(57)【要約】【課題】  ガスを発生しない放射性金属廃棄体を簡便に作成する。【解決手段】  放射性金属廃棄物２を廃棄容器１に投入する廃棄物投入工程３と、廃棄物投入工程３の後に廃棄容器１内を乾燥させる廃棄物乾燥工程４と、無機物からなる粉粒体５を乾燥させる粉粒体乾燥工程６と、廃棄物乾燥工程４および粉粒体乾燥工程６の後に、廃棄容器１内に粉粒体５を投入し、廃棄容器１内の金属廃棄物２の間隙に粉粒体５を充填する充填工程７と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性金属廃棄物を廃棄容器に投入する廃棄物投入工程と、
前記廃棄物投入工程の後に前記廃棄容器内を乾燥させる廃棄物乾燥工程と、
無機物からなる粉粒体を乾燥させる粉粒体乾燥工程と、
前記廃棄物乾燥工程および粉粒体乾燥工程の後に、前記廃棄容器内に前記粉粒体を投入し、前記廃棄容器内の前記金属廃棄物の間隙に前記粉粒体を充填する充填工程と、
を有することを特徴とする放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項２】
前記充填工程の後に、前記廃棄容器を密封する密封工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項３】
前記粉粒体は、砂、砂利、砕石、掘削ズリ、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、スラグ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素、あるいはこれらの複数種類の組み合わせであることを特徴とする請求項１または２記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項４】
前記粉粒体は、少なくとも３種類の粒径の粉粒体からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項５】
前記廃棄物乾燥工程は、
前記廃棄容器に仮蓋締めを行なう仮蓋締め工程と、
前記仮蓋締め工程の後に前記廃棄容器内の圧力を減圧する減圧工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項６】
前記廃棄物乾燥工程は、前記廃棄容器内部を加熱する加熱工程を含むことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項７】
前記粉粒体乾燥工程は、前記粉粒体をホッパに投入するホッパ投入工程と、
前記ホッパ投入工程の後に前記ホッパを加熱するホッパ加熱工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項８】
前記粉粒体乾燥工程は、前記ホッパ内の湿度を監視する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項９】
前記廃棄物乾燥工程は、前記廃棄容器内の湿度を監視する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１０】
前記充填工程は、
前記廃棄容器内に前記粉粒体を投入する前に、前記粉粒体の粒径のうちの最大のものよりもはるかに大きな内径を持ち、下端に出口端を有する注入配管を、その出口端が前記廃棄容器内の底部付近に配置する工程と、
前記注入配管を引き上げながら前記廃棄容器内に前記粉粒体を投入する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし９いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１１】
前記充填工程は、前記廃棄容器を振動させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし１０いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１２】
前記廃棄容器を振動させる工程は、前記廃棄容器に超音波を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１３】
前記廃棄容器を振動させる工程は、前記廃棄容器を載せた加振台を振動させる工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１４】
前記充填工程は、前記廃棄容器内の前記粉粒体の高さを、超音波トランスジューサを用いて測定する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし１３いずれか記載の放射性金属廃棄物処理方法。
【請求項１５】
放射性金属廃棄物を受容する廃棄容器と、
前記放射性金属廃棄物を受容した廃棄容器内を乾燥させる廃棄物乾燥手段と、
無機物からなる粉粒体を一時的に収容するホッパと、
前記粉粒体を受容したホッパ内を乾燥させる粉粒体乾燥手段と、
前記廃棄物乾燥手段によって乾燥させた後の廃棄容器内に前記粉粒体乾燥手段によって乾燥させた後の粉粒体を投入し、前記廃棄容器内の前記金属廃棄物の間隙に前記粉粒体を充填する充填手段と、
を有することを特徴とする放射性金属廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子力施設などより発生する放射性金属廃棄物を処理するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設より発生する放射性金属廃棄物には、チャンネルボックスやハルなど長期間の中性子照射により放射化され、高い放射性核種濃度となる廃棄物がある。これら放射性金属廃棄物について、現在処理方法が検討されているところであるが、現状実用段階には至っていない。一般に放射性廃棄物の廃棄体とするための固化処理方法には、セメント固化、ガラス固化、溶融固化などが想定されている。この中で、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が想定されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０７５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、放射性廃棄物に含有される放射性核種濃度が高いと、充填されたセメント固化物質中に存在する間隙水や結晶水などが放射線により分解して、放射線分解ガスを発生することが懸念される。固化体容器からのガスの放出を押さえるため、容器を密封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、高濃度の放射能を含有するチャンネルボックスやハルなどの金属廃棄物については、廃棄体とするための処理方法としてセメント固化が適切とは言い難い。
【０００４】
一方、溶融固化等は、高温にする処理であるため、溶融炉の材料に長期間の耐熱性が求められることや、高温下で気相に移行する放射性核種の処理機器が困難で高価となるという問題がある。そのため、簡便でガスを発生しない廃棄体作成方法が求められている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、ガス発生を抑えた放射性金属廃棄体を簡便に作成する方法およびそのためのシステム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る放射性金属廃棄物処理方法は、放射性金属廃棄物を廃棄容器に投入する廃棄物投入工程と、前記廃棄物投入工程の後に前記廃棄容器内を乾燥させる廃棄物乾燥工程と、無機物からなる粉粒体を乾燥させる粉粒体乾燥工程と、前記廃棄物乾燥工程および粉粒体乾燥工程の後に、前記廃棄容器内に前記粉粒体を投入し、前記廃棄容器内の前記金属廃棄物の間隙に前記粉粒体を充填する充填工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る放射性金属廃棄物処理システムは、放射性金属廃棄物を受容する廃棄容器と、前記放射性金属廃棄物を受容した廃棄容器内を乾燥させる廃棄物乾燥手段と、無機物からなる粉粒体を一時的に収容するホッパと、前記粉粒体を受容したホッパ内を乾燥させる粉粒体乾燥手段と、前記廃棄物乾燥手段によって乾燥させた後の廃棄容器内に前記粉粒体乾燥手段によって乾燥させた後の粉粒体を投入し、前記廃棄容器内の前記金属廃棄物の間隙に前記粉粒体を充填する充填手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガス発生がない、またはガス発生が少ない放射性金属廃棄体を簡便に作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る放射性金属廃棄物処理方法およびそのためのシステムの実施の形態を説明する。ここで、同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明に係る放射性金属廃棄物処理方法の一実施の形態のフロー図である。廃棄容器１内に放射性金属廃棄物２を投入し（廃棄物投入工程３）、廃棄容器１内の水分を除去するため乾燥処理を行なう（廃棄物乾燥工程４）。一方、無機材料からなる粉粒体（粒体もしくは粉体、またはこれらの混合体）５に対して、廃棄容器１外で乾燥処理を行なう（粉粒体乾燥工程６）。
【００１１】
次に、この乾燥した粉粒体５を廃棄容器１に投入して、放射性金属廃棄物２の隙間に粉粒体５を充填する（充填工程７）。次に、廃棄容器１を密封して（密封工程８）、廃棄体９とする。
【００１２】
この実施の形態によれば、廃棄体９内には水が存在しないことから、放射線分解によるガスの発生が起こらず、廃棄容器内圧力を一定に保つことができる。
【００１３】
次に、廃棄物乾燥工程４（図１）を具体的に模擬して行なった実験の例を、図２を用いて説明する。廃棄容器１を模擬した５０Ｌドラム缶１２内に、金属廃棄物２を模擬する模擬廃棄物１３を配置した。この実験の例では、模擬廃棄物１３として、ステンレス系配管（直径２４．５ｍｍ、肉圧２ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を合計２２．１ｋｇとし、これらを水切り後に配置した。このドラム缶１２に仮蓋１４を被せ、湿度計３０で湿度を測定した。このとき、常温（２４．３℃）で、湿度は８２％であった。
【００１４】
次に、連続的に減圧ポンプ１５で減圧して１００Ｔｏｒｒ以下になるようにした。８時間後、ドラム缶１２内を常圧に戻した後、常温（２４．５℃）で再度湿度を測定した。このとき、湿度が７％まで減少しており、減圧により容器内の水分が減少することを確認した。
【００１５】
なお、減圧を１０００Ｔｏｒｒまでとした実験では、常温に戻した際の湿度が１８％であって十分な乾燥とはいえなかった。このため、１００Ｔｏｒｒ以下にまで減圧するのが好ましい。
【００１６】
次に、粉粒体乾燥工程６（図１）を具体的に模擬して行なった実験の例を、図３を用いて説明する。スクリュー２０を有する円錐スクリュー型混合機（ホッパ）２１の胴部に加熱ヒータ２２を配置し、外部を保温材（ジャケット）２３で覆った。また、下部から、加熱した乾燥空気２４を注入できる構造とした。本装置の円錐胴部に全体高さの約半分（下部より１６０ｃｍ）の位置まで、粉粒体５として、含水率０．２ｗｔ％の硝酸ナトリウム粉体（約１５０ｋｇ）を投入した。図に示すように、湿度計３２を、その先端が粉粒体５内に挿入される位置に配置した。
【００１７】
ホッパ２１内部の温度を１００℃になるよう制御しながら、スクリュー２０を回転させ、さらに下部より１００℃に加熱した乾燥空気２４を１ｍ３／Ｈｒの速度で注入した。
【００１８】
４時間経過後、内部の硝酸ナトリウムを分取し、含水率を測定した。測定の結果、含水率が０．０２ｗｔ％であることを確認し、この装置構成で粉粒体５を乾燥できることを確認した。
【００１９】
上記説明ではホッパ２１内部の温度が１００℃になるように制御するとしたが、水の飽和蒸気圧は６０℃程度で常温（２０℃）の飽和蒸気圧の約１０倍となり、粉粒体５の乾燥が期待できるので、ホッパ２１内部の温度を６０℃以上に制御するのが好ましい。
【００２０】
次に、充填工程７（図１）を具体的に模擬して行なった実験の例を、図４および図５を用いて説明する。図４（ａ）に示すように廃棄容器１内に粉粒体５を均一に投入し、その後、図４（ｂ）に示すように廃棄容器１を上下方向に加振する。その結果、図４（ｃ）に示すように粉粒体５が稠密に充填される。
【００２１】
このときの実験条件および結果を図５に示す。すなわち、廃棄容器を模擬する容器として高さ２ｍ、内径１０ｍｍ、肉厚１ｍｍのアクリル製容器を用い、これを加振しながら６種類の粒径分布を持つジルコニア粉末（粒径１〜１０００μｍ）を連続的に投入した。なお、ジルコニア粉末の平均粒径と投入比率は、９２５μｍ：７２５μｍ：５５０μｍ：２６０μｍ：７０μｍ＝４：２：１：１：３の条件で、あらかじめ容器内で攪拌混合し投入した。
【００２２】
この実験で、充填の結果、ジルコニア粉末の投入量が１３０ｇで、この時の充填率が８２．５％となった。
【００２３】
次に、充填工程７（図１）を具体的に模擬した他の実験の例を、図６〜図８を用いて説明する。この例では、粉粒体５を廃棄容器１内に投入する際に、廃棄容器１を上下動可能な台（加振台）（図示せず）の上に配置して廃棄容器１を加振することにより、空隙率を下げて充填率を高める。その点は、図４、図５の実験と同様である。
【００２４】
廃棄容器１は、厚さ３０ｃｍ，幅１ｍ，高さ１．５ｍとした。放射性金属廃棄物２を模擬する模擬廃棄物１３として、ステンレス板と配管を空隙８０％とするようにしたものを、廃棄容器１内に入れた。粉粒体５としては、ＪＩＳ（Ｇ５９０１）で規定されるケイ砂５，６，７号を１：１：１の比で予備混合したものを用いた。このように粉粒体５は、互いの空隙を少なくし充填率を高めるために、粒径分布を少なくとも３種類有するものが好ましい。この粉粒体５を、注入配管（チューブ）４０を通して上方から廃棄容器１内に注入した。ここで、粉粒体５が注入配管４０内で詰まるのを避けるために、注入配管４０の内径は粉粒体５の最大粒径の１０倍以上とするのが好ましい。
【００２５】
図６の実験例（単純充填）では、注入配管４０の出口が廃棄容器１の上部に位置するように注入配管４０を固定した状態で、粉粒体５の注入（充填）を行なった。この場合に充填後の空隙率は５１％であった。
【００２６】
図７の実験例（引き抜き充填）では、初めは注入配管４０の出口が廃棄容器１の底部近くの模擬廃棄物１３の隙間に位置するように挿入した（図７（ａ）参照）。
【００２７】
その後、粉粒体５の注入（充填）を行ないながら注入配管４０を徐々に上昇させていった（図７（ｂ）参照）。注入配管４０の上昇速度（引き抜き速度）は５ｃｍ／秒とした。この実験例の結果、空隙率は３０％に改善された。
【００２８】
上記図６、図７の実験条件および実験結果を図８にまとめて示す。
【００２９】
次に、充填工程７（図１）で、廃棄容器１内に粉粒体５を充填するときに、廃棄容器１内に充填された粉粒体５の量を確認し、適当量が充填されたときに粉粒体５の供給を停止するための構成を、図９を参照して説明する。
【００３０】
廃棄容器１上部の蓋４２の下側に、たとえば２台の超音波トランスジューサ４４を設置する。超音波トランスジューサ４４は、所要周波数の超音波を送受信させる超音波探触子（図示せず）とこの超音波探触子用超音波送受信器（図示せず）を有する。
【００３１】
超音波送受信器は、パルス状電気信号を超音波探触子に印加させることにより、超音波探触子から所要周波数の発信超音波４６を発生させる。発信超音波４６が廃棄容器１内の放射性金属廃棄物２もしくは粉粒体５で反射され、その反射波４８が超音波探触子で検知される。検知された反射波４８は超音波送受信器で電気信号に変換され、エコー電気信号となって、処理演算・流量制御装置５０に送られる。この処理演算・流量制御装置５０で、エコー電気信号がデータ処理あるいは演算処理され、廃棄容器１内の粉粒体５または放射性金属廃棄物２の最高位置を非接触で検出することができる。この位置がある一定以上の高さとなった場合に、粉粒体５の供給を自動的にまたは手動により止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る放射性金属廃棄物処理方法の一実施の形態を示す手順フロー図。
【図２】図１の廃棄物乾燥工程を模擬した実験の例を示す図であって、実験装置の模式的縦断面図。
【図３】図１の粉粒体乾燥工程を模擬した実験の例を示す図であって、実験装置の模式的縦断面図。
【図４】図１の粉粒体充填工程を模擬した実験の例を示す図であって、（ａ）は投入時、（ｂ）は充填加振時、（ｃ）は充填加振後を各々示す実験装置の模式的縦断面図。
【図５】図４の実験条件および結果の概要を示す表。
【図６】図１の粉粒体充填工程を模擬した他の実験の例を示す図であって、実験装置の模式的縦断面図。
【図７】図６の実験の例の変形例を示す図であって、実験装置の模式的縦断面図。
【図８】図６および図７の実験の例の実験条件および結果の概要を示す表。
【図９】図１の粉粒体充填工程における廃棄容器内粉粒体量を確認して適時に粉粒体供給を停止するための構造を示す図であって、装置の模式的縦断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…廃棄容器
２…放射性金属廃棄物
５…粉粒体
９…廃棄体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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