第１回原因究明等委員会以後 内水槽および外水槽関連増倍管等の被害 内水槽 タンクライニングおよび岩盤に関する被害 原因究明：最初の増倍管の爆縮 最初の増倍管の同定 ９本の履歴等

1. スーパーカミオカンデ事故等報告、その二 • 第１回原因究明等委員会以後 • 内水槽および外水槽関連増倍管等の被害 • 内水槽 • タンクライニングおよび岩盤に関する被害 • 原因究明：最初の増倍管の爆縮 • 最初の増倍管の同定 • ９本の履歴等 • 交換球の目視検査及び強度等試験 • ストック球の目視検査及び強度等試験 • 増倍管保持金具の締め付け不良に関する考察 • 作業手順等に関するアンケート結果 • 底面ステンレス板浮き上がりに関する考察 • 底面作業について • 結論 • 原因究明：衝撃波の発生と伝播 • 再現実験 • シミュレーション結果 • シミュレーションと再現実験との比較 • 結論 • 今後の対策について • 作業手順の改良 • 衝撃波防止ケース • 高耐水圧増倍管の開発 • 結論

2. 被害のまとめ • 内水槽関係 • 破壊増倍管数： ６７７７　（１１１４６本中、５０ｃｍ径） • 使用可能増倍管数： ４３６９ • 電子回路： 被害なし • 高電圧回路： 被害なし • ケーブル： 不明（ほとんど使用可能と思われる） • 増倍管取り付け金具： 多数 • 黒プラスチックシート： 要全数取り替え（注１） • 外水槽関係 • 破壊増倍管数： １１００　（１８８５本中、２０ｃｍ径） • 使用可能増倍管数： ７８５ • 電子回路： 被害なし • 高電圧回路： 軽微な被害 • 波長変換板： ７００　（１８８５中）（注２） • タイベックシート： 要全数取り替え（注３） • ケーブル： 不明（ほとんど使用可能と思われる） • 増倍管取り付け金具 多数

3. タンクライニングおよび岩盤に関する被害 • 亀裂　　漏水：４．２トン/時 • ソナー検査による場所の特定：　３カ所に絞るが目視では特定できず • 衝撃波及び水流によるライニング、岩盤への大規模な被害はないと考えられる

4. 壁面に対する影響 　壁面での衝撃波の強さ • 衝撃波　Ｐ７００＝　130 kg/cm2 （爆縮中心から700mmの位置） • 衝撃波は距離の1.1乗に反比例すると言われている事から各部の衝撃波の到達時の瞬時圧力を予測すると以下の様になる。 • 側部ライニング部　　　　： 29 kg/cm2 × 2 = 58 kg/cm2 （2,750mm） • 側部・底部隅各部　　　　： 20 kg/cm2 × 2 = 40 kg/cm2 （3,785mm） • 下部マンホール蓋板部　　： 11 kg/cm2 × 2 = 22 kg/cm2 （6,500mm） • 上記数値は、衝撃波の反射を考慮して、反射面での圧力が２倍になることを想定しての数値を示している。　（ただし、この数値は理想条件におかれた場合の数値であり、過大評価の可能性もある。） 　水流の影響 • 爆縮中心近傍　　：20 m／ｓ • 爆縮中心から１ｍ： 1 m／ｓ • 爆縮中心から２ｍ： 1 mm／ｓ • 浮力の損失 • 爆縮が生じる前にＰＭＴ架構に作用していた浮力の総和420 ton が、爆縮によりその浮力を失った為に、短時間にその荷重がＰＭＴ架構を通して底板の架構支持部に衝撃的に伝達された可能性がある。 • そのときの荷重の変化量は、浮力喪失分の４２０トンで架構全体が垂直上方に引っ張られていたものが、短時間に自重分の圧縮に変化したと考えられる。 • 最も簡単にかつ安全側に考えると、架構重量が総重量が約２００tonであるため、４２０tonの変化量を起振力としてとらえると、約2.1 G の加速度を与えられたと仮定する事ができる。

5. 衝撃波により破損する可能性のある箇所 • 底部マンホール胴部の隅肉溶接箇所　　　理由：瞬間的にマンホール蓋部分に衝撃圧力が作用し、マンホールの胴板が引っ張られ、そのため隅肉溶接　　　　　　　がせん断局部亀裂を起こす可能性。 • 側部・底部の隅肉溶接箇所（裏側のコンクリートが欠損している場合）　　　理由：可能性は低いが、底部と側部の隅角部の裏側にコンクリートの充填不足箇所が存在した場合は、上記と　　　　　　　同様の理由でせん断亀裂が発生する可能性がある。 • 流体力により破損する可能性のある箇所 • 側部および底部ＰＭＴ架構のアンカー部 • 　　　　　　　理由：破損ＰＭＴの容積を埋める為に移動した水が、流体力として架構に作用し、架構に曲げモーメントとして　　　　　　　　　　　作用してアンカー部に過大な応力が作用することによる亀裂の発生の可能性がある。ただし、爆縮によ　　　　　　　　　　　る流れの発生は局所的であり、水槽全体の30,000 ton の水量に水流を生じさせる可能性は低い為、　　　　　　　　　　　大きな影響を与えたとは考えにくい。 • 浮力の喪失による衝撃力により破損する可能性がある箇所 • 側部ＰＭＴ架構底板支持部　　　理由：破損ＰＭＴの浮力損失により、衝撃的に支持架構端部に荷重が作用し、支持部の一部に亀裂が入る可　　　　　　　能性がある。衝撃荷重の最大値は約４２０ｔｏｎと推定される。

6. 岩盤への影響 約７０００本の破壊した増倍管のうち、最も岩盤に近い位置にあったものは、底部のもので、純水タンク底盤まで、2.0ｍの距離であった。純水タンク底盤コンクリートの厚みが約0.5mあるので、実際の岩盤までの距離は、少なくとも2.5mはあったことになる。ここで、安全サイドの推論をするために、底盤コンクリート構造物内を水中衝撃波が伝播するときの減衰がゼロであると仮定し、水－コンクリート構造物―岩盤の各接触面での衝撃波の反射、回折も無視した場合には、およそピーク圧3.78 MPa の１次水中圧力波が岩盤に入射したことになる。 　この値は、スーパーカミオカンデ空洞周辺の岩盤の引張強度である9.71 MPa の３９％程度の値であり、少なくとも安全率2.57は確保されていたことになる。 増倍管が約７０００本破壊したことによるエネルギーの放出は、約８０ＭＪであると見積もられている。このエネルギーは、真空の増倍管が破壊することにより、その中に水が入り、純水タンク内の水面が低下することにより生ずる位置エネルギーの変化を計算したものである。この位置エネルギーの変化量は、連鎖的に破壊した増倍管の爆縮で発生した負のバブル波による純水タンク内の水の落下運動、すなわち、２次水中圧力波の運動エネルギーと等価であると考えることができる。 このタンク内の水の落下によって純水タンク底盤部にかかる圧力Ｐは、０．０１２３ Mpaと見積もられる。これは、岩盤の引張強度９．７１ MPa より十分に小さい値である。

11. 資料は、 http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~totsuka/nov-12/report-2/ に置いてある。 （注） • 地震岩盤タイベック • タイベックライニング岩盤強度 • 底部浮上 • 底面シミュレーション割れ球底面作業理由 • 圧力等 • ガラス試験（まとめのみ） • アンケートー建設アンケートー改修アンケートー９本球 • 目視ー交換球クラック履歴 • 目視ーストック球 • トルク • １０８５０１０８１０ • 衝撃波実験セットアップ誘爆実験データシミュレーション２シミュレーション３

12. 独法防災科学技術研究所 神岡観測点データ 震源地をＳＫと仮定すると発震時刻は１１時０１分２９．４秒となる。

13. 茂住観測点（ＳＫから２．３ｋｍ）での地震波茂住観測点（ＳＫから２．３ｋｍ）での地震波 １０秒 事故を示す最初のデータ（ラン・イベント 番号１１２１－９２１３４２）の時刻は １１時０１分２９．２５秒である。 事故前に前兆となる地震波形は観測されなかった。 京大防災研４観測点から求めた発震時 は１１時０１分２９．５秒でイベント時刻と よく一致する。 事故直前に何らかの前兆現象はなかった。

14. 底面浮き上がりによるアンカー部突発的変位

15. 底面浮き上がりによるアンカー部突発的変位

16. 増倍管も２ｃｍ浮き上がった としたとき増倍管にかかる力 の推計

17. 底面アンカーが引き抜か れたとしても増倍管１本 にかかる荷重は０．５ｋｇ

18. 増倍管起因

19. Ｂ部 ネック部 Ｃ部 ＡＳＳＹ部 Ａ部 ボトム部

20. ダイノード部とＡＳＳＹ部

21. ２０インチバルブの化学組成

22. ２０インチバルブの力学的特性

23. ８インチバルブの力学的特性

24. ２０インチバルブのＸ線解析

25. ９本爆縮候補球の履歴ー１ ガラス厚許容範囲： 先端（Ａ部）　２．５－７ｍｍ 側面（Ｂ部）　２．０－５ｍｍ 後部（Ｃ部）　２．０－５ｍｍ

26. ９本爆縮候補球の履歴ー２

27. 仕様：６．５気圧２４時間の後目視検査　　　同一条件で９本（上、側、底からそれぞれ３本）仕様：６．５気圧２４時間の後目視検査　　　同一条件で９本（上、側、底からそれぞれ３本） • 　最初の５本、ステム部を上にして試験。（ステム部が上部圧力フランジに接触して浮力を保持。　　ステム部に力がかかる。） • 　　　　　　　ｐｍｔ番号 　　場所 目視 備考-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- LM7606 2TM1P6D-W OK ZW1249 1W1606A-U OK LA0508 1W1702D-V OK EF6670 4TP6M1C-V OK AF4164 2TM3P2C-U Crack ステム部。上記浮力のため破損。KM4376 1BP7P3B-U OK • 　これ以降、ｐｍｔ光電面を上にし、浮力を慎重に散らす（これが昔の出荷時の方法）。　　さらに９本、同一条件で。 • 　　　　　　　ｐｍｔ番号 　　場所 目視 備考 • -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- KM4361 1BP6P4A-W OK KM4781 2W1518A-U OK AB5004 1BP5P4D-V OK LM7338 3TM6M4D-W OK JK5676 1W0808B-V OK KM4050 1BP1P6B-U OK AB7308 2TM2P5D-V OK AF4077 2TM3P2C-V OK AB5375 3W1421D-W OK • 　以上で圧力テスト終了。上面、側面、底面に設置され５年間水中にあった９本を出荷時と　　同等な圧力試験を行った結果、すべて圧力試験をパスした。 交換球圧力テスト

28. ２５度Ｃ 温度サイクル 常温 ５度Ｃ • 温度範囲： 5 deg -- 30 deg 温度変化：1 deg / min • 放置時間：　各３時間 • サイクル数：　２サイクル　(JIS C 0025-1988) ３時間 ３時間 （１サイクル） • ｐｍｔ番号 　　場所 目視 圧力テスト 　　備考-------------------------------------------------------------------------------------------------------------AB6306 2TM5P1D-U OK OK CD6402 4TP1M2C-U OK OK AF4124 1TP4P4A-U OK OK OK CD7014 1W1105C-U OK OK OK JK5192 1W1307B-V OK OK OK JK5736 2BM3P3A-V OK OK GJ4013 1BP1P2A-U OK OK KM4679 1BP1P3B-W OK OK LM6199 1W1001B-U OK OK OK • 以上で温度サイクル完了。すべての増倍管が温度サイクル後の圧力試験をパスした。

29. ６．５気圧 大気圧 大気圧 １時間 目視検査 （１サイクル） 圧力サイクル試験 • 使用ＰＭＴ：　側面 1本 底面 ２本 • 条件　　　：　６．５気圧加圧放置１時間後　　　　　　　　に圧力開放し外観検査 • サイクル数：　４回 • ｐｍｔ番号 　　場所 圧力サイクルテスト 　　備考------------------------------------------------------------------------------------------------------------- LM6199 1W1001B-U OK JK5481 4BP1M4B-W OK JK7150 4BP3M3C-V OK • 　以上で圧力サイクル完了。上の増倍管３本に関して、　　圧力の増減ストレスによる増倍管の機械的強度の劣化は認められず、６気圧の保証耐圧を保持した。

30. ストック球の圧力サイクル試験 • ストックされていた増倍管のうち大口径部（Ｂ部）ガラス厚の薄いものを選んで圧力サイクル試験を行う。圧力サイクルの仕様は上記と同じ。 • ｐｍｔ番号　　 圧力サイクル ガラス厚 Ｂ部min Ｃ部min --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- AB7987 OK 2.0 2.6 CD7888 OK 2.0 2.8 LM7266 OK 2.0 2.2 JK7919 OK 2.0 2.8 GH7936 OK 2.4 2.0 GH7866 OK 2.0 2.5 GH7813 OK 2.0 2.5 JK7883 OK 2.0 2.5 GH7868 OK 2.0 2.4 • ストック球のうち特にガラス厚の薄い増倍管９本はすべて圧力サイクル試験をパスした。

31. 爆縮候補球１０８５０（交換球） 図３．イベント９２１４８３ 図４．イベント９２１４８３底部拡大図

32. 図５．イベント９２１４８３の底部拡大図と各増倍管を中心とした小円（点線）、大円（実線）図５．イベント９２１４８３の底部拡大図と各増倍管を中心とした小円（点線）、大円（実線） 増倍管１０７６７増倍管１０８０９増倍管１０８５０ 増倍管１０７６８増倍管１０８１０増倍管１０８５１ 図６．小円内の増倍管数とリング内の増倍管数の値。 ９本の増倍管それぞれに対して示す。

33. 図１１．図９と同様の信号頻度マップで、増倍管１０８５０の周りについて実際の頻度数を示した。図１１．図９と同様の信号頻度マップで、増倍管１０８５０の周りについて実際の頻度数を示した。 増倍管１０８５０は、[横軸:12.5, 縦軸:7.5]の位置。

34. 図１２． 事故の最初のイベントからの時刻と各増倍管が信号を与えた場合のＴの値。

35. 図 11　増倍管１０８１０（非交換球）のヒットの履歴。　（前兆現象か？） 上からラン番号１１１０４、１１１０５となり一番下が１１１０８となっている。 １１１０６の終盤（１０月１０日２０時３５分頃）からノイズが発生していることがわかる。 イベント数・２００秒

36. １０７６７ １０８０９ １０８５０ 図 20　ラン番号１１２１１の爆縮関連増倍管の ヒット履歴。爆縮前でも増倍管１０８１０にバー ストノイズが見られる。 １０８５１ １０７６８ １０８１０ １０７６９ １０８１１ １０８５２

37. 最初の爆縮球は、１０８５０（交換球）か１０８１０（非交換球）のどちらか最初の爆縮球は、１０８５０（交換球）か１０８１０（非交換球）のどちらか

38. 作業・運搬中のストレス

39. クラックの入った増倍管ＣＤ６５１２ 当時のログブックのコピー

40. クラックの入った増倍管ＣＤ６５１２ • ＣＤ６５１２はスーパーカミオカンデ建設時に損傷を受けた • 水深１２．９ｍに設置されていた • 水深が浅いため破壊を免れたと思われる • 改修時に増倍管１０８５０が損傷を受けた可能性は否定できない

41. 底面作業

42. 底面シミュレーション ｜ コンテナ ハウス | ----------------------------------------------------------------- JK7690 GJ4215 GH7620 LM7126 GH7646 LM7043 KM4151 JK7451 AF4395 JK7344 GH5313 CD5194

43. 底面シミュレーション球ＧＪ４２１５が圧力検査で割れ底面シミュレーション球ＧＪ４２１５が圧力検査で割れ • ｐｍｔ番号　　場 所 11/28目視 12/11目視 圧力テスト---------------------------------------------------------------------------------------------------------AF4395 1BP4P5A-W キズなし キズなし OKCD5194 2BM6P4B-U キズなし キズなし OKGH5313 2BM4P4A-V キズなし キズなし OKGH7620 2BM7P3C-V キズなし キズなし OKKM4151 1BP6P3A-V キズなし キズなし OKJK7451 2BM7P2D-U キズなし キズなし OKJK7344 1BP4P1B-U キズなし キズなし OKGH7646 3BM4M3A-W キズなし キズなし OKLM7043 3BM1M6C-W キズなし キズなし OKJK7690 3BM6M5C-W キズなし キズなし OKLM7216 3BM3M2C-U キズなし キズなし OKGJ4215 1BP2P4D-W キズ１ヶ所 発送時と同じ 割れ！ アルミ蒸着部境 キズ確認 • ＧＪ４２１５がネック部円周上に沿って破断。増倍管軸方向のストレスに　よるものと思われる。底面作業が目視では見つけられないストレスを与えた　ことが明らかになった。

45. 底面作業の影響 • 底面作業により増倍管に縦向きのストレスがかかった • ストレスは目視では発見されないほどの微少 • ストレスが残り加圧された時点でネック部で破断した • 同様なことが回収作業時及びその後の純水注入時に起こった可能性が大きい

46. 衝撃波発生についてー１

47. 衝撃波発生についてー２ 圧力時刻歴（PMT底部水平位置４８ｃｍ）

48. 実験セットアップ ひずみ計 ビデオカメラ セットアップ 圧力計 プッシャー

49. 第２回目セットアップ 第３回目セットアップ

50. 第３回テスト 第２回テスト 実験データ