(57)【要約】【課題】放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能に優れるとともに、設置および移設が容易な放射性物質格納容器、放射性物質貯蔵施設およびその築造方法ならびに放射性物質貯蔵構造を提供する。【解決手段】本発明に係る放射性物質格納容器１０は、放射性物質を格納するための内部空間１２を有し、地盤内に埋設可能な中空鋼管１４からなる放射性物質格納容器であって、中空鋼管１４の先端部１４ａ，１４ｂを閉塞する鋼材と、中空鋼管１４の内面１４ｃを被覆する放射線遮蔽材１８とを備える。また、本発明に係る放射性物質貯蔵施設の築造方法は、放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設してなる放射性物質貯蔵施設の築造方法であって、放射性物質格納容器１０を地盤に設置する前または後に放射性物質を内部空間１２に格納するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を格納するための内部空間を有し、地盤内に埋設可能な中空鋼管からなる放射性物質格納容器であって、
前記中空鋼管の先端部を閉塞する鋼材と、前記中空鋼管の内面を被覆する放射線遮蔽材とを備えることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項２】
前記中空鋼管の先端部またはその近傍に推進翼を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質格納容器。
【請求項３】
前記中空鋼管の内面と前記中空鋼管内に設けた鋼材とで前記放射線遮蔽材を挟み込んだことを特徴とする請求項１または２に記載の放射性物質格納容器。
【請求項４】
前記中空鋼管の内部に先端が閉塞した管を挿入して二重管構造とし、前記中空鋼管と前記管との間に前記放射線遮蔽材を充填したことを特徴とする請求項３に記載の放射性物質格納容器。
【請求項５】
前記放射線遮蔽材は、砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、セメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材、鉛、鉛化合物の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器が地盤内に埋設されてなることを特徴とする放射性物質貯蔵施設。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器を地盤内に埋設してなる放射性物質貯蔵施設の築造方法であって、放射性物質格納容器を地盤に設置する前または後に放射性物質を前記内部空間に格納することを特徴とする放射性物質貯蔵施設の築造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器と、前記中空鋼管の内部空間に格納される高レベルの放射性物質と、前記高レベルの放射性物質の周囲に配置される低レベルの放射性物質とからなることを特徴とする放射性物質貯蔵構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質で汚染されたコンクリートやガレキ、ガレキの焼却灰、土砂などの廃棄物を格納するための放射性物質格納容器、ならびに、この放射性物質格納容器を用いた放射性物質貯蔵施設およびその築造方法ならびに放射性物質貯蔵構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災のような非常に大きな地震が発生すると、原子力発電所にも被害が生じ、放射性物質が大量に放出され、多くの地域で建物や土砂が放射能汚染されることになる。また、平時でも原子力施設からは放射性廃棄物が発生している。このような放射線を発する物質は、適切に処理をしなければ人間の生活に大きな影響を及ぼしてしまう。
【０００３】
特に、東日本大震災で発生した原子力発電所の事故による放射性物質の拡散は広範囲となっており、その処理が問題となっている。そのまま放置すると、長期にわたり放射線を放出することになり、適切な処理方法が求められている。
【０００４】
放射性物質により汚染された物質を密封する技術としては、例えば特許文献１〜３に示されるような方法が提案されている。
【０００５】
特許文献１は、原子力施設として使用する建屋の支持杭を中空とし、該中空杭内に放射化コンクリートを中込材として充填して封じ込めることにより、該中空杭を保管容器として放射化コンクリートを保管するものである。この特許文献１によれば、格別の保管スペースを必要とすることなく多量の放射化コンクリートを安全かつ長期にわたって保管することが可能であり、しかも、その放射化コンクリートを中空杭の中込材として再利用し、きわめて合理的かつ有効であるとしている。
【０００６】
特許文献２は、構造物の基礎杭としての鋼管コンクリート杭であり、支持層に達するように設けられた鋼管内に廃棄物であるコンクリートガラを充填するとともにモルタルを圧入し、硬化したモルタル中に前記コンクリートガラを埋設せしめた状態で該コンクリートガラを鋼管内全体に封じ込めたものである。
【０００７】
この特許文献２では、産業廃棄物としてのコンクリートガラ、ひいては極低レベル放射性廃棄物としての放射化コンクリートガラの有効活用を可能とする有効な手段としている。そして、廃棄物であるコンクリートガラを中込材として有効に利用することが可能であり、また構造的に優れた基礎杭を実現するとしている。
【０００８】
特許文献３は、先端翼を有する先端軸部を、脱着機構を介して切り離し可能に上部軸部の下端に取り付けて地盤内に回転貫入させて所定深度に到達させ、前記脱着機構で前記上部軸部を切り離して上部軸部のみを引き上げ、支持地盤位置に先行先端支持体として残置させた前記先端軸部の上部に、前記上部軸部を引き上げて形成された空孔内に設けた支持本体の下端を継いで前記先行先端支持体と支持本体とを一体基礎としたものである。
【０００９】
この特許文献３では、先端軸部を埋設用のキャニスター（缶容器）として利用し、このキャニスター内に、対象地盤内に埋設処分可能な廃棄物、例えば固化、不溶化あるいは還元処理済みの重金属廃棄物、有機塩素系化合物、低レベル放射性廃棄物等を収容し、地盤の所定深さまで埋設させ、上部軸部を引き上げた後の空孔を埋め戻すことでキャニスターを地中埋設することができるとしている。
【００１０】
一方、鋼管の先端部に複数の傾斜した鋼製板（推進翼）を取り付けたねじ込み式の鋼管杭が知られている（例えば特許文献４参照）。鋼製板には鋼管杭を地中に推進させるためのねじ込み機能が持たせてあり、鋼管杭をねじ込むことで無排土で地中に埋設することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１３１４９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２０４５４７号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３９８１号公報
【特許文献４】特開平９−３２４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記の特許文献１では、中空杭として鋼管やＰＨＣ杭を使用し、その先端は止水剤を添加した封止コンクリートにより閉塞して完全水密性を確保している。しかしながら、被圧を受けた地盤では施工時に管内部に水が流入してコンクリートの打設が困難となるなど、良質なコンクリートが打設できないおそれがある。また、放射性廃棄物の保存は一般に長期にわたるため、先端の封止コンクリート部が経年劣化すると地中に放射性物質が漏れ出す危険もある。また、中空杭に直接廃棄物を入れるため、放射線は杭を通過して地盤内に放出されるなど、このままでは放射線の遮蔽効果が小さいという問題もある。
【００１３】
また、上記の特許文献２では、鋼管内の先端部に止水コンクリートを打設して先端部を封止しているが、特許文献１の場合と同様に、打設が困難である問題や、劣化により放射性物質が漏れ出す危険がある。また、廃棄物であるコンクリートガラを中込材として利用するためには、コンクリートガラを予め所定の粒径（５〜１０ｃｍ程度）に揃えて粉砕しておく必要があり、手間とコストが掛かる。また、中込材としての強度を確保する必要性からコンクリートガラのみを使用でき、土砂や木屑などを混入することはできない。
【００１４】
なお、上記の特許文献１および２においては、保管してある放射性物質を杭中から取り出して別の場所へ移すことが示唆されているが、実際上は困難であり、いったん地中に埋設したら、その場所に永久保管するしかない構造といえる。
【００１５】
また、上記の特許文献３では、先端軸部を埋設用のキャニスターとして利用しているが、その容量は小さく制限されたものとなる。また、いったん地中に埋設した後は地上に取り出すことは困難である。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能に優れるとともに、設置および移設が容易な放射性物質格納容器、放射性物質貯蔵施設およびその築造方法ならびに放射性物質貯蔵構造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】
【００１７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、（１）本発明に係る放射性物質格納容器は、放射性物質を格納するための内部空間を有し、地盤内に埋設可能な中空鋼管からなる放射性物質格納容器であって、前記中空鋼管の先端部を閉塞する鋼材と、前記中空鋼管の内面を被覆する放射線遮蔽材とを備えることを特徴とする。
【００１８】
（２）また、本発明に係る他の放射性物質格納容器は、上述した（１）において、前記中空鋼管の先端部またはその近傍に推進翼を設けたことを特徴とする。
【００１９】
（３）また、本発明に係る他の放射性物質格納容器は、上述した（１）または（２）において、前記中空鋼管の内面と前記中空鋼管内に設けた鋼材とで前記放射線遮蔽材を挟み込んだことを特徴とする。
【００２０】
（４）また、本発明に係る他の放射性物質格納容器は、上述した（３）において、前記中空鋼管の内部に先端が閉塞した管を挿入して二重管構造とし、前記中空鋼管と前記管との間に前記放射線遮蔽材を充填したことを特徴とする。
【００２１】
（５）また、本発明に係る他の放射性物質格納容器は、上述した（１）〜（４）のいずれか一つにおいて、前記放射線遮蔽材は、砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、セメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材、鉛、鉛化合物の少なくとも一つからなることを特徴とする。
【００２２】
（６）また、本発明に係る放射性物質貯蔵施設は、上述した（１）〜（５）のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器が地盤内に埋設されてなることを特徴とする。
【００２３】
（７）また、本発明に係る放射性物質貯蔵施設の築造方法は、上述した（１）〜（５）のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器を地盤内に埋設してなる放射性物質貯蔵施設の築造方法であって、放射性物質格納容器を地盤に設置する前または後に放射性物質を前記内部空間に格納することを特徴とする。
【００２４】
（８）また、本発明に係る放射性物質貯蔵構造は、上述した（１）〜（５）のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器と、前記中空鋼管の内部空間に格納される高レベルの放射性物質と、前記高レベルの放射性物質の周囲に配置される低レベルの放射性物質とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る放射性物質格納容器によれば、放射性物質を格納するための内部空間を有し、地盤内に埋設可能な中空鋼管からなる放射性物質格納容器であって、前記中空鋼管の先端部を閉塞する鋼材と、前記中空鋼管の内面を被覆する放射線遮蔽材とを備えるので、格納された放射性物質が発するガンマ線などの放射線は放射線遮蔽材により遮蔽され、中空鋼管外部への放出が抑制される。このように、放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能に優れることから、放射性物質格納容器を地盤内に埋設した場合に周囲地盤を放射能汚染することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１の放射性物質格納容器を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の放射性物質貯蔵施設の築造方法を示す図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態２の放射性物質格納容器を示す図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は底面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態２の放射性物質格納容器の他の例を示す図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は底面図である。
【図３−３】図３−３は、図３−２に示した推進翼のバリエーションの一例を示す概略底面図および側面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２の放射性物質貯蔵施設の築造方法を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４の放射性物質格納容器を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態５の放射性物質格納容器を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態６−１の放射性物質貯蔵施設の築造方法を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態６−２の放射性物質貯蔵施設の築造方法を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態７の放射性物質貯蔵構造を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明によるガンマ線遮蔽効果の検証に用いた放射性物質格納容器のモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る放射性物質格納容器および放射性物質貯蔵施設の築造方法ならびに放射性物質貯蔵構造の実施の形態（実施の形態１〜７）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
［実施の形態１］
図１に示すように、本発明の実施の形態１の放射性物質格納容器１０は、放射性物質で汚染されたコンクリートやガレキ、ガレキの焼却灰、土砂などの廃棄物（以下、これらを放射性物質と総称する。）を格納するための内部空間１２を有した中空鋼管１４からなり、中空鋼管１４の上下端部１４ａ、１４ｂ（先端部）をそれぞれ閉塞する板状の天蓋１６ａおよび底蓋１６ｂ（鋼材）と、中空鋼管１４の内面１４ｃを被覆する放射線遮蔽材１８とを備えている。
【００２９】
中空鋼管１４は、建物の支持杭として地盤内に埋設される鋼管杭用の単管を用いることができ、例えばＪＩＳ  Ａ  ５５２５（鋼管ぐい）に適合する単管を使用可能である。
【００３０】
底蓋１６ｂは、溶接により下端部１４ｂに固定される鋼材である。ここで、底蓋１６ｂをコンクリート製とすると、ひび等が入ることで中空鋼管１４内部に投入した放射性物質が外部に漏れ出すおそれがあるので、本発明では確実に密閉ができる鋼材で底蓋１６ｂを溶接するようにしている。底蓋１６ｂの上面は、放射線遮蔽材１８によって被覆されていてもよい。また、天蓋１６ａの下面は放射線遮蔽材１８と同じコンクリート等からなる放射線遮蔽材（不図示）によって被覆されており、鋼材部分の溶接により上端部１４ａに固定される。
【００３１】
放射性物質が放出する放射線にはアルファ線、ベータ線、ガンマ線があり、アルファ線とベータ線は紙やアルミニウム板などで遮蔽できるが、ガンマ線は透過力が非常に高く、コンクリートや鉛など密度の大きい物質があると減衰するという特性がある。よって、本発明では、中空鋼管１４内部に放射性物質を直接格納するのではなく、中空鋼管１４の内面を被覆するコンクリートや鉛など密度の大きい物質からなる放射線遮蔽材１８を介して放射性物質を格納する。こうすることで、内部に格納された放射性物質が発するガンマ線などの放射線は放射線遮蔽材１８により遮蔽され、中空鋼管１４外部への放出が抑制される。
【００３２】
このように本発明は、放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能に優れることから、放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設した場合に周囲地盤を放射能汚染することがない。
【００３３】
ここで、本発明の放射線遮蔽材１８としては、コンクリートや鉛などの密度が大きくガンマ線を効果的に遮蔽できる物質であればいかなる材料で構成しても構わないが、例えば、砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、コンクリートやモルタルなどのセメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材、鉛、鉛化合物、バリウム、バリウム化合物の少なくとも一つを含むように構成することができる。ただし、本実施の形態１では、セメント系固化材またはスラグ入りセメント系固化材を用いる場合について説明する。
【００３４】
この場合には、普通コンクリートや普通モルタルはもちろんのこと、鉄鋼スラグを骨材として利用したコンクリートやモルタルを使用することができる。特に、製鋼スラグは鉄成分を多く含んでいるので、比重の増大に寄与し、遮蔽性能の向上に有効である。また、これ以外にも、鉄鉱石を骨材として利用したコンクリートやモルタルを使用してもよい。
【００３５】
なお、遠心力によりセメント系固化材をライニングする場合には地盤内に設置する前に施しておく。型枠等を用いて鋼管１４内面にセメント系固化材を打設する場合には、地盤内に設置する前あるいは後であっても構わない。また、中空鋼管１４の管厚や放射線遮蔽材１８の被覆厚さについては、あらかじめ実験等で厚さと放射線遮蔽性能との関係を把握しておき、これに基づいて適宜設定すればよい。
【００３６】
次に、放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設してなる本発明の放射性物質貯蔵施設の築造方法について図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、中空鋼管１４内面を放射線遮蔽材１８で被覆した放射性物質格納容器１０を地盤Ｇ内に埋設する。ここで、中空鋼管１４の下端部１４ｂは底蓋１６ｂが溶接されて密閉しており、未だ天蓋１６ａを設けてない上端部１４ａは開口している。続いて、図２（ｂ）に示すように、内部空間１２に放射性物質１を投入した後、天蓋１６ａを溶接などにより上端部１４ａに固定して完全に遮蔽する。
【００３８】
このように、放射性物質格納容器１０を地盤に設置した後で放射性物質１を内部空間１２に格納することで、地盤内に放射性物質貯蔵施設を築造することができる。またこれとは逆に、中空鋼管１４内部にあらかじめ放射性物質１を投入し、上端部１４ａを天蓋１６ａで密閉しておいた後で放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設するようにしてもよい。なお、本実施の形態では１本の放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設する場合を示したが、複数本の放射性物質格納容器１０を近接埋設して放射性物質貯蔵施設を築造しても構わない。
【００３９】
ここで、放射性物質格納容器１０を地盤内に埋設する方法としては、打撃工法、プレボーリング工法、回転工法などがあるが、地盤条件等に応じて適宜選定することが好ましい。
【００４０】
このように、地中に放射性物質格納容器を埋設して放射性物質の貯蔵施設を建設するほうが、地上に放射性物質格納容器を配置した場合に比べて耐震性が向上し、かつ、大気中への放射線の放出のおそれがないため比較的安全である。
【００４１】
また、中空鋼管１４は、建物を支える支持杭として用いるものではないため、必ずしもＮ値の大きな支持層に設置する必要はなく、中間の軟らかい層で打ち止めることができるので、施工が容易となる。中空鋼管１４の長さは、埋設する地盤の状況や、埋設前後の運搬・移動の容易性を考慮して適宜設定することが好ましいが、例えば３ｍ以上５０ｍ以下程度の長さのものを用いることができる。
【００４２】
ただし、中空鋼管１４を複数の鋼管を継ぎ足すことで形成する場合、鋼管部分は溶接で接続できるが、内面のコンクリートライニング部分（放射線遮蔽材１８）は継ぎ目ができて不連続となるため、継ぎ足した後で中空鋼管１４内面全体にわたりコンクリートを打設するなどの工夫が必要である。よって、密閉性を確保する観点からは、中空鋼管１４は溶接部などの継ぎ目のない単管で用いるほうが好ましい。
【００４３】
また、本発明の放射性物質格納容器は、運搬可能に構成できることが利点の一つであるから、中空鋼管１４の長さはトレーラー等で運搬容易な長さに設定するのが望ましい。トレーラー等による陸上輸送等の利便性を考慮した場合、中空鋼管の単管長は１３〜２０ｍ程度のものが好適であるが、これ以外の単管長であってももちろん構わない。なお、１５ｍ以下の長さの中空鋼管に関しては、地盤から引き抜いて、運搬・移動が容易である。
【００４４】
［実施の形態２］
図３−１に示すように、本発明の実施の形態２の放射性物質格納容器２０は、放射性物質を格納するための内部空間１２を有した翼付き鋼管２２（中空鋼管）からなり、翼付き鋼管２２の内面２２ｃを被覆する放射線遮蔽材１８を備えている。翼付き鋼管２２の下端部２２ｂ（先端部またはその近傍）には地盤貫入用の推進翼２４が設けてある。推進翼２４は、周方向に２分割された半円状または扇状の鋼材からなり、翼付き鋼管２２の延在方向に対して傾斜して取り付けてある。なお、翼付き鋼管２２の上端部には上記の実施の形態１と同様の天蓋が設けられるが、図３−１では図示を省略している。また、放射線遮蔽材１８については上記の実施の形態１と同一のものであることから詳細な説明を省略する。
【００４５】
翼付き鋼管２２は推進翼２４を利用して、木ねじの要領で無排土施工が可能である。翼径は鋼管径の１．５〜３倍程度とすることができる。翼径が小さいと推進力を得る効果が小さく、翼径が大きいと施工に必要なトルクが大きくなる。おおよそ２倍翼がトルクと推進力のバランスが良い構造とされている。
【００４６】
この翼付き鋼管２２は、一般的な回転貫入鋼管杭とは違って基礎杭として構造物を支えないので、推進翼２４の板厚は厚くする必要はなく、埋設施工時の推進力を得るのに必要な薄い板厚で十分である。図３−１に示すように下端部２２ｂを閉塞するように推進翼２４を取り付けた場合には、上記の実施の形態１と同様の底蓋１６ｂ（図１を参照）の役目も果たすことができる。
【００４７】
また、推進翼２４は周方向に複数枚に分割してあってもよいし、鋼管２２の延在方向に複数段配置してもよい。また、螺旋状に連続的に配置してもよいし、あるいは、１段翼のように不連続的に配置してもよい。この推進翼２４の配置形態は、地盤条件や施工性を考慮して適宜選定することが好ましい。また、翼自体の形状についても平板翼や曲げ加工した螺旋翼などを利用することができる。
【００４８】
本実施の形態においては、推進翼として、翼付き鋼管２２の下端部２２ｂを閉塞するように取り付けられ、底蓋１６ｂ（図１を参照）の役目も兼ねる構成のもの（閉塞端タイプ）を用いて説明したが、本発明の推進翼はこれに限るものではなく、例えば、図３−２に示すように、翼付き鋼管５４の下端部５４ｂを閉塞しないように取り付けられた構成のもの（開放端タイプ）を用いてもよい。ただし、地盤に回転貫入した際に、開口した下端部５４ｂから土砂が侵入するのを防ぐため、下端部５４ｂの上方の鋼管５４内部に底蓋５４ｃを設置することが必要である。この底蓋５４ｃは、先端から５Ｄ（Ｄは鋼管５４の外径を示す。）までの範囲内に設置する。底蓋設置位置が５Ｄを超えると、鋼管の内部空間容積が少なくなるので、５Ｄまでの範囲が望ましい。この実施の形態の場合、先端から５Ｄまでの範囲を先端部とみなす。
【００４９】
ここで、翼付き鋼管５４は、その先端部に、内角の総和が２７０°以上４５０°以下になる２枚の扇形状平板（鋼板）５６ａ、５６ｂによって形成された略螺旋状の推進翼５６が取り付けられ、鋼管５４に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設されるねじ込み式杭として構成される。ここで、最初に地中に貫入する側の扇形状平板５６ａを下側翼５６ａ、他方の扇形状平板５６ｂを上側翼５６ｂと呼ぶことにすると、略螺旋状の推進翼５６では、下側翼５６ａと上側翼５６ｂとの連結位置５６ｃが鋼管５４の外側にあるとともに、鋼管５４の管軸方向に対する下側翼５６ａの傾斜角度と上側翼５６ｂの傾斜角度とがほぼ等しくなっている。
【００５０】
なお、この開放端タイプの推進翼としては上記以外の形状のものも適用可能である。図３−３は、図３−２に示した推進翼のバリエーションの一例を示す概略底面図および側面図である。図３−３（ａ）が上記の推進翼５６のものに対応する。図３−３（ｂ）に示される翼付き鋼管５４は、略螺旋状の推進翼５８を取り付けたものである。図３−３（ｃ）に示される翼付き鋼管５４は、扇形状平板６０ａ、６０ｂを鋼管中心で交差させて取り付けたものである。
【００５１】
次に、放射性物質格納容器２０を地盤内に埋設してなる本発明の放射性物質貯蔵施設の築造方法について図４を参照しながら説明する。
【００５２】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、内面を放射線遮蔽材１８で被覆した翼付き鋼管２２に回転力を付与して地盤Ｇ内にねじ込む。ここで、未だ天蓋１６ａを設けてない上端部２２ａは開口している。続いて、図４（ｃ）に示すように、内部空間１２に放射性物質１を投入した後、天蓋１６ａを溶接などにより上端部２２ａに固定して完全に遮蔽する。
【００５３】
このように、放射性物質格納容器２０を地盤に設置した後で放射性物質１を内部空間１２に格納することで、地盤内に放射性物質貯蔵施設を築造することができる。またこれとは逆に、鋼管２２内部にあらかじめ放射性物質１を投入し、上端部を天蓋１６ａで密閉しておいた後で放射性物質格納容器２０を地盤内に埋設するようにしてもよい。なお、本実施の形態では１本の放射性物質格納容器２０を地盤内に埋設する場合を示したが、複数本の放射性物質格納容器２０を近接埋設して放射性物質貯蔵施設を築造しても構わない。
【００５４】
そして特に、本実施の形態によれば、下端部２２ｂに推進翼２４が取り付けられた翼付き鋼管２２を回転してねじ込むことで、無排土で容易に地盤内に埋設することができる。また、いったん地盤に埋設した翼付き鋼管２２は逆回転することで容易に引き抜ける。このため、仮に、格納された放射性物質１を他の場所へ移設したい場合には、放射性物質１を内部空間１２から取り出さずに、翼付き鋼管２２に格納した状態のまま移送することができ、取り出し作業の手間とコストを省くことができる。そして、移送先で再度回転貫入施工をすれば、地盤中に再設置することができる。
【００５５】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３の放射性物質格納容器は、上記の実施の形態１（図１を参照）と同様に、放射性物質を格納するための内部空間１２を有した中空鋼管１４からなり、中空鋼管１４の上下端部１４ａ、１４ｂ（先端部）をそれぞれ閉塞する板状の天蓋１６ａおよび底蓋１６ｂ（鋼材）と、中空鋼管１４の内面１４ｃを被覆する放射線遮蔽材１８とを備えている。
【００５６】
ここで、本実施の形態では、放射線遮蔽材１８として鉛または鉛化合物を用いる。鉛または鉛化合物は比重が比較的大きく安価な材料であるため、被覆厚さを薄くでき、放射性物質を格納するための容量を稼ぐことができる。
【００５７】
［実施の形態４］
図５に示すように、本発明の実施の形態４の放射性物質格納容器４０は、放射性物質を格納するための内部空間１２を有した中空鋼管１４からなり、中空鋼管１４の上下端部１４ａ、１４ｂ（先端部）をそれぞれ閉塞する板状の天蓋１６ａおよび底蓋１６ｂ（鋼材）と、中空鋼管１４の内面１４ｃを被覆する放射線遮蔽材１８とを備えている。
【００５８】
ここで、放射線遮蔽材１８は、中空鋼管１４の内面１４ｃと中空鋼管１４内に設けた鋼材４２とによりサンドイッチ状に挟み込まれている。鋼材４２としては両端が開口した鋼管を用いることができる。また、放射線遮蔽材１８については上記の実施の形態１または３と同様に、砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、セメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材、鉛、鉛化合物などを用いることができる。
【００５９】
［実施の形態５］
図６に示すように、本発明の実施の形態５の放射性物質格納容器５０は、上記の実施の形態１の構成において、中空鋼管１４の内部空間１２に先端が閉塞した鋼管５２（管）を挿入して二重管構造とし、中空鋼管１４と鋼管５２との間に放射線遮蔽材１８を充填したものである。こうすることで、放射線遮蔽材１８は、中空鋼管１４の内面１４ｃと鋼管５２とによりサンドイッチ状に挟み込まれる。鋼管５２は、放射線遮蔽材１８を充填するための型枠代わりでもあるので、ポリエチレン管など鋼管でない材料でも代用可能である。
【００６０】
放射線遮蔽材１８としては、上記の実施の形態４と同様に、砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、セメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材、鉛、鉛化合物などを用いることができるが、施工性の観点からセメント系固化材、スラグ入りセメント系固化材がより好適である。
【００６１】
放射性物質格納容器５０を用いた放射性物質貯蔵施設の築造方法としては、サンドイッチ構造とした中空鋼管１４を地盤に設置した後で、内部空間１２に放射性物質１を投入してもよいし、あらかじめ放射性物質１を内部空間１２内に投入して天蓋１６ａをしてから地盤内に埋設してもよい。
【００６２】
［実施の形態６−１］
本発明の実施の形態６−１の放射性物質貯蔵施設の築造方法は、上記の実施の形態５の放射性物質格納容器５０を用いる。図７（ａ）に示すように、中空鋼管１４を先行して地盤Ｇ内に埋設した後、中空鋼管１４の内部空間１２に先端が閉塞した鋼管５２を挿入して二重管構造とする。続いて、図７（ｂ）に示すように、中空鋼管１４と鋼管５２との間に砕石、土砂、スラグ、鉄鉱石、鉄粉、コンクリートやモルタル等のセメント系固化材、あるいはスラグ入りセメント系固化材（放射線遮蔽材１８）を充填する。このようにすることで、鋼管５２を固化材１８の型枠代わりとすることができる。充填した固化材１８が硬化した後、図７（ｃ）に示すように、放射性物質１を投入し、天蓋１６ａで上端部を密閉する。
【００６３】
［実施の形態６−２］
本発明の実施の形態６−２の放射性物質貯蔵施設の築造方法は、上記の実施の形態６−１の変形例である。図８（ａ）に示すように、翼付き鋼管２２を先行して地盤Ｇ内にねじ込んで埋設した後、翼付き鋼管２２の内部空間１２に先端が閉塞した鋼管５２を挿入して二重管構造とする。続いて、図８（ｂ）に示すように、翼付き鋼管２２と鋼管５２との間にコンクリートやモルタル等のセメント系固化材、あるいはスラグ入りセメント系固化材（放射線遮蔽材１８）を充填する。このようにすることで、上記の実施の形態６−１と同様に、鋼管５２を固化材１８の型枠代わりとすることができる。充填した固化材１８が硬化した後、図８（ｃ）に示すように、放射性物質１を投入し、天蓋１６ａで上端部を密閉する。
【００６４】
上記の実施の形態６−１、あるいは、６−２のようにすることで、地盤内に放射性物質貯蔵施設を築造することができる。なお、本実施の形態では１本の放射性物質格納容器を地盤内に埋設する場合を示したが、複数本の放射性物質格納容器を近接埋設して放射性物質貯蔵施設を築造しても構わない。
【００６５】
上記の実施の形態において、中空鋼管１４や翼付き鋼管２２の径寸法としては、径２００〜２５００ｍｍ程度のものを使用でき、より好適には径１６００ｍｍ程度のものが好ましい。鋼管径は大径であるほど格納容積が稼げる半面、施工難度が高くなるといった問題があるので、地盤条件等を考慮して適宜設定するのが望ましい。また、二重管構造をなすための鋼管１４、２２と内部の鋼管５２の径の組み合わせとしては、例えば、軟弱地盤に打設する場合、中空鋼管は鋼管径１６００ｍｍ、板厚１６ｍｍ程度に対して、内部の鋼管は鋼管径１４００ｍｍ、板厚１４ｍｍ程度といった組み合わせが挙げられる。地盤が硬い場合には、回転トルクで鋼管が破壊しないように、外側の中空鋼管の板厚は鋼管径の１％以上が望ましく、より好適には１．３％以上とする方がより望ましい。内側の鋼管に板厚制限は無いが、一般的には鋼管径の１％程度でよい。鋼管の板厚は、遮蔽性能のレベルに応じて適宜変更することができる。
【００６６】
［実施の形態７］
本発明の実施の形態７の放射性物質貯蔵構造は、上記の実施の形態６−２と類似した構造であり、例えば図９（ｅ）に示すように、放射性物質格納容器の中空鋼管１４と、中空鋼管１４の内部空間１２に格納される高レベルの放射性物質Ａ１と、この高レベルの放射性物質Ａ１を囲繞するようにその外側周囲に配置される低レベルの放射性物質Ａ２とからなる。
【００６７】
この放射性物質貯蔵構造の築造方法の一例を図９を参照しながら説明する。図９（ａ）に示すように、まず、推進翼２４を備えた中空鋼管１４からなる翼付き鋼管を先行して地盤Ｇ内にねじ込んで埋設した後、図９（ｂ）に示すように、中空鋼管１４の内部空間１２に先端が閉塞した鋼管５２を挿入して二重管構造とする。ここで中空鋼管１４と鋼管５２は同軸状に配置することが好ましい。続いて、図９（ｃ）に示すように、中空鋼管１４と鋼管５２との間にコンクリートやモルタル等のセメント系固化材、あるいはスラグ入りセメント系固化材（放射線遮蔽材１８）を充填する。このようにすることで、上記の実施の形態６−２と同様に、鋼管５２を固化材１８の型枠代わりとすることができる。充填した固化材１８が硬化した後、図９（ｄ）に示すように、鋼管５２の内部空間に先端が閉塞した鋼管６８を挿入して三重管構造とする。ここで鋼管６８と鋼管５２は同軸状に配置することが好ましい。最後に、図９（ｅ）に示すように、鋼管６８内に高レベルの放射性物質Ａ１を投入するとともに、その外側の鋼管５２と鋼管６８との間の隙間に低レベルの放射性物質Ａ２を投入し、図示しない天蓋で上端部を密閉する。
【００６８】
このように、放射線を多く出す物質（高レベルの放射性物質Ａ１）を内側に配置し、その外側に比較的低いレベルの放射性物質（低レベルの放射性物質Ａ２）を設置すれば、内側の物質Ａ１による放射線は、その周りの外側の物質Ａ２でも遮蔽効果があるので、本実施の形態の放射性物質貯蔵構造は放射線の遮蔽を効率的に行うのに有効である。
【００６９】
なお、本実施の形態において、三重管を構成するものとして鋼管６８を例にとり説明したが、これに限るものではなく、放射性物質を入れられる構造のものであれば、いかなる材質・形態のものでもよい。例えば、鋼管６８の代わりにポリエチレン管を用いてもよいし、袋状あるいは容器状のものを用いてもよい。また、本発明は三重管に限るものではなく、これ以上の多重管で構成してもよい。そして、最も内側の管から外側の管に行くに従って次第に低レベルの放射性物質が位置するように配置してもよい。
【００７０】
［本発明によるガンマ線遮蔽効果の検証］
次に、本発明によるガンマ線（γ線）遮蔽効果の検証について説明する。
まず、基礎実験として、厚さ９ｍｍの鋼板、密度２．５６ｇ／ｃｍ３の普通コンクリートブロック、密度２．５９ｇ／ｃｍ３の転炉スラグ入りコンクリートブロックに対する６０Ｃｏ（１．７３３ＭｅＶ、１．３３３ＭｅＶ）からのガンマ線の透過率を測定した。そして、下記の参考文献１に基づき、60Ｃｏでの透過率を用いて遮へい体のコンクリート相当厚みを求め、その厚みからエネルギー０．６６２ＭｅＶの１３７Ｃｓからのガンマ線に対する線減弱係数をそれぞれ換算して求め、透過率１／１０となる鋼板厚みおよびコンクリート厚み（１／１０減衰厚み）を計算によって求めた。この結果を表１に示す。なお、表１においては、透過率１／２となる厚み（１／２減衰厚み）についても示している。
【００７１】
［参考文献１］  独立行政法人日本原子力研究開発機構「実効線量評価のための光子・中性子・ベータ線制動輻射線に対する遮へい計算定数」、P.65、P.84、２００１年１月
【００７２】
【表１】
2014025922.tif 000003
【００７３】
この表により、透過率１／１０とするためには、鋼板では約４．５ｃｍ、普通コンクリートでは約１３ｃｍの厚み、転炉スラグ入りコンクリートでは約１１ｃｍの厚みが必要であることがわかる。
【００７４】
この基礎実験結果に基づき、本発明の放射性物質格納容器として図１０（ａ）の側断面図の単管のモデルと、図１０（ｂ）の側断面図に示すような二重管のモデルを想定した。なお、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の斜視図である。また、いずれのモデルも図１０（ｄ）に示すように、上下端部は蓋１６ａ、１６ｂにより完全に遮蔽され地盤Ｇに埋設されることを前提としている。ここで、単管のモデルは、図１０（ａ）に示すように、鋼管６２の内側を上記の転炉スラグ入りコンクリート６６でライニングする方式であり、二重管のモデルは、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、外鋼管６２と内鋼管６４の間に上記の転炉スラグ入りコンクリート６６を充填する方式であり、いずれもその内部に放射性物質１が充填されている。
【００７５】
図１０（ａ）の単管のモデルでは、転炉スラグ入りコンクリート６６の厚みと外鋼管６２のみによる遮蔽効果を考慮すればよい。なお、図示しない底蓋および天蓋は十分な遮蔽効果のある例えば６０ｍｍ以上の鋼板を用いることができる。単管のモデルにおける遮蔽効果の試算結果を表２に示す。
【００７６】
【表２】
2014025922.tif 000004
【００７７】
表２に示すように、鋼管の厚みとライニングした転炉スラグ入りコンクリートの厚みによって、管内部に充填した放射性廃棄物１からの１３７Ｃｓのガンマ線は減衰するが、鋼管の厚みや、ライニング厚みが不十分である場合は、十分な減衰率が得られない。例えば、初期強度の１／２０（＝０．０５）まで減衰することを環境上安全な指標として考えた場合には、番号２−３、２−４、２−９の試算ケースは鋼管の厚みや、ライニング厚みが不十分であるので減衰率１／２０に至らないことがわかる。放射性物質を大量に格納できる大径鋼管では、強度確保のため２０ｍｍ程度の板厚は必要であるため、ライニングする転炉スラグ入りコンクリートの厚みｄは１００ｍｍ前後あれば十分な減衰が可能である。
【００７８】
次に、図１０（ｂ）の二重管のモデルにおける遮蔽効果の試算結果を表３に示す。この表は、二重管のモデルに対応する代表的な翼杭のサイズを想定して、鋼板厚み、転炉スラグ入りコンクリートの厚みを考慮した場合の１３７Ｃｓのガンマ線に対する遮蔽効果を試算したものである。
【００７９】
【表３】
2014025922.tif 000005
【００８０】
表３に示すように、ほとんどの鋼板サイズにおいて、内鋼管の厚みと転炉スラグ入りコンクリートの厚みｄおよび外鋼管の厚みにより、内鋼管に充填される放射性物質のガンマ線の透過率は、１／２０（＝０．０５）以下の減衰率に減衰可能であることから、安全性は全く問題なく確保できる。なお、番号３−３、３−４、３−１０、３−１３の試算ケースは鋼管の厚みや、ライニング厚みが不十分であるので減衰率１／２０に至っていない。また、減衰率１／２０を実現する条件として、内鋼管と外鋼管の間隙を転炉スラグ入りコンクリートで全て充填しなくても、一定の線減弱係数が得られる施工が実現すればよい。
【００８１】
以上説明したように、本発明に係る放射性物質格納容器によれば、放射性物質を格納するための内部空間を有し、地盤内に埋設可能な中空鋼管からなる放射性物質格納容器であって、前記中空鋼管の先端部を閉塞する鋼材と、前記中空鋼管の内面を被覆する放射線遮蔽材とを備えるので、格納された放射性物質が発するガンマ線などの放射線は放射線遮蔽材により遮蔽され、中空鋼管外部への放出が抑制される。このように、放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能に優れることから、放射性物質格納容器を地盤内に埋設した場合に周囲地盤を放射能汚染することがない。
【００８２】
また、上記構成に加えて中空鋼管の先端部またはその近傍に推進翼を設けた場合には、中空鋼管を回転してねじ込むことで無排土で容易に地盤内に埋設することができる。また、いったん地盤に埋設した中空鋼管は逆回転することで容易に引き抜ける。このため、格納された放射性物質を他の場所へ移設する場合には、内部から取り出さずに、中空鋼管に格納した状態のまま移送することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明に係る放射性物質格納容器、放射性物質貯蔵施設およびその築造方法ならびに放射性物質貯蔵構造は、放射性物質で汚染されたコンクリートやガレキ、ガレキの焼却灰、土砂などの廃棄物の格納および貯蔵に有用であり、特に、放射線の遮蔽性能および放射性物質の密封性能を向上するのに適している。
【符号の説明】
【００８４】
１０，２０，４０，５０  放射性物質格納容器
１２  内部空間
１４  中空鋼管
１４ａ，２２ａ  上端部（先端部）
１４ｂ，２２ｂ，５４ｂ  下端部（先端部）
１４ｃ，２２ｃ  内面
１６ａ  天蓋（鋼材）
１６ｂ，５４ｃ  底蓋（鋼材）
１８  放射線遮蔽材または固化材
２２，５４  翼付き鋼管（中空鋼管）
２４，５６，５８  推進翼
４２  鋼材
５２，６８  鋼管（管）
５６ａ，５６ｂ，６０ａ，６０ｂ  扇形状平板（鋼板）
５６ｃ  連結位置
１  放射性物質
Ｇ  地盤
【図１】
2014025922.tif 000006
【図２】
2014025922.tif 000007
【図３−１】
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【図３−２】
2014025922.tif 000009
【図３−３】
2014025922.tif 000010
【図４】
2014025922.tif 000011
【図５】
2014025922.tif 000012
【図６】
2014025922.tif 000013
【図７】
2014025922.tif 000014
【図８】
2014025922.tif 000015
【図９】
2014025922.tif 000016
【図１０】
2014025922.tif 000017