(57)【要約】【課題】処分孔の周辺岩盤から滲み出した地下水の塩分濃度が高い場合であっても、ブロック型緩衝材が崩壊するまでにペレット型緩衝材の充填を完了することができる放射性廃棄物の埋設処分施設を提供すること。【解決手段】ベントナイトを主成分とする粘土系土質材料が締め固められ、放射性廃棄物３を埋設する処分孔５に設置されたブロック型緩衝材６０と、処分孔５とブロック型緩衝材６０との間に充填され、ベントナイトを主成分とする粒状のペレット型緩衝材７とを備えた放射性廃棄物の埋設処分施設において、ブロック型緩衝材６０は、処分孔５に塩分濃度が高い地下水が滲み出してもペレット型緩衝材７の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度を調整した粘土系土質材料を締め固めたものにした。【選択図】        図１
2010038736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイトを主成分とする粘土系土質材料が締め固められ、放射性廃棄物を埋設する処分孔に設置されたブロック型緩衝材と、処分孔とブロック型緩衝材との間に充填され、ベントナイトを主成分とする粒状のペレット型緩衝材とを備えた放射性廃棄物の埋設処分施設において、
前記ブロック型緩衝材は、処分孔に塩分濃度が高い地下水が滲み出してもペレット型緩衝材の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度を調整した粘土系土質材料を締め固めたものであることを特徴とする放射性廃棄物の埋設処分施設。
【請求項２】
粘土系土質材料の水分飽和度は、８８％以上であることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
【請求項３】
ベントナイトを主成分とする粘土系土質材料を締め固めたブロック型緩衝材を製作した後、放射性廃棄物を埋設する処分孔にブロック型緩衝材を設置し、その後、処分孔とブロック型緩衝材との隙間にベントナイトを主成分とする粒状のペレット型緩衝材を充填する放射性廃棄物の埋設方法において、
塩分濃度が高い地下水が処分孔に滲み出してもペレット型緩衝材の充填が完了するまでブロック型緩衝材がその形態を維持するように、粘土系土質材料の水分飽和度を調整した後に粘土系土質材料を締め固めたことを特徴とする放射性廃棄物の埋設方法。
【請求項４】
粘土系土質材料の水分飽和度を８８％以上に調整したことを特徴とする請求項３に記載の放射性廃棄物の埋設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物の埋設処分施設および放射性廃棄物の埋設方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における原子力の利用に伴い発生する放射性廃棄物は、人間環境に有意な影響を及ぼすことがないよう安全に管理するために適切な方法で処理が行われた後、最終処分されるようになっている。たとえば、再処理で使用済燃料からウラン、プルトニウム等の有用物を分離した後に残存する放射能レベルの高い廃棄物（高レベル放射性廃棄物）は、ガラスで固化した後、３０〜５０年間冷却のために貯蔵され、その後、地下深く埋設処分することとなっている。
【０００３】
図１に示すように、ガラスで固化した放射性廃棄物（ガラス固化体１）を埋設する埋設処分施設（地下施設）は、地上施設から廃棄体３（ガラス固化体１をオーバーパック２（金属製の容器）に封入したもの）や建設資材などを搬送するためのアクセス坑道や連絡坑道、廃棄体を定置するための処分坑道４や処分孔５などから構成される。
【０００４】
図１に示すように、廃棄体３を縦置きで埋設する埋設処分施設は、処分坑道４から処分孔５を一定間隔で掘削し、そこに廃棄体３を定置し、廃棄体３と処分孔５との間に緩衝材６が充填される。
【０００５】
緩衝材６は、たとえば、ベントナイトと砂とを混合したベントナイト系土質材料が使用され、この土質材料を締め固めることにより、所定の弾性及び遮水性を発揮するようになっている。また、緩衝材６は、遮水材とも称され、地震等の外力が加わって処分坑道４あるいは処分孔５が変形した場合に廃棄体３に加わる外力を低減するとともに、地下水の浸入を阻止するようになっている。
【０００６】
緩衝材６の形態は、現場締固め型のほか、ブロック型が検討されている。図２に示すように、ブロック型緩衝材６０は、円板状のブロック型緩衝材６１、中央に廃棄体を収納する孔が形成されたドーナツ状のブロック型緩衝材６２の二種類から構成され、処分孔５に円板状のブロック型緩衝材６１を設置した後、廃棄体３を設置するとともにドーナツ状のブロック型緩衝材６２を積み重ね、その後、再び、円板状のブロック型緩衝材６１を積み重ねることにより、ブロック型緩衝材６０の内部に廃棄体３が収納されるようになっている。なお、これらは、より小さなブロックに分かれて組み立てられる場合もある（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００７】
また、図３に示すように、処分孔５に設置したブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間に粒状のベントナイト系高密度固状体（ペレット型緩衝材７）を充填することにより、ブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間を埋めた埋設処分施設が提案されている。この埋設処分施設によれば、ブロック型緩衝材６０が崩壊したとしても、ペレット型緩衝材７が緩衝性能と遮水性能とを発揮することになる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献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”、［online］、［平成２０年８月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.numo.or.jp/siryou/gijyutsu/4alldl/tr0401all.pdf＞
【特許文献１】特開２００７−３１９７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、処分孔５の周辺岩盤から滲みだした地下水の塩分濃度が高い場合には、図４に示すように、地下水がブロック型緩衝材６０に浸入することによりブロック型緩衝材６０を崩壊せしめるので、ブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間にペレット型緩衝材７を充填できない事態が生じることになる。たとえば、体積１００ｃｍ３、初期水分飽和度（材料の間隙を満たす水分の体積率）（Ｓｒ）が４７％の模擬緩衝材は、塩分（ＮａＣｌ）濃度４％の塩水に浸漬させると、約３０分ですべて崩壊する（図５参照）。なお、地下水の塩分濃度が低い場合には、地下水がブロック型緩衝材６０に浸入しても直ちにブロック型緩衝材６０を崩壊せしめることはないので、ブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間にペレット型緩衝材７を充填できない事態を検討する必要はない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処分孔の周辺岩盤から滲みだした地下水の塩分濃度が高い場合であっても、ブロック型緩衝材が崩壊するまでにペレット型緩衝材の充填を完了することができる放射性廃棄物の埋設処分施設および放射性廃棄物の埋設方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ベントナイトを主成分とする粘土系土質材料が締め固められ、放射性廃棄物を埋設する処分孔に設置されたブロック型緩衝材と、処分孔とブロック型緩衝材との間に充填され、ベントナイトを主成分とする粒状のペレット型緩衝材とを備えた放射性廃棄物の埋設処分施設において、前記ブロック型緩衝材は、処分孔に塩分濃度が高い地下水が滲み出してもペレット型緩衝材の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度を調整した粘土系土質材料を締め固めたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記発明において、粘土系土質材料の水分飽和度は、８８％以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、ベントナイトを主成分とする粘土系土質材料を締め固めたブロック型緩衝材を製作した後、放射性廃棄物を埋設する処分孔にブロック型緩衝材を設置し、その後、処分孔とブロック型緩衝材との隙間にベントナイトを主成分とする粒状のペレット型緩衝材を充填する放射性廃棄物の埋設方法において、塩分濃度が高い地下水が処分孔に滲み出してもペレット型緩衝材の充填が完了するまでブロック型緩衝材がその形態を維持するように、粘土系土質材料の水分飽和度を調整した後に粘土系土質材料を締め固めたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記発明において、粘土系土質材料の水分飽和度を８８％以上に調整したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設のブロック型緩衝材は、処分孔に塩分濃度が高い地下水が滲みだしてもペレット型緩衝材の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度を調整した粘土系土質材料を締め固めたものであるから、ブロック型緩衝材が崩壊するまでにペレット型緩衝材の充填を完了することができる。
【００１６】
本発明にかかる放射性廃棄物の埋設方法は、塩分濃度が高い地下水が処分孔に滲みだしてもペレット型緩衝材の充填が完了するまでブロック型緩衝材がその形態を維持するように、粘土系土質材料の水分飽和度を調整した後に粘土系土質材料を締め固めたので、ブロック型緩衝材が崩壊するまでにペレット型緩衝材の充填を完了することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設および放射性廃棄物の埋設方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
図５は、初期水分飽和度が異なる模擬緩衝材の塩水浸漬試験の結果を示す図である。この試験において用いる模擬緩衝材は、ベントナイトに骨材としてケイ砂を混合したものであって、以下の諸元を有している。
・ベントナイトは、Ｎａ型ベントナイトのものを用いる。
・ケイ砂は、ケイ砂３号とケイ砂５号とを１対１の割合で混合したものを用いる。
・ベントナイトとケイ砂の混合比は、７０％対３０％とする。
・模擬緩衝材の乾燥密度は、１６００ｋｇ／ｍ３とする。
・模擬緩衝材の初期水分飽和度（Ｓｒ）は、０％、４７％、６７％、８８％、９７％とする。
また、浸漬させる塩水の塩分（ＮａＣｌ）濃度は、海水とほぼ同じ４％とする。
【００１９】
図５に示すように、初期水分飽和度（Ｓｒ）が大きくなるにつれて模擬緩衝材の崩壊速度が小さくなる。たとえば、初期水分飽和度（Ｓｒ）が８８％以上になると、９０分程度はその形態を維持する（たとえば、拡散により粒子が浮遊しても粒子が落ちていかない状態）。
【００２０】
このことを踏まえて、本発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設のブロック型緩衝材は、処分孔に塩分濃度が高い地下水が滲みだしてもペレット型緩衝材の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度（初期水分飽和度）Ｓｒを調整した粘土系土質材料を締め固めたものである。たとえば、粘土系土質材料の水分飽和度（初期水分飽和度）Ｓｒは、８８％以上に調整してある。
【００２１】
また、同様に、本発明にかかる放射性廃棄物の埋設方法は、塩分濃度が高い地下水が処分孔に滲み出してもペレット型緩衝材の充填が完了するまでブロック型緩衝材がその形態を維持するように、粘土系土質材料の水分飽和度を調整した後に粘土系土質材料を締め固め、ブロック型緩衝材を製作するようにしている。たとえば、水分飽和度（初期水分飽和度）Ｓｒを８８％以上に調整した粘土系土質材料を締め固めている。
【００２２】
（実施の形態）
本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設処分施設について説明する。本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設処分施設は、廃棄体縦置き方式と称される埋設処分施設であって、図１に示すように、処分坑道４から処分孔５を一定間隔で掘削し、そこに廃棄体３を定置し、廃棄体３と処分孔５との間に緩衝材６が充填される。
【００２３】
廃棄体３は、放射性廃棄物が封入されたガラス固化体１をさらにオーバーパック２と称される金属製の容器（たとえば、厚さ２００ｍｍ程度の鉄製の容器）に封入されており、廃棄体３と処分孔との間に厚さ３００ｍｍ程度の緩衝材６が充填される。
【００２４】
緩衝材６は、廃棄体３を物理的に保護するとともに、オーバーパック２の閉じ込め機能が失われた後も放射性核種の移行を抑制することが期待されているもので、地下水の移動の抑制、溶解した核種の吸着、コロイドの移行の防止といった機能が求められる。
【００２５】
本実施の形態で廃棄体３と処分孔５との間に充填される緩衝材６は、ブロック型緩衝材６０とペレット型緩衝材７とにより構成される。
【００２６】
ブロック型緩衝材６０には、円板状のブロック型緩衝材６１、中央に廃棄体を収納する孔が形成されたドーナツ状のブロック型緩衝材６２の二種類があり、処分孔５に塩分濃度が高い地下水（たとえば、海水とほぼ同一の塩分濃度（４％）を有する地下水）が滲みだしてもペレット型緩衝材７の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度（初期水分飽和度）Ｓｒを調整した粘土系土質材料を締め固めることにより構成してある。たとえば、水分飽和度（初期水分飽和度）Ｓｒを８８％以上に調整した粘土系土質材料を締め固めることにより構成してある。
【００２７】
粘土系土質材料は、ベントナイトを主成分とした粘土系土質材料であって、ベントナイトに骨材としてケイ砂を混合したもので構成してある。より具体的には、ベントナイトはＮａ型ベントナイト、ケイ砂はケイ砂３号とケイ砂５号とを１対１の割合で混合したもの、ベントナイトとケイ砂の混合比は７０％対３０％としたものを用いている。
【００２８】
ペレット型緩衝材７は、処分孔５とブロック型緩衝材６０との間に充填されるベントナイトを主成分とする粒状の緩衝材である。ペレット型緩衝材７の粒径は、たとえば、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍのものが用いられる。
【００２９】
これらブロック型緩衝材６０とペレット型緩衝材７とは、地上の緩衝材製作施設（工場）において製作される。
【００３０】
図６及び図７に基づいて、ブロック型緩衝材６０の製作方法をより具体的に説明する。図６は、ブロック型緩衝材の製作手順を示した工程図であり、図７は、ブロック型緩衝材の製作手順を示した模式図である。
【００３１】
図６に示すように、粘土系土質材料（ベントナイトとケイ砂）を所定の含水比で混練する。その後、図７に示すように、炭酸ガス（Ｃ０２）を吹き付けることにより、材料間隙の空気を排除する。そして、真空引きするとともに、粘土系土質材料をプレス圧縮成形する。その後、底版を除去するとともに、ピストンを押し出すことによって、所定の水分飽和度（たとえば、８８％以上）のブロック型緩衝材６０が製作される。
【００３２】
上述した放射性廃棄物の埋設処分施設では、地上の緩衝材製作施設（工場）で所定の水分飽和度で作成されたブロック型緩衝材６０を処分孔５に円板状のブロック型緩衝材６１を設置した後、廃棄体３を設置するとともにドーナツ状のブロック型緩衝材６２を積み重ね、その後、再び、円板状のブロック型緩衝材６１を積み重ねることにより、ブロック型緩衝材６０の内部に廃棄体３が収納される。
【００３３】
そして、処分孔５に設置したブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間に粒状のペレット型緩衝材７を充填することにより、ブロック型緩衝材６０と処分孔５との隙間が埋められる。
【００３４】
上述した実施の形態にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設のブロック型緩衝材６０は、処分孔５に塩分濃度が高い地下水が滲みだしてもペレット型緩衝材７の充填が完了するまでその形態を維持するように、水分飽和度を調整した粘土系土質材料を締め固めたものであるから、ブロック型緩衝材６０が崩壊するまでにペレット型緩衝材７の充填を完了することができる。
【００３５】
また、上述した実施の形態にかかる放射性廃棄物の埋設方法は、塩分濃度が高い地下水が処分孔５に滲みだしてもペレット型緩衝材７の充填が完了するまでブロック型緩衝材６０がその形態を維持するように、粘土系土質材料の水分飽和度を調整した後に粘土系土質材料を締め固めたので、ブロック型緩衝材６０が崩壊するまでにペレット型緩衝材の充填を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】放射性廃棄物の埋設処分施設を示す概念図である。
【図２】ブロック型緩衝材の設置手順を示す工程図である。
【図３】放射性廃棄物の埋設処分施設を示す横断面図である。
【図４】放射性廃棄物の埋設処分施設を示す横断面図である。
【図５】初期水分飽和度が異なる模擬緩衝材の塩水浸漬試験の結果を示す図である。
【図６】ブロック型緩衝材の製作手順を示した工程図である。
【図７】ブロック型緩衝材の製作手順を示した模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    ガラス固化体
２    オーバーパック
３    廃棄体（放射性廃棄物）
４    処分坑道
５    処分孔
６    緩衝材
６０    ブロック型緩衝材
６１    円板状のブロック型緩衝材
６２    ドーナツ状のブロック型緩衝材
７    ペレット型緩衝材
【図１】
2010038736.tif 000003
【図２】
2010038736.tif 000004
【図３】
2010038736.tif 000005
【図４】
2010038736.tif 000006
【図５】
2010038736.tif 000007
【図６】
2010038736.tif 000008
【図７】
2010038736.tif 000009