理することで，ユーザーが必要に応じて参照する情報の詳細度を選定できるよ うにしている（サマリ情報，詳細情報）。なお，図 4.3.2.2-1 の下段にある「エクスポートボ タン」については，4.3.2.3 項で説明する。 • - サマリ情報：主要元素の質量，総発熱量，総放射能量 - 詳細情報：核種ごとの質量，発熱量，放射能量 また，廃棄物特性の評価結果を処分の検討で用いる際には，貯蔵後の廃棄体の質量，発熱量， 放射能量の経時変化の情報が必要になる。そのため，貯蔵後の情報を基点に，9×107 年まで の崩壊計算が行えるようにしている（「長期崩壊計算機能」 ：図 4.3.2.2-2）。 • さらに，詳細情報画面でのデータや長期崩壊計算結果のデータは，ORIGEN2.2 の直接の出力 に比べれば見やすくなっているものの，全核種のデータが並んでいるため，特定の核種のデ ータのみを参照したい場合には必ずしも見やすい形にはなっていない。そこで，参照したい 核種や元素及び情報の種類（核種量，発熱量，放射能量）を指定することで，関係するデー タのみを抽出して表示する機能（「解析結果検索機能」：図 4.3.2.2-3）を整備している。 解析結果（サマリ情報画面） 解析結果（詳細情報画面） 核種毎の ・質量 ・発熱量 ・放射能 発生量 主要元素質量 発熱量合計 放射能合計 エクスポートボタン エクスポートボタン 図 4.3.2.2-1 廃棄物特性定量評価ツール：出力確認支援機能（解析結果画面） 4-48 長期崩壊計算指定 長期崩壊計算結果画面 長期崩壊計算結果（ 発熱量の 経時変化） の整理例 （エクスポート後，エクセルで処理） 0年から9×10 7 年までの 崩壊計算結果 貯蔵モジュールの 解析結果 重量（経時変化） 発熱量（経時変化） 放射能（経時変化） エクスポート 図 4.3.2.2-2 廃棄物特性定量評価ツール：長期崩壊計算機能（解析結果画面） HLW,TRUの主要核種が表示される。 検索する核種をチェックする。 検索結果が表示される。 任意の元素または核種 を入力する。 図 4.3.2.2-3 廃棄物特性定量評価ツール：解析結果検索機能 4-49 4.3.2.3 補助的機能 本項では，4.2.2.1 項及び 4.2.2.2 項で述べた機能以外に，本ツールを用いた廃棄物特性の評価の 効率的な実施を支援するために整備した，感度解析機能，エクスポート／インポート機能，バイ リンガル機能及びオンラインマニュアル・オンラインヘルプについて，実際の画面例を示しなが ら説明する。 感度解析機能 廃棄物特性の評価では，サイクルに含まれる多数のプロセスについての様々な条件を設定する 必要がある。しかしながらが，それら条件は必ずしも一義的に決まっているものではなく，複数 の候補があったり不確実性を有したりしていることが多く，感度解析的に条件を変化させた解析 を行うことが多い。そのため，本ツールでも，1 つの解析ケースで入力値を変更した複数回の解 析を実施できる機能を整備している（「感度解析機能」：図 4.3.2.3-1 参照）。 感度解析は，4.3.2.1 項で述べた手順でサイクルモデルの設定と各プロセスの入力を行ったあと に，実施したいステップ数（計算回数）を指定する（通常の解析はステップ数が 1，感度解析で は 99 ステップまで指定可能）。その後，条件入力画面で，ステップ数分のデータを入力し，通常 解析と同様に解析を行う。 メイン画面 ①ステップ数 （計算回数） を入力 条件入力画面 ③入力データ 一覧の確認 ②ステップ数分の データを入力 図 4.3.2.3-1 廃棄物特性定量評価ツール：感度解析機能 エクスポート／インポート機能 本ツールを用いた廃棄物特性の評価を行うためのサイクルモデルの設定や各プロセスの入力は， 4.3.2.1 項で示したようにユーザーにとって利用しやすいものとなっている。しかしながら，本ツ ールに慣れていないユーザーがサイクルモデルを作成する，あるいは既に実施された評価に対し 4-50 て入力の一部を変更した評価を行いたい場合には，既存の評価のサイクルモデルの設定や各プロ セスの入力を再利用できることが効率的である。そのため，本ツールでは，あるユーザーが本ツ ールを用いて設定したサイクルモデルや各プロセスの入力を解析ケースファイルとしてまとめて エクスポートすることで，他のユーザーはそのファイルを本ツールで読み込むだけで同じ設定の 評価を容易に実施することができる。エクスポートは，解析結果についても実施可能であり（図 4.3.2.2-1 及び図 4.3.2.2-2 参照），CSV 形式でエクスポートされたデータを表計算ソフト等で処理 したりグラフ化することが可能である。 このようなエクスポート／インポート機能により，廃棄物特性の評価の事例やノウハウを複数 のユーザー間で共有することができる。 バイリンガル機能 廃棄物特性の評価は，放射性廃棄物の処理・処分を行っている国や機関で共通性の高いトピッ クスである。本事業の実施中でも，日米原子力エネルギー共同行動計画（JNEAP: Joint Nuclear Energy Action Plan）や韓国原子力研究所（KAERI）との共同研究（1.2 節参照）において，廃棄物 特性評価がテーマになっている。このような状況を踏まえ，本ツールによって，廃棄物特性評価 についての海外の専門家との情報交換や議論の支援をできるようにすることで国際的活動に貢献 できるようにするために，グラフィカルユーザーインターフェイスの画面や解析結果（サマリ情 報）を英語表示できるようにした（図 4.3.2.3-2）。 言語切り替えは，ログイン画面での「日本語」と「英語」のボタンで指定する。 JAEA 日本語ユーザーインターフェース 日本語OS ツール起動 言語 切換え OSの言語に応 じてGUIの言語 を自動判別 解析実行 (サマリ出力) 日本語 サマリ 英語OS JAEA 英語ユーザーインターフェース 解析実行 (サマリ出力) 図 4.3.2.3-2 廃棄物特性定量評価ツール：バイリンガル機能 4-51 英語 サマリ オンラインマニュアル／オンラインヘルプ 本ツールについては，機能や操作方法を詳細に記載したマニュアル（詳細利用マニュアル）と 初心者用に主要な機能の使い方を中心に簡潔にまとめたマニュアル（簡易利用マニュアル）を整 備している。これらマニュアルは，PDF 形式で単独で配布することも可能であり，また 6 章で述 べる統合・利用支援環境では，他のツールやデータベースのマニュアルとあわせて，本事業成果 のマニュアルを集約管理できるようにしている。 さらに，ユーザーが本ツールを使っている最中に機能やその使い方を確認したいときに，それ を効果的に支援できるようにするために，詳細利用マニュアルを本ツールのメイン画面から直接 参照できるようにするとともに（オンラインマニュアル：図 4.3.2.3-3(a)参照），入力のデフォルト 値の背景情報等の比較的詳細な技術情報を条件入力画面から直接参照できるようにしている（オ ンラインヘルプ：図 4.3.2.3-3(b)参照） 。 (a) オンラインマニュアル (b) オンラインヘルプ 図 4.3.2.3-3 廃棄物特性定量評価ツール：オンラインマニュアル，オンラインヘルプ 4-52 4.3.3 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析事例の拡充 本項では，4.3.2 項で述べた廃棄物定量評価ツールを用いた解析の事例を示す。 事例としては以下の 2 つのケースを設定した。 ・ケース 1：ガラス固化体と使用済燃料とでの発熱量と放射能の比較解析 ・ケース 2：ガラス固化体の発熱量と放射能に対する冷却・貯蔵時間（炉取り出し後，再処理後， 固化後）の違いによる影響の比較解析（感度解析） まず，ケース 1 及びケース 2 の解析の基本とするガラス固化体と使用済燃料の条件を表 4.3.3-1 に，使用したライブラリを表 4.3.3-2 に示す。ここで，条件は第 2 次取りまとめのガラス固化体イ ンベントリ解析条件 6) に準拠したものとし，使用済燃料の条件は，ガラス固化体の条件に対して 炉取り出しまでの条件を抜き出したもの（すなわち，再処理以降のプロセスを考慮しない条件） としている。 表 4.3.3-1 廃棄物定量評価ツールを用いた感度解析の基本ケースの条件 条件 ガラス固化体 使用済燃料 炉型 - PWR PWR 濃縮度 % 4.5 4.5 比出力 MW/MTU 38.0 38.0 燃焼度 MWD/MTU 45,000 45,000 運転日数 日 1184.21 日連続 1184.21 日連続 再処理 冷却期間：炉取出し→再処理 年 4 - 条件 燃料中の核 種 の U % 0.422 - 移行率 Pu % 0.548 - H, C, I , Cl % 0.0 - 希ガス % 0.0 - その他 % 100.0 - 全核種 - 1.0 / 264.5 1.0 冷却期間：再処理→固化 年 0 - 固化体発生量 本/MTU 1.25 - ウラン等価量 MTU/本 0.8 - 貯蔵期間：固化→処分 年 50.0 - 燃焼条件 構造材の移行率 固化条件 中間貯蔵 表 4.3.3-2 廃棄物定量評価ツールを用いた感度解析で使用したライブラリ ライブラリ名 半減期 ガラス固化体 使用済燃料 ORIGEN2.1 の DECAY2.1P（ただし，濃度限度データ ORIGEN2.1 の DECAY2.1P 7） のみを 1988 年公示データに更新 ） 断面積 ORIGEN2.1 の PWRUE ライブラリ JENDL-3.38)：PWR47J33 光子 ORIGEN2.1 の PHOTONP－UO2 ORIGEN2.1 の PHOTONP－UO2 4-53 (1) 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析事例：ケース 1 次に，廃棄物特性定量評価ツールを用いたケース 1 の解析の実施について述べる。 ケース１のガラス固化体及び使用済燃料のモデルは図 4.3.3-1 及び図 4.3.3-2 のようになる。ガ ラス固化体モデルに対する使用済燃料モデルの主な違いは，再処理プロセス，固化プロセスがな いこと，また廃棄体貯蔵の技術オプションが SF 中間貯蔵になっていることである。 廃棄物特性定量評価ツールでは，モデルの設定後に各プロセスについて入力条件を設定する必 要があるが，4.3.2 項で述べたように各プロセスについてデフォルト値が設定されている。ケース 1 の解析では，表 4.3.3-1 に示した条件に合った入力条件とするために，デフォルト値の一部を表 4.3.3-3 のように変更した。この例でわかるように，デフォルト値が設定されていることで，ユー ザーの入力条件の設定作業が大幅に軽減される。 入力条件の設定後解析を行い，得られた結果をエクスポートすることで，表計算ソフトを用い て整理及び図化を行った。ガラス固化体と使用済燃料での発熱量と放射能の比較をそれぞれ図 4.3.3-3 と図 4.3.3-4 に示す。廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析では核種ごとのデータととも に全核種の合計値も出力されることから，核種ごとの比較や合計値の比較が容易である。 図 4.3.3-1 廃棄物特性定量評価ツールでのガラス固化体のモデル 図 4.3.3-2 廃棄物特性定量評価ツールでの使用済燃料のモデル 4-54 表 4.3.3-3 廃棄物特性定量評価ツールの入力設定（ケース 1：デフォルト値からの変更点） プロセス ガラス固化体 使用済燃料 採鉱：採鉱 変更なし 変更なし 製造：軽水炉 UOX 変更なし 変更なし 原子炉：軽水炉 UOX 変更なし ・冷却期間：4 年→0 年 ・再処理割合：100%→0% ・その他は変更なし 再処理：PUREX ・U 回収率 U 付着率* ・Pu 回収率 ：99.0%→99.578% ＜考慮せず＞ ：0.2%→0.0% ：99.0%→99.452% Pu 付着率* ：0.2%→0.0% ・その他は変更なし 固化処理：固化処理 変更なし ＜考慮せず＞ 貯蔵：廃棄体貯蔵 ・貯蔵期間：50 年→0 年 ＜考慮せず＞ 貯蔵：SF 中間貯蔵 ＜考慮せず＞ ・貯蔵期間：5 年→0 年 ガラス固化体と使用済燃料の比較（発熱量） ガラス固化体の発熱量の経時変化 1.E+05 Po213 Ac225 U235 U238 Np238 Pu239 Pu242 Am241 Am243 Am245 Cm242 Cm245 Cs137 1.E+05 ガラス固化体（発熱量[W/MTU]）_本解析 1.E+04 使用済燃料（発熱量[W/MTU]）_本解析 発熱量（W/MTU） 1.E+04 1.E+02 1.E+02 Fr221 U234 U237 Np237 Pu238 Pu241 Am240 Am242 Am244 Cm241 Cm244 Y90 total 1.E+01 1.E+00 1.E+01 1.E‐01 1.E+00 1.E‐02 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 炉取り出し後の時間（年） 1.E‐01 使用済燃料の発熱量の経時変化 1.E‐02 1.E+00 1.E+05 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 Po213 Ac225 U235 U238 Np238 Pu239 Pu242 Am241 Am243 Am245 Cm242 Cm245 Cs137 1.E+07 炉取り出し後の時間（年） 1.E+04 発熱量（W/MTU） 発熱量（W/MTU） 1.E+03 1.E+03 At217 U233 U236 U239 Np239 Pu240 Pu243 Am242M Am244M Am246 Cm243 Sr90 Ba137M 1.E+03 1.E+02 At217 U233 U236 U239 Np239 Pu240 Pu243 Am242M Am244M Am246 Cm243 Sr90 Ba137M Fr221 U234 U237 Np237 Pu238 Pu241 Am240 Am242 Am244 Cm241 Cm244 Y90 total 1.E+01 1.E+00 1.E‐01 1.E‐02 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 炉取り出し後の時間（年） 図 4.3.3-3 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 1：発熱量） 4-55 1.E+06 1.E+07 ガラス固化体の放射能の経時変化 ガラス固化体と使用済燃料の比較（放射能） 1.E+18 1.E+18 ガラス固化体（放射能[Bq/MTU]）_本解析 使用済燃料（放射能[Bq/MTU]）_本解析 1.E+16 放射能（Bq/MTU） 1.E+17 1.E+16 放射能（Bq/MTU） Po213 Ac225 U235 U238 Np238 Pu239 Pu242 Am241 Am243 Am245 Cm242 Cm245 Cs137 1.E+17 1.E+15 1.E+15 1.E+14 At217 U233 U236 U239 Np239 Pu240 Pu243 Am242M Am244M Am246 Cm243 Sr90 Ba137M Fr221 U234 U237 Np237 Pu238 Pu241 Am240 Am242 Am244 Cm241 Cm244 Y90 total 1.E+13 1.E+12 1.E+14 1.E+11 1.E+13 1.E+10 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+12 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 炉取り出し後の時間（年） 1.E+11 使用済燃料の放射能の経時変化 1.E+18 1.E+10 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 Po213 Ac225 U235 U238 Np238 Pu239 Pu242 Am241 Am243 Am245 Cm242 Cm245 Cs137 1.E+17 炉取り出し後の時間（年） 放射能（Bq/MTU） 1.E+16 1.E+15 1.E+14 At217 U233 U236 U239 Np239 Pu240 Pu243 Am242M Am244M Am246 Cm243 Sr90 Ba137M Fr221 U234 U237 Np237 Pu238 Pu241 Am240 Am242 Am244 Cm241 Cm244 Y90 total 1.E+13 1.E+12 1.E+11 1.E+10 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 炉取り出し後の時間（年） 図 4.3.3-4 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 1：放射能） (2) 廃棄物特性定量評価ツールを用いた解析事例：ケース 2 次に，ケース 2 の感度解析の実施について述べる。 ケース 2 では，核燃料サイクルの中での冷却期間や貯蔵期間がガラス固化体の発熱量や放射能 あるいは発生本数にどのような影響を与えるかを比較することを目的として， • 炉取り出し後の使用済燃料の冷却期間 • 再処理後の高レベル放射性廃液の冷却期間 • 固化後のガラス固化体の貯蔵期間 について，ケース 1 の条件から変化させた感度解析を実施した。表 4.3.3-4 に設定した変化パター ンを示す。なお，各ケースで変化させる冷却・貯蔵期間以外の条件は，ケース 1 と同じとした。 表 4.3.3-4 廃棄物特性定量評価ツールの入力設定（ケース 2：冷却・貯蔵期間の変化パターン） ケース名 ケース 2-1 炉取り出し後の 再処理後の 固化後の 感度解析の 冷却期間[年] 冷却期間[年] 貯蔵期間[年] ケース数 4,5,10,20,30, 0 50 8 ケース 1,5,10,20,30, 50 8 ケース 30,50,100, 300 4 ケース 50,100, 300 ケース 2-2 4 50,100, 300 ケース 2-3 4 0 注：イタリック下線は，ケース 1 と同じ条件を示す。 4-56 感度解析の結果を，総発熱量を例に図 4.3.3-5 に示す。上段の 3 つがそれぞれケース 2-1～2-3 の結果を，下段が 104 年までの部分を拡大したものである。 まず，炉取り出し後の使用済燃料の冷却期間を変えたケース 2-1 では，ケース 1 と同じ条件と なるケース 2-1（4 年）の結果をベースラインとすると，冷却期間が長くなることで以下のような 傾向が見られる： · 冷却期間が 10 年程度までは，処分後 30 年～40 年程度までの発熱量の経時変化はベースライ ンと同様であるが，処分後 40 年以降はベースラインを上回る傾向となる。 · 冷却期間がさらに長くなると，処分後 30 年～40 年程度まではベースラインを下回るように なり，その傾向は冷却期間が長くなるほど強くなる。一方，処分後 40 年以降はベースライン 及び冷却期間が比較的短い場合の結果を上回る発熱量となる。なお，処分後 40 年以降での発 熱量が最も高くなるのは，冷却期間が 50 年～100 年の場合であり，それよりも冷却期間が長 くなる（例えば 300 年）と発熱量は減少傾向に転ずる。 · 上記の傾向を，核種ごとの発熱量の経時変化と総発熱量の経時変化を比較した結果（表 4.3.3-5）から考察すると以下のようになる。 ¾ 冷却期間が長くなることによる処分後 30 年～40 年程度までの発熱量の減少は，短半減 期核種（主に，Cs-137，Ba-137m，Sr-90，Y-90）の放射性崩壊が進むことの影響。 ¾ 処分後 40 年以降での発熱量の増加は，冷却期間が長くなることにより Pu-241（半減期 14.4 年）の放射性崩壊による娘核種の Am-241 の生成が進むことの影響。 一方，ケース 2-2（再処理後の高レベル放射性廃液の冷却時間を変えたケース）やケース 2-3（固 化後のガラス固化体の貯蔵時間を変えたケース）での発熱量は，ベースラインに比べて，冷却・ 貯蔵時間が短くなれば高くなる，冷却・貯蔵時間が長くなれば低くなる，という単純な傾向を示 している。この増減は，冷却・貯蔵時間に応じた短半減期核種（主に，Cs-137，Ba-137m，Sr-90， Y-90）の放射性崩壊の程度の違いに起因する。 このように，廃棄物特性定量評価ツールを活用することで，サイクル条件の変化によるガラス 固化体等の廃棄物の変化の傾向を系統的に検討・分析することが容易になる。 4-57 図 4.3.3-5 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果（ケース 2：総発熱量） 4-58 表 4.3.3-5 廃棄物特性定量評価ツールでの解析結果 （ケース 2：総発熱量と核種ごとの発熱量の経時変化の比較） 4-59 4.4 廃棄物管理モデルの高度化 4.4.1 本項目の目的と実施事項 本項目は，4.2 節で述べた廃棄物特性の情報や 4.3 節で述べた廃棄物特性の定量評価を踏まえ， それら廃棄物特性が処分（処分場面積，総被ばく線量等）にどのように影響伝播するか（廃棄物 管理の観点での全体的な影響伝播）を検討し，その定量的な評価を可能とする技術（廃棄物管理 モデル）を開発・整備すること，また，開発した技術をユーザーにとって利用しやすい形で提供 することを目的としている。 上記目的の達成に向けて実施してきた平成 23 年度までの成果と課題，及びそれを踏まえた本年 度の主な実施項目を以下にまとめる。 (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 高レベル放射性廃棄物についてのサイクル条件から廃棄物特性，処分（処分場面積，総被ばく 線量）への影響伝播（因子と経路）を整理した。また，上記の影響伝播を定量的に評価可能とす るため，3 つのツール（廃棄物特性定量評価ツール，熱解析ツール，核種移行解析ツール）を組 み合わせた廃棄物管理モデルのプロトタイプを構築した。さらに，廃棄物管理モデルを用いて， MA 回収率，発熱性元素分離率，貯蔵期間等が処分に及ぼす影響の感度解析を行い，サイクル側 の条件が変化した際に，どのように処分側に影響を及ぼすかの検討を行い，廃棄物管理モデルの 有効性を示した。ただし，廃棄物特性定量評価ツール（4.3 節）及び核種移行解析を実施可能な電 子性能評価レポート e-PAR（3 章）はユーザーに広く利用してもらうことを前提に本事業で開発・ 整備してきたものであるが，熱解析ツールに関しては市販ツールを用いていることから，その利 用にライセンスが必要となることが大きな制約にとなり，熱解析をユーザーに広く利用してもら えるツールで実現可能とすることなどが課題となる。 また，廃棄物管理モデルとは別に，サイクルシステムのマスフローモデルと処分の性能評価モ デルをより明示的に連結させることで，サイクルシステムに依存して生じる廃棄物の違いの影響 を鋭敏に評価できるモデル体系（サイクル・処分統合モデル）の構築及び試解析を実施した。 (2) 本年度の主な実施事項 廃棄物管理モデルについては，(1)で示した成果と課題を踏まえて，本年度は実用版に向けて主 に以下を実施した（4.4.2 項）。 • 廃棄物管理モデルで実施する熱解析の内容を，フリーソフトで実施するためのソフトの調 査結果に基づく選択，及びメッシュデータや解析実施・結果処理を含むプレ・ポスト処理 の整備等の環境整備を行う。 • あわせて，廃棄物管理モデルによる評価事例の蓄積とマニュアル等の拡充を図る。 • 実用版に向けて，本ツールの単独利用，及び他のツール・データベースとの連携利用につ いてのシナリオを再整理する（6 章の統合・利用支援環境での検討と連携しつつ実施：6.2 節参照）。 また，サイクル・処分統合モデルについては，その中に含まれる複数のコードの統合的な利用 を効率化するインターフェイス等の改良と試解析を実施した（4.4.3 項）。 4-60 4.4.2 廃棄物管理モデルの整備と感度解析事例 平成 23 年度までに検討した，高レベル放射性廃棄物についての，サイクル条件から廃棄物特性， さらに処分（処分場面積， 総被ばく線量）への影響伝播の因子と経路の分析・整理の結果を図 4.4.2-1 に示す。また，上記の影響伝播を定量的に評価可能とするため，3 つのツール（廃棄物特性定量 評価ツール，熱解析ツール，核種移行解析ツール）を組み合わせた廃棄物管理モデルのプロトタ イプの概念を図 4.4.2-2 に示す。 サイクル条件 高レベル廃液 ・発熱量 ・核種量 処分への影響 システム性能 ・燃料，炉型 ・燃焼度 ・SF貯蔵期間 ・再処理法 etc ：正の相関関係 ：負の相関関係 ：その他の関係 ・MA回収 ・発熱性核種分離 ・Mo分離 ・廃液貯蔵期間 etc 処分への影響 サイト有効活用 ・固化条件（コンディショニング） ・発熱制限 ・含有量制限 総被ばく線量 被ばく線量 【μSv/年/本】 処分場面積 廃棄体本数 【μSv/年】 【m2】 固化時発熱量 固化時核種量 廃棄体特性 への影響 【kg/本】 処分後 核種量経時変化 【kW/本】 占有面積 【m2/本】 処分後 発熱量経時変化 【kg/本】 【kW/本】 廃棄体貯蔵期間 図 4.4.2-1 サイクル条件から廃棄物特性，処分までの影響伝播の整理例（高レベル放射性廃棄物） 入力 ツール サイクル側の 燃料・炉の条件 ＋ サイクル側 （処理、固化）の 技術オプション 廃棄物特性 定量評価 処分場の条件 出力 発生本数 [本/TWh] ・廃棄物特性定量 評価ツール （本事業で開発） 核種量 [g/本] 熱解析 ＋ 処分側 （処分場設計）の 技術オプション • H12準拠モデル（フリーソ ・H12準拠モデル フト） （汎用ツール） • 坑道離間距離の異なる ・離間距離の異なる モデル（3D～20D：0.5D モデル（2D～20D) 刻み）を同時に解析 を同時に解析 • 緩衝材最高温度が設定 ・出力（図、表）の 値以下になる最小離間 処理の自動化 距離を算出 処分システムの 条件（核種移行 パラメータ等） ・H12準拠モデル - GoldSim - e-PAR（本事業で （人工バリア・岩 盤物性等） 発熱量 [KW/本] 離間距離 [m/本] 面積 [m2/TWh] 核種移行解析 線量 [mSv/本] 開発したH12RC事例） 図 4.4.2-2 廃棄物管理モデルの概要 4-61 総線量 [mSv/TWh] 廃棄物管理モデルの要素のうち，本事業で開発したツールでは対応できない熱解析部分につい て，フリーソフトを用いた熱解析ツールの整備及び感度解析を効率的に実施するためプレ・ポス ト処理機能の構築等の環境整備を行った。 (1) 熱解析を実施可能なフリーソフトの調査 平成 23 年度までに廃棄物モデルの要素として利用していた熱解析ツールは市販のソフトウェ アであるため，その利用にはライセンスが必要となる。廃棄物管理モデルを多くの方に使っても らえるようにするには，熱解析ツールをフリーソフトに変更することが必要になる。そのため， 平成 23 年度に引き続きフリーソフトの熱解析ツールの調査を行った。調査においては，以下の要 件に着目した。 • フリーソフトウェアであること • 坑道離間距離を評価するための非定常伝熱解析が可能であること • 技術情報やマニュアル，ソフトウェア本体が入手しやすいこと（なお，ユーザーは伝熱解析 未経験者の場合もあるため，マニュアル等は日本語であることが望ましい） • 既存の資源（メッシュデータ等）を有効活用できること（モデルの開発コスト及び検証の観 点で，第 2 次取りまとめ 9)で用いた六面体及び五面体のメッシュデータを有効活用できるこ とが望ましい） 調査結果を表 4.4.2-1 に示す。いずれのソフトウェアも非定常伝熱解析が可能であり，熱解析ツ ールとして利用可能である。 表 4.4.2-1 熱解析ソフトの調査結果 ソフト名称 概要 ライセンス 主要開発者 開発状況 マニュアル言語 伝熱解析 対応メッシュ FrontISTR10) 有限要素法解析プログ ラムであり，大規模並列 解析も可能。 汎用プリポストソフト FEMAP14) の ニ ュ ー ト ラ ルデータや汎用可視化 ソフト AVS15)の UCD デ ータをサポートしてい る。 入力形式は汎用構造解 析コード ABAQUS16) コ ードと類似した形式。 無償 東京大学 開発継続中 日本語 六面体，五面体，四面体 CaliculiX11) 有限要素法を用 いて，場の問題を 解くために開発 されたプログラ ム。線形，非線形， 静的，動的，熱の 解析が可能。 入力形式は汎用 構造解析コード ABAQUS と 同 じ 形式。 GeoFEM12) マントル・コアのダ イナミクスやプレー トテクトニクスなど 固体地球分野を対象 とした並列有限要素 法解析システム。 ADVENTURE13) 1 千万~1 億自由度級の 大規模メッシュを用い て自然物や人工物を詳 細にモデル化し，多様 な並列分散計算機環境 のもとで固体の変形や 熱・流体の流れ等の力 学解析から可視化，設 計最適化までを行える 汎用並列計算力学シス テム。 無償（GPL*） MTU エアロエン ジンズ 開発継続中 英語 六面体，五面体， 四面体 無償 （一財）高度情報科 学技術研究機構 2002 年開発終了 日本語 六面体，四面体 無償 東京大学 開発継続中 日本語 四面体 *：General Public License（ソースコードの公開を原則とし、使用者に対してソースコードを含めた再配布や改変 の自由を認めているもの） これらのソフトウェアの中では，FrontISTR が，第 2 次取りまとめで作成したメッシュデータ を有効活用可能，日本語の情報が充実している等から，上記の要件に合致する熱解析ツールとし て最も有望と判断し，FrontISTR を用いた熱解析ツールを整備した。 以下，(2)項で熱解析ツール及びプレ・ポスト処理機能の整備，(3)項でそれを用いた感度解析に ついて示す。 4-62 (2) 熱解析ツール及びプレ・ポスト処理機能の整備 FrontISTR を用い，坑道離間距離の設定を様々に変えた場合の熱解析を感度解析に実施し，緩 衝材の最高温度の設定値（例えば，100℃以下 9)）を満たす最小の坑道離間距離を求めることので きる熱解析ツールを整備した。 具体的には，第 2 次取りまとめで用いた熱解析モデル（図 4.4.2-3）に準拠しつつ，坑道離間距 離を 3D～20D（D は処分坑道の直径：第 2 次取りまとめで設定した 2.22m を使用）まで 0.5D ご とに設定した 35 個のモデルをあらかじめ準備しておき，35 個のモデルの解析を一括して実施で きるようにした。また，廃棄体ピッチは 3.13m で固定とした。解析では，ガラス固化体の発熱量 経時変化のデータを入力とする。 これにより，緩衝材最高温度の坑道離間距離依存性の結果を一度の解析で得ることができ，緩 衝材最高温度が設定値以下（例えば，100℃以下）となる最小の離間距離を容易に求めることがで きるようになった。また，1 モデル当たりの計算時間も数分程度であり，様々な入力条件での解 析を効率的に実施することができる。 (a) 概念図 (b) メッシュ図 図 4.4.2-3 熱解析モデル 9) 整備した熱解析ツールを用いた解析実施手順のフローを図 4.4.2-4 に示す。 ユーザーは，まず，廃棄物特性定量評価ツール計算結果から固化体発熱量の経時変化データ (kW/本)の抽出及び単位変換したデータ(W/m3)を作成する。その後，2 つのバッチプログラム（熱 解析ツール実行バッチプログラム，緩衝材最高温度抽出バッチプログラム）を実行するだけで， 坑道離間距離 3D～20D の各評価点（ガラス固化体中心，オーバーパック内側，緩衝材内側，緩衝 材外側）での温度の経時変化データと緩衝材の最高温度のデータが CSV 形式で出力される。固化 体発熱量の経時変化データが複数ある場合は，図 4.4.2-4 の手順をデータの数だけ繰り返すことに なる。また，熱解析ツールでは坑道離間距離 3D～20D に対応する FrontISTR の入力（メッシュデ 4-63 ータ等）を事前に用意しており，ユーザーは FrontISTR やその入力を意識することなく熱解析ツ ールを使用可能である。 固化体発熱量経時変化データ（kW/本） を含む廃棄物特性定量評価ツール 計算結果 ユーザによる 固化体発熱量経時変化 データの抽出・単位変換 （kW/本→W/m3） FrontISTR用の 固化体発熱量経時変化 データ（W/m3） 熱解析ツール実行 バッチプログラム 3D～20Dに対応 するFrontISTR用の 入力 ForntISTR実行 評価点の温度の経時変化 データ抽出プログラム 3D～20Dでの 各評価点での温度 の経時変化データ 緩衝材最高温度 抽出バッチプログラム 3D～20Dでの 緩衝材の最高温度 図 4.4.2-4 熱解析ツールを用いた解析実施手順のフロー 次に，整備した熱解析ツールの機能を確認する。第 2 次取りまとめ 9)の評価で用いたガラス固 化体１体あたりの発熱量の経時変化（図 4.4.2-5）を用いて，非定常伝熱解析を行った。第 2 次取 りまとめの結果の例（FINAS を用いた硬岩系岩盤処分坑道横置き方式及び坑道離間距離 6D のモ デル）を図 4.4.2-6 に，本熱解析ツールを用いた同様の条件での結果の例を図 4.4.2-7 に示す。 ガ ラス固化体1本当たりの発熱量 [W/本] 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 10 100 処 分後の経過時間 [y] 図 4.4.2-5 ガラス固化体 1 本あたりの発熱量の経時変化 4-64 1000 図 4.4.2-6 熱解析の結果（第 2 次取りまとめの結果：坑道離間距離 6D のモデル） （A：ガラス固化体中心，Bx：オーバーパック内側，Cx：緩衝材内側，Dx：緩衝材外側） 図 4.4.2-7 熱解析の結果（本熱解析ツールの結果：坑道離間距離 6D のモデル） 第 2 次取りまとめの結果と本熱解析ツールの結果での主な違いは下記の通りである。 • 本熱解析ツールの方が緩衝材の最高温度が約 4℃低く評価される • 本熱解析ツールの方が温度の立ち上がりが早い これは，計算時間を短縮するために時間刻みを粗くしたこと等が影響していると考えらえるが， 本熱解析ツールが緩衝材の最高温度を若干低めに評価する場合のあるとことを認識しておけば， 複数の解析を要する最小離間距離の設定を簡単な操作及び比較的短い時間で行える本熱解析ツー ルを適用することは問題ないと考えられる。 第 2 次取りまとめの評価で用いたガラス固化体１体あたりの発熱量の経時変化（図 4.4.2-5）を 用いた坑道離間距離 3D～20D の 35 モデルを一括解析した結果に基づき，坑道離間距離と緩衝材 4-65 内側での最高温度との関係を整理した（図 4.4.2-8）。これにより，緩衝材内側の最高温度が 100℃ 未満で坑道離間距離が最小となるのは 5.0D～5.5D の間であることが容易に推定できる。 図 4.4.2-8 坑道離間距離と緩衝材内側の最高温度の関係 本熱解析ツールは，ガラス固化体の坑道離間距離の評価を目的として整備したが，ガラス固化 体以外の廃棄体（例えば，ハル・エンドピース，Cs-Sr 焼結体）についても，定置の概念や仕様 及び発熱量の経時変化等が提示されれば，本熱解析ツールで坑道離間距離を評価するための改良 は可能である。 本熱解析ツールで用いる FrontISTR は，インターネットからダウンロードして利用することに なる。このダウンロードの方法や解析実行に必要なプレ・ポスト処理のための環境整備及び坑道 離間距離 3D～20D のモデル等については，インストールマニュアルとしてまとめ，付録 15 に含 めた。 なお，上記で説明した熱解析ツールを含む廃棄物管理モデルの利用方法等に係る検討は，典型 的な利用の仕方をユーザーにわかりやすく示すために作成する利用シナリオの検討とも密接に関 係する。本熱解析ツールを含む廃棄物管理モデルの個別利用及び他のツール・データベースとの 連携利用についてのシナリオは， 「6 章 統合・利用支援環境の開発」において検討した（6.2 節参 照）。 (3) 熱解析ツールを用いた感度解析 4.3.3 項の定量評価ツールについての感度解析のケース 2-1（8 ケース）で得られた廃棄体 1 本 あたりの発熱量の経時変化（図 4.4.2-9：図 4.3.3-5(a-2)の再掲）を入力として，本熱解析ツールを 用いてケースごとの坑道離間距離と緩衝材内側の最高温度との関係を評価した（図 4.4.2-10）。ま た，この評価結果から推定されるケース最小離間距離を表 4.4.2-2 に示す。なお，このような結果 を評価する際には，(2)項でも述べたように，本ツールが緩衝材の最高温度を若干低めに評価する 場合のあるとことに留意が必要である。 4-66 1.E+00 2‐1（4年） 2‐1（5年） 2‐1（10年） 2‐1（20年） 2‐1（30年） 1.E‐01 総発熱量 [kw/本」 2‐1（50年） 2‐1（100年） 2‐1（300年） 1.E‐02 1.E‐03 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 処分後の時間 [年] 図 4.4.2-9 感度解析の入力としたガラス固化体 1 本あたりの発熱量の経時変化 （図 4.3.3-5(a-2)の再掲） 図 4.4.2-10 感度解析の結果として得られる坑道離間距離と緩衝材内側の最高温度との関係 表 4.4.2-2 感度解析から推定されるケースごとの最小離間距離 ケース名 100℃になる 坑道離間 距離（D) 2-1 (4年) 2-1 (5年) 2-1 (10年) 2-1 (20年) 2-1 (30年) 2-1 (50年) 2-1 (100年) 2-1 (300年) 5.79 5.82 5.78 5.41 4-67 5.56 6.00 5.81 4.02 4.4.3 廃棄物管理モデル以外の検討事例 サイクルシステムの検討を最適化の検討と連携させていくという観点からは，4.3.2 項～4.3.3 項で試みているような技術オプションや条件の影響に関する既存の評価技術を基本とする検討と ともに，サイクルシステムのマスフローモデルと処分の性能評価モデルをより明示的に連結する ことで，サイクルシステムに依存して生じる廃棄物の違いの影響を鋭敏に評価できるモデル体系 （以下，サイクル・処分統合モデル）を準備しておくことが有効と考えられる 1),2),3),4)。このよう なモデル体系は，多数の変動要因の組み合わせを考慮したグローバルな観点での最適化を支援す る技術としても利用可能になると考えられる。 本年度は，平成 23 度までに検討・開発してきた TOCUP コードの開発を継続した。TOCUP （TTB-ORIGEN Coupling Utility Program）は，以下の 3 つコードを共通のプラットフォームで計 算する統合型コードである。 • 燃焼・再処理計算（ORIGEN2.2） • 廃棄物調整（WACOM モデル・コード 17)） • 中間貯蔵・地層処分性能評価（TTB（Tansport to Biosphere）コード 18)） 以下では，まず本年度行った TOCUP の開発について，そのあとに試計算について述べる。 TOCUP の開発では，上記 3 つのコードの結合を，前段のコードの出力を後段のコードの入力 に変換することで実現するプログラム，及び着目する緩衝材や岩のタイプを指定するだけで TTB コードでの核種移行解析で用いる主要なデータ（分配係数，拡散係数，溶解度等）を設定できる 「ライブラリ」を作成することで実現した。結合プログラムは，言語として Python を採用して作 成した。 結合プログラムでは，TOCUP のインプットを図 4.4.3-1 に示すように 3 つの領域に分けて取り 扱う。それぞれの領域の内容は表 4.4.3-1～表 4.4.3-3 のような構成となっており，表 4.4.3-1 の Line1 ～4 が ORIGEN2.2，表 4.4.3-2 が WACOM コード，表 4.4.3-3 が TTB コードの条件を指定している。 なお，TTB コードのインプットでは，緩衝材中での拡散係数，分配係数，溶解度，及び母岩中で の拡散係数，分配係数のパラメータ値を元素ごとに設定することが必要なる。この結合プログラ ムは，ユーザーがそれらパラメータを個々に設定することを不要とし，表 4.4.3-3 の Line12 で緩 衝材の種類を，Line14 で母岩の種類を設定することで，事前に「ライブラリ」として準備された 緩衝材や母岩の種類に応じたそれらパラメータ値を読み込み，TTB コードのインプットを自動的 に作成することができる。 図 4.4.3-2 に「ライブラリ」の構成を示す。「ライブラリ」は L1～L3 の 3 つの領域からなり， 以下のデータが設定されている。 • L1：核種の種類と半減期 • L2：緩衝材の種類と各緩衝材に関する分配係数，拡散係数，溶解度のパラメータ値 • L3：母岩の種類と各母岩に関する分配係数，拡散係数のパラメータ値 本年度は，地層処分の代表的なケースとして，緩衝材 1 種類と母岩 3 種類（花崗岩，凝灰岩， 粘土）を対象に「ライブラリ」を作成した。 平成 23 年度までの TOCUP とのもっとも大きな違いは，表 4.4.3-1～表 4.4.3-3 に示すような簡 単な入力だけで，各コード用のインプットファイルが自動的に作成され，各コードを実行できる ようになったことである。 また，本年度はさらに，TTB コードの拡張版である TTBX コードの開発も進めた。これまでの TTB コードがファーフィールドを単一の一様な領域としてのみ扱えたことに対して，TTBX コー 4-68 ドはファーフィールド領域を任意の数の複数領域に分割して扱うことができる。ただし，TTBX コードについては，TOCUP への統合までは行っていない。 図 4.4.3-1 TOCUP の構成 図 4.4.3-2 「ライブラリ」の構成，記載フォーマット及び記載内容例 4-69 表 4.4.3-1 TOCUP インプットの第 1 領域（ORIGEN2.2）の構成 Line 1 ORIGEN Line 2 Mass of fuel considered Line 3 Burnup considered Line 4 1: Direct disposal 0: Reprocessing 表 4.4.3-2 TOCUP インプットの第 2 領域（WACOM コード）の構成 Line 5 WC Line 6 Element released sooner (Element, amount released, in how many years) 表 4.4.3-3 TOCUP インプットの第 3 領域（TTB コード）の構成 Line 7 TTB Line 8 Radius of Waste Form and Radius of EBS Line 9 Dissolution time of waste form Line 10 Observation distance Line 11 Waste form pitch Line 12 Name of Buffer Line 13 Properties of Buffer (Porosity, Tortuosity,Density) Line 14 Name of Host rock Line 15 Fracture width Line 16 Dispersion coefficient Line 17 Water velocity Line 18 Properties of Rock (Porosity, Density) Line 19 Properties of fluid in the fracture (Porosity, Density) Line 20 What kind of data we would like to calculate and where Line 21 Start and end time of transport calculation 本年度開発した TOCUP を用いた試計算は，最も基本的な構成である使用済燃料直接処分ケー スについて行った。条件はスウェーデンの検討例 19)を参考に設定し，天然バリアである岩のタイ プを花崗岩，凝灰岩，粘土と変えたケースを設定した。計算結果の例（TTB コードの移行率の出 力）を図 4.4.3-3 に示す。試計算を通じて，TOCUP により，表 4.4.3-1～表 4.4.3-3 のような簡単な 条件指定で，燃焼から地層処分までの一連の評価，また岩のタイプの違いなどが与える影響の評 価などを効率的に実施できることを確認した。 なお，上記の使用済燃料直接処分のケースの試計算は，ORIGEN2.2 の出力をそのまま TTB コ ードに変換することで行っているが，より現実的な場合にも対応できるよう，使用済燃料に含ま れるインベントリを任意の割合で分割し，それぞれに異なる放出条件（キャニスタ破損後）を設 定することもできるようにしている。 4-70 図 4.4.3-3 TOCUP での計算結果の例（TTB コードの移行率の出力） 4-71 4.5 まとめ 「燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための技術開発」では， 「廃棄物特性デー タベース」， 「廃棄物特性定量評価ツール」，及び「廃棄物管理モデル」を開発・整備し，合理的な 廃棄物管理の検討に向けて， ・ 処分影響（処分場面積や総被ばく線量等）を検討するために必要な情報を提供すること ・ 処分影響の観点から重要となる廃棄物特性をサイクル条件に応じて柔軟に評価すること を可能とする技術の体系（廃棄物特性評価技術）の構築を目的とした。 その結果，以下のツール，データベースの実用版を整備することができた。また， 「6 章 統合・ 利用支援環境の開発」で行う利用シナリオや統合・利用支援環境の整備を通じて，ツール，デー タベースを統合しパッケージ的に利用できるようにした（廃棄物特性評価技術パッケージ） 。 • 廃棄物特性データベース： 国内外の現行サイクルから先進サイクルまでの関連する情報（種類，条件，特徴等）や処理・ 固化技術オプション，そこから発生する廃棄物の特性情報（文献情報，解析結果等），サイク ルから廃棄物・処分に及ぶ影響伝播に関する情報等を格納し，ユーザーにとって利用しやすい 形で提供することで，処分影響を検討するために必要な情報を提供できるようにした。 • 廃棄物特性定量評価ツール： 燃焼・崩壊計算を行う ORIGEN コードを中核として，任意のサイクル種類とサイクル条件 を設定することで，発生する廃棄物の定量的な特性情報（発生量，核種量，発熱量，放射能量， それらの経時変化等）をユーザーが GUI 上の簡便な操作で評価できるツールを整備すること で，サイクル条件に応じた廃棄物特性の定量評価を柔軟に実施できるようにした。 • 廃棄物管理モデル： 廃棄物特性定量評価ツール，核種移行解析ツール（電子性能評価レポート（e-PAR）上の第 2 次取りまとめレファレンスケースの事例（3.2.3 項参照）等）及び熱解析ツールを組み合わせ たツール群により，サイクル条件の違いが処分場の設計や処分システムの性能に与える影響を， 処分場面積や被ばく線量を指標として体系的に評価可能なモデル体系を整備した。 4-72 参考文献（4 章） 1) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 19 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/19fy5.pdf (2008). 2) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 20 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/20fy5.pdf (2009). 3) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 21 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-05/21fy5.pdf (2010). 4) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 22 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/22-5.pdf (2011). 5) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 23 年度地層処分技術調査等事業，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 6) 石原義尚，牧野仁史，大井貴夫，石黒勝彦，宮原要，梅木博之，赤坂秀成，藤原啓司，橋愛幸： “高レベル放射性廃棄物ガラス固化体のインベントリ評価”，JNC TN8400 99-085 (1999). 7) 橋愛幸，石原義尚，大井貴夫：“核種インベントリ解析のためのコード・データの整備”， JNC-TN8410-99-014 (1999). 8) 片倉純一，片岡理治，須山賢也，神智之，大木繁夫：“JENDL-3.3 に基づく ORIGEN2 用断面 積ライブラリセット; ORLIBJ33“，JAERI-Data-Code 2004-015 (2004). 9) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 2 地層処分の工学技術”, JNC TN1400 99-022 (1999). 10) FrontISTR：http://www.ciss.iis.u-tokyo.ac.jp/project/rss/software/09_info.html. 11) CaliculiX：http://www.calculix.de/. 12) GeoFEM：http://geofem.tokyo.rist.or.jp/index_jp.html. 13) ADVENTURE：http://adventure.sys.t.u-tokyo.ac.jp/jp/. 14) FEMAP：http://www.plm.automation.siemens.com/ja_jp/products/velocity/femap/ 15) AVS：http://kgt.cybernet.co.jp/avs/. 16) ABAQUS：http://www.3ds.com/jp/products/simulia/portfolio/abaqus/overview/. 17) J. Ahn and M. Cheon：“Linear Programming Approach for Optimization of Radionuclide Loading in Vitrified HLW”, Nuclear Technology, Vol. 156, p. 303-319, (2006). 18) J. Ahn ： “Integrated Radionuclide Transport Model for a High-Level Waste Repository in Water-Saturated Geological Formations”, Nucl. Technol. 121, 24, (1998). 19) SKB：“Long-term safety for the final repository for spent nuclear fuel at Forsmark, Main report of the SR-Site project”, SKB TR-11-01, Svensk Kärnbränslehantering AB (2011). 4-73 5. 最適化技術の開発 5.1 本研究の目的と実施事項 5.1.1 本研究の目的 地層処分事業は数十年以上にわたる長期的なプロジェクトであり，その間には，科学技術分野 の新しい知見により，現行技術の改良や高度化が進むだけでなく，革新的な新技術が開発され， 処分概念や核燃料サイクルオプションの選択肢が増える可能性がある。さらに，事業の段階的進 展による処分サイトの位置や環境の具体化，あるいは，事業に係わるステークホルダーの要求や 社会的環境の変化などから，事業に求められる要件も変化すると考えられる。このような科学技 術的・社会的両面の変化に対して，包括的な廃棄物管理を適切に実施するという観点から，処分 概念や核燃料サイクルのオプションの中から「より良い」オプションを選択する必要性が高くな ると推測される。 以上のことから，本研究では，処分概念や核燃料サイクルについて，技術的観点だけでなく， 社会的要素も採り入れ，事業の進展に応じた処分概念や核燃料サイクルの最適化（最適化問題）， または，合理的なオプション選択のための意思決定や合意形成（意思決定問題）などを可能とす 「最適化問題」と表記した ることを目的に，最適化技術の開発を行う 1),2),3),4),5)。なお，以下では， 際には特にことわらない限りは最適化問題や意思決定問題の両方を含むこととする。 本研究の最終目標は，上記の目的のもとに以下を要素技術とする最適化技術を構築するととも に，以下に示す利用方法を可能とすることにある。 x 最適化に係わる検討を行ううえで基盤となる最適化プロセスの手順と支援ツールの整備。 x 最適化プロセスに沿った事例検討を行うことを通じて，その適用性を確認する。あわせて， 事例検討を通じて得た経験や知見を他の最適化問題についての検討にも有効に再利用でき るようにするために，事例検討における作業内容や判断及び結果を体系的に整理し事例ベー スとして整備する。 x 最適化プロセスや支援ツールの利用に係る説明や手引き等をマニュアルとして整備するこ とで，最適化技術の利用者の利便性を確保する。 また，最適化技術を構成する要素技術の開発にあたっては，要素技術の有用性及びそれらの体 系的な利用の実現性に配慮するとともに，ユーザーにとって使いやすい形で技術や情報を提供す るなどの利用性の向上を重点的な目標としている。 なお，最適化技術を構成する要素技術は，その利用の基本的なパターンを，統合・利用支援環 境（6 章参照）において「利用シナリオ」としてまとめた。また，要素技術の成果の統合（最適 化技術のパッケージ化）も，統合・利用支援環境（6 章参照）でのポータルサイトメニューにお いて最適化技術としてグルーピングすること，及びメニューや利用シナリオから統一的にアクセ スできるようにすることで実現した。 以下，本年度の主な実施事項を 5.1.2 項に，最適化技術に係る検討の詳細内容をそれぞれ 5.2 節 以降で述べる。 • 最適化プロセスと支援ツールの整備（5.2 節） • 最適化問題の事例検討（5.3 節） • まとめ（5.4 節） 5-1 また，本研究の以下の成果は付録に整理した。 • ツール：付録 15（DVD） • ツールの利用マニュアル：付録 15（DVD） • ツールのインストールマニュアル：付録 15（DVD） • 利用事例（最適化事例ベース）：付録 11，付録 15（DVD） • 用語集：付録 14，付録 15（DVD） 5-2 5.1.2 本年度の実施事項 (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 最適化を行うための各プロセスにおける要素技術，手法及びその実施手順の詳細化を目指した 検討を進めた。具体的には， 「問題分析プロセス」， 「求解プロセス」， 「適用性評価プロセス」から なる問題分析プロセスの手順等の総括的な整理を行った。この整理では，問題分析プロセスの中 で行う様々な検討や判断の労力の軽減と品質管理の支援を目的に構築を進めてきた最適化プロセ ス支援ツール（問題分析プロセスを支援する「問題分析支援ツール」，求解プロセスを支援する「最 適化手法選択支援ツール」）の利便性向上を含めて検討した。 これら最適化プロセスの整備とあわせて，それを実際の問題で用いることで適用性を確認する ために，廃棄物処分に着目した問題，廃棄物処分と廃棄物処理の関係に着目した問題，さらに廃 棄物発生までを考慮した問題を対象（図 5.1.2-1）に，特徴的な最適化問題の候補を抽出した。 また，最適化問題候補のうちのいくつかについて，最適化プロセス及び支援ツールを適用した 事例検討を実施した（問題分析，求解，適用性評価のプロセスを一通り実施）。この事例検討を通 じて，最適化プロセスが有効に機能することを確認するとともに，最適化技術を向上させていく ための課題と対策を整理し，次の段階の検討に反映した。特に平成 23 年度は，平成 24 年度に実 施する最適化技術の実用版としての整備に向けて，ユーザーにとっての使いやすさを向上させる ことに重点をおいた課題の分析を行い，支援ツールの結果の見やすさ向上や事例検討結果の参照 性向上に係わる課題の抽出と対策の立案を行った。 廃棄物の発生 現行サイクル 現行サイクル 現行サイクル 先進サイクル 廃棄物の処理 個別の 廃棄物タイプ 個別の 廃棄物タイプ 複数の 廃棄物タイプの 統合 複数の 廃棄物タイプの 統合 個別の 処分場について 予察的に 評価された性能 個別の処分場の 最適化 統合された 処分場システム の最適化 統合された 処分場システム の最適化 Step 1 Step 2 Step 3 分類は規制で定義 廃棄物の処分 最適化範囲の 段階的拡張 Step 4 図 5.1.2-1 最適化問題の範囲の段階的拡張のイメージ 5-3 (2) 本年度の主な実施事項 本年度は，平成 23 年度までの成果及びそこで挙げられた課題を踏まえ，主に以下について検討 を進めた。 • 最適化プロセスと支援ツールの整備（5.2 節） 最適化プロセスと支援ツールを実用版としてユーザーにとって使いやすいものとするた めに，計算機支援ツールでの作業内容や根拠情報の記録保存機能の充実，作業結果の見やす さの向上及び作業結果を事例ベースのコンテンツとして直接出力できるようにする機能の 整備等を行う。 • 最適化問題の事例検討（5.3 節） ユーザーが新規の最適化検討を行う際に，検討経緯の追跡性・透明性を確保しつつ効率的に 行えるようにするための参考あるいはひな形として活用できる事例ベースの整備に重点をお く。そのために，平成 23 年度までに整理した最適化問題の候補について，問題の特徴や解法 の特徴に基づく類型化を行い，優先的に検討・整備すべき問題を選定する。それら問題に対し ての事例検討を，上記で整備した最適化プロセスと支援ツールを活用して行うとともに，事例 検討の結果を事例ベースとして整備する。 • まとめ（5.4 節） 本年度までの実施内容及び成果を踏まえて，実用版として整備した最適化技術を総括する。 5-4 5.2 最適化プロセスと支援ツールの整備 本節では，最適化に係わる検討を行ううえでの基盤となる最適化プロセス（5.2.1 項）と最適 化プロセス支援ツール（5.2.2 項）について述べる。そのうえで，最適化プロセスに沿った事例検 討（5.3 節参照）を行うことを通じて得られる経験や知見を他の最適化問題についての検討にも有 効に再利用できるようにするために，事例検討における作業内容や判断及び結果を体系的に整理 することを目的とする事例ベースの整備方法について述べる（5.2.3 項）。 5.2.1 最適化プロセスの概要 本項では，平成 23 年度までに詳細化と汎用化を段階的に進めてきた，最適化を行うためのプロ セスの全体的フレーム，各プロセスの要素技術と手法，その実施手順 1),2),3),4),5)の概要を示す。 最適化を検討するためには，まず解くべき最適化問題が具体的になっていない状態（問題未設 定状態）から問題の分析と設定を行い，そのモデル化と適切な最適化手法により最適解を求め， さらに得られる最適解や意思決定結果の妥当性や適用可能性に関する考察が可能となるようにし ておくことが重要である。このためのプロセスの全体を「最適化プロセス」と呼ぶ。 図 5.2.1-1 に最適化プロセスの全体的フレームを示す。 未設定状態→ 最適化問題 問題の定義 問題分析 プロセス 構造の把握 最適化問題の設定 性質・特徴の分析 問題のモデル化 求解 プロセス 問題の定式化 最適化手法の選択 求解 適用性評価 プロセス 適用性評価 最適解 図 5.2.1-1 最適化プロセスの全体的フレーム 最適化プロセスの各プロセス要素の概要は以下の通りである。 (1) 問題分析プロセス： 最適化問題が具体的になっていない状態（問題未設定状態）から問題の分析を行い，最 5-5 適化手法が適用できるように具体化するプロセス。 (2) 求解プロセス： 問題の性質や特徴を踏まえてモデル化・定式化を行い，数理学的最適化によるアプロー チや専門家の有する経験的な知識を活用するアプローチなどから適切な最適化手法を選択 し最適解や合理的な意思決定結果を求めるプロセス。 (3) 適用性評価プロセス： 求解プロセスにより得られた解について，最終的に最適解として採用すべきか，あるい は問題分析プロセス，求解プロセスに戻って改めて解を見直すべきかどうかという点につ いて評価を行うプロセス。 以下，各プロセス要素についてより詳しく説明する。 (1) 問題分析プロセス 問題分析プロセスは，3 つのサブプロセスと，そのサブプロセスをさらに詳細化した 6 つの分 析 Step から構成される。問題分析プロセスの詳細手順と内容を図 5.2.1-2 に示す。以下，各サブ プロセスと分析 Step の概要を示す。 手順 ①問題の定義 Step1 問題概要・ 範囲設定 実施内容・ 手法 問題の概要（名称 を含む）と範囲を設 定する ②構造の把握 ③最適化問題の設定 Step2 Step3 Step4 Step5 Step6 問題定義 影響要因 抽出 影響関係 抽出 影響図 洗練化 部分問題 切り分け 問題の具体的内容 を定義する 問題に関連する影 響要因を列挙する 要因を介した変数 間の影響関係を抽 出し，問題を構造 化する 影響図にしたがい 対象とする問題を 整理する 【手法】 ブレインストーミング マインドマップ 【手法】 システム工学手法 (ISM法／DEMATEL法） 比較的独立性の 高い部分問題に 切り分ける アウトプット 影響関係調査（既存 文献，データの有無 等） 検討の主対象とする 要因，影響関係の絞 り込み 影響図見直し 【アウトプット】 【アウトプット】 【アウトプット】 【アウトプット】 【アウトプット】 【アウトプット】 問題名 問題概要 問題範囲 評価基準（指標） 目的変数 決定変数 影響要因 影響関係マトリクス 影響図（初版） （変数と変数間の影 響関係） 影響図（改訂版） 影響関係調査結果 （知見／データ等） 部分問題 問題間の制約関係 （いずれも文章によ る記述） イメージ 問題 問題 決定変数 問題 問題 影響要因 問題 影響関係 目的変数 問題対象としない 要因，影響関係 問題 部分問題 図 5.2.1-2 問題分析プロセスの詳細手順と内容 サブプロセス①：問題の定義 意思決定を行う関係者が念頭においている最適化問題について，具体的に文章等で記述し， 明示化することを通じて定義する。 ・Step 1：問題概要・範囲設定 問題の名称（テーマ），問題の概要，問題範囲を文章等で記述する。この作業は，関係者 5-6 の間で議論しながら行い，これを通じて認識を共有し，その後の問題分析及び求解のプロセ スを円滑に実施することを可能としていく。 ・Step 2：問題定義 最適化問題の根幹となる決定変数，目的変数，評価基準などについて検討を行い定義する。 またこの段階で，使用する用語等についての定義を確認し，場合によってはより明確に再定 義しておくことが重要である。 サブプロセス②：構造の把握 サブプロセス①において定義された問題について，さらに具体化を行い，決定変数，目的変 数を含む問題に係わる全ての要因とそれらの影響・依存関係，制約関係等の関係性を構造化し 「見える化」する。 ・Step 3：影響要因抽出 問題を検討するうえで留意すべき決定変数と目的変数以外の影響要因を列挙する。 ・Step 4：影響関係抽出 Step2 で抽出された決定変数，目的変数，及び Step3 で抽出された影響要因間の関係につい ての影響の方向及び大きさを影響図として整理する。これらの関係を整理する際には，シス テム工学的手法 6)を利用することができる。問題分析を行った内容を，影響図として「見え る化」することにより，問題の内容が具体化，表出化され，分析結果を常に確認すること， また，関係者間で認識を確認，共有することができる。 サブプロセス③：最適化問題の設定 サブプロセス②で作成した影響図のうち，要因間の関係に関するデータの有無，主に検討す べき要因及び影響関係等について検討し，問題の構造を示す影響図の洗練化を行う。また，多 数の要因が係わる大規模な問題である場合には，複数の部分問題に切り分け，それぞれを部分 最適化問題として設定する。 ・Step 5：影響図洗練化 Step4 で作成した影響図を基に，対象とする最適化問題の目的や最終的にどのような知見 を得たいかと照らしあわせつつ，具体的なモデル化や定式化の際に特に着目する要因や影響 関係を絞り込み，その結果を反映して影響図を洗練化する。この検討を行う際には，最適化 問題を解く前提となる条件や仮定を分析プロセスの中で明示するとともに，各影響関係に関 するデータ等の既存知見の有無について調査を行う。特に前提条件の十分な共有は，複数の 関係者によって意思決定がなされる場合での問題のモデル化や求解結果に対する関係者間 の評価の相違等を避け，意思決定のための議論を収束させていくために重要となる。 ・Step 6：部分問題切り分け 最後に，影響図を見ながら大規模複雑な問題を比較的独立性の高い部分問題に切り分ける ことを検討する。これにより，それぞれを比較的簡単な部分最適化問題としてモデル化・求 解し，それらの解を集約することにより，全体問題の解を得るという方法を採ることが可能 となる。 本研究では，上記の問題分析プロセスのうち，特に影響要因抽出・関係抽出及びその影響図と しての「見える化」の実施を支援するための計算機支援ツール（最適化プロセス支援ツールの中 の問題分析支援ツール）を開発している（後述の 5.2.2 項参照）。 5-7 (2) 求解プロセス ある問題の最適解を求めるためには，その問題に適用可能な最適化手法を選択する必要がある。 多種多様な最適化手法から対象とする問題に適した手法を選択するための一般的な方法は，類似 問題への適用例を調査しその手法の適用を試みることであるが，そのためには様々な事例に関す る知見を有しているか，それらを調べることが必要となり，分析者が多様な最適化問題に対する 求解を効率的に実施できるようにするためには何らかの対策が求められる。そこでここでは，多 様な問題に対応可能とするために，事例の特徴を整理しつつ，類似の特徴を有する問題における 分析・モデル化及び最適化手法選択の手順等をなるべく一般化していくための検討を行った。 そのためにまず，問題の性質と特徴を統一した複数の視点から分析し把握する手順を設定した。 視点としては，定量化可能な最適化問題だけでなく，定性的な意思決定問題や合意形成問題まで を扱うことを視野に入れ，表 5.2.1-1 の 6 つを考えた。 次に，設定したモデルに対して適切な最適化手法を選択し最適解を求める手順を設定した。前 述の問題の性質と特徴を利用しつつ，意思決定の内容を含むか否か，複眼性はあるかないか等の 質問に回答することにより，最終的に適用可能な手法を選択できる選択ツリーを作成した（図 5.2.1-3）。この選択ツリーを利用することで，最適化手法に詳しくない分析者でも，簡単な質問に 回答していくことにより，採用すべき最適化手法を選択することができる。 本研究では，この選択ツリーの適用を支援するための計算機支援ツール（最適化プロセス支援 ツールの中の最適化手法選択支援ツール）を開発している（後述の 5.2.2 項参照）。 5-8 表 5.2.1-1 最適化問題の性質・特徴を捉える視点，意味，モデル化にあたっての取り扱い モデル化にあたっての 問題の性質・特徴を 意味 取り扱い 捉える視点 意思決定 (1)含む (2)含まない 「意思決定を含む」とは，数理学的な最 適化だけでなく人間の主観や判断が入 ること。 「複眼性がある」とは，共有する構成要 素があるなど相互依存関係にある複数 の目的変数から構成される問題におい て，トレードオフの関係などにより複数 の目的があり得，目的変数の選定や重み 付けにより最適解が異なる可能性があ ること。 「不確実性がある」とは，知識の限界か ら把握できる範囲が制限されている場 合や現象の生起が確率に支配されてい ることで，時間や空間における不確実性 や予測できない不安定性があること。 不確実性がある場合，その不確実性が確 率やファジィなどで表現可能な場合に は「不確定系」となり，フィードバック があるなど不確実性の表現が複雑であ ったり不可能な場合には，「複雑系」と なる。 左記の意思決定を考慮したモデル化を 行う場合には「含む」となる。 複眼性 (1)複眼的 （多目的） (2)単眼的 （単目的） 不確実性 (1)複雑系 (2)不確定系 (3)確定系 時間 発展性 (1)動態的 (2)静態的 「時間発展性がある」とは，時間の経過 に応じて目的変数，決定変数，制約条件 が変化すること。 目的変数や決定変数，制約条件が時間に 応じて動的に変化するようなモデルと する場合には「動態的」となる。 階層性 (1)多層 (2)単層 「階層性（または，序列性）がある」と は，目的変数や構成要素が階層的な関係 を持つ場合や，特定の序列を持つ場合の こと。 複数の目的変数や構成要素について，階 層化や序列を考慮したモデル化を行う 場合には，「多層」となる。 全体性 (1)全体的 (2)部分的 分析開始 意思決定 複眼性 不確実性 時間 発展性 階層性 全体性 あり 複雑 なし モデル化に際して，不確実性や不安定性 を考慮しない場合には「確定系」となる。 不確実性や不安定性を確率やファジィ などで表現する場合には「不確定系」と なる。 フィードバックループを構成したモデ ルや，確率やファジィなどでは表現でき ない複雑な不確実性や不安定性を考慮 する場合には「複雑系」となる。 問題を分割または簡略化した最適化を 行い，その後，分割した問題の再統合や 簡略化によって失われた情報の影響を 把握する場合には「全体的」となる。 含む 含まない 左記の複数の目的を考慮したモデル化 を行う場合には「複眼的」となる。 不確定 確定 HR and/or DM HR and/or DM HR and/or DM HR HR HR HR HR HR DP,HR あり PP,FP,HR なし DP,HR あり なし 適用可能な最適化手法（目的関数の形態別） 線形性 連続性 局所解の存在 線形 非線形 連続 離散 組合せ 局所的 大域的 あり なし あり なし LP,HR NLP,HR LP,HR NLP,HR LP,HR NLP,HR DP,HR HR PP,FP,HR DP,HR HR HR IP,HR HR DP,HR HR PP,FP,HR HR HR HR HR IP,HR LP,NLP,HR HR DM:意思決定手法，HR:ヒューリスティックス手法，DP:動的計画法，PP:確率計画法，FP:ファジィ計画法， IP:整数計画法，NLP:非線形計画法，LP:線形計画法 図 5.2.1-3 最適化手法の選択ツリー 5-9 (3) 適用性評価プロセス 適用性評価プロセスでは，求解プロセスで得られた解を最適解として採用すべきか，あるいは 最適解としては採用せず，問題分析プロセスあるいは求解プロセスに戻って，改めて解を求めな おすべきかという判断を行う。 問題分析プロセス及び求解プロセスでは，最適化を目的として問題を分析・設定し解を求めて いるため，一般的には適切な解が得られているはずである。しかしながら，次のような理由によ り，求めた解が最適解ではない可能性がある。 ① 問題分析の誤り（問題分析プロセス） 問題分析において，考慮すべき要因や変数が抜け落ちていたり，あるいは要因と変数間 の影響関係の認識に誤りがあるなど，問題分析結果に誤りがある場合。この場合には，求 解プロセスでの前提条件が誤っていることになるため，求解プロセスが正しく実施された としても，結果として適切な解が得られていない可能性がある。 ② 問題のモデル化・定式化の誤り（求解プロセス） 問題分析の結果を受けて，問題のモデル化や定式化を行う際に，考慮すべき制約条件が 欠落している等の誤りが含まれる場合。この場合には，求解プロセスでの制約条件が誤っ ていることになるため，求解が正しく実施されたとしても，結果として適切な解が得られ ていない可能性がある。 ③ 最適化手法選択の誤り（求解プロセス） 最適化手法の選択については，(2)で述べたに最適化手法の選択ツリーの形で具体化して いるが，選択ツリーに沿って手法を選択していく際には，問題の性質と特徴に関する質問 に対して適切に回答することが必要であり，誤った選択をした場合には，最適化手法の選 択を誤る可能性がある。この場合も，求解が正しく実施されたとしても，結果として適切 な解が得られていない可能性がある。 ④ 求解におけるバイアスの影響（求解プロセス） 求解の手法として意思決定手法またはヒューリスティックス手法を選択した場合には， 専門家の知見や判断が解に影響を与える。ここで，専門家の知見や判断にバイアスが含ま れる場合には，適切な解が得られていない可能性がある。 適用性評価プロセスにおいて，得られた解が適切ではないことが判明し，さらにその原因を分 析する中で誤りが発生したプロセスが明らかになった場合には，そのプロセスに戻って誤りを直 し求解をやりなおすこととなる。 適用性評価プロセスにおける解の評価手順は，図 5.2.1-4 に示すように，求解プロセスで求めら れた解を， 「1) 解のレビュー」， 「2) 誤りの混入箇所分析」という 2 つのステップで評価する。な お， 「1) 解のレビュー」の段階で最適解であるとの明確な判断ができる場合以外は， 「2)の誤りの 混入箇所分析」を行い，より総合的な評価を行うことが推奨される。 5-10 誤りが発生した箇所 に戻って再実施 求解プロセス （求められた解） 適用性評価プロセス 1) 解のレビュー 最適解でない可能性 2) 誤りの混入箇所分析 誤り箇所特定 最適解 誤りなし 最適解 図 5.2.1-4 適用性評価プロセスにおける解の評価手順 1) 解のレビュー 求解プロセスにより得られた解に対して，その解が妥当なものであるか否かについてのレ ビューを行う。解のレビューは，(a) 得られた解の問題への適用性の評価，及び，(b) 第 3 者 を含むピアレビュー，の 2 つの観点により行う。 (a)については，分析者が，例えば，最適解を用いたシミュレーションを行いその結果が意 図したものになっているかを確認する，あるいは解に影響を与える主要な要素・変数を変化 させながら感度解析を行うことで最適解の頑健性を確認するなど，得られた解を問題に実際 に適用してみることで，最適解として不都合がないかを確認する。 (b)については，最適化プロセス全体の妥当性や得られた解の適切性等の分析・評価を，分 析者以外の第 3 者を含む複数の専門家により，それぞれ独自に行う。分析・評価はメンバー の主観により行う。 2) 誤りの混入箇所分析 「1) 解のレビュー」による評価の結果，得られた解が適切ではない可能性があるとされた 場合，誤り混入箇所の分析を行う。問題分析プロセス，求解プロセスで誤りが混入する可能 性があるのは，上述の①～④の 4 箇所であり，それぞれについて誤りが混入している可能性 について詳しく評価する。ここで， 「① 問題分析の誤り」， 「③ 最適化手法選択の誤り」につ いては，5.2.2 項で後述する問題分析支援ツールや意思決定手法選択ツールを利用することで， 当該プロセスにおける判断や意思決定の内容が履歴として記録されるため，本分析を行う際 に必要な検討過程のトレースが容易となり，意思決定の質と信頼性の向上に寄与する。 いずれかの箇所について誤りが発生していた場合には，その混入箇所に戻り，最適化プロ セスを再実施する。 5-11 5.2.2 最適化プロセス支援ツールの高度化 本項では，平成 23 年度までに開発した最適化プロセス支援ツール（問題分析支援ツール，最適 化手法選択支援ツール）1),2),3),4),5)の全体像を示しつつ，本年度追加・高度化を行った以下の点につ いて説明する。 x フロー図描画機能の高度化（問題分析支援ツール） x 参考情報登録機能の高度化（問題分析支援ツール） x オンラインヘルプ機能の追加（問題分析支援ツール） また，本年度追加を行った機能として「事例ベース登録用レポート出力機能（問題分析支援ツ ール）」があるが，この機能は事例ベースと密接に関係するため，後述の「5.2.3 事例ベースの整 備方法」の中で述べる。 (1) 計算機支援の目的と範囲 最適化問題あるいは意思決定問題は多様であり，必要に応じて最適化プロセスを繰り返す必 要が生じ得る。このため，最適化プロセスを一般化して，この実施を支援する計算機ツールを 準備しておくことが望まれる。しかしながら，本研究の対象である廃棄物発生から廃棄物処分 までの広い範囲を対象とする場合，検討の対象となり得る最適化問題や意思決定問題は多種多 様なものとなる。例えば，処分概念に関する問題に限っても，オーバーパックの材料選定問題 と緩衝材の設計最適化問題とでは異なる性質を有しており，この他にも処分パネル設計の最適 化や処分スケジュールの最適化など，問題として扱う目的やその範囲，性質，特徴によって， 最適化プロセスの中で検討や評価すべき内容あるいは収集するデータなどが異なる。 このため，最適化プロセスの全てを一般化して，これを支援するツールの開発を目指すこと は合理的ではないと考えた。一方，全ての一般化と支援ツール化はできなくとも，一般化と支 援ツール化の効果が高くかつ実現可能性が高い領域も存在し，平成 23 年度までの検討を通じて， 「利用者が最適化や意思決定を行うにあたり，その労力を軽減し，品質管理に役立つ」という 目的に合致する支援ツール化の範囲を以下のように設定し，基本的な考え方の整理と設計，プ ロトタイプ作成及び機能の改良を段階的に行ってきた。 x 最適化プロセスの中の問題分析プロセス→問題分析支援ツール 問題が未設定の状態から，問題の定義，構造の把握を行い，最適化問題自体を定義する 問題分析プロセスのうち，特に問題の定義と構造の把握の部分を支援できるように，シス テム工学的手法 6) も活用つつ，意思決定者が暗黙知として有する問題の要素，要素間の関 係を抽出・整理し，「見える化」する。 x 最適化手法の選定→最適化手法選択支援ツール 問題分析プロセスにより設定された最適化問題について解を求める求解プロセスのうち， 問題の性質，特徴に基づく適切な最適化手法の選択を支援できるようにする。 また，平成 23 年度には，問題分析支援ツールと最適化手法選択支援ツールのインターフェイス の統合を行った。図 5.2.2-1(a)に最適化プロセス支援ツールの全体像を，図 5.2.2-1(b)にインターフ ェイスの例を示す。 5-12 未設定状態→ 問題分析 支援ツール 最適化問題 構造の把握 性質・特徴の分析 問題のモデル化 求解 プロセス 要素の抽出 検討 最適化問題の設定 問題の定式化 求解のため の事前準備 を総合支援 平成20年度まで の検討 最適化手法の選択 統合インタ フェース 構造可視化 最適化プロセス 支援ツール 求解 問題特徴 求解プロセス の支援 適用性評価 最適解 最適化手法選択 支援ツール (a) 最適化プロセス支援ツールの全体像 問題分析 支援ツール 最適化プロセス 支援ツール 最適化手法選択 支援ツール (b) 最適化プロセス支援ツールのインターフェイスの例 図 5.2.2-1 最適化プロセス支援ツールの全体像 5-13 手法推薦 自動選択 適用性評価 プロセス 自動処理 問題の定義 問題分析 プロセス 問題の定義 問題分析 プロセス の支援 平成21年度の (2) 問題分析支援ツール 問題分析支援ツールは，問題分析プロセスのうち特に問題の定義と構造の把握の部分を支援す るための以下の機能を有する。 • 構造化（見える化）・問題認識共有支援機能 － 問題分析プロセスを行う際には，問題の構造，影響関係に関する定義が重要となるが， それらは一般に分析者の暗黙知として保有される。そのため，関係者間で一致しておら ず，認識のすり合わせが困難になる原因となる。そのため，各関係者の問題に関する認 識を具体的に定義し図示することにより「見える化」を行う（図 5.2.2-2(a)）。 「見える化」 の結果を互いに比較することにより，問題に関する認識の共通点と相違点を具体的に議 論し認識共有を図ることができる（図 5.2.2-2(b)）。 － 「見える化」及び問題認識共有の実現については，まず問題分析プロセスの分析者が暗 黙知として有する問題に関連する要素，要素間の関係を一対比較法の簡単な質問により 抽出する。そのうえで，システム工学手法 6)の 1 つである Dematel 法 7)により，質問へ の回答結果に基づき自動的に問題の構造を分析し提示する。 「見える化」結果を用いた問題認識共有 意思決定問題の具体化／見える化 問題の背景、 認識（考え、 暗黙知） 簡単な質問への回答から、 意思決定者の考えを分析、 「見える化」 抽出／分析／ 構造化 (a)見える化 「見える化」結果に 基づいた問題認識の 共有と 具体的な議論 (b)問題認識共有 図 5.2.2-2 構造化（見える化）・問題認識共有支援機能 • 知識共有・伝承支援機能 − 問題の構造，影響関係を整理する際には，バックデータや技術レポート等を参照し，こ れを根拠として検討を進めていく。後日，その検討過程を振り返る際には，これら参照 した根拠情報についても確認することが必要になる。そこで，問題分析プロセスの過程 で参照した根拠情報を管理する（図 5.2.2-3(a)）。これにより，過去の検討過程の透明性 を確保する。さらに，見える化した結果も含めた過去の問題分析結果を，その過程も含 めてトレースできるようにすることを通じて，過去の問題分析結果を起点として，問題 の見直しあるいは詳細化，拡張等を可能とする（図 5.2.2-3(b)）。 − エビデンス管理の実現については，見える化した結果を基盤として，問題分析を行うメ ンバー間で議論した経緯，履歴及び参照した根拠情報を，ツール上で検討の過程に沿っ て管理する。 5-14 見直し バックデータ 技術レポート 詳細化 過去の分析結果 決定の根拠 は・・・ 問題の検討内容（要素、 要素間関係等）ごとに 根拠情報を管理 過去の検討結果を起点 とした問題の見直し、 詳細化 過去結果を起点とした見直し／詳細化 根拠情報の管理による透明性確保 (a) 経緯，履歴及び根拠情報の管理 (b) 問題の見直しあるいは詳細化，拡張等 図 5.2.2-3 知識共有・伝承機能 上記の機能を問題分析支援ツールとして計算機上に展開した場合の処理の流れを図 5.2.2-4 に示 す。また，計算機上での具体的な作業の概要を，以下で画面を示しながら説明する（5.3.2 項で示 す異種廃棄体最適化問題（問題 No.4）を例とする）。 • 基本的な利用方法としては，分析者（意思決定者）が「①最適化問題一覧」画面（図 5.2.2-5） から順に必要な入力を行うことにより，最終的に「⑤分析結果画面」にて「見える化」さ れた問題の分析結果を得ることができる。 • 構造化（見える化）・問題認識共有支援機能 － 「②-c 変数・要素設定画面」から「③使用変数設定画面」にかけて，問題を構成する変 数・要素を抽出し（図 5.2.2-6），さらに「④-a 最適化問題全体（影響評価）画面」（図 5.2.2-7）において，変数・要素間の影響関係を指定する。 － 「⑤分析結果画面」で，変数・要素間の影響関係をグラフ構造で表示する（フロー図描 画機能：本年度高度化，後述）。 • 知識共有・伝承機能 － 問題分析を行う過程でエビデンスとして使用した資料，文書を，使用した問題ごと，ま た，変数・要素間の影響評価など，根拠として使用した場面ごとに登録，管理する（参 考情報登録機能：本年度高度化，後述）。 － 他の分析者が行った問題分析の過程とその結果のトレースと共有を可能とする（エクス ポート・インポート機能：本年度高度化，後述）。 5-15 他の分析者 問題分析支援ツール 問題分析支援システム 共有 ②問題の定義 インポート／ エクスポート ②-b 最適化 問題設定 設定 ①最適化問題 一覧 ④構造の把握 ④-b 変数・ 要素間 影響 ②-c 変数要素 設定 確認 設定 設定 確認 ②-a 最適化問題 全体 （要素設定） ③(②-a） 使用変数設定 確認 ④-a 最適化問題 全体 （影響評価） 計算処理 質問への回答 見える化 既存/新規 問題 分析結果 分析者 図 5.2.2-4 問題分析支援ツール上での処理流れ 図 5.2.2-5 問題分析支援ツール：①最適化問題一覧画面例 5-16 ⑤分析結果 図 5.2.2-6 問題分析支援ツール：③使用変数設定画面例 図 5.2.2-7 問題分析支援ツール：④-a 最適化問題全体（影響評価）画面例 5-17 以下，本年度に問題分析支援ツールについて機能の追加・高度化を行った以下の項目について より詳しく述べる。 x フロー図描画機能の高度化 x 参考情報登録機能の高度化 x エクスポート・インポート機能 x オンラインヘルプ機能の追加 • フロー図描画機能の高度化（図 5.2.2-8） 問題分析支援ツールでは，平成 23 年度までに問題分析結果を可視化したフロー図を作成 することができるようにしてきた。ただし，自動作成という便利さの半面，必ずしも見や すい構造にならないという課題もあった。 そこ見やすさの向上の観点で以下の改良を行った。 - 配置向きの変更 平成 23 年度までのフロー図を作成は横書きを基本としていたが，ノードが横長 となり図幅が非常に大きくなっており，これが見にくさの一因になっていた。そこ で，要因の階層的配置が容易になるようにフロー図を縦書きとした。 - 決定変数と目的変数の視認性の向上 上記の階層的配置の特性を生かして，最適化問題を考える際に重要となる決定変 数と目的変数のそれぞれが必ず同じ階層に配置されるようにした。さらに，目的変 数は常に最下層に配置する，決定変数のノードの枠線を二重線で表示する，ことな どで視認性を高めた。 - 相関の視認性の向上 影響関係を表すエッジの色について，正の相関がある場合には青色に，負の相関 がある場合には赤色とした。また，エッジにそれぞれ“(+)”，“(‐)”と記号を付与 することにより，影響関係の視認性を高めた。 問題分析結果を可視化したフロー図を作成できることで以下のような利点が期待できる。 - ユーザーは，要素の追加・削除，影響関係の設定を定型のフォーマットと手順で実 施できる。 - さらに，要素の影響関係のフロー図を自動作成できることから，ユーザーは要素や 影響関係の設定の妥当性を視覚的にも確認でき，要素や影響関係の見直しを効率的 に実施できる。 - ユーザーは，自動生成されたフロー図を参考にすることで，事例ベースに登録する 最終的で見やすいフロー図（MS PowerPoint 等）を，要素と影響関係の設定結果 に基づき一から作成する場合に比べて効率的に作成することができる。 5-18 図 5.2.2-8 問題分析支援ツール：フロー図描画機能の高度化 • 参考情報登録機能の高度化（図 5.2.2-9） ユーザー間での問題分析時の検討内容，判断基準の共有を支援するために，参考情報の登 録機能を以下の観点から高度化した。 • 電子ファイル登録以外への対応 平成 23 年度までは，インターネット上で公開されている資料の電子ファイル，また はユーザーが作成した電子ファイル等を登録することを想定した機能としていた。し かしながら，特にインターネット上で公開されている資料については著作権等の問題 があるため，登録することに問題が生ずる可能性があった。 そこで，インターネット上で公開されている資料については URL と任意の名称をテ キストベースで登録することにより，参考とした情報を特定できるように改良した。 一方，ユーザーが作成した電子ファイルについては，平成 23 年度までと同様に，参照 ボタンを押すことで開くファイルを選択するためのウィンドウから登録する。 • 登録情報の参照 平成 23 年度までは，登録した参考情報ファイルが格納されたフォルダを開き，ファ イルを確認する必要があった。そこで，ユーザーの利便性を向上させるため，URL 登 録したものについては表示ボタンを押すことにより，一方，ファイル登録されている 場合には，同じく表示ボタンを押すことにより，容易に参照できるようにした。 5-19 図 5.2.2-9 問題分析支援ツール：参考情報登録機能 （左：要素・変数設定画面，右：影響関係設定画面） • エクスポート・インポート機能（図 5.2.2-10～図 5.2.2-11） 問題分析支援ツールを用いて行った最適化問題についての分析結果や分析時に参考情 報登録機能を用いてツールに登録した参考情報をユーザー間で共有するための機能とし て，分析結果をアーカイブファイルとして出力（エクスポート）し，他ユーザーがインポ ートすることにより共有できるエクスポート・インポート機能を高度化した。以下にエク スポートとインポートの機能をぞれぞれ示す。 • エクスポート エクスポートする問題は個別に選択することが可能であり，最適化問題一覧画面の 「エクスポート」ボタン（図 5.2.2-10 (a)の①）を押すと，問題の各行に表示されるチェ ック欄（図 5.2.2-10 (b)の②）からエクスポートしたい問題を選択することにより指定す る。 最後に「チェック行をエクスポートする」（図 5.2.2-10 (b)の③）を選択すると，アー カイブファイル(zip 形式のファイル)としてエクスポートされる(図 5.2.2-10 (c))。 - インポート 他ユーザーの分析結果を共有するために，エクスポートされたアーカイブファイルを インポートする。インポートするには，まず，最適化問題一覧画面で「インポート」ボ タン（図 5.2.2-11 (a)の①）を押し，インポートファイル画面を開く。この画面でインポ ートしたいアーカイブファイル（zip 形式のファイル）を選択し（図 5.2.2-11 (b)の②）， 「開く」ボタン（図 5.2.2-11 (b)の③）を押すとインポートが実行され，自分の問題分析 支援ツール上で他ユーザーの分析結果を利用することができるようになる。 5-20 ① (a) 最適化問題一覧画でのエクスポートボタン（①） ③ ② (b) エクスポートする問題の選択(②)とエクスポート実行（③） (c) アーカイブファイルの出力 図 5.2.2-10 問題分析支援ツール：エクスポート機能 5-21 ① (a) 最適化問題一覧画面とインポートボタン（①） ② ③ (b) インポートファイル画面 図 5.2.2-11 問題分析支援ツール：インポート機能 • オンラインヘルプ機能の追加（図 5.2.2-12） 支援ツールの画面上に細かい文字で説明を記載することによる視認性悪化を回避する ため，また，別途準備されるマニュアルを確認することなく，手元で利用方法や機能内容 を確認できるようにするため，オンラインヘルプ機能を追加した。具体的には， 「オンラ インヘルプボタン」を画面上の機能単位ごとに複数配置（図 5.2.2-12 (a)参照）することで， 各ボタンを押すことにより，当該機能の内容，操作方法の説明がブラウザにて表示される （図 5.2.2-12 (b)参照）。 なお，オンラインヘルプはブラウザにて開かれるため，オンラインヘルプのコンテン 5-22 ツは，HTML，pdf，MS Word，MS PowerPoint などで作成したものを利用可能である。 ただし、現段階のツールでは，コンテンツの登録や削除はユーザー機能ではなく，ツール の開発者の作業が必要となる。 インタフェース上の各所にオンライン ヘルプボタンを設置 (a) オンラインヘルプボタンの設置（最適化問題一覧画面の例） (b) オンラインヘルプの表示例 図 5.2.2-12 問題分析支援ツール：オンラインヘルプ機能 5-23 (2) 最適化手法選択支援ツール 平成 23 年度までの検討において，問題の性質と特徴に応じた最適化手法を選択するためのツリ ーを作成し，さらにこの選択ツリーの適用を支援することを目的とした最適化手法選択支援ツー ルをソフトウェアとして作成した。このツリーを用いると，意思決定の内容を含むか否か，複眼 性はあるかないか等の質問に回答することにより，最終的に適用可能な手法を選択できる。 以下に，実際に最適化手法選択支援ツールを使用して手法の選択を行った場合の画面遷移を示 す（5.3.2 項で示す異種廃棄体最適化問題（問題 No.4）での検討を例とする）。 • 質問画面（図 5.2.2-13） 質問画面では，最適化手法の選択に関する内容を設定したうえで，問題の性質と特徴（表 5.2.1-1 参照）の分析を行いながら最適化手法を選択する。 具体的には，問題の名称，上位問題の名称及び問題の概要を設定したうえで，最初の視点で ある「意思決定」から順に選択肢の欄にある質問に回答していく。支援ツールでは，各視点に ついて回答するごとに選択ツリー（図 5.2.1-3 参照）に従って適用可能な手法の分析を行う。 その段階で手法が確定しない場合には，次の視点に対する選択肢がアクティブになり，回答と 適用可能な手法の分析を継続する。図 5.2.2-13 の例では， 「連続性」の視点に関する質問に回 答した時点で手法が確定したため，その次の視点である「局所解の存在」に関する選択肢は選 択できなくなっている。 質問に対する回答が完了（適用可能な手法が確定）したあと， 『「選定ツリー」を描く』ボタ ンを押す。これにより，後述する「選択ツリー画面（図 5.2.2-14）」に遷移し，質問に対する回 答内容とそれに従って選択された最適化手法が表示される。 図 5.2.2-13 最適化手法選択支援ツール：質問画面 5-24 • 選択ツリー画面（図 5.2.2-14） 選択ツリー画面では，画面左側に問題の性質と特徴等に関する質問への回答結果が赤線で示 され，右側には選択された手法が赤枠で示されている。 ここで例とした異種廃棄体最適化問題では，以下の質問（選択肢）と回答の結果，整数計画 法（IP）が選択されている。 x 「意思決定」→「含まない」 x 「複眼性」→「なし」 x 「不確実性」→「確定（不確実性なし）」 x 「時間発展性」→「なし（静態的） 」 x 「階層性」→「あり」 x 「線形性」→「線形」 x 「連続性」→「組合せ」 図 5.2.2-14 最適化手法選択支援ツール：選択ツリー画面 このように，最適化手法選択支援ツールにより，問題の性質や特徴に関する簡単な質問に対 して回答を行うことにより，適用可能な最適化手法を選択することができる。また，質問に対 する回答結果や根拠を記録することにより，手法選択の背景もトレースすることができる。 5-25 5.2.3 事例ベースの整備方法 最適化問題の事例検討は，5.2.1 項で述べた最適化プロセス及び 5.2.2 項で述べた最適化プロセ ス支援ツールを用いて効率的な実施が支援されるが，参考となる情報がまったくない状態で実施 することは簡単ではない。そのため，以下の観点から，事例検討の内容や結果を事例ベースとし て保存・蓄積することが望ましいと考えた。 ・ 最適化問題の試行を実施したユーザーが，その作業過程や結果を記録・保存することがで きる。 ・ 他のユーザーが既存事例の内容を確認・検証することができる。 ・ 新たに最適化問題に取り組もうとする際に，類似の既存事例を参照できるようにすること で，問題分析の進め方，モデル化方法，求解方法，結果の整理や分析の方法に関する知見 を得ることができ，自身が行なおうとする最適化問題の参考とすることができる（類似の 事例を探す際には，後述の 5.3.1 項で示す最適化問題候補の分類（表 5.3.1-2）などが参考に なると考えられる）。 ここで，最適化プロセスにおいて実施する作業は複雑かつ量も多いため，各ユーザーがフリー フォーマットで事例を記録することは困難である。また，仮に事例を記録できたとしても，求め られる記載事項に抜けや漏れが発生する可能性がある。さらに，記載に抜けや漏れがなかったと しても，各事例の体裁が整っていない場合，事例を参照しようとするユーザーにとっては利用し づらいものとなると考えられる。 そこで，事例ベースの構築にあたり，統一的なフォーマット（目次と記載事項）を作成した。 フォーマット作成においては，最適化プロセスに沿った目次構成とし，各プロセスの作業過程や 結果だけでなく，作業過程における考え方や根拠等も記録可能とすることに留意した。表 5.2.3-1 に事例ベースの統一的なフォーマットを示す。ここで挙げられている目次と記載事項は，必ずし も全ての事項について記載しなければならないものではなく，実施した最適化問題の特徴に応じ て記載事項を選択し，記録を残すこととなる。その意味においては，このフォーマットは，記録 として残すべき事項の最大公約数と言える。 事例ベースの作成については，5.2.2 項で示した最適化プロセス支援ツールの問題分析支援ツ ールの機能として，支援ツールを用いた問題分析プロセス部分についての入力情報や分析結果を 事例ベースのフォーマットに沿って出力する機能（事例ベース登録用レポート出力機能）を開発 した。出力内容は表 5.2.3-2 のとおりであり，事例ベースのフォーマット（表 5.2.3-1）の「1-1 問 題の定義」と「1-2 構造の把握」に該当する情報を出力する。 事例ベース登録用レポート出力機能は，問題分析支援ツールを用いた分析でフロー図作成まで が完了した後に実行する。具体的には，フロー図の作成が完了した後，分析結果表示画面下段の 「レポートの表示／印刷」ボタンを押す（図 5.2.3-1）ことにより出力が実行される。出力は MS Word ファイルとして出力されるので，事例ベースに反映する際には，このファイルをそのままコ ピーするだけでよい。ただし，問題分析支援ツールを用いて自動作成されるフロー図は，本年度 の機能高度化により平成 23 年度までに比べて見やすさが大幅に改善されているものの，見やすい ようにノードの配置を自由に変更すること等はできないため，事例ベースにそのまま利用するの ではなく，他の図化ソフト等で作成し直した方がよい場合も生じ得る。この場合でも，自動生成 されたフロー図を参考にすることで，事例ベースに登録する最終的で見やすいフロー図を，要素 と影響関係の設定結果に基づき一から作成する場合に比べて効率的に作成することができる。 5-26 表 5.2.3-1 最適化事例ベースのフォーマット（目次と記載事項） ＜大項目＞ ＜小項目＞ 1-1 問題の定義 ・名称 ・概要 ・意義 1. 問題分析プロセス ・名称 ・概要 1-2 構造の把握 ・決定変数、目的変数の設定、考え方・根拠 ・要因間の関係の設定・関係図（フロー図）、考え方・根拠 1-3 最適化問題の設定 ・問題の範囲 ・問題の前提 2-1 性質・特徴の分析 2. 求解プロセス ・問題の性質・特徴（概要） ・モデル化の取扱い（概要） ・求解結果、解釈（概要） 2-2 問題のモデル化 ・概念モデル ・問題の定式化（定式化の考え方・仮定、重みや効用関数設定の 考え方・根拠、入力情報設定の考え方・根拠、定式化の制約等） ・解法（手法・ツールの説明、ツール提供、適用上の留意点等） 2-3 計算 ・計算ケースの設定（目的（何をして何を得ようとするか）の 考え方・根拠、できることの制約等） ・計算結果（デジタルデータ、図、結果の傾向、得られる知見等） 3. 適用性評価プロセス ・適用性評価結果（概要） 3-1 最適化プロセスの適用性の評価結果 3-2 結果の適用性の評価結果 表 5.2.3-2 問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能で出力される内容 事例ベースフォーマットの小項目 出力内容 1-1 問題の定義 名称 概要 1-2 構造の把握 目的変数 決定変数 要因間の関係 フロー図 5-27 「レポートの表示/印刷」ボタンを押す 図 5.2.3-1 問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能 本年度は，上記フォーマットに沿って，以下の 5 件の最適化問題について事例ベースを作成し た（5.3.1 項参照）。 • No.4：異種廃棄体定置最適化（本年度事例検討実施：5.3.2 項参照） • No.9：核燃料サイクル全体としての合理化（本年度事例検討実施：5.3.3 項参照） • No.11：現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較（本年度事例検討実施：5.3.4 項参照） • No.1：人工バリアの個別構成要素の選択（過年度に実施） • No.10：再処理での MA 回収・FP 分離の組合せ（過年度に実施） 作成した事例ベースの例（問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能の例を含 む）を 5.3.5 項に，5 件の事例ベースを付録 11 に示す。 なお，これら事例ベースは統合・利用支援環境（6.3 節）において管理することで，ユーザーに より適宜参照可能とする。今後，最適化問題の事例検討が拡充されれば，統合・利用支援環境に 事例として登録することで事例ベースが充実していくこととなる。 5-28 5.3 最適化問題の事例検討 本節では，まず，平成 23 年度までに整理した最適化問題の候補を再検討し，本年度に具体的 な事例検討を行う事例，及び事例ベースとして整理する事例を選定した（5.3.1 項参照）。それら 事例の選定にあたって，最適化問題を特徴に応じて分類する考え方を設定し，その分類に基づき 効率的な選定を行った。 次に，具体的な事例検討を行う事例について，既存事例の詳細化及び新規事例の検討を実施し た（5.3.2～5.3.4 項参照）。 さらに，具体的な事例検討の結果と既存の事例検討の結果を，再利用や参照に適した形での最 適化問題の事例ベースとして整備した（5.3.5 項参照）。 5.3.1 事例検討の問題整理 (1) 最適化問題の分類 最適化問題の候補を再検討し，本年度に具体的な事例検討を行う事例，及び事例ベースとして 整理する事例を効率的に選定するための分類の考え方として以下の 2 軸を設定した。 • 対象問題の属する分野 • 適用可能な手法 具体的には， 「対象問題の属する分野」については，平成 19 年度報告書 1)で検討した最適化及 び意思決定手法関連の文献調査の整理結果を参考に，問題の特徴に応じ， • 配置最適化： 施設の配置やレイアウトの最適化 • 構成最適化，設計最適化，手法・プロセス最適化： 施設を構成する諸製品の具体的な形状や機能向上のための詳細設計，施設の諸工程や処 理等を扱う手法などの最適化 • スケジュール最適化： 施設に関する作業やプロジェクトなどの諸計画の最適化 の 3 分野を設定した。 他方，「適用可能な手法」については，まず， • 複数の代替案の相互比較を通じ最良の解や代替案を見出すか（比較・選択） • 最適化アルゴリズムを用い数理学的に最適解を見出すか（最適化） といった 2 つの分野に分け，さらに，前者は相互比較のための評価項目に階層性があるかないか に応じ， • 階層構造型： 階層化した評価項目の体系に基づき，評価対象のランク付けを行う比較・選択手法（例： AHP（Analytic Hierarchy Process：階層分析法）） • 多属性解析型： 評価項目の属性に関する評価基準に基づき，評価対象の評点付けを行う比較・選択手法 （例：MAUA（Multi‐Attribute Utility Analysis：多属性効用解析法）） の 2 つに，また，後者は最適解に空間依存性があるかないかに応じ， • 集中型：空間的に分布していないシステムを対象とする最適化手法 • 分散型：空間的に分布しているシステムを対象とする最適化手法 の 2 つにそれぞれ分けるものとした。 5-29 この分類軸上で，平成 23 年度に設定した最適化及び意思決定に係る最適化問題の候補（表 5.3.1-1 参照）を整理すると，表 5.3.1-2 のように分類される。 表 5.3.1-1 最適化問題の候補 2 問題名 人工バリアの個別構成 要素の選択 レイアウト・配置最適化 3 人工バリアの設計最適化 4 異種廃棄体定置最適化 5 処分事業最適化 6 処分概念比較・選択 7 軽水炉の高燃焼度化がバッ クエンドに及ぼす影響評価 廃棄体化手法選択 No. 1 8 9 核燃料サイクル全体として の合理化 10 再処理での MA 回収・FP 分 離の組合せ 現行サイクル，先進サイク ル，及び直接処分の比較 11 問題の特徴 オーバーパック材料の最適選定 処分場用地内に透水性の高い地質構 造が存在する場合の処分パネルの最 適分割・配置 緩衝材の最適設計 発熱量や核種量の異なるガラス固化 体の最適配置 （応用問題として，HLW と TRU 廃棄 物の併置の最適配置） 処分事業ライフサイクルの最適スケ ジューリング 「処分概念適用性評価支援フレーム」 での評価対象となった処分概念の優 劣をより定量性をもって詳細に比較 高燃焼度化燃料の再処理／固化／貯 蔵等の条件の最適化 固化体の種類や固化方法の候補，減容 等の技術オプションからの選択 貯蔵～処分のスケジュールの合理化 核燃料サイクルオプションの選択に 係る最適化 核燃料サイクルの選択に係る最適化 適用手法 階層構造型意思決定問題 （AHP） 非線形多目的最適化問題 （非線形計画法） 非線形多目的最適化問題(ヒュ ーリスティックス手法) 組合せ最適化問題（ヒューリス ティックス手法または混合整 数計画法） 多属性効用解析型意思決定問 題（MAUA） 多属性効用解析型意思決定問 題(MAUA) 非線形多目的最適化問題(ヒュ ーリスティックス手法) 多属性効用解析型意思決定問 題（MAUA） 非線形多目的最適化問題（ヒュ ーリスティック手法又は MAUA） 組合せ最適化問題(ヒューリス ティックス手法) 多属性効用解析型意思決定問 題（MAUA） AHP（Analytic Hierarchy Process：階層分析法），MAUA（Multi‐Attribute Utility Analysis：多属性効用解析法） 5-30 表 5.3.1-2 最適化問題候補の分類 対象問題の 配置最適化 属する分野 適用可能な 構成最適化， スケジュール 設計最適化， 最適化 手法・プロセス最適化 手法 比較・選択 階層 （該当する 構造型 問題なし） 多属性 （該当する No.6 No.5 解析型 問題なし） No.8 No.9 No.1 （該当する 問題なし） No.11 最適化 集中型 （該当する No.3 問題なし） No.7 No.9 No.10 分散型 No.2 （該当する （該当する No.4 問題なし） 問題なし） 上表中の No は表 5.3.1-1 の最適化問題候補の No と同じ。 下線は平成 23 年度まで事例検討を行った問題を示す。 また，No.9 は，表 5.3.1-1 に示すように，本来，「最適化」に属するが，最適解以外の解特性を分析す るために決定変数のサンプルから最適解に近い解（オプション）を選ぶ「比較・選択」と見なすこと も可能なため，ここでは 2 つの欄に位置づけた。 (2) 最適化問題の選定 前述のように，本年度は，事例検討の結果を再利用や参照に適した形での最適化問題の事例ベ ースとして整備することを目標としている（5.3.5 項参照）。その際，なるべく少数の事例で「対 象問題の属する分野」と「適用可能な手法」の組合せをカバーするために，表 5.3.1-2 の分類結果 の各カテゴリーから 1 事例を事例ベースに登録することとした。 平成 23 年度までに事例検討を行った問題は，表 5.3.1-2 で下線で示した No.1，2，3，4，8，10 であり，未着手のものは No.5，6，7，9，11 である。 まず，表 5.3.1-2 の分類結果の各カテゴリーから 1 事例を事例ベースに登録するために，既存事 例が存在しないカテゴリーへの対応を考える。このためには， 「スケジュール最適化―比較・選択 （多属性解析型）」と「スケジュール最適化―最適化（集中型）」のカテゴリーに属する具体的な 事例を整備する必要があり，本年度新規に具体的な検討を行うべき事例としてまず No.9 が選定さ れる。 また，平成 23 年度までに事例検討を行った問題であっても，事例ベースへの登録を考えた時に 解析の詳細度などの点でさらに追加検討を行うことが必要あるいは有効となる事例を選定するこ とを考える。ここでは次の指標に基づき追加検討を行うべき事例を分析した。 • 有効性・類似発展性 目的（オプション比較・選択や最適化）を達成するために，本問題・手法を適用すること が有効かどうか，さらに本問題・手法を類似問題へ拡張・展開しやすいかどうか。 • ツール適用性・技術的限界性 ツール適用性としては，計算の規模や複雑さなどにより，扱えるソフトやハードに技術的 な制約が生じないかどうか，さらに，技術的限界性としては，問題の構成や定式化，入力デ ータの取得，計算が容易かどうか。 • 解析詳細性 5-31 基本的なケースだけではなく，ケーススタディなど多様な解析を行っているかどうか。 表 5.3.1-1 及び表 5.3.1-2 の最適化問題の候補のそれぞれについて，この 3 つの指標に基づく評 価を行い（平成 23 年度までに事例検討を行った問題についてはその結果に基づいて評価），最適 化問題候補の事例ベース化の優先度を表 5.3.1-3 の降順のように整理した。ここで，各指標の重要 性を，「有効性・類似発展性」＞「ツール適用性・技術的限界性」＞「解析詳細性」と考えた。 その結果を参考に，各優先度の最適化問題候補の事例ベース化に向けての対応を以下のように 設定した（表 5.3.1-3 の右欄参照）： • 優先度 1 の問題 No.2： No.2 については，後述するように同じカテゴリーである No.4（優先度 4）についてより 詳細な検討を本年度に行うことが有効であると判断しており，No.4 の検討が進むことで平 成 23 年度までの No.2 の結果よりも事例として充実することが期待できることから，この カテゴリーとしては No.4 を代表させることとした。 • 優先度 2 の問題 No.9 と No.11： 両問題とも未着手であるが，前述の検討で本年度新規に事例検討をする問題として No.9 を選定しているため，No.9 の事例検討を行い事例ベース化する。また，No.11 については， 同じカテゴリーである No.8（優先度 5）について平成 23 年度までの事例検討結果があるが， No.11 が発生～処理～処分の全体を対象にする問題であり，またリサイクルと直接処分の比 較は重要なトピックスであることから，No.11 についても事例検討を行い事例ベース化する こととした。 • 優先度 3 の問題 No.3 と No.10： 平成 23 年度までの事例検討結果で十分と判断し，問題のわかりやすさなどから No.10 の 結果を事例ベース化する。 • 優先度 4 の問題 No.4： 「ツール適用性・技術的限界 No.4 については平成 23 年度までの事例検討結果があるが， 性」と「解析詳細性」が十分ではないと評価されたため，本年度により詳細な検討を行う ことが有効であると判断し，No.4 の事例検討を行い事例ベース化する。 • 優先度 5 の問題 No.1 と No.8： 平成 23 年度までの事例検討結果で十分と判断し，問題のわかりやすさなどから No.1 の 結果を事例ベース化する。 • 優先度 6 以降の問題（No.5，No.6，N o.7）： 上記の新規事例検討及び既存事例の事例ベース化で，表 5.3.1-2 の分類結果の各カテゴリ ーから 1 事例を事例ベースに登録できることから，これら未着手の問題については本年度 新規に事例検討する必要はないと判断した。 以上から，本年度新規に事例検討を行い事例ベース化する問題として以下の 3 つを設定した。 これら問題についての具体的な検討内容を 5.3.2 項～5.3.4 項に，事例ベース化の内容を 5.3.5 項と 付録 11 に示す。 • No.4：異種廃棄体定置最適化（5.3.2 項参照） • No.9：核燃料サイクル全体としての合理化（5.3.3 項参照） • No.11：現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較（5.3.4 項参照） また，既存の事例検討結果を事例ベース化する問題として以下の 2 つを設定した。事例ベース 化の内容を 5.3.5 項と付録 11 に示す。 5-32 • No.1：人工バリアの個別構成要素の選択 • No.10：再処理での MA 回収・FP 分離の組合せ 表 5.3.1-3 最適化問題候補の事例ベース化の優先度 優先度 最適化問題 候補 有効性・ 類似発展性 ツール適用性・ 技術的限界性 解析詳細性 1 No.2 ○ ○ ○ 2 No.9 No.11 ○ ○ × 3 No.3 No.10 ○ × ○ 4 No.4 ○ × × 5 No.1 No.8 × ○ ○ 6 No.6 × ○ × No.5 × × 7 No.7 上表中の No は表 5.3.1-1 の最適化問題候補の No と同じ。 下線は平成 23 年度まで事例検討を行った問題を示す。 5-33 × 事例ベース化に 向けての対応 事例ベース化しない （同じカテゴリーの事例あり） 本年度新規に No.9 と No.11 の 事例検討を行い，その結果を事 例ベース化する 平成 23 年度までの No.10 の事 例検討結果を事例ベース化す る 本年度，No.4 についての追加検 討を行い，その結果を事例ベー ス化する 平成 23 年度までの No.1 事例検 討結果を事例ベース化する 事例ベース化しない （同じカテゴリーの事例あり） 5.3.2 事例検討 1：異種廃棄体定置最適化（No.4） 本項では，「No.4 異種廃棄体定置最適化」について，最適化プロセスに沿って， (1) 問題分析プロセス (2) 求解プロセス (3) 適用評価プロセス の具体的な事例検討を行う。 (1) 問題分析プロセス 問題分析プロセスでは，1) 問題の定義，2) 構造の把握，3) 最適化問題の設定，を行う。 1) 問題の定義 x 問題の名称 異種廃棄体定置最適化 x 問題の概要 燃焼度や炉型の違い，再処理の時期や貯蔵期間のちがい等により生じ得る，発熱量や核種量 の異なるガラス固化体を，ひとつの処分場で，安全性確保及び処分場面積抑制の両面をバラン ス良く満たすための配置の最適決定を図る多目的最適化問題。この問題は，表 5.3.1-2 におい て「配置最適化―最適化（分散型） 」の分類に該当する。 なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチを具体的 に検討することに重点をおく。 x 問題の意義 炉型や燃料，取り出し時の燃焼度の違いといった，現在すでに生じている要因に加え，再処 理の有無や貯蔵・冷却期間の違い等，将来の燃料サイクルの多様化により，発熱量や核種量の 異なるガラス固化体が生じ得る。また，HLW と TRU 廃棄物との併置処分の可能性も検討され ている。 そのため，処分に係る安全性確保と処分場面積や坑道掘削量等と関係する経済性の向上など をバランス良く満たしながら，異なった特性を有する廃棄体を 1 つの処分場に収容するための 異種廃棄体の配置最適化の検討を行なうことは有効であると考えられる。 2) 構造の把握 1)での問題の定義を踏まえて，本問題で考慮すべき要因の抽出及び要因間の関係を分析した。 図 5.3.2-1 にその結果を示す。また，表 5.3.2-1 に決定変数～目的変数における各要因間の関係を 示す。 本問題では，評価指標（決定変数） ，評価項目（目的変数）を以下のように設定した。 ）坑道並び順 （評価指標（決定変数） （評価項目（目的変数） ）処分場面積 5-34 図 5.3.2-1 異種廃棄体定置最適化問題についての要因間の関係（構造図） 表 5.3.2-1 異種廃棄体定置最適化問題についての要因間の関係 要因 1 （上流） 要因 2 （下流） 要因 1 から要因 2 への影響 関係 強さ 4 説明 総核種量 各廃棄体グループの廃 棄体本数 ▲ 総核種量が多ければ廃棄体本数も増える 廃棄体グループの種類 各廃棄体グループの廃 棄体本数 ● 廃棄体グループの選択により各廃棄体グルー プの廃棄体本数が変わる 廃棄体グループの種類 坑道離間距離 ● 廃棄体グループの違いにより坑道離間距離が 変わる 各廃棄体グループの廃 各廃棄体グループ坑道 棄体本数 本数 ▲ 4 各廃棄体グループの廃棄体本数が増えると各 廃棄体グループの坑道本数も増える 坑道 1 本あたりの廃棄 各廃棄体グループの坑 体数 道本数 ▼ 4 坑道 1 本あたりの廃棄体数が増えると坑道本 数が減る 坑道 1 本あたりの廃棄 坑道 1 本の長さ 体数 ▲ 4 坑道 1 本あたりの廃棄体数が増えると坑道 1 本の長さが長くなる 坑道 1 本の長さ ▲ 4 廃棄体ピッチが長くなると坑道 1 本の長さが 長くなる 廃棄体ピッチ 各廃棄体グループの坑 坑道並び順 道本数 ● 各廃棄体グループの坑道本数により坑道並び 順が変わる 坑道離間距離 坑道並び順 ● 坑道離間距離により適切な坑道並び順が変わ る 各廃棄体グループの坑 処分場面積 道本数 ● 各廃棄体グループの坑道本数が変わると処分 場面積が変わる 坑道並び順 処分場面積 ● 坑道並び順が変わると処分場面積が変わる 坑道離間距離 処分場面積 ● 坑道離間距離が変わると処分場面積が変わる 坑道 1 本の長さ 処分場面積 ● 坑道 1 本の長さが変わると処分場面積が変わ る 凡例（関係） “▲”：正の相関，“▼”：負の相関，“●”：関係あり（正負は不定） 凡例（強さ） “8”：非常に強い相関，“4”：強い相関，“2”：弱い相関，“1”：非常に弱い相関 “○”：上流側に応じて選択 5-35 3) 最適化問題の設定 z 問題の範囲 含有する核種量及びそれに関係する発熱量の異なる 4 種の廃棄体グループを仮定し，適切な 離間距離（緩衝材の最高温度 100℃以下）を保つという制約条件のもと，処分場面積を最小化 する最適配置を求める問題とする。 平成 23 年度は，坑道 1 本あたりの廃棄体定置個数は定数（坑道 1 本の長さを固定）とし， 各廃棄体グループの廃棄体本数の比を変えた計算を行い，処分場面積が最小となる坑道並び順 を求めた 5)。 これに対して本年度は，平成 23 年度のモデルと解法の改善を図りつつ，坑道 1 本あたりの 廃棄体数を変えた場合も想定することで，処分場の形状（アスペクト比）に関する最適化の可 能性についての検討を行った。また，平成 23 年度と同様に，処分場面積が最小となる各廃棄 体グループの廃棄体本数の全廃棄体本数に対する比（廃棄体本数比率）を求める計算を行ない， 廃棄体本数比率が所与の場合に対する処分場面積低減の効果の比較を行なった。 1 つの坑道内に複数の廃棄体グループを混在させる場合については，平成 23 年度の検討結 果から面積最小化への効果が薄い事が明らかになっているため，本年度は扱わない。 z 問題の前提 問題を設定するうえでの前提を以下に示す。 ¾ 発熱量の異なる 4 種類の廃棄体グループを仮定する（表 5.3.2-2）。標準廃棄体の発熱量 を 1.0 として規格化し，異なる廃棄体の発熱量として a:1.2，b:1.0，c:0.8，d:0.6 を考え る。標準廃棄体は第 2 次取りまとめの仕様のガラス固化体を仮定する。標準廃棄体 1 体 あたりの発熱量の経時変化を図 5.3.2-2 に示す。 ¾ 異なる廃棄体間の坑道離間距離は伝熱解析シミュレーションを用いて算出する（表 5.3.2-3）。 ¾ 廃棄体の定置方式は処分坑道横置を仮定する（図 5.3.2-3）。 ¾ 廃棄体ピッチは廃棄体グループに依らず一定とする。 ¾ 1 本の坑道には 1 種類の廃棄体のみを配置する（1 つの坑道内に複数の廃棄体グループを 混在させる場合については，平成 23 年度の検討結果から面積最小化への効果が小さい ことが明らかになっているため，本年度は扱わないこととした）。このため，坑道内に は空きが生じてもよいものとする（空きを埋めるために無理に異なるグループの廃棄体 を配置することはしない）。 5-36 図 5.3.2-2 標準廃棄体 1 本あたりの発熱量の経時変化 表 5.3.2-2 廃棄体グループの設定 廃棄体グループ 発熱量（規格化） a b c d 1.2 1.0 0.8 0.6 表 5.3.2-3 廃棄体グループ間の離間距離 離間距離 a: 1.2 b: 1.0 c: 0.8 d: 0.6 a: 1.2 9.5D 9.0D 8.5D 8.0D 6.0D 5.5D 5.0D 4.0D 3.5D b: 1.0 c: 0.8 d: 0.6 3.0D 図 5.3.2-3 廃棄体の定置レイアウト 5-37 (2) 求解プロセス 求解プロセスでは，1) 性質・特徴の分析，2) 問題モデル化・定式化，3) 最適化手法の選択， 4) 求解，を行う。 1) 性質・特徴の分析 本問題は，4 種類の廃棄体グループについて処分場面積を最小化する配置を求める組合せ最適 化問題である。 本問題の自由度としては，坑道あたりの廃棄体数（坑道の長さ）をどう設定するか，各坑道に どの廃棄体グループを配置するか，の 2 つが考えられる。ただし，この 2 つについて，同時に考 慮すると混合非線形整数計画問題となる事が免れず，最適解を導出することが非常に難しくなる。 したがって，問題を 2 段階に分けて最適解の導出を行なうこととした（①を本問題の基本形と する）。 ① 坑道あたりの廃棄体数（坑道の長さ）を固定し，面積を最小化 ② ①の坑道あたりの廃棄体数（坑道の長さ）を変えて，①を繰り返しを解く これにより，与えられた総核種量（総発熱量）のもとでの処分場面積最小化を検討する。 2) 問題モデル化・定式化 前提として廃棄体ピッチを一定としているので，坑道あたりの廃棄体数を固定すると，面積の 最小化は離間距離の総和（＝総離間距離）の最小化と等価である。また，1 つの坑道内には 1 種 類の廃棄体のみを配置すると仮定したことで，総離間距離を最小にする坑道並び順を求める問題 となる。したがって以下では総離間距離最小化問題としての定式化を行なう。 坑道の並びが有向グラフ上のフローに該当すると解釈してモデル化を行なった。本モデル化に おいては，ネットワーク上のノードが，特定の廃棄体グループを含む坑道に対応する。また，ノ ード間の距離は，特定の廃棄体グループを含む坑道間の離間距離に対応させることができる。こ のため，ネットワーク上の一連のフローを決めると，それはそのフローが辿ったノード順に，ノ ードに対応する特定の廃棄体グループを含む坑道が配置されている事に対応する。a，b，c，d の 4 種類の廃棄体グループについて，坑道本数が最大 3 の場合の有向グラフのフロー図のイメージ を図 5.3.2-4 に示した。各ノードの記号 a，b，c，d はそれぞれ廃棄体グループ a，b，c，d を配置 した坑道を表わす。また各ノードの番号 1，2，3 は坑道の並びに沿った位置を表わす。図 5.3.2-5 に示したフローは，坑道並び順が，1 番目に廃棄体グループ b が配置された坑道，2 番目にグルー プ d ，3 番目にグループ c の坑道となっている場合を表わしている。ここで，有効グラフの起点 と終点をそれぞれ source と sink としており，source と 1 番目の坑道の距離，最後の坑道と sink の 距離（表 5.3.2-4）は，処分場外縁のバリア領域として処分場面積に含めて考える（図 5.3.2-3 参照） 。 表 5.3.2-4 の離間距離は，source や sink が近接坑道の廃棄体と同じ種類とした場合の離間距離の半 分とした。 5-38 図 5.3.2-4 坑道の並びの有向グラフのフロー図でのモデル化（坑道本数最大 3 の場合） 図 5.3.2-5 有向グラフのフローと坑道並び順の対応例：坑道並び順が bdc の場合 表 5.3.2-4 有向グラフの source 及び sink と坑道の距離の設定 a: 1.2 b: 1.0 c: 0.8 d: 0.6 source 4.25D 3.0D 2.0D 1.5D sink 4.25D 3.0D 2.0D 1.5D 5-39 これらを踏まえると，以下のような定式化を得る。 集合と添字： i,j∈I+=I∪{"source, sink" } ：ただし，I は廃棄体グループ集合（ネットワークのノード集合） t∈T：坑道の配置順番集合 定数： ai：廃棄体グループ i に属する廃棄体一体の発熱量 atotal：総発熱量 dij：廃棄体グループ i と廃棄体グループ j 間の離間距離 N：坑道 1 本あたりに横に並べる事ができる廃棄体の数 変数： xijt∈{0,1} ：t-1 番目の坑道が廃棄体グループ i であり，かつその次の t 番目の坑道が廃棄体 グループ j である場合は 0, そうでない場合は 1 目的関数（最小化）： f=∑i,j,t dij xijt：総離間距離の最小化 制約： N(∑i,j,t ai xijt )≥atotal：廃棄体の発熱量の総和は総発熱量以上 ∑j xijt =1, i=source, t=1 ∑j xjit-1 =∑j xijt , i∈I, t≥2 ∑i xijt =1, j=sink 上記の制約に対して，さらに各廃棄体グループの坑道本数に対して制約を付与する事も 出来る．例えば，廃棄体グループ i の坑道数を ni としたい場合， ∑j,t xijt =ni を制約に付与すれば良い． 最後に，処分場面積 S[m2]は以下で定義する。 S=(N y+2Dm) f なお，面積算出に用いる定数は，第 2 次取りまとめ 8)の以下の値を用いた。 ・廃棄体ピッチ y=3.13[m] ・処分坑道径 D=2.22 [m] ・主要坑道径 Dm=5.00 [m] 5-40 3) 最適化手法の選択 総離間距離を最小化（目的関数 f を最小化）する最適な坑道並び順（異なる発熱特性を持つ廃 棄体グループが配置される坑道の並び方の組み合わせ）を求める本問題の定式化は，数理計画問 題の枠組みで言えば，いずれも混合線形整数計画問題（MILP）に属する問題である。一般の MILP に対しては，分枝限定法 9),10),11),12) と呼ばれる解法が厳密解を与える汎用的アルゴリズムとして知 られている（実際に MILP が厳密に解けるかどうかは，問題構造，問題規模に大きく依存する）。 前述のように本問題は MILP に属する問題であるため，MILP に対応した数理計画ソルバーで あれば，対応する数理計画問題を記述する事により，原則求解可能である。ただし，数理計画ソ ルバーによっては，設定可能な変数の数に上限が存在するため，この制約により解けなくなる可 能性がある。例えば，Excel に備わっている数理計画ソルバーの場合，変数の上限値は 200 であ るため，規模の小さい問題であれば Excel ソルバーでも求解する事は可能だが，本問題の様な変 数の数が 2000 程度になるような現実規模の問題では求解する事が難しい。本検討では，NUOPT （（株）数理システムの最適化ソフトウェア）13),14)を用いて求解した。 4) 求解 求解においては，まず以下に述べる全廃棄体の数（総数）及び各廃棄体グループの廃棄体本数 の全廃棄体本数に対する比（廃棄体本数比率）の設定の仕方が異なる 2 つの場合について，処分 場面積の最小化を検討する。その後，それらの結果の考察を行うとともに，処分場面積だけでな くコストについての検討を試みる。 z 総数・本数比率固定の場合：廃棄体の総数と 4 種類の廃棄体グループの廃棄体数比率を固定 平成 23 年度の検討との比較のため，廃棄体総数を平成 23 年度検討と同じ本数（6675 本）に固 定した場合の計算を行なった。廃棄体の発熱量が標準廃棄体のまわりで分布を持っている場合を 模して，各廃棄体グループの廃棄体数の比率が異なる 5 つのケース（表 5.3.2-5）について，それ ぞれ最小面積を求め，すべての廃棄体が標準廃棄体(b)である場合との比較を行った。この比較を， 坑道 1 本あたりの廃棄体数 N を様々に変えて実施した。 表 5.3.2-5 総数・本数比率固定の場合のケース設定 廃棄体グループ a b c d 備考 ケース名 標準廃棄体 本数比 1 本数比 2 本数比 3 本数比 4 本数比 5 0 0.1 0.25 0.33 0.1 0.25 1 0.8 0.5 0.33 0.4 0.25 0 0.1 0.25 0.33 0.4 0.25 0 0 0 0 0.1 0.25 すべてが標準廃棄体の場合に対応 表 5.3.2-5 の各ケースについて，横軸を坑道 1 本あたりの廃棄体数 N とし，N を 150≦N≦400 の範囲で変えた場合の最小面積をプロットしたものが図 5.3.2-6 である。 廃棄体グループ a，b，c が含まれる本数比 1～3 のケースでは，標準廃棄体のみの場合よりも 処分場面積が大きくなることがわかる。3 つのケースを比較すると，面積は，本数比 1<本数比 2< 本数比 3，と，標準廃棄体（グループ b）以外の比率が増えるほど大きくなる傾向が見える。これ は，離間距離を大きく取らなければならないグループ a の増加による総離間距離の増加が，離間 距離を小さくできるグループ c の増加による総離間距離の減少の効果を上回るためと考えられる。 5-41 標準廃棄体のみの場合よりも，処分場面積が小さくなりうるのは，本数比 4 と本数比 5 のケー スである。この 2 ケースは，廃棄体グループは a，b，c に加えて，最も離間距離を小さくできる d が含まれることで，離間距離を大きく取らなければならないグループ a による総離間距離の増 加の効果が緩和されているためと考えられる。 また，坑道 1 本あたりの廃棄体数 N の変化に対して最小の処分場面積は増減を繰り返す傾向 がある。これは廃棄体数 N に対して坑道に空きができる状況とできない状況が発生するためと考 えられる。なお，廃棄体数 N が小さい場合と大きい場合の最小の処分場面積の違いは大きくない。 図 5.3.2-6 坑道 1 本あたりの廃棄体数に対する最小処分場面積（総数・本数比率固定の場合） z 総数・本数比率任意の場合：廃棄体の総数と 4 種類の廃棄体グループの廃棄体数比率が任意 （最適化により決定される）の場合 前述の「総数・本数比率固定の場合」の結果と比較するために，廃棄体総数及び各グループの 廃棄体数比率を任意とし，総発熱量一定（atotal=6675.0：本数 6675 本と標準廃棄体の発熱量（規格 化）1.0 の積）の条件のもとで最適（処分場面積最小）となるような各廃棄体グループの廃棄体本 数及び坑道の並び順を求めた。この検討を，坑道 1 本あたりの廃棄体数 N を様々に変えて実施し た。 横軸を坑道 1 本あたりの廃棄体数 N とし，N を 150≦N≦400 の範囲で変えた場合の，総数・本 数比率の最適化を行った結果としての最小面積をプロットしたものが図 5.3.2-7 である。各廃棄体 グループの廃棄体数を含め最適化することにより，標準廃棄体のみの場合と比較して 2 割近く処 分場面積を小さくし得ることがわかった。最小面積解で選択されている廃棄体グループを見てみ ると，一番多く選択されている廃棄体グループは，標準廃棄体の 0.6 倍の発熱量の廃棄体グルー プ d である。次いで，標準廃棄体の 0.8 倍の発熱量の廃棄体グループ c が選択されている。一方 で，標準廃棄体の廃棄体グループ b，あるいは標準廃棄体の 1.2 倍の発熱量の廃棄体グループ a は全く選択されていない。グループ c と d が選択される頻度の分布を図 5.3.2-8 に示した。なお， 5-42 坑道 1 本あたりの廃棄体数 N の変化による処分場面積最小値にはそれほど大きな差は見られない。 総発熱量は一定で廃棄体 1 本あたりの発熱量を小さくすることは，総廃棄体本数の増加を生ず るが，本検討の結果からは，本数の増加よりも発熱量の抑制の方が処分場面積の低減に寄与する ケースがあり得ることを示している。 図 5.3.2-7 坑道 1 本あたりの廃棄体数に対する最小処分場面積（総数・本数比率任意の場合） 図 5.3.2-8 処分場面積最小解における廃棄体グループ c 及び d からなる坑道の本数比率の分布例 5-43 z 処分場面積を最小化する坑道並び順（レイアウト）の傾向に関する考察 単一坑道内の廃棄体数 N を 267 に設定した場合，前述の「総数・本数比率固定の場合」の 本数比率の異なる 5 つのケース（表 5.3.2-5 参照）及び「総数・本数比率任意の場合」に対する， 処分場面積が最小となる坑道並び順（レイアウト）は表 5.3.2-6 のようになる。但し，a，b，c，d はそれぞれ廃棄体グループ a，b，c，d が配置された坑道を指す。 表 5.3.2-6 坑道並び順の最適解（N=267 の場合） レイアウト 処分場面積[m2] 標準廃棄体のみ bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb 281,621 本数比 1 aaabbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbccc 315,885 本数比 2 aaaaaaabbbbbbbbbbbbbccccccc 327,150 本数比 3 cccccccccbbbbbbbbbaaaaaaaaa 332,782 本数比 4 cccccccccdcdcdbbbbbbbbbbbaaa 280,213 本数比 5 cdddccccddddccbbbbbbbaaaaaaa 298,988 本数比率任意 dddccccccccccccccccccccccccccccc 234,684 ここから，処分場面積を最小化する坑道並び順（レイアウト）の傾向に関する以下の様な特徴 が読み取れる。 まず，廃棄体グループ a, b, c の 3 種類のみが混在する場合（表 5.3.2-5 の本数比 1～本数比 3 のケース）は， a, b, c それぞれの廃棄体は固まった並びで配置され，交互に配置される事はない。 これは，廃棄体グループ間の離間距離の設定（表 5.3.2-3）から， abab よりも aabb の方が離間 距離の合計が小さくなることから理解できる（図 5.3.2-9）。また，並び順は aaa...bbb...ccc… の形 かあるいは ccc…bbb…aaa… の形のみに限定される。これは ab，bc，ca の異種間の離間距離の大 小関係によるものである。 一方，廃棄体グループ c, d が混在する場合（表 5.3.2-5 の本数比 4～本数比 5 のケース）には， その並び順に関しては必ずしも明確な傾向を示さない。これは，廃棄体グループ間の離間距離の 設定（表 5.3.2-3）から，cdcd と ccdd のように並びが異なっても離間距離の合計が同じとなるこ とが理由である（図 5.3.2-10）。また，廃棄体グループ a と廃棄体グループ b は固まった並びで 配置される。なお，廃棄体グループ b と廃棄体グループ c,d との結合部分においては，必ず廃 棄体グループ d が廃棄体グループ b の次に来る。これは bc… よりも bd… の方が離間距離の 合計が小さくなることから理解できる。 5-44 図 5.3.2-9 坑道並び順により面積が変化する場合：aabb と abab 図 5.3.2-10 坑道並び順により面積が変化しない場合：ccdd と cdcd 次に，最適解が与える坑道並び順（レイアウト）の有効性を見るため，本数比 1～本数比 5 及 び本数比率任意のケースでの総離間距離の最適解に対して，廃棄体グループの本数比率と坑道本 数は同じとして，坑道並び順（レイアウト）のみをランダムに設定した場合との比較を行った。 表 5.3.2-7 及び図 5.3.2-11 がその具体例である。本数比 1～本数比 5 のケースでは，最適解の場合 はランダムな配置の場合と比較して総離間距離（∝処分場面積）が 1 割ほど小さくなる。一方， 本数比率任意のケースでは，廃棄体グループ c, d のみが考慮されるため，配置の違いによる影 響が小さい。これは，図 5.3.2-10 に関する解釈と整合的である。 5-45 表 5.3.2-7 坑道並び順をランダムに設定した場合（N=267） レイアウト 処分場面積 本数比 1 aaabbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbccc 315885 本数比 1 ランダム 1 bbbbababbcbbcbbbbbbbcbabbbb 332313 本数比 1 ランダム 2 bbbbbbbabbbbbbcbabbcbabbbbc 331374 本数比 1 ランダム 3 bbbccbbbcbbbaabbbbbbbbabbbb 325742 本数比 2 aaaaaaabbbbbbbbbbbbbccccccc 327150 本数比 2 ランダム 1 aabbbbcbcabbcacbabcacbbabbc 361883 本数比 2 ランダム 2 bbcbcbbccacaabcbaabcbbabbab 358597 本数比 2 ランダム 3 abcccbaababbcbbbacababbbbcc 356251 本数比 3 cccccccccbbbbbbbbbaaaaaaaaa 332782 本数比 3 ランダム 1 abababccaccaabacbbcccbbbaac 368454 本数比 3 ランダム 2 ccbbccbbacbbcaaababbaacaacc 362352 本数比 3 ランダム 3 cbbabaaacaacbabbcbabacccbcc 367046 本数比 4 cccccccccdcdcdbbbbbbbbbbbaaa 280213 本数比 4 ランダム 1 ccccabbbbdcabacbcbccbcddbbcb 303212 本数比 4 ランダム 2 cdcdacbcbbdcbbcbbcbcbcabbacc 306028 本数比 4 ランダム 3 ccbbbccbcbbbabcaccbbcbccddad 304151 本数比 5 cdddccccddddccbbbbbbbaaaaaaa 298988 本数比 5 ランダム 1 bcdcbacadaddbabbaddbcdcaccab 341700 本数比 5 ランダム 2 aabcbbcbcdbaacdbccbdacadddad 332782 本数比 5 ランダム 3 aabaacbccabbccdaddddcdacbdbb 328088 本数比率任意 dddccccccccccccccccccccccccccccc 234684 本数比率任意ランダム 1 ccdcdccccccccccdcccccccccccccccc 234684 本数比率任意ランダム 2 ccccccdccccccccccccccdccccdccccc 234684. 本数比率任意ランダム 3 ccccccdccccccccccdccccccccccccdc 234684 5-46 図 5.3.2-11 坑道並び順をランダムに設定した場合の処分場面積への影響の例（N=267） z コストに関する考察 上記の検討では，処分場面積を目的変数とした最小化を行ったが，その他に重要な要因として コストが考えられる。本年度の検討では具体的なコストの計算は行なっていないが，総坑道長は 掘削量に比例しおおよそコストにも比例すると考えられるため，上記の検討で得られた最適解に ついての総坑道長の確認を行なった。 図 5.3.2-12 は，坑道 1 本あたりの廃棄体本数（N）を変えた場合の各最適解における総坑道長 を表わしたものである。本数比率任意のケースでは上で述べたように総廃棄体数も任意としてお り，面積最小にのみ着目して，発熱量が小さい廃棄体（離間距離は短いが廃棄体数が多くなる） の本数と発熱量が大きい廃棄体（廃棄体数は少ないが離間距離が長くなる）の本数の適切な組合 せを探すことになる。この際，離間距離が最も小さい d の廃棄体グループが選択される傾向があ り，総廃棄体数が他のケースに比べて多くなる。このため，本数比率任意のケースでは，処分場 面積は標準廃棄体のみの場合と比べて 2 割近く小さくなるが，総坑道長で見ると 4 割ほど長くな ってしまう場合もある。また，本数比率任意のケースでは総坑道長のゆらぎが大きくなっている が，これは，坑道 1 本あたりの廃棄体本数（N）によっては，廃棄体グループ d だけを選択する よりも他の廃棄体グループもあわせて選択した方が坑道内の空きが少ない効果的な定置ができる 状況が生じ，そのような組合せが選択された場合には総廃棄体数と総坑道数が減少し，それに応 じた総坑道長の低減が生じていると考えられる。 このことから，本数比率任意の場合には，目的変数として総坑道長も加えて最小化を図れば， 廃棄体グループの比率の選択も変化し，より発熱量の大きいグループも選択されるようになるこ 5-47 とが予想される。なお，本数比率を固定した場合（表 5.3.2-5 の本数比 1～本数比 5 のケース）に ついては，廃棄体ピッチ一定の仮定のもとに，総廃棄体数一定としているので，標準廃棄体のみ の場合と比べての総坑道長の大きな変化はないが，総廃棄体数一定ではなく設定した本数比率に 応じて総廃棄体数が変化することを考慮した場合には，標準廃棄体のみの場合と比べての総坑道 長の変化が大きくなる可能性がある。 図 5.3.2-12 面積最小解での総坑道長 (3) 適用性評価プロセス 本問題では，異種廃棄体として 4 種類の発熱量の異なる廃棄体が存在する場合の廃棄体定置最 適化を検討した。なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプロ ーチを具体的に検討することに重点をおいて検討を行った。 平成 23 年度の検討においては，坑道 1 本あたりの廃棄体本数（坑道の長さを決める）は定数と し，各廃棄体グループの廃棄体本数の比については数パターンの計算を行なったのみであったが， 本年度は坑道 1 本あたりの廃棄体本数をパラメータとすることで，処分場の形状（アスペクト比） の変化も考慮する形での最適化検討を行なった。ここで，坑道の長さと坑道並び順の 2 つを自由 度とし，これらを同時に考慮しようとすると混合非線形整数計画問題となり最適解を導出するこ とが非常に難しくなる。そのため本検討では，このような混合非線形整数計画問題について，(2) 項の「1) 性質・特徴の分析」で述べたように 2 段階に分けて最適解の導出を行うことにより，混 合線形整数計画問題に対応した数理計画ソルバーであれば原則的に解ける部分問題に分割するこ とができた。また，廃棄体の本数比率が所与（本数比率固定）の場合の検討を行ったうえで，さ らに廃棄体グループごとの廃棄体本数が面積最小化の制約のもとに決定される場合（本数比率任 意）についても検討を行ない，それらの結果を分析・比較することで以下の知見を得た。 5-48 z 発熱特性の異なる廃棄体が存在する場合には，種類ごとに分け，それぞれの発熱特性を考 慮した坑道配置を行うことにより，標準廃棄体のみの場合に対して処分場面積を小さくで きる可能性がある。 z 面積低減の効果は，発熱量の小さい廃棄体が存在していることが鍵となる。しかし，廃棄 体作成時に発熱量の小さい廃棄体を積極的に作成することは，面積の低減が期待できる一 方で，廃棄体本数の増加による坑道長増加（掘削量増加）によるコスト増が見込まれる。 z 処分場面積を坑道あたりの廃棄体数の関数として見ると，その変化はなめらかではないこ とがわかる。処分場面積の形状（アスペクト比）は大きく変えられるものではないが，変 更可能な範囲で坑道あたりの廃棄体数を最適化することでも数％の面積低減効果が見込ま れる可能性がある。 以上のような最適化検討により，実際的な廃棄体の発熱特性を反映した処分場レイアウト検討 のための参考情報が充実されることが期待できる。 また，誤りの混入箇所分析を行った。その結果は以下の通りであり，特に誤りはないものと判 断した。 ・問題分析の誤り 設定した決定変数に対して，当問題の意図を正しく反映した結果が得られていることから， 問題分析に誤りはないと考えられる。 ・問題のモデル化・定式化の誤り 設定した決定変数に対して，制約条件を満たす最適な解が得られていることから，モデル 化・定式化に誤りはないと考えられる。 ・最適化手法の誤り 設定した決定変数に対して，定式化に見合う最適解が求まっており，離間距離情報から想定 される結果とも矛盾がないことから，最適化手法の選択に誤りはないと考えられる。 また，本問題の発展的な展開あるいは他の類似した問題への応用的な展開として以下のことが 考えられる。 · 本問題では，目的変数として処分場面積のみを考慮したが，本問題でのモデルや定式化は，以 下の観点を考慮するなどして，より現実的な問題に発展的に適用していくことが可能と考えら れる（ただし，実施の可否は条件設定に利用可能な情報の有無等に大きく依存する）。 ¾ 特性の異なる廃棄体の製造に係るコスト，特性の異なる廃棄体を考慮することによる坑 道掘削に係るコストの観点 コストに関しては，求解の項でも考察したように，総坑道長あるいは廃棄体総数も目 的変数に加えることで，これを考慮した形で本問題と同様な定式化での異種廃棄体定置 最適化を行なうことが可能である。 ¾ 発熱特性に応じた廃棄体ピッチの最適化の観点 本問題では，廃棄体ピッチは廃棄体グループに依らず一定と仮定したが，離間距離と 同様に発熱特性に応じた廃棄体ピッチの最適化を本問題と同様な定式化で考えることに より，面積あるいは総坑道長の低減を図れる可能性もある。 ¾ 安全性への影響の観点 特性の異なる廃棄体の存在とその配置の違いによる安全性への影響について考慮して いく場合には，線形から非線形計画問題になると考えられることから，数値解法を MILP 5-49 からヒューリスティック手法などの別のアプローチに変えることが必要となる可能性が ある。 ¾ 坑道配置とともに処分パネルの分割・配置も同時に最適化する観点 平成 23 年度に検討したレイアウト・配置最適化問題 1)（表 5.3.1-1 の No.2 に相当）の 検討結果と組み合わせて，処分パネルの分割・配置も同時に最適化する問題へ拡張する ことも考えられる。この場合には、さらに大規模な最適化問題を扱う数値解法の適用が 求められることになる。 · 本問題では，発熱量の異なる 4 種類の熱特性の廃棄体についての坑道の並び順の最適化を対象 としているが，以下のようなより複雑な問題への展開，あるいは類似の考え方が適用できる異 なる対象への応用的展開も考えられる。 ¾ 実際の廃棄体では，使用済燃料の燃焼度や貯蔵期間の違い等により多様な発熱特性が生 じると考えられる。そのような場合でも，発熱特性の類型化や離間距離の設定を適切に 行うことで，基本的に本問題と同様な形での評価が可能になると考えられる。 ¾ 本問題ではガラス固化体を対象にしているが，使用済燃料の直接処分に対しても，発熱 特性や離間距離の設定を適切に行うことで，基本的に本問題と同様な形での評価が可能 になると考えられる。 ¾ また，先進サイクルを対象とし発熱性核種の回収を考える場合には，ガラス固化体だけ でなく発熱性核種を含む Cs-Sr 焼結体を考慮する必要が生じ，かつ，ガラス固化体の発 熱量は小さく Cs-Sr 焼結体の発熱量は高いという，本問題とは異なる状況での評価が必 要になる。この場合でも，発熱特性の類型化や離間距離の設定を適切に行うことで，基 本的に本問題と同様な形での評価が可能になると考えられる。 ¾ さらに，東京電力福島第一原子力発電所事故で発生した破損使用済燃料や燃料デブリの 処分についても，破損使用済燃料や燃料デブリの発熱特性や廃棄体の形状等が明らかに なってくれば，上記の「多様な発熱特性の廃棄体」，「使用済燃料」，「Cs-Sr 焼結体」を 考える問題への対応を組み合わせることで，基本的に対応可能になると考えられる 5-50 5.3.3 事例検討 2：核燃料サイクル全体としての合理化（No.9） 本項では「No.9 核燃料サイクル全体としての合理化」について，最適化プロセスに沿って (1) 問題分析プロセス (2) 求解プロセス (3) 適用評価プロセス の具体的な事例検討を行う。 (1) 問題分析プロセス 問題分析プロセスでは，1) 問題の定義，2) 構造の把握，3) 最適化問題の設定，を行う。 1) 問題の定義 x 問題の名称 核燃料サイクル全体としての合理化 x 問題の概要 核燃料サイクルで発生する廃棄物の貯蔵～処分のスケジュールに関して，貯蔵の規模や期間， 貯蔵や処分に係るコスト（バックエンドコスト），及び処分場面積といったトレードオフ関係 を有する項目に着目し，それらをバランスよく満たす条件の最適決定を図る多目的最適化問題。 この問題は，表 5.3.1-2 において「スケジュール最適化―比較・選択（多属性解析型）」あるい は「スケジュール最適化―最適化（集中型）」の分類に該当する。 本問題では，原子力発電所の解体廃棄物に関する貯蔵～処分のスケジュールを対象とする。 なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチを具体的 に検討することに重点をおく。 x 問題の意義 廃棄物の貯蔵～処分のスケジュールは，核燃料サイクル全体としての合理化を考えるうえで の重要な要素のひとつになると考えられる。そのため，一例として，原子力発電所の解体によ り発生する放射性廃棄物の貯蔵から処分までのスケジュールの合理化に着目した検討を行う こととした（以下，貯蔵～処分までのスケジュールの合理化問題） 。具体的には，原子力発電 所の解体廃棄物について，貯蔵期間中の崩壊による放射能濃度の減少も考慮したうえで，バッ クエンドコスト及び処分場面積を抑えつつ，貯蔵された放射性廃棄物をなるべく速やかに搬 出・処分する条件を見出すことを目的とする。これにより，放射性廃棄物の処理・処分のスケ ジュールの合理化に資する知見を得ることが期待される。 本年度対象とする原子力発電所の解体廃棄物は，主要核種の Co-60 の半減期が短いこともあ り，長期貯蔵することで，放射能濃度が減少し，処分区分が変化することが期待される。また， 解体廃棄物は短期間に大量の廃棄物が発生するため，貯蔵と処分の関係を考えた合理的なスケ ジュールを検討するための手法や手順等を整備することは，今後増加する廃炉に向けて役に立 つと考えられる。また，それら手法や手順及び得られた知見は，福島第一発電所の事故に由来 するガレキや建屋の解体廃棄物の問題にも展開可能と考えられる。 5-51 2) 構造の把握 1)での問題の定義を踏まえて，本問題で考慮すべき要因の抽出及び要因間の関係を分析した。 図 5.3.3-1 にその結果を示す。また，表 5.3.3-1 に決定変数～目的変数における各要因間の関係を 示す。 本問題では，決定変数及び目的変数を以下のように設定した。 決定変数：処分速度，処分開始時間 目的変数：貯蔵期間，コスト，処分場面積 図 5.3.3-1 貯蔵～処分のスケジュールの合理化問題についての要因間の関係（構造図） 5-52 表 5.3.3-1 貯蔵～処分のスケジュールの合理化問題についての要因間の関係 要因 1 （上流） 要因 2 （下流） 影響 関係 強さ 説明 備考 廃棄物発生量 処分速度 ● 廃棄物発生量は処分速度に影響する 廃棄物発生量 処分開始時間 ● 廃棄物発生量により処分開始時間が変わる 廃棄物発生量 貯蔵廃棄物量 ▲ 4 廃棄物発生量が多いと貯蔵廃棄物量が多くなる 貯蔵容量 処分速度 ▼ 4 貯蔵容量が小さいと処分速度は速くなる ※ 貯蔵容量 処分開始時間 ▲ 4 貯蔵容量が小さいと処分開始時間が早くなる ※ 貯蔵容量 貯蔵廃棄物量 ● 貯蔵容量は貯蔵廃棄物量の上限値 ※ 廃棄物処分区分 処分速度 ● 廃棄物処分区分により処分速度は異なる 廃棄物処分区分 処分廃棄体量 ● 廃棄物処分区分は処分廃棄体量に影響する 処分速度 貯蔵期間 ▼ 4 処分速度が大きいと貯蔵期間が短くなる 処分速度 貯蔵廃棄物量 ▼ 4 処分速度が大きいと貯蔵廃棄物量が減る 処分速度 放射能濃度分布 ● 処分速度が変わると崩壊の程度が変わり放射能濃度分布 も変わる 処分速度 処分コスト ● 処分速度と処分コストは一般には関係あると思われる 処分開始時間 貯蔵期間 ▲ 4 処分開始時間が遅いと貯蔵期間が長くなる 貯蔵廃棄物量 貯蔵期間 ▲ 4 貯蔵廃棄物が多いと貯蔵期間が長くなる 貯蔵廃棄物量 貯蔵コスト ▲ 4 貯蔵廃棄物量が多いと貯蔵コストが高くなる 貯蔵廃棄物量 処分開始時間 ● 貯蔵廃棄物量 処分廃棄体量 ▼ 放射能濃度分布 処分廃棄体量 ● 処分廃棄体量 輸送コスト ▲ 4 処分廃棄体量が増えると輸送コストが増える 処分廃棄体量 処分コスト ▲ 4 処分廃棄体量が増えると処分コストが増える 処分廃棄体量 処分場面積 ▲ 4 処分廃棄体量が増えると処分場面積が増える 貯蔵期間 貯蔵コスト ▲ 4 貯蔵期間が長くなると貯蔵コストが増える 貯蔵コスト コスト ▲ 4 貯蔵コストが増えるとコストが増える 輸送コスト コスト ▲ 4 輸送コストが増えるとコストが増える 処分コスト コスト ▲ 4 処分コストが増えるとコストが増える 貯蔵廃棄物量は処分開始時間に影響する 4 貯蔵廃棄物が減るためには処分廃棄体量が増える必要あ り 放射能濃度分布は処分廃棄体量に影響する ※：本年度の検討では考慮せず 凡例（関係） “▲”：正の相関，“▼”：負の相関，“●”：関係あり（正負は不定） 凡例（強さ） “8”：非常に強い相関，“4”：強い相関，“2”：弱い相関，“1”：非常に弱い相関 “○”：上流側に応じて選択 5-53 ※ 3) 最適化問題の設定 z 問題の範囲 原子力発電所の解体廃棄物の貯蔵～処分のスケジュール合理化に資する知見を得るための 最適化問題である。コスト及び処分場面積を抑えつつ，なるべく速やかに貯蔵された廃棄物を 搬出・処分する条件を見出すことを目的とする。 この中では，貯蔵廃棄物量の搬出・処分による減少，崩壊による放射能濃度の変化を，貯蔵 廃棄物の放射能濃度分布の時間変化として扱う。なお，貯蔵廃棄物の継続的な発生や搬入等に よる貯蔵廃棄物量の時間的増加や，あるいは貯蔵廃棄物の減容による貯蔵廃棄物量の減少につ いても，同様に貯蔵廃棄物の放射能濃度分布の時間変化として扱うことが基本的に可能と考え られるが，本年度は問題を簡単にするために，それらは考慮しないこととした。 z 問題の前提 問題を設定するうえでの前提を以下に示す。 ¾ 原子力発電所の解体廃棄物の処分を考える。 ¾ 放射性物質として Co-60 を主要核種として仮定。 ¾ 放射能濃度は崩壊係数 λ で減少。 ¾ 廃棄物は放射能濃度に応じて L1，L2，L3 廃棄物に区分する。また，各区分の廃棄物は放 射能濃度に応じて仕分けされ保管されると仮定する。 ¾ 処分速度について以下のように考える。 処分速度は L1，L2，L3 廃棄物の区分ごとに異なる 処分速度は L1，L2，L3 廃棄物の区分ごとに異なる上限値を持つ 処分速度は時間依存性はない ¾ 処分場面積，輸送コスト，処分コストは，L1～L3 廃棄物の全てについて考慮する。廃棄 物の処分区分（余裕深度処分，ピット処分，トレンチ処分）は，貯蔵を終え，処分のため に輸送する時点の放射能濃度で決定する。 ¾ 貯蔵コストに関しては，参考にできる具体的な指針がないため，以下のように仮定する。 初期に L1 廃棄物相当の放射能濃度であった廃棄物についてのみ建屋貯蔵とし貯蔵 コストを考慮する 初期に L2，L3 廃棄物相当の放射能濃度であった廃棄物の貯蔵コストは，建屋貯蔵 の場合に比べて十分小さいとして考慮しない 貯蔵設備の建替は 100 年ごととし，建替時点で存在する L1 廃棄物相当分を建屋貯 蔵とし貯蔵コストを考慮する。 ¾ 貯蔵される廃棄物量は初期に全量与えられるものとし，時間による増加は考慮しない（貯 蔵時に廃棄体化されていると仮定し，廃棄物の処理や固化のコストは考慮しない）。 ¾ また，廃棄物量の時間による増加を考慮しないので，貯蔵施設の容量による貯蔵量の制限 は陽には考慮しない ¾ 処分コストは処分速度に依存することが考えられるが，現段階では情報不足のため処分コ ストは処分速度に依らず一定とする ¾ クリアランスは考慮しない 5-54 (2) 求解プロセス 求解プロセスでは，1) 性質・特徴の分析，2) 問題モデル化・定式化，3) 最適化手法の選択， 4) 求解，を行う。 1) 性質・特徴の分析 本問題は，コスト及び処分場面積を抑えつつ，なるべく速やかに貯蔵された放射性廃棄物を搬 出・処分する条件を見出すことを目的とする，多目的最適化問題である。 廃棄物の処分速度と処分開始時間を決定変数として，コスト，処分場面積，貯蔵期間を最小と する条件を求める。 2) 問題モデル化・定式化 本問題は，コスト，処分場面積及び貯蔵期間を最小にするような廃棄物処分速度と処分開始時 間を求める問題である。 以下の目的関数 U を最大化する問題として定式化を行なう。 目的関数： z U(C,S,TP)=wC uC(C)+wS uS(S)+wT uT(TP) ¾ C，S，Tp はそれぞれコスト，処分場面積，貯蔵期間（「目的変数」参照）。 ¾ wC，wS，wT はそれぞれコスト，処分場面積，貯蔵期間の重み。 ¾ uC(C)，uS(S)，uT(TP) はそれぞれコスト，処分場面積，貯蔵期間の効用関数（「効用関数」 ¾ wC+wS+wT=1 及び wC=wS=wT 参照）。 目的変数： z コスト：C=Cd+Ct+Cs-1+Cs-2 ¾ Cd：処分コスト（全廃棄物） ¾ Ct：輸送コスト（全廃棄物） ¾ Cs-1：貯蔵コスト（継続的な運転経費：L1 廃棄物のみ） ¾ Cs-2：貯蔵コスト（一定期間ごとに建替・解体：L1 廃棄物のみ） z 処分場面積：S z 廃棄物貯蔵期間：TP ¾ 廃棄物貯蔵開始（t=0）から Vtotal(t)（後述の「その他の変数」参照）が 0 になるまでの 時間 効用関数： 線形（単調減少）を仮定 z uC(C)=(Cmax-C)/(Cmax-Cmin) z uS(S)= (Smax-S)/(Smax-Smin) z uT(TP)= (TPmax-TP)/(TPmax-TPmin) 決定変数： z L1 廃棄物の処分速度：v1 [m3/y] ¾ 簡単のため，L1 廃棄物の処分速度のみを決定変数とした。L2，L3 廃棄物の処分速度に 5-55 ついては L1 廃棄物と同時期に処分が終了することを仮定し，L2，L3 廃棄物の速度を設 定した（後述の「その他変数」参照）。 z 処分開始時間：T0 その他変数： z 処分終了目標時間 ：tf = T0 + VL1(0)/v1 z 時刻 t における廃棄物貯蔵量 z ¾ L1, L2, L3 の廃棄物区分ごとに VL1(t), VL2(t), VL3(t) [m3] ¾ 総量 Vtotal (t) = VL1(t) + VL2(t) + VL3(t) L2，L3 廃棄物の処分速度：v2，v3 [m3/y] ¾ ¾ z z L1 廃棄物（v1） と同時期に処分が終了するよう設定 v2=VL2 (0)/(tf - T0) v3=VL3 (0)/(tf - T0) 上限値あり（後述の「処分速度の上限値」参照） 放射能濃度：Φ ¾ 時刻 t での放射能濃度の最大値，最小値：Φmax(t)，Φmin(t) ¾ ピット処分（L2 廃棄物相当）の放射能濃度上限値：ΦL2max ¾ トレンチ処分（L3 廃棄物相当）の放射能濃度上限値：ΦL3max 廃棄物の放射能濃度分布の時間変化 廃棄物の放射能濃度分布の時間変化の考え方を図 5.3.3-2 に示す。廃棄物の放射能濃度分 布は初期状態（t=0）で対数一様分布であると仮定する。廃棄物の放射能濃度分布は崩壊に より変化するため，時刻 t～t+Δt の間に L1 廃棄物の区分から L2 廃棄物の区分へ，L2 廃棄 物の区分から L3 廃棄物の区分へ，それぞれ λ'Δt ずつ変化する（ただし，λ'=λlog10e とした）。 また，処分開始時刻後（T0≦t）は，処分により廃棄物区分ごとそれぞれ v1Δt，v2Δt，v3Δt ずつ貯蔵量が減少する。これらの崩壊による廃棄物区分の変化と処分による貯蔵量の減少 により，各廃棄物区分の廃棄物量が時間的に変化する。なお，簡単のため，それら変化を 経たあとの廃棄物区分ごとの放射能濃度に対数一様分布を仮定する。 5-56 図 5.3.3-2 廃棄物の放射能濃度分布の時間変化の概念図 以下，廃棄物の放射能濃度分布の時間変化の定式化を示す。 ¾ L1 廃棄物： 初期値：VL1(0)=P0(log10Φmax(t)- log10ΦL2max) なお，P0=Vtotal(0)/(log10Φmax(t)- log10Φmin(t))。 時刻 t～t+Δt に崩壊により L1 廃棄物相当の放射能濃度から L2 廃棄物相当の放射能 濃度へと変化する量： ( () max ( ) 時刻 t～t+Δt に処分される量：0 for t<T0, v1Δt for T0≦t≦tf 時刻 t における L1 廃棄物量： V ( ) = V (0) − ¾ () ’ ) max (Φmax ( ) − ΦL2 ) ( ) max log Φmax ( ) − log ΦL2 L2 廃棄物： 初期値：VL2(0)=P0(log10ΦL2max- log10ΦL3max) 5-57 − ( − )( − ) なお，P0=Vtotal(0)/(log10Φmax(t)- log10Φmin(t))。 時刻 t～t+Δt に崩壊により L2 廃棄物相当の放射能濃度かから L3 廃棄物相当の放射 能濃度へと変化する量： (min Φ ( ), Φ −Φ max min log Φ ( ) , log Φ 時刻 t～t+Δt に処分される量： 0 for t<T0, v2Δt for T0≦t≦tf 時刻 t における L2 廃棄物量： max (Φmax ( ) − ΦL2 ) L1 ( ) max log Φmax ( ) − log ΦL2 V ( ) = V (0) + − ¾ ) L2 ( ) ’ − log Φ ( − )( − (min Φ ( ), Φ −Φ min log Φmax ( ) , log Φ − ) L2 ( ) ’ − log Φ ) L3 廃棄物： 初期値：VL2(0)=P0(log10ΦL3max- log10Φmin(t)) なお，P0=Vtotal(0)/(log10Φmax(t)- log10Φmin(t))。 時刻 t～t+Δt に処分される量：0 for t<T0, v3Δt for T0≦t≦tf 時刻 t における L3 廃棄物量： V ( ) = V (0) + (min Φ ( ), Φ −Φ min log Φmax ( ) , log Φ ) ( ) ’ − log Φ − ( − )( − ) 解析に用いたデータは以下の通りである。 廃棄物量： z 解体廃棄物の量については，対象とする原子力発電所の種類や基数により変わる。本年度は， 貯蔵～処分のスケジュール合理化に関する基礎的な知見を得るために，簡易的に原子力発電 所 1 基からの解体廃棄物量を考慮することとした。典型的な 110 万 kW 級の発電所（PWR） の解体廃棄物の発生量がおよそ 5000[m3]であることから，廃棄物総量 5000[m3]を仮定した 15)。 z 放射能濃度分布については参考となる資料が不足しているため，一例として，L1～L3 廃棄物 を包含できる濃度範囲となるように最大と最小をそれぞれ 1016[Bq/t]，106[Bq/t]とし，対数一 様分布と仮定して解析を行った。 コスト単価，処分場面積の算定方法： z 処分場面積は，"技術等検討小委員会資料 16）を参考にした（表 5.3.3-2）。 z 処分コスト及び輸送コストの単価は，高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 17)を参考に した（表 5.3.3-2） z 貯蔵コストについては，高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 17)においては，低レベル 廃棄物は即時処分としており貯蔵コストは想定していない。したがって，継続的な運転経費 と建屋建設及び解体のためのコストを以下のように設定した。 ¾ 継続的な運転経費：42.5 [万円/m3/年] ¾ 建屋建設・解体費：1508.5 [万円/m3/建替 1 回] 上記概算は，海外から返還された低レベル放射性廃棄物の貯蔵管理施設の費用についての公 開情報 18) 5-58 ¾ 建屋建築費： 1,480 [億円] ¾ 運転保守： 1,140 [億円] ¾ その他諸経費： 870 [億円] ¾ 廃止措置費： 395 [億円] ¾ 建物の償却期間： 38 [年] ¾ 貯蔵する廃棄物体積： 12,430 [m3] を用いて，以下の考え方で推定した。 ¾ 継続的な運転経費：Cs-1=42.5 [万円/m3/年]（＝運転保守＋その他諸経費） [万円/m3/年] （=1,140[億円]÷12,430[m3]÷38[年]） · 運転保守： 24.1 · その他諸経費：18.4 [万円/m3/年] （=870[億円]÷12,430[m3]÷38[年]） ¾ 建屋建設・解体：Cs-2=1,508.5 [万円/m3/建替 1 回]（＝建屋建築費＋解体費） · 建屋建築費：1190.7 [万円/m3/建替 1 回] （=1,480 [億円] ÷12,430[m3]） · 解体費： 317.8 [万円/m3/建替 1 回] （=395 [億円]÷12,430[m3]） ただし，海外から返還された低レベル放射性廃棄物の貯蔵管理施設の費用は，再処理で発生 した発熱性のあるハル・エンドピース等の地層処分対象の廃棄物も含んでいるため，余裕深 度処分 LLW（L1 廃棄物）の貯蔵管理建屋と比べると高いと考えられ，そのため上記で設定 した貯蔵コストは実際よりは高めの値となっていると考えられる。 表 5.3.3-2 コスト単価（処分，輸送），単位体積あたりの処分場面積 余裕深度処分 ピット処分 トレンチ処分 (L1 廃棄物) (L2 廃棄物) (L3 廃棄物) 処分コスト[万円/m3] 1,200 200 40 3 輸送コスト [万円/m ] 600 100 50 単位体積あたりの 1 0.73 3 処分場面積 [m2/m3] 処分速度の上限値： 処分速度は明らかに無限に速くはできないので，何らかの上限値が存在するはずである。現在 公開されている廃棄物の処分速度に関する情報を表 5.3.3-3 にまとめた。ただし，表 5.3.3-3 の処 分速度はいずれも最大速度ではないため，最大でどの程度の処分が可能かついては仮定するしか ない。そのため，まず，ピット処分廃棄物（L2 廃棄物）の処分速度の上限値を表 5.3.3-3 の情報 を参考に 3000 [m3/年]と仮定した。一方，余裕深度処分（L1 廃棄物）及びトレンチ処分（L3 廃棄 物）については参考とできる処分速度に関する公開情報がないため，L1 廃棄物については地層処 分 LLW と L2 廃棄物との間の値（1000 [m3/年]），L3 廃棄物については L2 廃棄物と同じと仮定し た。 v1max=1000 [m3/年] v2max=3000 [m3/年] v3max=3000 [m3/年] 5-59 表 5.3.3-3 廃棄物の処分速度に関する公開情報 HLW 地層処分 LLW 余裕深度処分 （L1 廃棄物） ピット処分 （L2 廃棄物） トレンチ処分 （L3 廃棄物） 処分速度 [本/年] 1000 3628 - 12385 - 処分速度 3 [m /年] 1.5×102 7.3×10 - 2.5×10 - 参考文献 19) 20) 該当する 公開情報なし 21) 該当する 公開情報なし 2 3 効用関数の定義域： z 処分場面積の最悪値・最良値は，廃棄物体積に対する処分場面積は L3 廃棄物が最も大きい ので，廃棄物全量（5,000 [m3]）が L3 廃棄物と仮定した場合の処分場面積（15,000 [m2]=5,000 [m3]×3 [m2/m3]）に保守性を見越して 2 倍した 30,000 [m2]を最悪値とし，最良値は最悪値の 0.1 倍の 3,000 [m2] とした。 z コストの最悪値・最良値は，本検討で用いたデータを用いて，最悪値を 100 年貯蔵ののち処 分速度 10 [m3/年]で処分を行なった場合のコスト（「求解」の節に述べる方法で算出）に相当 する 350 億円とした。最良値は最悪値の 0.3 倍の 105 億円とした。 z 貯蔵期間の最悪値・最良値は，100 年貯蔵ののち本検討で対象とする廃棄物量 5,000m3 を処 分速度 10 [m3/年]で処分を行なった場合の貯蔵期間 150 年を最悪値とし，最良値は 0 年とし た。 3) 最適化手法の選択 本問題は，それぞれの評価項目（コスト，処分場面積，貯蔵期間）についての効用関数値（単 調減少）を求めたうえで，評価項目の重みを加味しつつ目的関数の値を求め，目的関数値が最大 となる決定変数（処分速度，処分開始時期）の条件を選択する問題である。 本問題は複数の目的変数を含むことから，多属性効用解析（MAUA:Multi-Attribute Utility Analysis）を用いて定式化し，求解は，離散化した決定変数（処分開始時期，処分速度）に対し 目的関数が最大となる条件を探索するヒューリスティック手法を用いることとした。 4) 求解 求解は，「2) 問題モデル化・定式化」で示した式を用いて以下のように行う。まず，与えられ た処分開始時間（T0）及び L1 廃棄物の処分速度（v1）を用いて，貯蔵量の時間変化を数値積分し， 各処分区分ごとの貯蔵量と処分量，及びコストと処分場面積を算出する。貯蔵期間は，貯蔵開始 から貯蔵量が 0 になるまでの時間とする。次に，得られたコスト，処分場面積，貯蔵期間を用い て効用関数値及び目的関数値を求める。以上を，決定変数である処分開始時間と処分速度を変え て繰り返して行うことで，スケジュールが合理的になる条件（処分開始時期，処分速度）を分析 する。 上記の求解は簡単な数値積分ができればよいので，特別なツールを用いる必要はなく，本問題 ではエクセルを用いて行った。 5-60 本求解では，L1 廃棄物の処分速度を 10，20，100，200，1000[m3/年]，処分開始時間を 5 年と 10 年及び以降 90 年まで 10 年刻みの場合について，コスト，処分場面積及び貯蔵期間の評価を行 なった。結果を図 5.3.3-3～図 5.3.3-6 に示す。 以上のことから，処分速度と処分開始時間を変化させた解析から，廃棄物に含まれる放射性物 質として Co-60 に着目した本問題の場合には，L1 廃棄物相当の廃棄物の放射能濃度が崩壊により 大きく減衰するまで貯蔵し，その後速やかに処分を行なうというスケジュールが，貯蔵～処分の スケジュールの合理化のひとつの案になり得ることが示唆される。また，上記の結果の解釈から もわかるように，本検討結果は，対象とする核種の半減期やコスト単価の設定等に大きく依存す るものであり，より精緻な知見を得るためには，対象廃棄物に含まれる核種及びコスト単価に関 する情報の充実が必要になる。 図 5.3.3-3 処分開始時間と処分速度の組合せに対する目的関数の変化 5-61 図 5.3.3-4 処分開始時間と処分速度の組合せに対するコストの効用関数の変化 図 5.3.3-5 処分開始時間と処分速度の組合せに対する処分場面積の効用関数の変化 図 5.3.3-6 貯蔵期間の効用関数の処分開始時間と処分速度の組合せによる変化 5-62 図 5.3.3-3 より，処分開始時間に依らず処分速度が速いほうが，目的関数値が大きくなってい ることがわかる。ただし，処分速度が 200 [m3/年]以上では目的関数値の変化はほとんどみられな い。また，処分速度が 100 [m3/年]以上の場合には，L1 廃棄物相当の廃棄物量が崩壊によりほぼな くなる 20 年あたりまで目的関数値が増加傾向にあり 20 年あたりでピークが見られるが，より遅 い処分速度の場合では処分開始時間に対する目的関数の増加傾向は見られなかった。 ここで，貯蔵期間の効用関数値（図 5.3.3-6）や処分場面積の効用関数値（図 5.3.3-5）は処分 開始時間が遅くなるとともに減少しているが，コストの効用関数値（図 5.3.3-4）はピーク値を持 っており，特に処分速度が 100 [m3/年]以上の場合にピーク位置が 20 年あたりになっている。す なわち，目的関数値のピークは主にコストの効用関数値に由来する。図 5.3.3-3 での処分速度が大 きい場合（L1 廃棄物処分が終了するまでの時間（≦VL1(0)/v1）が崩壊により L1 廃棄物相当の廃 棄物が大きく減衰するまでの時間（～20 年）に比べて短い場合）のコストの効用関数値が有する 処分開始時間 20 年あたりでのピークは，以下のような傾向のバランスでのコスト合計値の変化に 起因して生ずると解釈できる（図 5.3.3-7 参照） 。 · 処分及び輸送コストに着目すると，L1 廃棄物がコスト単価が最も大きいため，崩壊により L1 廃棄物が減少してから処分を開始するほうがコストを抑えられる（処分開始時期を遅く したほうがコストが小さくなる傾向がある）。 · 一方，貯蔵コストに着目すると，貯蔵開始時に L1 廃棄物相当の放射能濃度であったものは 崩壊により L2 廃棄物相当になっても貯蔵コストが発生し続けるので，崩壊により L1 廃棄 物相当でなくなった廃棄物を順次処分するほうがコストを抑えられる（処分開始時期を早 めたほうがコストが小さくなる傾向がある）。 ただし，このような傾向は，処分＋輸送のコストと貯蔵のコストが比較的近い値で変化する場 合に生じ，貯蔵コストが常に処分＋輸送コストより大きい場合には，コスト合計は処分開始時間 の単調増加関数となる（効用関数値は処分開始時間に対して単調減少関数）。 図 5.3.3-7 L1 廃棄物の処分速度 v1=100 の場合のコスト内訳 5-63 (3) 適用性評価プロセス 本問題では，原子力発電所の解体廃棄物を例として，コスト及び処分場面積を抑えつつ，なる べく速やかに貯蔵された放射性廃棄物を搬出・処分する条件を見出すことを目的とし，廃棄物の 処分速度と処分開始時間を決定変数として，コスト，処分場面積，貯蔵期間を最小とする条件を 求めた。なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチを具 体的に検討することに重点をおいて検討を行った。 その結果，処分速度と処分開始時間を変化させた解析から，廃棄物の放射能濃度が崩壊により 大きく減衰するまでの時間が，貯蔵～処分のスケジュールの合理化を検討するための重要な因子 になることが示され，本検討での問題の設定，問題のモデル化・定式化，及び求解の方法の有効 性が確認できた。本検討のように目的関数が単峰性であり，決定変数について離散化して目的関 数値を求めことで全体的な傾向が把握でき，数値的に最適解を求めることができる場合には同様 のやり方が適用できると考えられる。一方，目的関数が複雑な傾向を有するような場合には，目 的関数を最大化する最適解を求めるところまでを含めて数理最適化問題として取り組むことが必 要になる場合もあり得る。 また，誤りの混入箇所分析を行った。その結果は以下の通りであり，特に誤りはないものと判 断した。 ・問題分析の誤り 設定した決定変数（処分速度と処分開始時間）に対して，当問題の意図を正しく反映し，想 定する解とも矛盾のない解が得られていることから，問題分析に誤りはないと考えられる。 ・問題のモデル化・定式化の誤り 設定した決定変数に対して，制約条件を満たす最適解が得られていることから，問題のモデ ル化・定式化に誤りはないと考えられる。 ・最適化手法の誤り 設定した決定変数に対して定式化に見合う最適解が求まっており，仮定した放射性物質 （Co-60）の半減期から想定される結果とも矛盾のない解が得られていることから，最適化手 法の選択に誤りはないと考えられる。 また，本問題の発展的な展開あるいは他の類似した問題への応用的な展開として以下のことが 考えられる。 z 本問題では，原子力発電所の解体廃棄物を対象とし，廃棄物に含まれる放射性物質として Co-60 のみに着目したうえで，廃棄物量は初期に全量が与えられる，処分速度は一定，廃棄 物量の時間的増加はない等の仮定をおいているが，本問題でのモデルや定式化は，以下の要 因を考慮したより現実的な問題に発展的に適用させていくことが可能と考えられる（ただし， 実施の可否は条件設定に利用可能な情報の有無等に大きく依存する） 。 ¾ 廃棄物に含まれる半減期等の異なる他の核種に着目する場合。解体廃棄物の放射性物 質インベントリに関して既存情報 22)等を活用することで，Co-60 以外の核種の放射能 濃度の経時変化も考慮した同種の検討を実施することが可能と考えられる。 ¾ 廃棄物の除染や減容の効果を考慮する場合。既往の処分費用の評価では，汚染金属廃 棄物を除染対象とし，除染効果と廃棄物の充填率の関係についての検討が行われてい る例もあり 15) ，これらの知見に基づき，廃棄物の除染による減容の効果を考慮するこ とは可能と考えられる。 5-64 ¾ 複数の原子炉を同時期に解体する場合や時間をずらして解体する場合。さらには複数 の貯蔵施設が存在する場合との組合せ。廃炉のスケジュールに関する情報が重要とな る。 ¾ 時間の経過に伴い貯蔵すべき廃棄物が追加される場合。解体廃棄物の発生時期や発生 量，貯蔵施設の規模や整備のスケジュール等の情報が重要となる。 ¾ 処分コストが処分速度に依存する場合。コスト評価の中で処分速度をパラメータとし たシミュレーション等を行うことを通じて知見を得ていく必要がある。 · また，本問題では，原子力発電所の解体廃棄物のみを対象としているが，種類や起源が異な る廃棄物（例えば，原子力発電所の運転で発生するイオン交換樹脂，福島第一原子力発電所 の事故に由来するガレキや土壌あるいは建屋の解体廃棄物等）の貯蔵と処分のスケジュール の合理化についても，同様の考え方やモデル等を適用するあるいは改良することで検討でき ると期待される。さらに，原子力発電及び核燃料サイクルから発生する全ての廃棄物を対象 とした場合の貯蔵と処分のスケジュールの合理化といった，廃棄物管理の観点での総合的な 検討の基盤としていくことも期待される。 5-65 5.3.4 事例検討 3：現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較（No.11） 本項では， 「No.11 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較」について，最適化プロ セスに沿って， (1) 問題分析プロセス (2) 求解プロセス (3) 適用評価プロセス の具体的な事例検討を行う。 (1) 問題分析プロセス 問題分析プロセスでは，1) 問題の定義，2) 構造の把握，3) 最適化問題の設定，を行う。 1) 問題の定義 x 問題の名称 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較 x 問題の概要 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の 3 者について，処分影響（処分場面積，安全 性等）及びバックエンドのコストの観点から総合的に比較し，サイクル戦略の最適決定を図る 意思決定問題。この問題は，表 5.3.1-2 において「構成最適化，設計最適化，手法・プロセス 最適化―比較・選択（多属性解析型）」の分類に該当する。 なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチを具体的 に検討することに重点をおく。 x 問題の意義 廃棄物処分の観点から，処分影響（処分場面積，安全性等）とバックエンドのコストに着目 して各サイクルの評価を行う。 ここで，立場や思想等により評価項目の重み付けが大きくばらつくことを考慮し，各サイク ルに対する絶対的な評価ではなく，重みや効用関数の設定を変えた場合に各サイクルに対する 評価がどのように変わり得るかを調べる感度解析を行う。これにより，立場や思想等に係わら ず広い範囲で最適になる解があるのか，また最適な解の決定に影響の大きい重視すべき指標は どれか，等のサイクル戦略の意思決定を支援できる知見を得ることが期待される。 2) 構造の把握 1)での問題の定義を踏まえて，本問題で考慮すべき要因の抽出及び要因間の関係を分析した。 図 5.3.4-1 にその結果を示す。また，表 5.3.4-1 に決定変数～目的変数における各要因間の関係を 示す。 本問題では，評価指標（決定変数） ，評価項目（目的変数）を以下のように設定した。 （評価指標（決定変数） ）最適な核燃料サイクル （評価項目（目的変数） ）コスト，処分場面積，被ばく線量 5-66 図 5.3.4-1 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較問題についての要因間の関係 （構造図） 5-67 表 5.3.4-1 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較問題についての要因間の関係 要因 1 要因 2 （上流） （下流） 核燃料サイクルの 再処理法 影響 関係 強さ 説明 ● 核燃料サイクルにより再処理法が異なる ● 核燃料サイクルにより炉型が異なる ● 核燃料サイクルにより燃料種類が異なる 決定 核燃料サイクルの 炉型 決定 核燃料サイクルの 燃料種類 決定 再処理法 核種組成 ● 再処理法により核種組成は変わる 再処理法 廃棄物発生量 ● 再処理法により廃棄物発生量は変わる 炉型 核種組成 ● 炉型により核種組成は変わる 炉型 廃棄物発生量 ● 炉型により廃棄物発生量は変わる 燃料種類 核種組成 ● 燃料種類により廃棄物に含まれる核種組成が変わる 燃料種類 廃棄物発生量 ● 燃料種類により廃棄物発生量は変わる 核種組成 被ばく線量 ● 被ばく線量は埋設処分する廃棄物の核種組成に依存 核種組成 発熱量 ● 発熱量は埋設処分する廃棄物の核種組成に依存 発熱量 処分場面積 ▲ 4 発熱量が増えると処分場面積は増加 廃棄物発生量 被ばく線量 ▲ 4 廃棄物発生量が増えると被ばく線量は増加 廃棄物発生量 処分場面積 ▲ 4 廃棄物量が増えると処分場面積は増加 廃棄物発生量 貯蔵コスト ▲ 4 貯蔵コストは廃棄物発生量に比例する 廃棄物発生量 輸送コスト ▲ 4 輸送コストは廃棄物発生量に比例する 廃棄物発生量 再処理コスト ▲ 4 再処理コストは廃棄物発生量に比例する 廃棄物発生量 処分コスト ▲ 4 処分コストは廃棄物発生量に比例する 貯蔵コスト バ ッ クエ ンドコ ▲ 4 貯蔵コストが増えるとコスト（バックエンドコスト）は スト 輸送コスト バ ッ クエ ンドコ 増加する ▲ 4 スト 再処理コスト バ ッ クエ ンドコ 増加する ▲ 4 スト 処分コスト バ ッ クエ ンドコ 輸送コストが増えるとコスト（バックエンドコスト）は 再処理コストが増えるとコスト（バックエンドコスト） は増加する ▲ 4 スト 処分コストが増えるとコスト（バックエンドコスト）は 増加する 凡例（関係） “▲”：正の相関，“▼”：負の相関，“●”：関係あり（正負は不定） 凡例（強さ） “8”：非常に強い相関，“4”：強い相関，“2”：弱い相関，“1”：非常に弱い相関 “○”：上流側に応じて選択 5-68 3) 最適化問題の設定 z 問題の範囲 本問題では，本事業が廃棄物管理に係る最適化技術の構築を目的とすることを考慮し，以 下の核燃料サイクルの廃棄物処分の観点からの比較を行う。 • 現行サイクル：炉型は加圧水型軽水炉，再処理方法は PUREX 法とする • 先進サイクル：炉型はナトリウム冷却高速増殖炉，再処理方法は先進湿式法とする • 直接処分：炉型は現行サイクルと同じ加圧水型軽水炉とする 評価項目としては，処分概念の比較によく用いられ，かつ定量的データが公開されている， コスト，処分場面積，及び被ばく線量の 3 つを用いた。 最適化問題としては，各サイクルにより評価項目がどのように異なるかを効用関数（減少 関数）を用いて評価するとともに，評価項目間の重みも考慮して，総合評価が最大となるサイ クルを見出す多目的最適化問題とした。この際，評価項目の重み付けや採点は立場や思想等に より大きくばらつきくことを考慮し，重みをパラメータとして変え，各サイクルの評価が重み 空間内でどのように変化するかを調べる感度解析を行う。また，効用関数についても，線形関 数以外の関数型も用い，評価への影響を調べた。 z 問題の前提 再処理を行う現行サイクル及び先進サイクルについては，使用済燃料の全量を再処理し，直 接処分の場合は全量を直接処分すると仮定する。複数サイクルの組合せやその時間変化は考慮 しない。 また，廃棄物の貯蔵及び輸送については下記を仮定する。 ¾ 発電所内における使用済燃料の一時貯蔵は，3 サイクル共通とし，コストの違いはない として，評価項目の「コスト」には含めない。 ¾ 発電所以外の施設における使用済燃料の貯蔵は，直接処分の場合のみ考慮する。 ¾ 直接処分の場合，使用済燃料の廃棄体化は処分場で行い，廃棄体化後は直ぐに埋設する ものとする。したがって直接処分の場合，貯蔵コストとは発電所外の施設における使用 済燃料の貯蔵コストを指す。また輸送コストは，発電所から貯蔵施設までと貯蔵施設か ら処分場までの使用済燃料の輸送コストを指す。コストの内訳の考え方を表 5.3.4-2 と図 5.3.4-2 に示す。 ¾ ガラス固化体の貯蔵場所は，再処理施設側に併設されるとし，再処理施設から貯蔵施設 への輸送コストは考慮しない。したがって，現行及び先進サイクルの場合，貯蔵コスト とはガラス固化体の貯蔵コストを指す。また輸送コストは，発電所から再処理施設まで の使用済燃料の輸送コストと貯蔵施設から処分場までのガラス固化体の輸送コストを 指す。 ¾ ガラス固化体の輸送・貯蔵コストは，現行サイクルと先進サイクルで共通とする。 ¾ コスト単価は，割引率 0%の値とする。 5-69 表 5.3.4-2 現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較問題についての 各評価項目の内訳 コスト 直接処分 現行サイクル ・使用済燃料の貯 ・使用済燃料の輸送コスト（発電所から再 蔵，輸送，処分コ スト 先進サイクル 同左 処理施設） ・ガラス固化体の貯蔵コスト ・再処理施設の運転・解体廃棄物（ガラス 固化体，低レベル放射性廃棄物）の輸送， 処分コスト ・再処理施設の建設・運転・解体コスト 処分場面積 ・使用済燃料の処分 場面積 ・再処理施設の運転・解体廃棄物（ガラス 同左 固化体，低レベル放射性廃棄物）の処分 場面積 被ばく線量 ・使用済燃料の地層 処分 ・ガラス固化体の地層処分 ・TRU 廃棄物の地層処分 図 5.3.4-2 各評価項目の内訳を考える際に想定した廃棄物の流れ 5-70 同左 (2) 求解プロセス 求解プロセスでは，1) 性質・特徴の分析，2) 問題モデル化・定式化，3) 最適化手法の選択， 4) 求解，を行う。 1) 性質・特徴の分析 本問題は，廃棄物処分の観点から，コスト，処分場面積及び被ばく線量を評価項目として現行 サイクル，先進サイクル及び直接処分を評価し，最適決定を行う意思決定問題である。 本問題では，多属性効用解析法を用いた最適決定問題とし，評価の多様性を考慮して，基本的 な「線形効用関数＋等重率」ケースだけでなく，効用関数の関数型や評価項目間の重み付け比率 を変えて最適解への影響を調べる感度解析を行う。 2) 問題モデル化・定式化 本問題は，コスト，処分場面積及び被ばく線量を最小とする核燃料サイクルを選択する問題で ある。 以下の目的関数 を最大化する問題として定式化を行う。 z 目的関数 U(C,S,E)=wC uC (C)+wS uS (S)+wE uE (E) ここで， • コスト C，処分場面積 S，及び被ばく線量 E は独立であると仮定した • uC(C)，uS(S)，uE(E) はそれぞれコスト，処分場面積，被ばく線量の効用関数（効用関数 の値は大きいほど「好ましい」ことを意味する。本問題の評価項目である，コスト，処 分場面積，被ばく線量はいずれも小さいほうが好ましいので，効用関数は減少関数とな る。） • wC，wS，wE はそれぞれコスト，処分場面積，被ばく線量の重み（wC+wS+wE=1）。 評価項目の重み付けや，効用関数は，立場等により大きく変り得ることを考慮し，各評価項目 の重みは，wC+wS+wE=1 の制約のもと，それぞれ 0≦w≦1 の範囲で変化をさせて，目的関数最 大となるサイクルがどのように変化するかを調べた。 z 効用関数 効用関数としては，基本的な線形効用関数 ul(x)=(xmax-x)/ (xmax-xmin), （ただし x: C, S, E） の他に，非線形効用関数 ue(x;a)=(exp(a) – exp(a(x-xmin)/(xmax-xmin)))/(exp(a)-1) の場合についても計算を行い，関数型による影響を調べた。ここで，ue(x)は x の単調減少関数で， パラメータ a の正負により関数の凸凹性が変化する（a>0：上に凸，a<0：下に凸）（図 5.3.4-3）。 単調減少効用関数の凸凹性の意味を以下に簡単にまとめる。 ・効用関数 u(x)が上に凸（a>0）：リスク受容的 ¾ x が最悪値に近い領域の差が拡大される ¾ x が最良値に近い領域で大きく（すなわち悪く）なっても効用関数が下がりにくい ・効用関数 u(x)が下に凸（a<0）：リスク回避的 ¾ x が最良値に近い領域の差が拡大される ¾ x が最悪値に近い領域で大きく（すなわち悪く）なっても効用関数が下がりにくい 5-71 図 5.3.4-3 非線形効用関数 ue(x;a) （(a)a が正の場合は上に凸，(b)負の場合は下に凸な関数） z 廃棄物量，バックエンドコスト，処分場面積，被ばく線量のデータ バックエンドコスト，処分場面積，被ばく線量，及びこれらを算出するための廃棄物量のデー タは公開資料を基に設定した。データ設定の条件は下記の通りである。なお，評価（採点）は， 燃料 tHM あたりのデータを用いて行った（表 5.3.4-3，図 5.3.4-4）。 • 廃棄物の種類としては，使用済燃料及び再処理施設の運転・解体により発生する廃棄物（ガ ラス固化体，低レベル廃棄物）を扱う。使用済燃料の発生量は，現行サイクル及び直接処分 については 800 [tHM/y]23)，先進サイクルについては 200 [tHM/y]24)を仮定した。 · コストは，上記廃棄物の種類についての貯蔵，輸送，処分，再処理の 4 工程のコストについ て考慮する。 · 処分場面積は，高レベル放射性廃棄物（地層処分）だけでなく，低レベル放射性廃棄物（地 層処分，余裕深度処分，ピット処分）についても考慮する。 · 被ばく線量は，地層処分に起因する最大線量とする。直接処分については高レベル放射性廃 棄物（使用済燃料の地層処分），現行及び先進サイクルについては高レベル放射性廃棄物（ガ ラス固化体の地層処分）と低レベル廃棄物（TRU 廃棄物の地層処分）を考慮した。余裕深度 処分，ピット処分に起因する被ばく線量は，上記の地層処分相当の廃棄物よりも小さいため 考慮しないこととした。 図 5.3.4-4 のデータの傾向は以下の通りである。 x コストについては，直接処分は再処理がない分低く，現行サイクルと先進サイクルの違い 。 は，主に再処理コストの違いに起因する（PUREX 法 > 先進湿式法（NEXT 法）24）） x 処分場面積については，使用済燃料は発熱が大きいことの影響を受ける。一方，現行サイ クルと先進サイクルの差は小さい。 x 被ばく線量については，直接処分と現行サイクル（高レベル放射性廃棄物と TRU 廃棄物の 地層処分）は既存の評価例を参照した。一方，先進サイクルでの TRU 廃棄物の評価例はな い。そのため，現行サイクルでの TRU 廃棄物評価の結果（I-129 が支配的）と，現行サイ クルと先進サイクルでの使用済燃料中での I-129 の量の違いから，先進サイクルでの TRU 廃棄物からの I129 の線量を概算した。現行サイクル＜先進サイクルとなっているのは，先 5-72 進サイクルでの使用済燃料中での I-129 の量が高燃焼度のため多くなるためと考えられる。 x なお，利用可能なデータが単位重量や単位体積あたりのものが多いことなどから，本評価 ではデータ収集・整理の簡便性から「単位重量(tHM)」のデータを用いた評価を行ったが、 「単位発電量(kWh）あたり」のデータを用いることも可能と考えられる。 z 効用関数の定義域 各評価項目について設定したデータ範囲（表 5.3.4-3）を踏まえ，効用関数の定義域を以下のよ うな考え方で設定した（表 5.3.4-4，表 5.3.4-5）。 · バックエンドコスト ¾ 最良値：3 サイクルの貯蔵，輸送，再処理及び処分コストをそれぞれ比較し，最小値の和 を取ったもの ¾ 最悪値：最良値と同様に 3 サイクルの最大値の和を取ったもの · 処分場面積 ¾ 最良値：3 サイクルの高レベル放射性廃棄物，低レベル放射性廃棄物（地層処分，余裕深 度処分，ピット処分）の処分場面積を比較し，最小値の和を取ったもの ¾ 最悪値：最良値と同様に 3 サイクルの最大値の和を取ったもの · 被ばく線量 ¾ 最良値：0 ¾ 最悪値：処分場あたりの最大線量の最悪値を 10[μSv/y] と仮定し，これを 40 年分の使用 済燃料量 800[tHM/y]×40[y]=32000[tHM] で割ったもの 表 5.3.4-3 コスト，処分場面積，被ばく線量のデータ（燃料 tHM あたり） 直接処分 高レベル放射性廃棄物 低レベル放 射性 廃棄物 バック エンド コスト 地層処分 余裕深度処分 ピット処分 貯蔵 輸送 処分 再処理 合計 使用済燃料処分体 処分場 面積 被ばく 線量 ガラス固化体 地層処分 LLW 余裕深度処分 LLW ピット処分 LLW 合計 総線量の最大値 現行 サイクル 先進 サイクル 単位 22.11 0.19 0.18 [m3/tHM] 1.09 1.25 1.20 [本/tHM] 0.00 0.00 0.00 0.36 0.33 1.57 0.00 2.26 0.45 0.63 1.81 1.23 0.28 1.21 3.72 6.44 0.66 0.66 0.82 1.18 0.29 1.26 1.86 4.58 137.00 - - [m2/tHM] 0.00 0.00 0.00 137.00 55.50 3.92 0.63 1.32 61.37 [m2/tHM] 1.56E-04 6.27E-05 5-73 53.28 5.80 0.66 0.60 60.34 [m3/tHM] [m3/tHM] [m3/tHM] [億円/tHM] [億円/tHM] [億円/tHM] [億円/tHM] [億円/tHM] [m2/tHM] [m2/tHM] [m2/tHM] [m2/tHM] 参考文献 23), 24), 26) 24), 25), 27), 28) 25), 29) 24), 25), 29) 26) 8), 30) 25), 27) 1.18E-04 [μSV/y/tHM] 24), 26), 30), 31), 34) 図 5.3.4-4 コスト（合計），処分場面積（合計），被ばく線量のデータ（燃料 tHM あたり） 表 5.3.4-4 効用関数の定義域 最良値 バックエンドコスト [億円/tHM] 処分場面積 [m2/tHM] 最悪値 1.84 7.0 53.28 144.9 0.0 3.1E-4 被ばく線量 [μSv/y/tHM] 表 5.3.4-5 効用関数の定義域の設定で考慮したコスト及び処分場面積の データの最大値，最小値 最小値 バックエンド コスト [億円/tHM] 貯蔵 0.36 1.3 輸送 0.28 0.3 処分 1.2 1.6 再処理 0.0 3.8 53.28 137 地層処分 LLW 0.0 5.8 余裕深度処分 LLW 0.0 0.7 ピット処分 LLW 0.0 1.4 HLW 処分場面積 [m2/tHM] 最大値 3) 最適化手法の選択 本問題は，それぞれの評価項目について評価（採点）をしたうえで，評価項目の重みを加味し つつ採点結果を合計し，総合採点結果が最大となる手法を選択する問題であり，多属性効用解析 （MAUA:Multi-Attribute Utility Analysis）を用いた。解析は前述の効用関数や目的関数の計算を行 うのみであり特別なツールは必要なく，本年度はエクセルを用いた。 ここで，意思決定問題を扱う手法としては，他に AHP が考えられる。しかし，本問題における 各評価項目に対する評価基準や項目間の重み付けについては，これらを決定するための情報が不 足しているだけでなく，評価者による違いが大きいことが予想される。このようなケースでは， 結果が評価者の選択に大きく依存するが，偏りを避けるために多種多様な評価者へのインタビュ 5-74 ーを行っても，結果の正当性を高めることは難しい。したがって本問題では，多属性効用解析法 を用いた最適決定問題とし，評価の多様性を考慮して，基本的な「線形効用関数＋等重率」ケー スだけでなく，効用関数の関数型や評価項目間の重み付け比率を変えて最適解への影響を調べる 感度解析を行う。 4) 求解 評価項目（コスト，処分場面積，被ばく線量）について，効用関数と表 5.3.4-4 の効用関数の 定義域を用いて評価を行った。 各評価項目の重みはパラメータとし，wC+wS+wE=1 の条件下でそれぞれ 0 から 1 の範囲を 0.1 刻みで変化させ，それぞれの重み比率ごとに各サイクルの目的関数を計算し，どのサイクルが選 択されるか（目的関数が最大となるか）を求めて，三角グラフで示した（図 5.3.4-5）。三角グラ フは，3 つの構成要素の比率を表わし，三角形の頂点は，3 つの評価項目のうち 1 つだけを考慮す る場合（1 つの評価項目の重みを 1 とする場合）に対応する。各頂点における重み比率 (wC, wS, wE) は，上から時計回りにそれぞれ (1,0,0)＝コストのみ重視，(0,1,0)＝処分場面積のみ重視，(0,0,1) ＝被ばく線量のみ重視，となっている。また，辺上の点は 2 つの評価項目のみを考慮する場合（1 つの評価項目の重みが 0 の場合）に，中心付近は 3 つの評価項目の組合せを考慮する場合に相当 する。 コスト 重視 目的関数が最も大きい サイクルを表示 (wC, wS, wE) =(0.5, 0.3, 0.2) コスト重視 ● 直接 ● 現⾏ ● 先進 (wC, wS, wE) =(0.2, 0.8, 0.0) 被ばく 線量重視 被ばく線量重み 面積 重視 被ばく線量重み 図 5.3.4-5 三角グラフによる評価項目（コスト，処分場面積，被ばく線量）についての 目的関数の評価結果の表示方法 効用関数の関数型によるサイクル選択への影響を調べるため，以下のケースについて計算を行 った。 • 線形ケース：線形効用関数 ul(x)を用いた場合 • 非線形ケース 1：非線形効用関数 ue(x)を用いた場合。但し全ての評価項目でパラメータ a は同じ値を用いる。 (1) a>0，上に凸な効用関数 (2) a<0，下に凸な効用関数 • 非線形ケース 2：評価項目を環境負荷（処分場面積及び被ばく線量）とコストの 2 つにグル ープ分けし，それぞれに異なる凸凹性の効用関数を用いる。 パターン(1) コストは a=5，環境負荷（処分場面積及び被ばく線量）は a=-5 コストの増加には寛容，環境負荷の増加にはシビアな場合 パターン(2) コストは a=-5，環境負荷（処分場面積及び被ばく線量）は a=5 5-75 コストの増加にはシビア，環境負荷の増加には寛容な場合 まず，基本の「線形ケース」の結果を以下に示す。 各評価項目の評価値（表 5.3.4-6）を用い，重み比率を変えた場合の各サイクルの目的関数の振 舞いを図 5.3.4-6 に示す。現行サイクルと先進サイクルについては，コスト重視の場合の目的関数 が小さく，処分場面積と被ばく線量を重視した場合に目的関数が大きくなっている。一方，直接 処分については，コスト重視の場合の目的関数が大きく，処分場面積を重視する場合には目的関 数が小さい。 それぞれの重み比率で，目的関数が最も大きいサイクルを描いたもの，すなわち重み平面内で の各サイクルが選択される領域を表わしたのが図 5.3.4-7 である。コストの重みが大きい場合（三 角グラフ上部）には最もコストが安い直接処分が，被ばく線量の重みが大きい場合（三角グラフ 左下部）には最も被ばく線量が小さい現行サイクルが選択されており，直感と矛盾のない結果が 得られている。一方，処分場面積の重みが大きい領域（三角グラフ右下部）には，グラフの右下 頂点，すなわち面積の重みが 1 の場合には最も面積が小さい先進サイクルが選択されているが， 現行サイクルとの面積差が小さいため，必ずしも先進サイクルだけが選択されるわけではない。 表 5.3.4-6 線形効用関数を用いた場合の各評価項目の評価値 直接処分 現行サイクル 先進サイクル コスト 0.919 0.108 0.469 処分場面積 0.086 0.912 0.923 被ばく線量 0.688 0.875 0.763 直接処分 現⾏サイクル 先進サイクル 被ばく線量重み 目的関数 U 図 5.3.4-6 重み比率を変えた場合の各サイクルの目的関数（線形ケース） コスト 重視 被ばく 線量重視 ● 直接処分 ● 現⾏サイクル ● 先進サイクル 面積 重視 被ばく線量重み 図 5.3.4-7 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（線形ケース） 5-76 次に「非線形ケース 1」の結果を示す。 効用関数として ue(x)を用い，線形効用関数の場合と同様に重み比率を変えて目的関数の計算を 行った。パラメータ a の値は 3 つの評価項目全てについて同じ値とした。 a=5 と a=-5 のそれぞれの場合の各評価項目の評価値を表 5.3.4-7 に，各サイクルの選択領域を 図 5.3.4-8 に示した。三角グラフの頂点は，効用関数の凸凹性によらずそれぞれの評価項目の評価 値が最も大きいサイクルが選ばれている。また辺上，すなわち両端 2 つの評価項目のみを考慮す る場合も凸凹性による影響は小さい。しかし，三角グラフ中心部でどのサイクルが選択されるか については，効用関数の関数型や定義域に大きく依存することがわかる。a=5 と a=-5 での現行サ イクルが選択される範囲の違いは，主に被ばく線量の評価値の差に依る。現行サイクルは被ばく 線量による評価では最も優位であるが，a=5 の場合はサイクル間の差が出ないため，サイクルの 選択は主に他の 2 つの評価項目によって決定し，コストと面積両方の評価が高い先進サイクルが 選択される領域が大きい。しかし a=-5 では被ばく線量の評価値の差が拡大するため，被ばく線量 の低い現行サイクルの選択される領域が拡大する。 表 5.3.4-7 非線形効用関数を用いた場合の各評価項目の評価値 a=5 a=-5 直接処分 現行 サイクル 先進 サイクル 0.910 0.663 0.005 0.064 0.996 0.997 0.004 0.641 0.678 0.994 0.985 0.204 0.531 0.301 a=-5 ● 直接処分 ● 現⾏サイクル ● 先進サイクル 直接処分 現行 サイクル 先進 サイクル コスト 0.997 0.420 処分場面積 0.353 被ばく線量 0.974 コスト 重視 a=5 線形 被ばく 線量重視 面積 重視 被ばく線量重み リスク受容的 リスク回避的 図 5.3.4-8 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（非線形ケース 1） 「非線形ケース 2」では，評価項目を，環境負荷（処分場面積及び被ばく線量）とコストの 2 つのグループに分けて，効用関数の性質（a の正負）を変えて同様の計算を行った（図 5.3.4-9）。 このケースでは直接処分の占める領域が最も顕著に変化している。すなわち，線形効用関数の場 合（図 5.3.4-9 中央）に対して，パターン(1)（コストの増加には寛容，環境負荷の増加にはシビア な場合：図 5.3.4-9 左）では，直接処分は処分場面積，被ばく線量ともに大きいため選択される領 域が減っており，パターン(2)（コストの増加にはシビア，環境負荷の増加には寛容な場合：図 5.3.4-9 右）では直接処分のコストが安いため選択される領域が増えている。 5-77 コスト 重視 (1) (2) ● 直接処分 ● 現⾏サイクル ● 先進サイクル 線形 被ばく 線量重視 面積 重視 被ばく線量重み 図 5.3.4-9 重み比率を変えた場合に選択されるサイクル（非線形ケース 2） (3) 適用性評価プロセス 本問題では，廃棄物処分の観点から，バックエンドコスト，処分場面積及び被ばく線量を評価 項目として現行サイクル，先進サイクル及び直接処分を評価し，最適決定を行う意思決定問題の 解析を行った。その際，評価の多様性を考慮し，基本的な「線形効用関数＋等重率」ケースだけ でなく，効用関数の関数型や評価項目間の重み付け比率を変えて感度解析を行い，最適解への影 響を調べた。なお，本事例検討では，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチ を具体的に検討することに重点をおいて検討を行った。 「線形ケース」， 「非線形ケース 1」， 「非線形ケース 2」のいずれのケースについても，単一の評 価項目のみでサイクルを評価した場合（三角グラフの頂点に対応）には，その評価項目の評価値 が最も大きなサイクルが最適と選択されている。 しかし，三角形の内部（3 つの評価項目の重みのバランスを考慮する領域）では，各サイクル が最適となる領域分けは，各頂点から距離に応じて重み平面（三角形）を三等分するといった単 純なものにはならず，効用関数の関数型に依り大きく変化することがわかった。特に，現行サイ クルと先進サイクルについては，評価項目の値の差が小さく，その結果として効用関数値の差も 小さいため，どちらが優位になるかは効用関数の定義域の取り方や表現方法（線形，対数）によ っても影響を受ける可能性がある。評価項目間で効用関数の値のバランスが極端に崩れることが ないように定義域の取り方や表現方法を設定する必要があると考えられる。 本年度検討では，3 つのサイクルについて廃棄物処分の観点からの比較を行ったが，本解析の 考え方，モデル，定式化は，コスト等各評価項目のデータ算出条件が異なる場合や，評価項目自 体を変更する場合でも適用可能である。したがって，適切な評価項目とそのデータが得られれば フロントエンドを含めた核燃料サイクルの比較や，サイクル選択に留まらず他の意思決定問題に も適用が可能であると考えられる。 また，誤りの混入箇所分析を行った。その結果は以下の通りであり，特に誤りはないものと判 断した。 (ア) 問題分析の誤り 設定した決定変数（選択肢となる核燃料サイクル）に対して，当問題の意図を正しく反 映し，自明なケースにおいて矛盾のない解が得られていることから，問題分析に誤りはな いと考えられる。 (イ) 問題のモデル化・定式化の誤り 設定した決定変数に対して，仮定に応じた最適解が得られており，計算結果も矛盾のな 5-78 いものとなっていることから，問題のモデル化・定式化に誤りはないと考えられる。 (ウ) 最適化手法の誤り 設定した決定変数に対して，感度解析の実施により仮定に応じた最適な解が得られてい ることから，最適化手法の選択に誤りはないと考えられる。 また，本問題の発展的な展開あるいは他の類似した問題への応用的な展開として以下のことが 考えられる。 z 本問題では，使用済燃料及び再処理施設から発生する廃棄物（ガラス固化体，低レベル放射 性廃棄物）のみを考慮したが，本問題でのモデルや定式化は，以下の観点を考慮するなどし て，より現実的な問題に発展的に適用していくことが可能と考えられる（ただし，実施の可 否は条件設定に利用可能な情報の有無等に大きく依存する）。 x 廃棄物全体を考慮した比較 発電所廃棄物，燃料製造施設の廃棄物を含めた廃棄物全体を考慮した比較が考えら れる。その場合，単位発電量あたりで規格化することになる。 x 処分シナリオオプションを考慮した比較 貯蔵期間の変更や長期貯蔵等を含む複数の処分シナリオのオプションを考慮した 比較が考えられる。この場合，5.3.4 項で検討した貯蔵期間の最適化問題（No.9）の検 討結果が活用可能と考えられる。 x 核燃料サイクルの技術オプションを考慮した比較 ガラス固化体の高減容化や発熱性の Cs や Sr を回収した場合の廃棄体（Cs-Sr 焼結 体）の発生などの先進サイクルに係る技術オプションの効果を考慮した検討が考えら れる。この場合，平成 23 年度に検討したサイクルオプションの最適化問題 5)（表 5.3.1-1 の No.10 に相当）の検討結果が活用可能と考えられる。 x 核燃料サイクルのシナリオオプションを考慮した比較 現行サイクル，先進サイクル，直接処分の導入シナリオは，単独ではなく実際には 複数のサイクルの組合せとなると考えられるため，各サイクルの割合を変えた場合（例 えば，現行サイクル：直接処分＝100：0，50：50，0：100 等）の違い等を検討するこ とで，今後の導入シナリオの判断に資する知見になると考えられる。 z さらに，以下のようなより複雑な問題への展開，あるいは類似の考え方が適用できる異なる 対象への応用的展開も考えられる。 x 高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 25)，や高速増殖炉サイクル実用化研究開発 32） で検討された多様な先進サイクルの技術オプションについて，そこでの検討成果を活用 しながら核燃料サイクル全体を考慮した評価項目を追加することで，本問題での考え方 やモデル・定式化を基本としつつ，廃棄物管理の部分を詳細化した検討としていくこと が可能であると考えられる。 x 諸外国で検討されているサイクル及び技術オプションとの比較も通じて日本のサイクル の強み・弱みを分析するために本問題の考え方やモデル・定式化を活用することで，国 内でアピールできる点や今後の課題等を把握することが可能であると考えられる。これ については諸外国での放射性廃棄物量やコスト等に着目した OECD/NEA の検討 33)等が 参考になると考えられる。 x 処理・処分すべき廃棄物の種類や量は，今後検討・策定される原子力政策や処理・処分 シナリオによって大きく変わる可能性がある。また，福島第一の事故廃棄物の処理・処 分についても今後そのあり方等についての議論が行われ，複数のシナリオを検討する必 5-79 要が生ずると考えら得る。本問題の考え方やモデル・定式化をこれら問題に応用的に展 開することで，シナリオを合理的に検討するさらには選択する際の知見の提供に資する ことができると考えられる。 x 本問題では，評価項目の重み付けや効用関数の関数型を変えることが核燃料サイクルの 評価結果にどのような影響を与えるかに着目した感度解析を行った。実際に意思決定を 行う際には，ステークホルダーにインタビュー等を行い重みや関数形等を決定する必要 があり，そこで得られた重みや関数型が大きなばらつきを有する場合が想定される。そ のため，本問題で行なったような，重みや関数型のばらつきが評価結果に与える影響を 事前に感度解析を通じて把握することで，意見のばらつきが核燃料サイクルの選択へ与 える影響を客観的に評価できるようにすること，あるいは評価結果への影響が大きな重 みや関数型に重点を置いたインタビューを工夫することなどが可能であると考えられ る。 5-80 5.3.5 最適化事例ベース 本項では，以下を目的とした事例ベースについて述べる。 x 5.3.2 項～5.3.4 項で実施したような最適化問題の事例検討の作業過程や結果を記録・保存す ること。 x ユーザーが新たに最適化問題に取り組もうとする際に既存の事例を参照することができる ようにすること。 事例ベースの整備方法は，5.2.3 項で述べたように，事例ベースの統一的なフォーマット（目次 と記載事項：表 5.2.3-1 参照）に沿って事例検討の作業過程や結果を記録・保存することで実施す る。さらに，問題分析支援ツールの事例ベース登録用レポート出力機能（5.2.3 項及び表 5.2.3-2 参照）を用いて，問題分析プロセス部分についての入力情報や分析結果を事例ベースのフォーマ ットに沿って出力することで，事例ベースの作成を効率的に実施することができる。 本年度は以下の 5 件の最適化問題について事例ベースを作成した（5.3.1 項参照）。 • No.4：異種廃棄体定置最適化（本年度事例検討実施：5.3.2 項参照） • No.9：核燃料サイクル全体としての合理化（本年度事例検討実施：5.3.3 項参照） • No.11：現行サイクル，先進サイクル，及び直接処分の比較（本年度事例検討実施：5.3.4 項参照） • No.1：人工バリアの個別構成要素の選択（過年度事例検討実施） • No.10：再処理での MA 回収・FP 分離の組合せ（過年度事例検討実施） 以下では，最適化問題 No.4 を対象に作成した事例ベースを例に，どのような構成でどのような 内容を参考できるかを概説する。また，5 件全ての事例ベースを付録 11 に示す。 なお，これら事例ベースは，統合・利用支援環境（6.3 節）において管理することで，ユーザー により適宜参照可能とする。今後，最適化問題の事例検討が拡充されれば，統合・利用支援環境 に事例として登録することで事例ベースが充実していくこととなる。 事例ベースの構成は表 5.2.3-1 に示した目次に沿ったものであり，目次ごとに指定された記載事 項を記入していく。図 5.3.5-1 に，最適化問題 No.4 を例に，事例ベースの内容イメージとあわせ て事例ベース登録用レポート出力機能の活用イメージを示す。 本年度の事例ベース作成を通じて，統一フォーマットと事例ベース登録用レポート出力機能の 整備により，事例ベース作成が効率的に実施できることを確認した。一方，以下のような観点か ら，事例検討の実施ユーザーと参照ユーザーのニーズの適切なバランスをとることが課題として 挙げられた。 x 最適化問題の事例検討を実施するユーザーにおいては，作業経緯や結果を事細かく記録す ることは大きな負担になる。 x 事例を参照するユーザーにとっては，作業経緯や結果が事細かく記録されていることは， 豊富な情報があることで作業経緯や結果を細かく確認することができる点は利点である が，情報が多すぎることで逆に全体の流れなど見えにくくなるという問題も生じ得る。 この課題について，現段階で明確な対策を設定することは難しく，最適化問題の事例検討の経 験を積み挙げていくなかで，なるべく多くのユーザー（実施ユーザー，参照ユーザー）にとって 合理的となる記録の詳細度等を見出していく必要がある。 5-81 図 5.3.5-1 事例ベースの内容イメージと事例ベース登録用レポート出力機能の活用イメージ （最適化問題 No.4 の例） 5-82 5.4 まとめ 「最適化技術の開発」では， 「最適化プロセスと支援ツール」の開発・整備，及び「最適化問題 の事例検討」の整備を行い，事業の進展に応じた処分概念や核燃料サイクルの最適化，または， 合理的なオプション選択のための意思決定や合意形成などを可能とする情報・技術の体系の構築 を目的とした。 その結果，以下の技術・知見の体系（最適化技術）の実用版を整備することができた。また， 「6 章 統合・利用支援環境の開発」で述べる利用シナリオや統合・利用支援環境の整備を通じて， これら成果を統合しパッケージ的に利用できるようにした（最適化技術パッケージ）。 • 最適化プロセスと支援ツール： 最適化に係わる検討を行ううえでの基盤となる最適化プロセスの手順を整備するとともに， 最適化プロセス支援ツールとして，問題分析プロセスで行う問題の定義や構造化に係る作業を 支援するツール（問題分析支援ツール），求解プロセスで行う最適化手法の選定に係る作業を 支援するツール（最適化手法選択支援ツール）の整備を行った。本年度は特に，支援ツールで の作業内容や根拠情報の記録保存機能の充実，作業結果の見やすさの向上及び作業結果を事例 ベースのコンテンツとして直接出力できるようにする機能の整備等を行うことで，最適化プロ セスと支援ツールを実用版としてユーザーにとって使いやすいものとした。 • 最適化問題の事例検討： 事例検討として，最適決定を試行しつつ，問題の考え方や求解のアプローチを具体的に検討 することに重点をおいた検討を行った。さらに，ユーザーが新規の最適化検討を行う際に，検 討経緯の追跡性・透明性を確保しつつ効率的に行えるようにするための参考あるいはひな形と して活用できる事例ベースの整備を行った。本年度は特に，最適化問題候補についての問題の 特徴や解法の特徴に基づく類型化を行い，優先的に検討・整備すべき問題に対しての事例検討 を上記で整備した最適化プロセスと支援ツールを活用して行った。その結果，5 つの事例検討 についての検討内容，判断，結果等を，最適化プロセスの作業項目に沿って整理することで， ユーザーが理解しやすい構成の事例ベースを作成した。 5-83 参考文献（5 章） 1) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 19 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄物 処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/19fy5.pdf (2008). 2) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 20 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄物 処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/20fy5.pdf (2009). 3) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 21 年度地層処分技術調査等委託費高レベル放射性廃棄物 処分関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-05/21fy5.pdf (2010). 4) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 22 年度地層処分技術調査等委託費，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書” http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/22-5.pdf (2011). 5) 経済産業省資源エネルギー庁： “平成 23 年度地層処分技術調査等事業，高レベル放射性廃棄物 処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書“, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 6) 寺野寿郎：「システム工学入門―あいまい問題への挑戦」 ，共立出版 (1985). 7) 木下栄蔵：「入門 数理モデル―評価と決定のテクニック」，日科技連出版社 (2001). 8) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 2 地層処分の工学技術”, JNC TN1400 99-022 (1999). 9) 福島雅夫：「数理計画入門」，朝倉書店 (2011). 10) 今野浩，鈴木久敏：「整数計画法と組み合わせ最適化」，日科技連出版社 (1982). 11) 坂和正敏：「離散システムの最適化<一目的から多目的へ>」，森北出版 (2000). 12) G.L.Nemhauser and L.A.Wolsey：“Integer and Combinational Optimization”，John Wiley & Sons (1988). 13) NUOPT_SIMPLE_マニュアル（http://www.msi.co.jp/nuopt/download/manual/index.html）. 14) NUOPT：http://www.msi.co.jp/nuopt/products/index.html. 15) 総合資源エネルギー調査会電気事業分科会原子力発電投資環境整備小委員会：“（第６回）資 料 3「原子力発電施設廃止措置費用の過不足について」（補足資料）”， http://www.meti.go.jp/committee/materials/g70314bj.html (2007). 16) 技術等検討小委員会：“核燃料サイクルの諸量・経済性評価について（解説資料）”(2012). 17) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 フェーズ II 技術検討 書”，JAEA-Research 2006-044 (2006). 18) 電気事業連合会：“原子燃料サイクルのバッエンド事業コストの見積もりについて，資料 1-4 返還廃棄物管理費用の見積もりについて”, 総合エネルギー調査会電気事業分科コスト等検 討小委員会 (2004). 19) 原子力発電環境整備機構：“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性 －「処分場の概 要」の説明資料－”，NUMO-TR-04-01 (2004). 20) 原子力発電環境整備機構：“地層処分低レベル放射性廃棄物に関わる処分の技術と安全性”， NUMO-TR-10-03 (2010). 21) 六ヶ所低レベル放射性廃棄物埋設センターホームページ 5-84 （http://www.jnfl.co.jp/transport-schedule/low.html）. 22) 電力中央研究所：“廃止措置工事環境影響評価ハンドブック（第 2 次版）” (2002). 23) 電気事業連合会 ： “原子燃料サイクルのバックエンド事業コスト見積もりについて，資料 1-1 再処理施設の操業費用について”, 総合エネルギー調査会電気事業分科コスト等検討小委員 会 (2004). 24) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 フェーズ II 技術検討 書 －(2) 燃料サイクルシステム－”，JAEA-Research 2006-043 (2006). 25) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究 フェーズ II 技術検討 書 －(3) 総合評価－”，JAEA-Research 2006-044 (2006). 26) 原子力委員会 新計画策定会議 技術検討小委員会： “基本シナリオの核燃料サイクルコスト比 較に関する報告書” (2004). 27) 技術等検討小委員会：“核燃料サイクルの諸量・経済性評価について（解説資料）” (2012). 28) 電気事業連合会 ： “原子燃料サイクルのバックエンド事業コスト見積もりについて，資料 1-2 再処理施設の廃止措置費用について”, 総合エネルギー調査会電気事業分科コスト等検討小 委員会 (2004). 29) 技術等検討小委員会：“ 第 3 回資料 1-1「核燃料サイクルコストの試算」” (2011). 30) 日本原子力研究開発機構： “日本原子力研究開発機構における長寿命核種の分離変換技術に関 する研究開発の現状と今後進め方” ，JAEA-Review 2008-074 (2008). 31) 電気事業連合会，核燃料サイクル開発機構：“TRU 廃棄物処分技術検討書 －第 2 次 TRU 廃 棄物処分研究開発取りまとめ－”，JNC-TY1400-2005-013 (2005). 32) 日本原子力研究開発機構：“高速増殖炉サイクル実用化研究開発 －フェーズⅠ 報告書－”， JAEA-Evaluation2011-003 (2011). 33) OECD/NEA ：“Advanced Nuclear Fuel Cycles and Radioactive Waste Management” (2006). 34) 核燃料サイクル開発機構：“わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－ 地層処分研究開発第 2 次取りまとめ－分冊 3 地層処分システムの安全評価”, JNC TN1400 99-023 (1999). 5-85 6. 統合・利用支援環境の開発 6.1 本研究の目的と実施事項 6.1.1 本研究の目的 本事業においては，軽水炉サイクルから先進サイクルまでを対象とした，処分概念評価，性 能評価，廃棄物特性評価及び最適化検討のための複数の要素技術（ツールやデータベース等）を 開発する（1 章参照）。ここで，各要素技術は，分野固有の専門的な内容を多く取り扱い，また 利用の前提となる知識を必要とすると考えられることから，本事業の成果を地層処分や核燃料サ イクルの研究開発及び事業推進などに効果的に反映するためには，本事業の直接の関係者以外で も広く円滑に利用できるようにしておくことが重要である。また，5.1 節でも述べたように，最 適化検討において本事業の成果を集約的に利用することを支援できるようにしておくことも必要 となる。 そのため，処分概念評価，性能評価，廃棄物特性評価及び最適化検討のそれぞれに係わる要 素技術の検討（2 章～5 章）と並行して，複数の技術を統合的に利用・管理するための支援環境の 整備の検討を行っている 1),2),3),4),5) 。具体的には，本事業で開発する技術を，多様な利用者に対し て利便性の高いものとし，またそれを通じた利用者間の技術・知見の共有やコミュニケーション の促進にも寄与できるように，情報の参照，技術の利用，それらを組み合わせた複合的な作業の 実施等についてのパターンの分析とそのような利用形態の実現方法などの検討も含めて，技術の 統合及び利用を支援する機能と環境（以下，統合・利用支援環境）を整備する。 本研究の最終目標は，上記の目的のもとに以下を要素とする統合・利用支援環境（図 6.1.1-1） を構築することにある。 • ユーザーによる本事業の個々の成果（ツールやデータベース等）の利用パターンを，「ユ ーザーが何をできるか」と「そのためにはどのツールやどのデータベースをどのように使 えばいいか」を表現する利用シナリオとして整理する。 • 本事業の個々の成果を，統合・利用支援環境上のメニューあるいは上記の利用シナリオか ら容易にアクセス（参照・利用）できる機能を整備する。あわせて，統合・利用支援環境 からアクセスしやすい形で本事業の個々の成果を整理する。 • 上記のようなアクセスのしやすさに着眼した機能や環境の整備とともに，本事業の成果を 利用する際に参考となる情報（利用マニュアル等）を整備し，これらについても統合・利 用支援環境からアクセス（参照・利用）しやすい機能と環境を整備する。 • 本事業の成果を多様な利用者に使ってもらえるようにするための公開方法や要件を検討し， 本事業の個々の最終成果を統合・利用支援環境のもとで利用できる形で提示する。 統合・利用支援環境の整備により，処分概念評価，性能評価，廃棄物特性評価及び最適化検討 のそれぞれで開発してきた複数の要素技術について，各分野ごとのまとまりとしての統合と管理 （技術パッケージ化）が実現され，また，個々の技術の利用（個別利用）及び分野横断的な連携 を含む複数の技術の利用（連携利用）を支援することが可能になる。 6-1 成果（技術，ツール，データベース） 利用ニーズ・パターンの整理 （→利用シナリオ） 技術，ツール，データベース へのアクセス環境の整備 （→ポータルサイト） 利用シナリオの電子化 （→シナリオフローチャート） (1)～(4)の成果の体系化，ユーザ利用支援 （→統合・利用支援環境） 図 6.1.1-1 統合・利用支援環境の全体像 以下，本年度の主な実施事項を 6.1.2 項に，統合・利用支援環境に係る検討の詳細内容をそれ ぞれ 6.2 節以降で述べる。 • 利用シナリオの分析・整備（6.2 節） • 統合・利用支援環境の実装（6.3 節） • まとめ（6.4 節） また，本研究の以下の成果は付録に整理した。 • ツール：付録 15（DVD） • ツールの利用マニュアル：付録 15（DVD） • 利用シナリオ画面一覧：付録 12 • 統合・利用支援環境メニュー画面一覧：付録 13 • 用語集：付録 14，付録 15（DVD） 6-2 6.1.2 本年度の実施事項 (1) 平成 23 年度までの成果と課題 1),2),3),4),5) 平成 20 年度までは，最も利用頻度の高いと想定される地層処分に関する専門家（事業者，規 制者，研究者等）を対象とした利用ニーズの調査・分析と，それに基づく統合・利用のための支 援環境に求められる要件の検討を行った。平成 21 年度からは，利用ニーズの分析をさらに進め 支援環境の要件のより詳細な整理を行うとともに，各要素技術のプロトタイプの整備状況と照ら しながら，支援環境の要件と各技術の機能等との比較を行い，各技術の開発の方向性を想定され る利用者のニーズに沿ったものとするための課題の具体化を進めた。あわせて，各技術を個別に 利用する場合と連携させて利用する場合を想定しつつ，その運用に必要な支援機能や環境の構築 に係る検討を行い，部分的かつ段階的にプロトタイプの開発と改良・高度化を行い，実現性や有 効性の検討を行ってきた。 (2) 本年度の主な実施事項 本年度は，平成 23 年度までの成果及びそこで同定された課題を踏まえ，またユーザーの利用 ニーズに基づく優先度を明らかにしつつ，統合・利用支援環境の実用版の作成に向けて，主に以 下の項目についての検討を進めることとした。なお，これらの検討は，2 章～5 章で示す本年度 の個々の最終成果の達成状況にも留意しつつ実施した。 • 利用シナリオの分析・整備（6.2 節） 平成 23 年度までに調査・分析した利用ニーズ及び各要素技術の最終成果の達成状況を踏 まえた，各技術の個別利用シナリオ，連携利用シナリオの整理・見直しを行い，利用シナ リオの整備を行う。さらに，それら利用シナリオ一式をフローチャートとして整備し，あ わせてフローチャートと各要素技術とのリンクを含む電子化を実現する（図 6.1.2-1）。 図 6.1.2-1 利用シナリオの具体化と役割のイメージ 6-3 • 統合・利用支援環境の実装（6.3 節） 上記利用シナリオに沿った各要素技術の利用を支援するための実効的な機能や環境とし て，独自に開発されたことでインターフェイスや実働環境（OS 等）等が異なる複数の技術 の統一的な利用を可能とするためのポータルサイトの整備を行う。さらに，各技術の利用 の支援・促進に役立つ情報（利用マニュアル等）を提供するためのコンテンツの整備とポー タルサイト上での機能の実装を行う。これらを通じて，本事業で開発した各技術の利用を 支援できる統合・利用支援環境を実現する。 • まとめ（6.4 節） 本年度までの実施内容及び成果を踏まえて，実用版として整備した統合・利用支援環境 を総括する。 6-4 6.2 利用シナリオの分析・整備 統合・利用環境は，開発したツールやデータベース及びそれらに関連する情報（利用マニュア ル等）を，ユーザーが使いやすい形で提供することを目的としている。その実現のひとつのアプ ローチとして，「ユーザーが何をしたいか」を起点として，そのためには「どのツールやどのデ ータベースをどのように使えばいいか」というストーリーを事前に抽出・整理し，それをシナリ オの形で提供することが効果的であると考えた。このようなシナリオを整備することで，ユーザ ーはツールやデータベースで何ができるかを一望できるようになる。このことはユーザーにとっ て以下の利点があると考えられる： · ユーザーのやりたいことが「できるかどうか」を確認できる。 · ユーザーのやりたいことをやるために「何を使えばいいか」が把握できる。 · ユーザーのやりたいことをやるために「何をすればいいか」が把握できる · ユーザーが「やってみたいこと」を見つけることができる。 ただし，ユーザーがやりたいと思うことの可能性は非常に多いと考えられ，その全てをシナリ オの形に整理することは合理的ではない。そこで，比較的少数のシナリオでツールやデータベー スで何ができるかを一望できるように，ユーザーがやりたいと思う可能性のあることを広く抽 出・分析したうえで，類型化による絞り込み，あるいは代表性の高いものの選択等を行うことと した。 平成 23 年度までに，上記考え方でのシナリオの抽出・分析を進めてきたが，本年度は，ツー ルやデータベースの実用版で実現する機能やコンテンツの最新情報を踏まえ，またレビュー（付 録 2 参照）におけるユーザーの意見や興味なども参考にしつつ，類型化による絞り込みや代表性 の高いものの選択を行った。また，整理したシナリオはフローチャート形式で表現するとした。 6.2.1 項に個別利用シナリオを 6.2.2 項に連携利用シナリオを示す。また，シナリオをユーザー にとって使いやすくするために電子化（フローチャートとツールやデータベースとのリンク）を 行っており，その結果を「6.3.3 利用シナリオの利用支援」に示す。 6-5 6.2.1 個別利用シナリオの分析・整備 本項では個別利用シナリオの分析と整備について述べる。 個別利用シナリオは，個々のツールやデータベースを対象にするシナリオであり，その分析・ 整備は以下の考え方で行った。 · ツールについては，ツールを使った評価の基本となる操作手順をシナリオとして表現した （廃棄物特性定量評価ツール，電子性能評価レポート（e-PAR））。これはレビューにおい てユーザーに最初に説明を求められたことでもあり，操作の基本を示すことでツールの基 本機能を示すことになることからも有用と考えられる。 · データベースについては，ユーザーの見やすさの観点から行った構成や画面遷移の見直し 結果を踏まえ，またレビューでのユーザーの使い方のパターンを参考に，データベースで の概要的な情報からより詳細な情報への展開をシナリオとして表現した（処分概念データ ベース，廃棄物特性データベース） · ツール，データベース以外の検討の手順等をまとめたもの（処分概念適用性評価支援フレ ーム，課題探索的性能評価フレーム，最適化プロセス等）については，ツールと同様の考 え方で，基本となる検討手順をシナリオとして表現した。 次に，上記の考え方で抽出・整理した複数のシナリオをユーザーが参照しやすい形で分類・整 理するとともに，ユーザーが興味を持ったシナリオにアクセスしやすい環境を整えた。まず，シ ナリオを，処分概念評価技術，廃棄物特性定量評価技術，性能評価技術，最適化技術という関係 する技術分野の違いで分類した。あわせて，各技術の中に含まれるシナリオを，「データを知り たい」に関係するか「評価を行いたい」に関係するか等の種類で分類した。このような整理をす ることで，技術分野の違いと種類の違いの組合せで「どの技術分野についてどのようなことがで きることを示すシナリオか」を系統的に整理することができる。このような系統的な整理の結果 を，ユーザーと個々のシナリオをつなぐインターフェイス的な役割で活用するために「分岐シナ リオ」を設定した。 本年度の分析・整備を通じて設定した個別利用シナリオの一覧を表 6.2.1-1 に，分岐シナリオ や個別利用シナリオのフローチャートについて廃棄物特性評価技術を例として図 6.2.1-1～2 に示 す。 また，分岐シナリオと個別利用シナリオの電子化の例を 6.3.3 項に，作成した全ての分岐シナ リオと個別利用シナリオを付録 12 に示す。 分岐シナリオのフローチャートでは，まずユーザーがやりたいことを選択肢的に記載し，その 下段に各選択肢に関係する個別シナリオを表示している（図 6.2.1-1）。下段に示された個別シナ リオを選択することで，個別シナリオのフローチャートが表示される。すなわち，分岐シナリオ は個別利用シナリオへのアクセスの起点となる。 各個別シナリオのフローチャートでは，その実施で用いるツールやデータベースがある場合に はそれを起動する要素を最初に配置する。その後，どのような手順で検討を進めるかをフローチ ャートの形式で表現する。フローチャートの要素としては，ツールやデータベースの機能を用い るものとユーザーが実施するアクション等があるため，それらの違いをユーザーが識別しやすい ように図 6.2.1-3 に示す汎用で区別した。また，各要素の名称だけでは実際に何を行うべきか分 かりにくい場合には，吹き出しで補足的な説明を付けた。 6-6 表 6.2.1-1 個別利用シナリオの一覧 技術分類 処分概念評価技術 廃棄物特性 評価技術 性能評価技術 最適化技術 個別利用シナリオの名称 分岐シナリオ ① 処分概念に関するデータの参照 ② 処分概念に関する評価の実施 分岐シナリオ ① サイクル条件・廃棄物特性に関するデータの参照 ② 廃棄物特性に関する関連・分析情報の参照 ③ 廃棄物特性に関する定量的評価の実施 分岐シナリオ ① 既存の性能評価解析結果の参照 ② 既存の性能評価解析事例の部分的変更・解析とそのレポート化の実施 ③ 新規性の高い性能評価解析の設定・解析とそのレポート化の実施 ④ 性能評価上の問題に対処するための課題抽出・分析・対策の立案の実施 分岐シナリオ ① 既存の最適化検討事例の参照 ② 最適化問題の整理 ③ 最適化検討の実施 図 6.2.1-1 分岐シナリオのフローチャートの例：廃棄物特性評価技術 6-7 図 6.2.1-2 個別利用シナリオのフローチャートの例：廃棄物特性評価技術 （「①サイクル条件・廃棄物特性に関するデータの参照」の個別シナリオ） 図 6.2.1-3 個別利用シナリオのフローチャートの凡例 6-8 6.2.2 連携利用シナリオの分析・整備 本項では，複数のツールやデータベースを組合せた連携的な検討を対象にするシナリオ（連携 利用シナリオ）について述べる。 連携利用シナリオの分析・整備は以下の考え方で行った。 · 複数のツールやデータベースの組合せは非常に多岐にわたるため，全ての可能性をシナリ オとして整理することは困難であり，また現段階でのツールやデータベースのラインナッ プでだけで全ての組合せを効果的に実施できるわけではなく，全ての組合せが意味のある 検討になるわけでもない。 · そのため，ツールやデータベースの組合せによる連携の可能性を示しつつ，現段階でのツ ールやデータベースで行うことが効果的であると考えられる代表的な組合せについてのみ， 検討の基本手順をシナリオとして提示することとした。 連携の可能性の整理結果を図 6.2.2-1 に，各連携の可能性において考えられる情報のやりとり （連携元からのアウトプット，連携先へのインプット）の例を表 6.2.2-1 に示す。 次に，代表的な連携利用シナリオとして以下を選定しフローチャート化を行った。 • 処分概念評価技術を起点とする連携利用シナリオ • 課題探索的性能評価技術を起点とする連携利用シナリオ • 廃棄物特性評価技術を起点とする連携利用シナリオ フローチャートの例として，図 6.2.2-2 に「廃棄物特性評価技術を起点とする連携利用シナリオ」 を示す。このフローチャートでは， 「廃棄物管理モデル」の部分が複数のツールで構成されるため， それをサブシナリオとして表現している（図 6.2.2-3）。サブシナリオの有無は，フローチャート の要素の色で区別しており，図 6.2.2-2 の例では緑の要素で示される「廃棄物管理モデル」がサブ シナリオを持っていることが容易に識別できる。 また，連携利用シナリオの電子化の例を 6.3.3 項に示す。 6-9 個別技術の連携の案 E1 廃棄物特性評価技術 廃棄物特性データベース E2 A2 A1 処分概念評価技術 処分概念データベース 廃棄物特性 定量評価ツール A3 J2 F2 I2 最適化プロセス D1 C2 課題探索的 性能評価技術 性能評価技術 G2 G1 J1 電子性能評価レポート （e-PAR） C1 処分概念適用性評価 支援フレーム I1 熱解析ツール F1 B2 B1 H1 H2 D2 最適化プロセス 支援ツール 最適化技術 図 6.2.2-1 複数のツールやデータベースを組み合わせた連携の案 表 6.2.2-1 各連携の可能性において考えられる情報のやりとりの整理例 連携 A1 連携元からのアウトプット 連携先へのインプット 既存文献のサイクル条件情報 左を参考にして入力条件を設定する 定量評価ツールの入力ファイル（DMPファイル） 左をインポートして解析を実施する A2 解析条件と解析結果のファイル（エクセルファイル）、入力ファイル（DMPファイル） 左をデータベースで閲覧、ファイルダウンロード A3 着目する廃棄体の発熱量 左を熱解析ツールによる熱解析と坑道離間距離設定に反映する B1 処分概念に係る情報、「考慮する条件‐評価項目‐構成要素」整理表 左を適用性評価において活用する B2 適用性評価を通じて改良・創出した処分概念情報 左をデータベースに登録し閲覧可能とする C1 e‐PARでの性能評価解析の実施を通じて明らかになった性能評価解析上の課題 左を起点として課題探索を実施する C2 課題探索で得られた性能評価上の課題に対する対策 左をe‐PARでの性能評価解析に反映する D1 最適化問題の目的・概要、最適化プロセスの手順 左を基にして最適化プロセス（問題分析「プロセス等）を最適化プロセス支援ツール を活用して実施する D2 最適化問題の分析結果、適用する最適化手法の候補 左を基にして最適化プロセス（求解プロセス）を実施する E1 廃棄物特性情報（例えば発熱特性、放射能特性等） 左を適用性評価の「考慮する条件（廃棄物特性）」として利用する 適用性評価によって得られた廃棄物特性に係る改善・要望点 左を基にして要望に合致する廃棄物を発生させるサイクル条件等を探索する E2 処分概念に係る情報 左を熱解析ツールによる熱解析と坑道離間距離設定に反映する F1 着目する廃棄体のインベントリ 左を核種移行解析のインプットデータとして利用する F2 核種移行解析結果から得られた廃棄物特性に係る改善・要望点 左を基にして要望に合致する廃棄物を発生させるサイクル条件等を探索する 左を参考にサイクル条件を変更した廃棄物特性定量評価を試行する G1 適用性評価における複数の処分概念の比較結果 左を最適化問題の設定、及び考慮する要素や要素間の関係の設定等で参考にする G2 最適化検討の結果から得られた処分概念に係る改善・要望点 左を基にして要望に合致する処分概念を模索する 左を適用性評価の問題設定等に反映する H1 核種移行解析結果 左を最適化問題の設定、及び入力条件の設定等で参考にする H2 最適化検討の結果から得られた性能評価技術に係る改善・要望点 左を起点として課題探索を実施する I1 核種移行解析結果から得られた処分概念に係る改善・要望点 左を適用性評価の「考慮する条件（要件/制約条件）」として利用する I2 処分概念に係る情報 左を基にして処分概念の変化の影響に着目した核種移行解析を実施する 廃棄物特性～処分への影響伝播の情報 左を最適化問題の設定、及び考慮する要素や要素間の関係の設定等で参考にする J1 着目するサイクルにおける廃棄体の発生量、発熱特性、インベントリ、坑道離間距 離 左を最適化問題の設定、及び入力条件の設定等で参考にする J2 最適化検討の結果から得られた廃棄物特性に係る改善・要望点 左を基にして要望に合致する廃棄物を発生させるサイクル条件等を探索する 左を参考にサイクル条件を変更した廃棄物特性定量評価を試行する 6-10 図 6.2.2-2 連携利用シナリオの例：廃棄物特性評価技術を起点とするシナリオ 図 6.2.2-3 連携利用シナリオの例：廃棄物特性評価技術を 起点とするシナリオの中のサブシナリオ 6-11 6.3 統合・利用支援環境の実装 本節では，統合・利用支援環境の実装について，以下の構成で述べる。 x 統合・利用支援環境の構成と機能（6.3.1 項） x ポータルサイト（6.3.2 項） x 利用シナリオの利用支援（6.3.3 項） x ツール・データベースの利用支援（6.3.4 項） x ツール・データベースの関連情報等の利用支援（6.3.5 項） x 公開方法（6.3.6 項） 6.3.1 統合・利用支援環境の構成と機能 平成 23 年度までに，6.2 節で述べた利用シナリオに沿った要素技術の利用を支援するための実 効的な機能や環境，また独自に開発されたことでインターフェイスや実働環境（OS 等）等が異 なる複数のツールやデータベースの統一的な利用を可能とするための機能や環境に関する検討を 行ってきた。その結果，利用シナリオやツールやデータベース，さらにはその利用を支援する情 報等を，開発環境や実働環境を変えることなく，ポータルサイトを介してアクセスする方法が適 切であると判断した。 ポータルサイトを中核とする統合・利用支援環境の全体像を図 6.3.1-1 に示す。統合・利用支援 環境は，ポータルサイトをインターフェイスとして，以下のコンテンツにアクセスすることを基 本機能とするものである。 x 利用シナリオ x ツール x データベース x 利用マニュアル x 利用事例 x 更新履歴 x 用語集 また，ポータルサイトは，コンテンツへのアクセスを効率的に実現するために，下記のような 階層構造的なメニューを設定する。 x 第 1 階層： ¾ メインメニュー x 第 2 階層： ¾ 利用シナリオ：サブメニュー ¾ 技術パッケージ：サブメニュー x 第 3 階層： ¾ 利用シナリオ：コンテンツ一覧 ¾ 技術パッケージ：コンテンツ一覧 さらに，ポータルサイトは，ポータルサイト上で管理するファイルやテキスト情報の検索，フ ァイル管理機能等を汎用 CMS（コンテンツマネジメントシステム）の機能を用いて容易に実現す ることができる。 このようなポータルサイトを中核とする統合・利用支援環境を実現することで，ユーザーは図 6.3.1-2 に示したような複数のルートで，個々に開発・整備されたツール，データベース及び情報 を参照・活用することができる。 本年度は，このポータルサイトの実装を行った。詳細については 6.3.2 項に述べる。 6-12 図 6.3.1-1 統合・利用支援環境の全体像 統合利用支援環境（ポータルサイト） シナリオの参照 ツール・データ ベースの利用 ツール・データ ベースの利用 マニュアル、 利用事例の参照 用語集の参照 マニュアル、 利用事例の参照 マニュアル、 利用事例の参照 図 6.3.1-2 統合・利用支援環境のユーザーによる利用イメージ 6-13 6.3.2 ポータルサイト 6.3.1 項で述べたポータルサイトを中核とする統合・利用支援環境の実現技術としては，平成 23 年度までに汎用 CMS（Contents Management System）を候補として検討した。汎用 CMS はウェ ブサイト・ポータルサイトの管理・構築に使われているソフトウェアの総称である。汎用 CMS には Joomla! 6)や XOOPS7)等がある。 汎用 CMS を導入するメリットとして以下が挙げられる。 · コンテンツ管理を主としたツールであること · 短期間でサイトを構築可能であること · 権限の異なる複数の管理者もしくはユーザーがコンテンツを作成・修正・削除を行うこと が可能であること · コンテンツやユーザーの管理モジュールが用意されていること · モジュールやプラグインを使用しての機能拡張が容易であること · HTML を知らない人でもページ作成が可能であること · CMS 内のコンテンツについてはデザインの統一感が出来ること · サイト内検索の機能によりコンテンツの効率的な検索が可能であること 一方，CMS を導入するデメリットとしては，特に管理者の観点から以下が挙げられる。 · CMS の管理機能等を習得する必要があること · 例外的なページを作成しにくいこと · 一度構築したコンテンツの他の CMS への移行が困難であること 本実装では，「コンテンツ管理を主としたツールであること」及び「コンテンツについてはデ ザインの統一感が出来ること」を重視し，汎用 CMS を採用することとし，Joomla!を用いて実装 した。 図 6.3.1-1 に示した，統合・利用支援環境のポータルサイトから利用シナリオ，技術パッケージ 及び用語集へアクセスするイメージを踏まえ，CMS の Joomla!を用いて作成した統合・利用支援 環境のポータルサイトのトップ画面例を図 6.3.2-1 に示す。 まず，画面左側にメインメニューを配置しており，メニュー項目と各コンテンツをリンクさせ ることで，各コンテンツへのアクセスを可能とした。 · 利用シナリオ（技術分野ごとの個別利用シナリオ，連携利用シナリオ） x 技術パッケージ（技術分野ごとに，ツール，データベース及び利用マニュアル，利用事例， 更新履歴等の関連情報をまとめたもの） x 用語集 表 6.3.2-1 に統合・利用支援環境のメニュー構成（メインメニュー，サブメニュー）及びリンク 先の一覧を示す。なお，各コンテンツへのアクセスの具体例は後述の 6.3.3 項～6.3.5 項に示す。 また，画面中央がコンテンツ表示領域となり，メニューで選択された内容が記載される（図 。 6.3.2-1 では，ホームページで表示される統合・利用支援環境の概要を例として示している） ポータルサイトの全てのメニュー画面を付録 13 に示す。 さらに，CMS 管理下で HTML 化されているにコンテンツに対する検索を行うための検索機能 を画面右上に配置している。検索条件を指定し検索を実行すると CMS 管理下で HTML 化されて いるコンテンツを対象にした検索結果を表示する（図 6.3.2-2）。検索結果の一覧で興味のあるも のを選択すると，該当するポータルサイト画面にジャンプすることができる。本実装では，主要 6-14 なコンテンツは CMS 管理外に置いているため（図 6.3.1-1 参照），現時点ではこの検索機能の効果 はあまり大きくないが，統合・利用支援環境の運用を継続する中で，CMS 管理外に置いていたフ ァイルの内容を HTML 化し CMS 管理下としていくことになれば，検索機能の効果は大きくなる と考えられる。 図 6.3.2-1 統合・利用支援環境のトップ画面 図 6.3.2-2 統合・利用支援環境での検索機能 6-15 表 6.3.2-1 統合・利用支援環境のメニュー構成及びリンク メニュー HOME 利用 シナリオ サブ メニュー 概要 概要 個別利用 シナリオ 連携利用 シナリオ 処分概念 評価技術 技術 パッケージ 廃棄物特性 評価技術 性能評価 技術 最適化 技術 用語集 リンク 単独シナリオ群 処分概念評価技術を起点とする連携シナリオ 課題探索的性能評価技術を起点とする連携シナリオ 廃棄物特性評価技術を起点とする連携シナリオ 廃棄物管理モデル 個別技術の連携の案 概要 処分概念データベース 処分概念データベースの簡易利用マニュアル 処分概念データベースの詳細利用マニュアル 処分概念データベースの更新履歴 処分概念適用性評価支援フレームの評価記録シート 処分概念適用性評価支援フレームの詳細利用マニュアル 処分概念適用性評価支援フレームの利用事例 廃棄物特性データベース 廃棄物特性データベースの簡易利用マニュアル 廃棄物特性データベースの詳細利用マニュアル 廃棄物特性データベースの更新履歴 廃棄物特性定量評価ツール 廃棄物特性定量評価ツールの簡易利用マニュアル 廃棄物特性定量評価ツールの詳細利用マニュアル 廃棄物特性定量評価ツールの更新履歴 熱解析ツール 熱解析ツールの詳細利用マニュアル 電子性能評価レポート（e-PAR） 電子性能評価レポート（e-PAR）の簡易利用マニュアル 電子性能評価レポート（e-PAR）の詳細利用マニュアル 電子性能評価レポート（e-PAR）の更新履歴 課題探索的性能評価技術の利用事例 最適化プロセス支援ツール 最適化プロセス支援ツールの利用マニュアル 最適化プロセス支援ツールの更新履歴 最適化技術の利用事例 共通用語集 個別用語集（処分概念評価技術） 個別用語集（廃棄物特性データベース） 個別用語集（廃棄物特性定量評価ツール） 個別用語集（性能評価技術） 個別用語集（最適化プロセス支援ツール） 6-16 6.3.3 利用シナリオの利用支援 本項では，統合・利用支援環境での利用シナリオの利用の流れを具体例で示す。また，作成し た利用シナリオと連携利用シナリオを付録 12 に示す。なお，利用シナリオからツール・データ ベースへのアクセスについては「6.3.4 ツール・データベースの利用支援」に示す。 まず，個別利用シナリオの利用は以下の流れで行う。 x トップ画面のメインメニューで「利用シナリオ」を選択し，サブメニューを展開する（図 6.3.3-1 の①）。 x サブメニューから「個別利用シナリオ」を選択する。その結果，画面中央のコンテンツ表 示領域に利用シナリオコンテンツの一覧が表示される（図 6.3.3-1 の②）。 x コンテンツの一覧から見たいシナリオを選択する。なお，個別利用シナリオの選択の仕方 は 2 通りある。 (1) 特定の技術分野の名称を選択することで分岐シナリオを表示させる（図 6.3.3-1 の③： 分岐シナリオの例は図 6.2.1-1 と同じ）。その後，分岐シナリオの内容を確認して個別 利用シナリオを選択（図 6.3.3-1 の④：個別利用シナリオの例は図 6.2.1-2 と同じ）。 (2) コンテンツの一覧から個別利用シナリオを直接選択（図 6.3.3-1 の⑤）。 ② ① ⑤ ③ 分岐シナリオ 個別利用シナリオ ④ 図 6.3.3-1 統合・利用支援環境での個別利用シナリオの利用の流れ 6-17 次に，連携利用シナリオの利用は以下の流れで行う。 x トップ画面のメインメニューで「利用シナリオ」を選択し，サブメニューを展開する（図 6.3.3-2 の①）。 x サブメニューから「連携利用シナリオ」を選択する。その結果，画面中央のコンテンツ表 示領域に利用シナリオコンテンツの一覧が表示される（図 6.3.3-2 の②）。 x コンテンツの一覧から見たい連携利用シナリオを選択する（図 6.3.3-2 の③：連携利用シナ リオの例は図 6.2.2-2 と同じ）。 x また，連携の可能性の整理結果と各連携の可能性において考えられる情報のやりとり（連 携元からのアウトプット，連携先へのインプット）もコンテンツの一覧から選択できる（図 6.3.3-2 の④：整理結果と情報のやりとりの例は図 6.2.2-1 及び表 6.2.2-1 と同じ）。 ② ① ③ ④ 連携可能性に関する情報 連携利用シナリオ 図 6.3.3-2 統合・利用支援環境での連携利用シナリオの利用の流れ 6-18 6.3.4 ツール・データベースの利用支援 本項では，統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れを具体例で示す。 統合・利用支援環境から各ツールやデータベースへのアクセス方法は 2 通りある。 x メインメニューからのアクセス x 利用シナリオからのアクセス まず，メインメニューからのアクセスは以下の流れで行う。 x トップ画面のメインメニューで「技術パッケージ」を選択し，サブメニューを展開する（図 6.3.4-1 の①）。 x サブメニューから興味のある技術パッケージを選択する。その結果，画面中央のコンテン ツ表示領域に技術パッケージコンテンツの一覧が表示される（図 6.3.4-1 の②）。 x コンテンツ一覧から利用・参照したいツールやデータベースを選択する。ツールやデータ ベースの起動の仕方は，それらの開発・実働環境の違い（6.3.6 項参照）で以下の 2 通りが ある。 (1) web 環境で起動可能なツールやデータベース：コンテンツ一覧から選択することで直接 起動（図 6.3.4-1 の③）。 (2) web 環境で起動できないツール：コンテンツ一覧から選択することで別途インストール されているランチャー（該当するツールやデータベースのインターフェイス）の起動を 促す画面が表示され，その表示に従ってランチャーを起動しツールやデータベースを 選択することで起動（図 6.3.4-2 の①～④）。 ここで，web 環境で起動できないツールはアプリケーション利用者の立場から見ると， 個別のアプリケーションが独立して存在しているように見える。そのため各アプリケ ーションを連携させて利用することが難しく，また，それぞれのアプリケーションの 起動方法が異なり混乱を招きかねない。そこで，平成 22 年度 4)に検討した，各アプリケ ーションを一箇所から起動できるツールとしてランチャーを使用することとした。日 本語が利用できること，利用者が多いこと，活発にメンテナンスされていること，シ ンプルなデザインであること等の条件により絞り込み，最終的に「Appetizer」8)を利用 することとした 6-19 ② ① ③ 廃棄物特性データベース 図 6.3.4-1 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （web 環境で起動可能なツールやデータベース） 6-20 ① ② ③ 定量評価ツール ランチャー ④ 図 6.3.4-2 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （web 環境で起動できないツール） 6-21 次に，利用シナリオからのアクセスは以下の流れで行う。 x 6.3.3 項での利用シナリオへのアクセスの流れに従って着目する個別利用シナリオを表示す る。 x 個別利用シナリオ上で「技術パッケージの起動」に相当する要素（図 6.2.1-3 の凡例参照） を選択（図 6.3.4-3 の①）。 x なお，「技術パッケージの起動」に相当する要素からのツールやデータベースの起動の仕 方は，それらの開発・実働環境の違い（6.3.6 項参照）で以下の 2 通りがある（6.3.3 項で述 べたメインメニューからのアクセスと同様）。 (1) web 環境で起動可能なツールやデータベース：コンテンツ一覧から選択することで直接 起動（図 6.3.4-3 の②）。 (2) web 環境で起動できないなツール：コンテンツ一覧から選択することで別途インストー ルされているランチャー（該当するツールやデータベースのインターフェイス）の起動 を促す画面が表示され，その表示に従ってランチャーを起動しツールやデータベース を選択することで起動。 6-22 ① ② 廃棄物特性データベース 図 6.3.4-3 統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用の流れ （個別利用シナリオからのアクセス） 6-23 6.3.5 ツール・データベースの関連情報等の利用支援 本項では，統合・利用支援環境でのツール・データベースの利用を支援する関連情報へのアク セスの流れを具体例で示す。 関連情報としては以下の 4 種類がある。 x 利用マニュアル x 利用事例 x 更新履歴 x 用語集 ・利用マニュアル 利用マニュアルは，6.3.4 項でのツール・データベースの利用の流れの中で示した画面中央のコ ンテンツ表示領域での技術パッケージコンテンツの一覧（図 6.3.4-1 参照）に，ツールやデータベ ースと同じ並びでリストアップされおり，ここから選択することで PDF ファイルが開く。 また，ツールやデータベースのいくつかは，その起動後に画面上で利用マニュアルにアクセス できる機能を有するものがある。 利用マニュアルとしては，簡易利用マニュアルと詳細利用マニュアルの 2 種類に区別している。 x 簡易利用マニュアル： ツール及びデータベースを対象に，基本機能を具体的な利用事例等と組み合わせて説明し たもの。 x 詳細利用マニュアル： 各ツール，データベース及び技術を利用する際の各機能や利用手順等の詳細な説明を取り まとめたもの。 利用マニュアルの整備状況を表 6.3.5-1 に示す。また，利用マニュアルの表示例を図 6.3.5-1 に 示す。 表 6.3.5-1 利用マニュアルの整備状況 ツール，データベース等の名称 処分概念データベース 簡易利用 詳細利用 マニュアル マニュアル ○ ○ 処分概念適用性評価支援フレーム ○ 廃棄物特性データベース ○ ○ 廃棄物特性定量評価ツール ○ ○ 熱解析ツール ○ 電子性能評価レポート（e-PAR） ○ 最適化プロセス支援ツール ○ ○ 6-24 図 6.3.5-1 利用マニュアルの表示例 ・利用事例 本事業においては，開発・整備したツール，データベース，技術を用いた様々な検討を行い， その結果等を参照・再利用可能な形で蓄積してきている。ここで，処分概念適用性評価支援フレ ーム（2 章参照），課題探索的性能評価技術（3 章参照），最適化技術（5 章参照）は，検討の方法 や手順を技術体系として整理したものであり，電子性能評価レポート e-PAR（3 章参照）や廃棄 物特性定量評価ツールのようにツールの中に事例を記録することができない。 そこで，これら技術の利用事例に関する情報をアーカイブとして取りまとめるとともに，統合・ 利用支援環境から閲覧可能にした。 利用事例の整理では，表示方法に統一感を持たせるために以下の項目を含む表形式とした。 ・ 事例名 ・ 概要 ・ 更新日 ・ 作成者名 ・ 事例ファイル名 なお，最適化技術では，利用事例の情報として最適化プロセス支援ツール（5.2.2 項参照）のフ ァイルを再利用できるようにするために，表の項目として「最適化プロセス支援ツールファイル 名」を追加した。 利用事例の画面を図 6.3.5-2～4 に示す。利用事例は，技術パッケージコンテンツの一覧（図 6.3.4-1 参照）に，ツールやデータベースと同じ並びでリストアップされており，ここから選択す ることで利用事例の画面が開く。 画面上で更新日をクリックすると，更新日時の順に並び替えが可能である。また，ファイル名 をクリックすることでファイルのダウンロードが可能である。 6-25 図 6.3.5-2 利用事例の画面例：処分概念適用性評価支援フレームの利用事例 図 6.3.5-3 利用事例の画面例：課題探索的性能評価技術の利用事例 図 6.3.5-4 利用事例の画面例：最適化技術の利用事例 6-26 ・更新履歴 本事業においては，様々なツール，データベース，技術を開発・整備してきている。その過程 では，試行を繰り返しながらツール，データベース，技術を段階的に更新してきている。本年度 成果は実用版として整備したものであるが，今後利用していく中で，新たなニーズや新しい使い 方等が生じ，現段階のものを将来的に更新する必要が生じる可能性がある。 そのため，更新履歴を作成し，それを統合・利用環境で管理・閲覧できるようにした。なお， 更新履歴の作成は，更新を実施した担当者が作成することとする。 更新履歴は，技術パッケージコンテンツの一覧（図 6.3.4-1 参照）に，ツールやデータベースと 同じ並びでリストアップされており，ここから選択することで更新履歴 PDF （図 6.3.5-5）が開く。 また，処分概念データベース及び廃棄物特性データベースでは，その起動後に画面上で更新履歴 にアクセスできる。 現段階では更新実績がないため，図 6.3.5-5 の例では「更新履歴なし」となっている。 図 6.3.5-5 更新履歴の例 ・用語集 本事業において開発・整備した様々なツール，データベース，技術は専門性がかなり高いもの であり，そこで使われている用語はその分野に詳しくないユーザーにとってはわかりにくいもの になる可能性がある。実際，レビュー（付録 2）においても，ツールやデータベースで使われて いる用語がわからないとの質問やコメントを多く受けた。 そのため，ツール，データベース，技術で特殊な意味で使われている用語や専門性が高く難解 な用語や略称等について用語集を作成した。 用語集としては，以下の 2 種類を準備した（付録 14 参照）。 x 個別用語集： ツール，データベース，技術ごとのもの x 共通用語集： 共通性の高い用語や本事業の内容を理解するうえで重要となると考えられる項目の説 明等を集めたもの 用語集は，メインメニューで「用語集」を選択（図 6.3.5-6 中の①）することで，画面中央のコ ンテンツ表示領域に用語集コンテンツの一覧が表示される（図 6.3.5-6 中の②）。ここから任意の 用語集を選択することで PDF が開く（図 6.3.5-6 中の③）。また，処分概念データベース及び廃 棄物特性データベースでは，その画面上からも用語集にアクセスできる。 6-27 ② ① ③ 共通用語集 図 6.3.5-6 用語集の一覧ページ 6-28 6.3.6 公開方法 本事業で開発した各要素技術は，表 6.3.6-1 に示す通り，利用方法，開発・運用コスト等の観点 で，開発環境（Window OS または Linux）やアプリケーションの種類（web アプリケーションま たは Windows アプリケーション）も異なっている。このことを踏まえ，平成 23 年度までに，各 技術及び統合・利用支援環境の機能を実用版として幅広いユーザーの利用に供するための公開方 法について検討した。 公開方法としては，大きく 2 つの方法が考えられる。 ① ネットワークでの公開 サーバーを設置して，ユーザーはインターネットからネットワークを介して各要素技 術を利用（サーバーの導入方法として，仮想サーバーを構築する場合（図 6.3.6-1）と仮 想サーバーを構築しない場合（図 6.3.6-2）がある） ② 非ネットワーク環境での公開（図 6.3.6-3） ユーザーは，DVD やハードディスク等のメディアあるいはダウンロードで配布される 各要素技術を，ユーザーの個別の環境にインストールして利用 上記の公開方法は，いずれも技術的には実現可能であるが，本年度段階でサーバー環境を整え ることは困難であったため，「②非ネットワーク環境での公開」を選択し，DVD で配布すること により限定開示することとした。 DVD での配布による，ユーザーの個別の環境へのインストールと利用のイメージを図 6.3.6-4 に示す。DVD には 4 つのインストーラーが含まれており（図 6.3.6-4 左図），ユーザーは各インス トーラーを実行することで，統合・利用支援環境の全体像（図 6.3.1-1 参照）に沿った形での要素 技術，利用シナリオ，利用マニュアル，用語集等の利用が可能となる（図 6.3.6-4 右図）。なお， 表 6.3.6-1 中で Windows アプリケーションとなっているものは，6.3.4 項で述べた「web 環境で利 用できないアプリケーション」に該当し，統合・利用支援環境のもとに利用できるようにするに はランチャーでのパス設定が必要になる。ただし，ランチャーに事前に設定されたパスに一致す るフォルダに Windows アプリケーションをインストールすることで，ユーザーによるパス設定等 は不要となる。 上記に沿って各アプリケーションをインストールし，統合・利用支援環境及び各要素技術等が 適切に稼働することを確認した。 なお，インストール先の動作環境としては，Windows 7 あるいは Windows XP を，CPU やメモ リ等は最近のデスクトップマシンのスペック程度であることを想定した。 推奨環境は以下の通りである。 x OS：Windows7（Windows XP SP3 以降でも基本的には動作可能） x CPU：マルチコア（複数のアプリケーションの同時起動を想定した推奨スペック） ハードウェア仮想化支援機能（インテルの場合，インテル バーチャライゼーショ ン・テクノロジー対応した CPU（VirtaulBox などの仮想マシンを使用するため）） x メモリ：4GB～（複数のアプリケーションの同時起動を想定した推奨スペック） x web ブラウザ：Internet Explorer 8 及び 9（Mozilla Firefox，Google Chrome 等でも基本的に は動作可能） 限定開示後は，ユーザーからの質問や意見等を受けることが重要になる。DVD での限定開示と することで web 環境等に比べてコミュニケーションは難しくなるが，DVD での限定開示の際に 問合せ先等を提示する，適宜運用や更新の情報を提供することなどで対応していく。 6-29 表 6.3.6-1 各要素技術の開発環境及びアプリケーションの種類 開発環境 web アプリケーション Windows Linux 電子性能評価レポート（e-PAR） 廃棄物特性データベース 処分概念データベース 統合・利用支援環境 Windows アプリケーション 廃棄物特性定量評価ツール － 最適化プロセス支援ツール ユーザー サーバー 廃棄物特性定量 評価ツール 最適化プロセス 支援ツール 電子性能評価 レポート （e-PAR） 廃棄物特性データベース 処分概念データベース 統合・利用支援環境 Windows Linux ハイパーバイザー※ Windows web ブラウザを 介して利用 ※ハイパーバイザー: 複数 OS の実行制御プログラム 図 6.3.6-1 仮想サーバーを構築する場合の利用イメージ サーバー１ 廃棄物特性データベース 処分概念データベース 統合・利用支援環境 ユーザー 廃棄物特性定量 Linux 評価ツール 最適化プロセス 支援ツール Windows web ブラウザを 介して利用 サーバー２ 電子性能評価レポート （e-PAR） Windows 図 6.3.6-2 仮想サーバーを構築しない場合の利用イメージ 6-30 web ブラウザを介して利用 廃棄物特性データベース 処分概念データベース 統合・利用支援環境 廃棄物特性定量 評価ツール 最適化プロセス 支援ツール 電子性能評価 レポート （e-PAR） Linux Virtual Box Windows 図 6.3.6-3 非ネットワーク環境での利用イメージ CMSで実現 ファイル管理機能 統合利用支援環境（ポータルサイト） 検索機能 メインメニュー ・利用シナリオ ・技術パッケージ ・用語集 アクセス 用語集 利用シナリオ： サブメニュー ・単独シナリオ ・連携シナリオ 利用シナリオ： コンテンツ一覧 ・処分概念評価技術 ・廃棄物特性評価技術 ・性能評価技術 ・最適化技術 技術パッケージ： サブメニュー ・処分概念評価技術 ・廃棄物特性評価技術 ・性能評価技術 ・最適化技術 技術パッケージ： コンテンツ一覧 ・ツール／データベース ・利用マニュアル ・更新履歴 アクセス アクセス ツール データベース アクセス 利用シナリオ ・単独シナリオ ・連携シナリオ ・共通用語集 ・処分概念評価技術 ・廃棄物特性データベース ・廃棄物特性定量評価ツール ・性能評価技術 ・最適化プロセス支援ツール インストーラー1 ・統合・利用支援環境 ・処分概念データベース ・廃棄物特性データベース インストーラー2 ・電子性能評価レポートe-PAR ・廃棄物特性定量評価ツール ・熱解析ツール ・電子性能評価レポート（e-PAR） ・最適化プロセス支援ツール ・処分概念データベース ・処分概念適用性評価支援フレーム ・廃棄物特性データベース ・廃棄物特性定量評価ツール ・熱解析ツール ・電子性能評価レポート（e-PAR） ・最適化プロセス支援ツール 利用事例 ・処分概念データベース ・廃棄物特性データベース ・処分概念適用性評価支援フレーム ・課題探索的性能評価技術 ・最適化技術 更新履歴 ・処分概念データベース ・廃棄物特性データベース ・廃棄物特性定量評価ツール ・電子性能評価レポート（e-PAR） ・最適化プロセス支援ツール webアプリ ・統合・利用支援環境 ケーション ・処分概念データベース ・廃棄物特性データベース ・電子性能評価レポート（e-PAR） インストーラー3 ・廃棄物特性定量評価ツール インストーラー4 ・最適化プロセス支援ツール 利用マニュアル （ 簡易，詳細） ・廃棄物特性定量評価ツール ・最適化プロセス支援ツール Windowsアプリ ケーション 所定のフォルダ に格納 図 6.3.6-4 DVD での限定開示後のインストールと利用のイメージ 6-31 6.4 まとめ 「統合・利用支援環境の開発」では，本事業において開発・整備する処分概念評価，性能評価， 廃棄物特性評価及び最適化検討のための複数の技術（ツールやデータベース等）について，それ らの集約的な利用を支援できるようにすることを目的とした。 その結果，複数の技術を統合的に利用・管理するための以下を主要な要素とする支援環境（統 合・利用支援環境）の実用版を整備することができた。 • 利用シナリオ： ユーザーによる本事業の個々の成果（ツールやデータベース等）の利用のパターンを利用 シナリオとして整理した。本年度は特に，外部の専門家のレビュー結果等も踏まえつつ， 「ユーザーが何ができるか」，「そのためにはどのツールやどのデータベースをどのように 使えばいいか」を端的に整理・類型化し，ユーザーが本事業の成果で何ができるかを一望で きるようにするための利用シナリオの見直しと，設定した個別利用シナリオ及び連携利用 シナリオの一式についてのフローチャート化を実施した。フローチャート化は，ユーザー へのわかりやすさとともに，下記で述べる統合・利用支援環境下での利用シナリオからツ ールやデータベース等へのアクセスを容易にするためのリンク設定を含む電子化を意識し つつ実施した。 • 統合・利用支援環境： 本事業の個々の成果を，統合・利用支援環境上のメニューあるいは上記の利用シナリオ から容易にアクセス（参照・利用）できる機能を整備した。本年度は特に，統合・利用支援 環境上の中核となるポータルサイトについて，ユーザーによる見やすさや内容のわかりや すさに重点をおいた実装を行うとともに，本事業の成果を利用する際に参考となる情報（利 用マニュアル，利用事例，用語集，更新履歴）を整備することで，これらについてもポータ ルサイトからアクセス（参照・利用）しやすい機能と環境を整備した。これにより，統合・ 利用支援環境を実用版としてユーザーにとって使いやすいものとした。 さらに，本事業の成果を多様な利用者に使ってもらえるようにするための公開方法や要件の検 討を踏まえて，本年度は，本事業の最終成果を DVD 配布による限定開示という形で統合・利用 支援環境のもとで利用できるようにした。 6-32 参考文献（6 章） 1) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 19 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/19fy6.pdf (2008). 2) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 20 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/20fy6.pdf (2009). 3) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 21 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/21-06/21fy6.pdf (2010). 4) 経済産業省資源エネルギー庁: “平成 22 年度 地層処分技術調査等委託費 高レベル放射性廃棄 物関連 先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発 報告書” , http://www.enecho.meti.go.jp/rw/docs/library/rprt4/22-6.pdf (2011). 5) 経済産業省資源エネルギー庁：“平成 23 年度地層処分技術調査等事業，高レベル放射性廃棄 物処分関連：先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発報告書”, http://www.enecho.meti.go.jp/rw/library/2011/23-6.pdf (2012). 6) Joomla!：http://www.joomla.org. 7) XOOPS：http://xoopscube.jp/. 8) Appetizer： http://app.etizer.org/. 6-33 7. まとめ 本事業では，平成19年度から5年程度の期間（平成23年度段階で，本事業は一年間延長され平成 24年度まで継続される予定となった）で軽水炉サイクルシステムから先進サイクルシステムまで を対象とした先進的な地層処分概念と性能評価技術の高度化開発を行い，地層処分技術の信頼性 と地層処分の安全性の一層の向上を図るとともに，廃棄物管理の観点からサイクルシステム全体 も視野に入れた最適化検討に資する技術を構築することを目的とした。 この目的のもとに，まず，軽水炉サイクルから発生する高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体） や地層処分対象のTRU廃棄物を主な対象として， (1) 先進的地層処分概念の開発 (2) 性能評価技術／処分概念最適化技術の開発 を行った。次に，これらの技術を適用・拡張し，高速炉等の導入といった将来的な核燃料サイク ルから発生する廃棄物に対しても合理性と柔軟性をもった処分を可能とするために， (3) 先進サイクルシステムに対応した処分概念／性能評価技術の開発 を進めた。この中では，包括的な廃棄物管理の観点から，核燃料サイクル全体から発生すると考 えられる高レベル放射性廃棄物やTRU廃棄物を含めた様々な廃棄物を対象とした検討を行った。 そのうえで，それらを一連の技術要素として統合するとともにその利用を支援する環境としてシ ステム化した。 また，平成24年度は，本事業の最終年度であることから，平成19年度より上記課題(1)～(3)とし て検討を行ってきたそれぞれの技術を実用に供する形で成果を取りまとめることを明確にするた めに，課題(3)をより包括的に「(3)先進的処分概念／性能評価技術の開発」と再設定し実施するこ ととした。 本事業における研究の全体構造は第1章に示したとおりである（図1-2参照）。 平成19年度は，主に既存技術の調査と本事業で対象とする上記3つの研究課題に対する適用可能 性の検討を行い，それを通じて重要課題を抽出し研究開発計画を策定した。平成20年度は，既存 の情報の集約及び3つの研究課題のそれぞれについて要素技術の開発を開始するとともに，それら 技術のプロトタイプの作成に向けての課題を明らかにした。それらを踏まえて，平成21年度に要 素技術の開発を段階的に進めつつプロトタイプの作成，平成22年度～平成23年度にその改良・高 度化を行った。 本年度は，本事業の最終成果物とする実用版に向けて，平成21年度～平成23年度にプロトタイ プとして開発し，その後に改良・高度化した技術のそれぞれについて，具体的な事例への利用等 を通じた適用性の向上及びそれら技術のユーザーにとっての使いやすさの向上の観点からの技術 の改良・高度化を進めることにより実用版としての整備を行い， 「先進的地層処分概念・性能評価 技術高度化開発委員会」での審議等（付録1参照）を通じて，所期の目標を達成していると判断し た。 以下に，本報告書の章立てに従って，本事業全体としての成果を概観しつつ本年度の実施内容 と成果の概要を示す。 (1) 先進的地層処分概念の開発（2章参照） 本研究では，技術的に実現可能な種々の処分概念オプションを整備することを目的として，今 後明らかとなる立地点のサイト環境条件や様々なニーズに基づき処分概念の適用性評価，比較， 7-1 課題抽出を柔軟に行うことができるように，処分概念データベースと処分概念適用性評価支援フ レームの開発とを相互に関連づけながら進め，本年度に実用版として整備した。 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 ・処分概念データベースの開発： 高レベル放射性廃棄物や使用済燃料を中心に，処分概念及び構成要素の国内外の情報を 調査し，処分概念データベースのコンテンツとして整理した。また，処分概念・構成要素 に関する情報の一覧表示，複数の処分概念・構成要素の情報の並列表示，キーワードによ る検索機能等を実装し，後述の処分概念適用性評価支援フレームにも活用できる，欲しい 情報に容易にアクセスできる環境を実現した。本年度は特に，それら情報をユーザーにと ってより利用しやすくするために，レビューでのコメント・要望も取り入れながら視認性 や操作性の向上等によるデータベースの基盤機能の充実を図った。また，運用を見据えた データベース管理者用機能も実装した。さらに，要件／制約条件に対応した処分概念を検 討する方法論として，ステークホルダーの要求に対応した処分概念の検討を，技術者倫理 に基づく技術者の対応方針を介して実施する手順を試行し，有効となる見通しを得た。 ・処分概念適用性評価支援フレームの開発： 既存の処分概念や構成要素に対しての「適用性評価，比較，課題抽出」を行うための手 順と作業のやり方を，処分概念適用性評価支援フレームとして整備した。この支援フレー ムでは，利用者の違いによる評価の視点等のブレを小さくするために「考慮する条件，評 価項目，処分概念・構成要素の関連性」に着目すること，それら関連性の基本的なとらえ 方を事前に整理し共有できるようにしたことが特徴である。また，支援フレームにおいて， 処分概念データベースの情報を様々に活用することも特徴である。本年度は特に，ユーザ ーによる作業実施をサポートするための環境整備として，支援フレーム全体の基本的な作 業手順を記載した利用マニュアルとともに，手順ごとに作業結果を記入する定型の記録シ ートを整備することで，一連の作業内容や判断・根拠等の追跡性と透明性及び参照性を確 保できるようにした。また，支援フレームでの最初の作業となる目的設定や評価対象設定 は，重要な作業であるが選択肢が多いためユーザーがとまどう可能性があることから，そ の作業に対する支援を強化するために，利用マニュアルを補足する資料も整備した。 (2) 性能評価技術の高度化（3章参照） 本研究では，性能評価解析とレポーティングを一貫性と整合性をもって実施することを可能と する統合的な性能評価手法に関する高度化開発，及びニアフィールドを中心として地層処分シス テムの長期性能をより現実的に評価するための課題抽出と対処方針策定のための検討手法に関す る高度化開発を行うことを目的として， 「性能評価統合技術」及び「課題探索的性能評価技術」の 開発を実施し，本年度に実用版として整備した。 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 ・性能評価統合技術の開発： 比較的ルーティン的な性能評価解析作業の実施を支援し，かつ的確に品質管理を行える ようにすることを目指して，web 上で閲覧することの可能な HTML 形式の評価レポートと その作成や解析の実行に用いる解析ツールを一体的に利用できるようにすることを中核と する電子性能評価レポート（e-PAR）の概念を発案し，段階的な開発を通じて実用版を整備 7-2 した。本年度は特に，ユーザビリティの向上に着目し，レビューでのコメント・要望も取 り入れながら， e-PAR の画面デザインの見直しによる視認性の向上，メニューや機能ボタ ンの配置の改善による操作性の向上を図るとともに，解析結果のデジタルデータの画面表 示・ファイル保存機能の追加や解析結果の図化機能の強化などの電子性能評価レポートと しての基盤機能の充実を図った。また，e-PAR 事例の拡充として，第 2 次取りまとめ基本 シナリオの主要解析ケース等に関する e-PAR 事例の整備を図るとともに，新規解析の効率 的実施を支援できるように，事例として登録されている e-PAR のパラメータを変更して新 たな解析ケースを設定する手順等をマニュアルとして整備した。 ・課題探索的性能評価技術の開発： 次世代の性能評価に必要となると考えられる技術である「性能評価による地質環境情報 の評価と合理的な設計を支援する技術」， 「長期変遷を考慮した先進的生物圏評価技術」， 「量 子化学計算手法の適用」，「計算技術の高度化」を対象に，課題の抽出から対処方針設定ま での作業を課題探索フレームに沿って実施することで，次世代性能評価技術の実現に関す る現段階での見通しや，今後実施すべきと考えられる事項等を整理することができた。こ れら検討結果は，試行錯誤の経緯も含めて課題探索的性能評価という新たなアプローチの 事例とした。さらに本年度は，それら事例検討の検討経緯や実施上の経験を分析すること で，課題の抽出から対処方針設定までの作業を実施する際に「必要となり得る作業」や「ボ トルネックとなり得るポイント」等を整理し，それらの解決や支援に有効となると考えら れる手法・技術等を検討するとともに，例えば，課題探索フレームに沿った作業で頻繁に 参照することになる性能評価手法に関する情報の性能評価手法知識ベースとしての体系的 集約等を試行した。 (3) 燃料サイクルから発生する多様な廃棄物に対応するための技術の開発 （4章参照） 本研究では，将来において想定される先進サイクルから生ずると考えられる廃棄物の特性に関 する情報の分析・評価，及びその廃棄物に適用可能な処分概念と性能評価技術の整備を目的とし て，「廃棄物特性データベース」及び「廃棄物特性定量評価手法」の開発を実施し，本年度に実 用版として整備した。 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 • 廃棄物特性データベース： 国内外の現行サイクルから先進サイクルまでの関連する情報（種類，条件，特徴等）や処理・ 固化技術オプション，そこから発生する廃棄物の特性情報（文献情報，解析結果等），サイク ルから廃棄物・処分に及ぶ影響伝播に関する情報等をデータベースに格納し，処分への影響を 検討するために必要な情報を提供できるようにした。本年度は特に，それら情報をユーザーに とってより利用しやすくするために，レビューでのコメント・要望も取り入れながら視認性や 操作性の向上等によるデータベースの基盤機能の充実を図った。 • 廃棄物特性定量評価ツール： 燃焼・崩壊計算を行う ORIGEN コードを中核として，任意のサイクル種類とサイクル条件 を設定することで，発生する廃棄物の定量的な特性情報（発生量，核種量，発熱量，放射能量， それらの経時変化等）をユーザーが GUI 上の簡便な操作で評価できるツールを整備すること で，サイクル条件に応じた廃棄物特性の定量評価を柔軟に実施できるようにした。 7-3 • 廃棄物管理モデル： 廃棄物特性定量評価ツール，核種移行解析ツール（電子性能評価レポート（e-PAR）上の第 2 次取りまとめレファレンスケースの事例等）及び熱解析ツールを組み合わせたツール群によ り，サイクル条件の違いが処分場の設計や処分システムの性能に与える影響を，処分場面積や 被ばく線量を指標として体系的に評価可能なモデル体系を整備した。 (4) 最適化技術の開発（5 章参照） 本研究では，最適化技術を，与えられた条件と目的に対して最適な仕様を設計するという観点 だけでなく，様々な技術的，社会的要件に対し満足度の高い選択肢（例えば，処分概念のオプシ ョン）を選ぶための定量的／定性的な分析・評価を可能とする技術も含めたものとして開発する ことを目的として，最適化プロセスとその実施を支援するツールの開発及びそれらを活用した事 例検討の拡充を行い，本年度に実用版として整備した。 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 • 最適化プロセスと支援ツール： 最適化に係わる検討を行ううえでの基盤となる最適化プロセスの手順を整備するとともに， 最適化プロセス支援ツールとして，問題分析プロセスで行う問題の定義や構造化に係る作業を 支援するツール（問題分析支援ツール），求解プロセスで行う最適化手法の選定に係る作業を 支援するツール（最適化手法選択支援ツール）の整備を行った。本年度は特に，支援ツールで の作業内容や根拠情報の記録保存機能の充実，作業結果の見やすさの向上及び作業結果を事例 ベースのコンテンツとして直接出力できるようにする機能の整備等を行うことで，最適化プロ セスと支援ツールを実用版としてユーザーにとって使いやすいものとした。 • 最適化問題の事例検討： ユーザーが新規の最適化検討を行う際に，検討経緯の追跡性・透明性を確保しつつ効率的に 行えるようにするための参考あるいはひな形として活用できる事例ベースの整備を行った。本 年度は特に，最適化問題候補についての問題の特徴や解法の特徴に基づく類型化を行い，優先 的に検討・整備すべき問題に対しての事例検討を上記で整備した最適化プロセスと支援ツール を活用して行った。その結果，5 つの事例検討についての検討内容，判断，結果等を，最適化 プロセスの作業項目に沿って整理することで，ユーザーが理解しやすい構成の事例ベースを作 成した。 (5) 統合・利用支援環境の開発（6 章参照） 本研究では，(1)～(4)に示した本事業の個々の成果（ツール，データベース，技術等）を，多様 な利用者に対して利便性の高いものとし，またそれを通じた利用者間の技術・知見の共有やコミ ュニケーションの促進にも寄与できるようにすることを目的として，本事業の成果の利用パター ン（利用シナリオ）の分析・整理，及び本事業の成果の統合と利用を支援する機能と環境（統合・ 利用支援環境）の開発を行い，本年度に実用版として整備した。 以下，本事業期間全体としての成果と本年度の実施内容及び成果の概要を示す。 • 利用シナリオ： ユーザーによる本事業の個々の成果（ツールやデータベース等）の利用のパターンを利用 シナリオとして整理した。本年度は特に，外部の専門家のレビュー結果等も踏まえつつ，「ユ 7-4 ーザーが何ができるか」，「そのためにはどのツールやどのデータベースをどのように使えば いいか」を端的に整理・類型化し，ユーザーが本事業の成果で何ができるかを一望できるよう にすることに着目した利用シナリオの見直しと，設定した個別利用シナリオ及び連携利用シナ リオの一式についてのフローチャート化を実施した。フローチャート化は，ユーザーへのわか りやすさとともに，統合・利用支援環境下での利用シナリオからツールやデータベース等への アクセスを容易にするためのリンク設定を含む電子化を意識しつつ実施した。 • 統合・利用支援環境： 本事業の個々の成果を，統合・利用支援環境上のメニューあるいは上記の利用シナリオか ら容易にアクセス（参照・利用）できる機能を整備した。本年度は特に，統合・利用支援環境 上の中核となるポータルサイトについて，ユーザーによる見やすさや内容のわかりやすさに重 点をおいた実装を行うとともに，本事業の成果を利用する際に参考となる情報（利用マニュア ル，利用事例，用語集，更新履歴）を整備することで，これらについてもポータルサイトから アクセス（参照・利用）しやすい機能と環境を整備した。これにより，統合・利用支援環境を 実用版としてユーザーにとって使いやすいものとした。 さらに，本事業の成果を多様な利用者に使ってもらえるようにするための公開方法や要件 の検討を踏まえて，本年度は，本事業の個々の最終成果を DVD 配布による限定開示という形 で統合・利用支援環境のもとで利用できるようにした。 7-5 謝 辞 本事業は，平成 24 年度地層処分技術調査等事業（高レベル放射性廃棄物処分関連：先進的地層 処分概念・性能評価技術高度化開発）として，経済産業省資源エネルギー庁から独立行政法人日 本原子力研究開発機構が受託したものである。 杤山修委員長（（財）原子力安全研究協会放射線・廃棄物安全研究所所長）をはじめ，稲垣学委 員（原子力発電環境整備機構技術部副部長），奥田洋司委員（東京大学新領域創成科学研究科人間 環境学専攻教授），加藤正美委員（（独）原子力安全基盤機構核燃料廃棄物安全部部長），佐藤努委 員（北海道大学大学院工学研究院環境循環システム部門教授），新堀雄一委員（東北大学大学院工 学研究科量子エネルギー工学専攻教授），増田純男委員（（財）原子力安全研究協会放射線・廃棄 物安全研究所研究参与） ，松井一秋委員（（財）エネルギー総合工学研究所理事） （以上，五十音順） には，本事業の実施にあたって設置した「先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発委員会」 において有益な意見・助言をいただいた。 経済産業省資源エネルギー庁放射性廃棄物等対策室の三原守弘課長補佐，遠藤充係長及び弥富 洋介氏には，事業全般にわたってご指導をいただいた。 ここに深く感謝いたします。 謝-1 (空白ページ)