(57)【要約】【課題】放射性廃棄物を含む放射性廃液を、トリチウムガスなどの水素系ガスを発生させることなく、簡易な方法で固化して処理する。【解決手段】反応容器中で放射性廃液の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定する。次いで、セメント固化槽中において放射性廃液とセメントとを混合して、固化体を生成する。なお、固化体生成中において、固化体中に含まれる水分の酸化還元電位は０ｍＶ以上に保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃液の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定するステップと、
前記放射性廃液をセメント固化するステップと、
を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理方法。
【請求項２】
前記セメント固化は、固化過程にあるセメント中に含まれる水分の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定して行うことを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項３】
前記セメント固化は、ポルトランドセメントを用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項４】
前記セメント固化は、アルミナセメントを用いて行うことを特徴とする、請求項２に記載の放射性廃液の処理方法。
【請求項５】
放射性廃液の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定するための反応容器と、
前記放射性廃液とセメントとを混合して、固化体を生成するためのセメント固化槽と、
を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理装置。
【請求項６】
前記セメント固化槽内の酸化還元電位を０ｍＶ以上に保持するように構成したことを特徴とする、請求項４に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項７】
前記セメントはポルトランドセメントであることを特徴とする、請求項５に記載の放射性処理装置。
【請求項８】
前記セメントはアルミナセメントであることを特徴とする、請求項６に記載の放射性廃液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃液の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設より発生する放射性廃液は種々の放射性物質を含んでおり、一般にこのような放射性廃棄物は、セメント固化、ガラス固化した後、廃棄処分することが想定されている。セメント固化方法は安価で処理が容易なため、多くの廃棄物の固化に適用されているが、放射性廃液中に含有される放射性物質の量が多い、すなわち放射性核種濃度が高いと、セメント固化体中に存在する間隙水や結晶水などが放射線分解して、その結果水素ガスが発生することが想定される。
【０００３】
水素ガスの固化体容器からの放出を押さえるため、容器を密閉するようなことも考えられるが、長期間の保管では内部圧力の上昇が懸念される。そのため、埋設処分後に容器内の圧力上昇を引き起こし、処分場の健全性に影響を及ぼすことも想定される。このような観点から、放射性核種濃度の高い廃棄物である使用済み燃料被覆管の圧縮体を収納する容器には、発生したガスを放出可能なように上部にフィルタを取り付けたCSD-C Universal Canisterの使用が検討されている(非特許文献1)。
【０００４】
しかしながら、このようなフィルタを取り付けた場合、内部にトリチウムなどの放射性物質を含む水が存在すると、放射性物質を含むガスが発生し、容器外部へ放射性ガスが放出されることが懸念される。また、容器内に固定薬剤を配置する手法も提案されているが（特許文献１）、固定薬剤が正常に機能しないような場合、やはり圧力上昇を引き起こす可能性が否定できない。
【０００５】
一方、ガラス固化は高レベル放射性廃棄物の固化にも適用されており、安定な固化処理方法であると考えられている。ガラスは耐放射線性も高く、水素ガス発生の懸念などもないため、高線量廃棄物の固化処理に適すると考えられる（非特許文献２）。しかしながら、ガラス固化体を作製するために要する温度が１２００〜１３００℃程度と高温であり、溶融炉のメンテナンスなどに多大なコストを要するため、高レベル放射性廃棄物の固化体以外への適用が困難である。
【０００６】
このような観点から、放射性廃棄物のガラス固化処理方法として、ゾル・ゲル法を用いたガラス固化方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、ゾル・ゲル法により生成したガラスはバルク体の製作が困難であり、特許文献２においては、乾燥ゲルを仮焼した後、圧縮成型し、焼結させるため、圧縮成形機が必要となり、製造工程が煩雑になることに加えて、製造コストが増大してしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２８２９６号
【特許文献２】特開２００９−１１５４９０号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】F.Chotin, G.Limeui, G.Maurin., ”Quality and Safety of COGEMA Universal Canister Filled with Compacted HULL, END-PIECES and Technological Waste”., The 5th International Conference on Recycling, Conditioning and Disposal(RECOD 98) Proceedings Vol.2 pp636-643, Oct.25-28(1998), Nice-France
【非特許文献２】JNC TN1400 99-020 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二次取りまとめ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、放射性廃棄物を含む放射性廃液を、トリチウムガスなどの水素系ガスを発生させることなく、簡易な方法で固化して処理することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、放射性廃液の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定するステップと、前記放射性廃液をセメント固化するステップと、を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理方法に関する。なお、本発明における「酸化還元電位」は、標準水素電極を基準電極として測定された酸化還元電位である。
【００１１】
また、本発明の一態様は、放射性廃液の酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定するための反応容器と、前記放射性廃液とセメントとを混合して、固化体を生成するためのセメント固化槽と、を具えることを特徴とする、放射性廃液の処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放射性廃棄物を含む放射性廃液を、トリチウムガスなどの水素系ガスを発生させることなく、簡易な方法で固化して処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施形態における放射性廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示す放射性廃液の処理装置１０は、放射性廃液Ｓの入った反応容器１１と、反応容器１１と配管２１を介して接続され、反応容器１１で処理された放射性廃液Ｓをセメント固化するためのセメント固化槽１２とを有している。なお、反応容器１１及びセメント固化槽１２には、以下に説明する本実施形態の放射性廃液の処理方法に従って、ｐＨ調整剤、具体的には酸化剤を適宜添加できるように構成されている。
【００１５】
反応容器１１の外周部には、反応容器１１内の放射性廃液Ｓを適当な温度に加熱するためのヒータ１１１が設けられ、さらに、反応容器１１の下部には、攪拌子１１２が設置されている。      
【００１６】
処理装置１０を構成する反応容器１１、セメント固化槽１２及び配管２１は、ステンレス等の耐食性の高い材料から構成する。なお、本実施形態の処理装置１０では、セメント固化槽１２をインドラム方式で構成しているが、混練槽と固化槽とを分離したアウトドラム方式とすることもできる。
【００１７】
次に、図１に示す放射性廃液の処理装置１０を用いた放射性廃液の処理方法について説明する。
【００１８】
最初に、図１の処理装置１０における反応容器１１中に、例えばバッファタンク等に貯留された例えばＣｏ−６０等の放射性核種を１×１０１２Ｂｑ／ｔｏｎ以上の高濃度に含む放射性廃液Ｓを反応容器１１内に導入する。次いで、図示しない酸化還元電位計(測定用電極として、白金電極と比較電極を一体にした複合電極が広く用いられ、この場合には、先に述べた標準水素電極とは異なるので、使用した比較電極と標準水素電極の間の電位差を、測定した電位差に加える)を用い、その端子を反応容器１１内に浸漬させて放射性廃液Ｓの酸化還元電位を計測する。なお、酸化還元電位計は、反応容器１１の壁面に予め固定しておいてもよい。
【００１９】
このとき、放射性廃液Ｓの酸化還元電位は一般に０ｍＶ未満、具体的にはマイナス数十ｍＶからマイナス数百ｍＶの範囲となっている。したがって、本実施形態においては、反応容器１１中の放射性廃液Ｓの酸化還元電位を０ｍＶ以上とする。これによって、以下に説明するような放射性廃液Ｓを直接セメント固化した際において、放射性廃液Ｓ中の高濃度放射性核種が、セメント固化体中に存在する間隙水や結晶水などを放射線分解することなく、その結果、放射性のトリチウムガス等の水素系ガスの発生を抑制することができる。
【００２０】
このような放射性廃液Ｓの酸化還元電位と、放射性廃液Ｓのセメント固化体を作製する際の水素系ガスの発生との関係は、本発明者らの膨大かつ長年に亘る研究の結果として得たものである。
【００２１】
なお、放射性廃液Ｓの酸化還元電位を０ｍＶ以上とするためには、例えば酸化剤（ｐＨ調整剤）を用いる。酸化剤としては、硫酸、硝酸、塩酸等の強酸を用いることもできるし、モリブデン酸、タングステン酸、過レニウム酸等の比較的弱い酸を用いることもできる。また、硝酸ナトリウム塩のような放射性廃液Ｓに対して易溶性であり、放射性廃液Ｓ中に溶解して強酸である硝酸を生成するような塩を用いることもできる。
【００２２】
但し、放射性廃液Ｓが、高濃度のオキソ酸を含みその酸化還元電位が当初より０ｍＶ以上である場合は、上述のような放射性廃液Ｓの酸化還元電位を０ｍＶ以上とするための操作は必要とされない。逆に、反応容器１１等の腐食を防止する等の目的から、硫化ナトリウム塩等の放射性廃液Ｓに対して易溶性であるアルカリ塩を添加することもできる。
【００２３】
放射性廃液Ｓと酸化剤等との混合は、反応容器１１の下部に設けられた撹拌子１１２を用いて行う。
【００２４】
また、本実施形態では、反応容器１１の外周部にヒータ１１１を配設しているので、ヒータ１１１によって放射性廃液Ｓの温度を変化させる、具体的には、室温（２５℃から１００℃未満）の温度に加熱することによっても放射性廃液Ｓの酸化還元電位を変化（増大）させることができる。但し、放射性廃液Ｓの酸化還元電位は、一次的には上述のような酸化剤に依存する。
【００２５】
放射性廃液Ｓの酸化還元電位の上限は、上述のように、放射性廃液Ｓ中の高濃度放射性核種が、セメント固化体中に存在する間隙水や結晶水などを放射線分解することなく、放射性のトリチウムガス等の水素系ガスの発生を抑制することができれば特に限定されないが、例えば０．５ｍＶ〜１．０ｍＶとすることができる。これより放射性廃液Ｓの酸化還元電位が高くなっても、上述のような水素系ガスの発生の抑制には影響を及ぼさず、また、反応容器１１等が腐食してしまう場合がある。
【００２６】
次いで、酸化還元電位が０ｍＶ以上に設定された放射性廃液Ｓを配管２１を介してセメント固化槽１２に移送し、当該セメント固化槽１２内でセメントと混合してセメント固化体を作製する。
【００２７】
使用するセメントは、例えばアルミナセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント及びポルトランドセメントを挙げることができる。これらのセメント材は容易に入手ができるとともに安価であって、かつ海水や化学物質に対して安定であるので、本実施形態のように放射性排液を固化して安定化させるセメント材として適している。特に、アルミナセメントは、アルミニウムの原料であるボーキサイトと石灰石から作られ、酸化アルミニウムを含むセメントであって、混練後すぐに強い強度を発揮するので、イオン閉じ込め性に優れている。
【００２８】
一方、セメント固化の過程にあるセメント中に含まれる、放射性廃液Ｓ等由来の水分の酸化還元電位は、上述のように、高濃度放射性核種が、セメント固化体中の上記水分を放射線分解しないように常に０ｍＶ以上に保持しておく必要がある。
【００２９】
上述したセメントの中でもポルトランドセメントを用いてセメント固化体を作製する場合、反応容器１１内で放射性廃液Ｓの酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定すると、セメント固化体中でも含まれる水分の酸化還元電位は０ｍＶ以上なる要件を満足するが、その他のセメントを用いてセメント固化体を作製した場合、上記水分の酸化還元電位は０ｍＶ未満になってしまう。したがって、セメント固化体を作製する際に用いるセメントは、ポルトランドセメントであることが好ましい。
【００３０】
特に、アルミナセメントを用いた場合は、結晶水を多く含むセメント水和物であるエトリンガイト（3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O）、モノサルフェート（3CaO・Al2O3・CaSO4・12H2O）、カルシウムアルミネート水和物（3CaO・Al2O3・13H2O）を生成するため、水素系ガスの発生が顕著になる。このため、ポルトランドセメント以外のセメントを用いてセメント固化体を得る場合は、固化過程にあるセメントの酸化還元電位を０ｍＶ以上に設定するために追加の操作が必要となる。
【００３１】
換言すれば、本実施形態の方法は、セメントとしてアルミナセメントを用いてセメント固化体を作製する際に最も作用効果を奏するということができる。
【００３２】
追加の操作としては、反応容器１１で放射性廃液Ｓに対して行ったのと同様の操作、すなわち、酸化剤（ｐＨ調整剤）を添加する。酸化剤としては、硫酸、硝酸、塩酸等の強酸を用いることもできるし、モリブデン酸、タングステン酸、過レニウム酸等の比較的弱い酸を用いることもできる。また、硝酸ナトリウム塩のような水分に対して易溶性であり、セメント固化体中の水分中に溶解して強酸である硝酸を生成するような塩を用いることもできる。
【００３３】
上述のようにして得たセメント固化体は、埋設処分施設にて埋設処分に供される。
【００３４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  放射性廃液の処理装置
１１  反応容器
１１１  ヒータ
１１２  撹拌機
１２  セメント固化槽
【図１】
2014098637.tif 000003