(57)【要約】    【課題】高レベル放射性廃棄物等の地層処分施設において、地下水の流れを考慮して廃棄体からの核種等の放出を低減できるようにする。  【解決手段】地下深部の安定した岩盤の天然バリアＣ内に建設される放射性廃棄物地層処分施設１の形態を、上流側に配置した廃棄体から放出された核種を含む地下水が、下流側に配置した廃棄体を流れるように、地下水の移行経路に沿って配置され、かつ、上流側より出た核種が移流・分散により分布する下流側に多く配置されるような形態とする。具体的には、処分パネル自体の形状を三角形、台形、ホームベース型などとし、あるいは複数のパネルを三角形等を形成するように平面配置し、上流側の廃棄体から放出された核種を含む地下水が下流側の廃棄体を通過し、汚染された地下水により緩衝材中の核種の濃度勾配を小さくし、核種放出率を低減する。  【選択図】      図１
2006250600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物地層処分場の地下の地盤中に廃棄体を埋設処分するための廃棄物地層処分施設であって、廃棄体が地下水の移行経路に沿って配置され、かつ、上流側よりも下流側に多く配置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設。
【請求項２】
請求項１に記載の廃棄物処分施設において、廃棄体が埋設処分される処分坑道を複数並設してなる処分ブロックが地下水の移行経路の上流側よりも下流側が広い平面形状または立体形状に形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設。
【請求項３】
請求項１に記載の廃棄物処分施設において、廃棄体が埋設処分される処分坑道を複数並設してなる処分ブロックが地下水の移行経路の上流側よりも下流側に多く平面配置または立体配置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の地層処分に関するものであり、特に原子力発電から生じる放射性廃棄物の地層処分において、地下深部の安定した地層中に廃棄体を埋設処分するための処分施設形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電から生じる放射性廃棄物のうち高レベル放射性廃棄物は、使用済核燃料の再処理工程で分離された液体廃棄物であり、放射能レベルが高いばかりでなく、長期間にわたって放射能を持ち続ける長寿命の放射性核種が数多く含まれている。そのため、このような高レベル放射性廃棄物は、ガラス原料と共にステンレス鋼製のキャニスターに溶かし込みガラス固化体として安定化処理し、冷却のため数１０年間貯蔵した後、ガラス固化体が収納されたキャニスターをオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納するなどして廃棄体とし、この廃棄体を地下３００ｍ（法律により決定）より深い安定した地層中に埋設処分するようにしている。
【０００３】
この放射性廃棄物の地層処分では、図７に示すように、廃棄体Ａの周囲のベントナイト緩衝材などの人工バリアＢと岩盤の天然バリアＣとの多重バリアシステムにより、安全性を確保する方策を採っている。人工バリアＢの役目は、廃棄体Ａから天然バリアＣへの核種放出率の低減であり、天然バリアＣの役目は、生物圏への核種移行遅延である。
【０００４】
図８に示すように、核種は、人工バリアＢから核種の濃度勾配に起因する拡散により緩衝材を経由して天然バリアＣに放出されるため、核種放出率を低減するためには、濃度勾配が生じないようにする必要がある。例えば、放出された核種の濃度が希釈されないように、（1）岩盤中の地下水の流れが遅い場所の選定、あるいは（2）ある廃棄体により汚染された地下水が別の廃棄体の周辺に到達するような施設形状の設計などが考えられる。
【０００５】
また、天然バリアＣ中の核種は、動水勾配（地下水流動の駆動力）と岩盤の透水性により決定される地下水の流れと共に移行するため、核種移行を遅延させるためには、動水勾配が小さく岩盤の透水性が低い場所を選ぶ必要がある。例えば、（1）岩盤中の地下水の流れが遅い場所、あるいは（3）生物圏までの距離が遠い場所などが考えられる。
【０００６】
図９は、拡散による核種の緩衝材移行イメージを示したものであり、岩盤中の地下水の流れが遅く、地下水が汚染されていると、緩衝材中の核種の濃度勾配が小さくなり、核種放出率が小さくなる。一方、岩盤中の地下水の流れが速く、地下水が汚染されていないと、緩衝材中の核種の濃度勾配が大きくなり、核種放出率が大きくなる。
【０００７】
従来技術では、多重バリアシステムの機能を発揮できるように、上記の（1）と（3）を満足する放射性廃棄物の施設の「位置（場所）」については考慮していたが、上記の（2）を満足する施設の「形状」については特に考慮せず、図１０に示すような規則正しいパネル形状が考えられていた。
【０００８】
図１０において、高レベル放射性廃棄物の地層処分施設５０は、地上施設５１と地下施設５２とから構成されている。地下施設５２は、地上と地下を結ぶ立坑や斜坑等のアクセス坑道５３、地下深部に複数並列して水平に掘削形成された処分坑道５４、これら処分坑道に接続される主要坑道５５等から構成されている。処分坑道５４は区画されて独立した水平な処分パネルに分割されており、処分サイトの地質環境条件等に応じて、分散配置や多層配置等の柔軟なパネルレイアウトが可能とされ、また建設・操業・閉鎖の主要な作業を独立・並行して実施できるようにされている。
【０００９】
また、処分坑道５４における廃棄体の定置方式には、種々の方式が考えられているが、例えば、図１１（ａ）に示すような処分孔竪置き方式、図１１（ｂ）に示すような処分坑道横置き方式がある。図１１（ａ）では、天然バリアとしての岩盤Ｃ中に掘削形成された処分坑道５４の底盤部から下に向って処分孔５６を鉛直に掘削形成し、トンネル軸方向には所定の間隔をおいて多数形成し、この処分孔５６内に人工バリアとして地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に竪にした廃棄体Ａを埋設定置している。処分坑道５４は埋め戻される。図１１（ｂ）では、処分坑道５４内に緩衝材Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に横にした廃棄体Ａをトンネル軸方向に所定の間隔をおいて埋設定置している。
【００１０】
また、本発明に関連する先行技術文献として特許文献１〜６がある。特許文献１の発明は、放射性廃棄物等の格納躯体周囲の止水充填法に関するものである。特許文献２の発明は、放射性廃棄物の地層処分における地下水移動の安全評価に関するものである。特許文献３の発明は、放射性廃棄物地層処分場のサイト選定および仕様選定のための意思決定支援システムに関するものである。特許文献４の発明は、廃棄物の処分施設から漏洩する特定有害物質をモニタリングする装置に関するものである。特許文献５の発明は、放射性核種の処分場から漏洩する核種漏洩量を評価するシステムに関するものである。特許文献６の発明は、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設の地下水の流動を考慮し立坑の位置を設定するものである。
【特許文献１】特開２００３−１８５７９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９８９４号公報
【特許文献３】特開２００３−４３１９１号公報
【特許文献４】特開２００２−３２８０６５号公報
【特許文献５】特開２００２−２７７５８４号公報
【特許文献６】特開２００２−１９６０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在考えられている放射性廃棄物の地層処分の施設形状には、前述の（2）の観点（ある廃棄体により汚染された地下水が別の廃棄体の周辺に到達するような施設形状の設計の観点）から人工バリアからの核種放出率を低減するような検討が全く行われていなかった。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、放射性廃棄物等の地層処分施設において、地下水の流れを考慮して廃棄体からの核種等の放出を低減することができる廃棄物地層処分施設を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、廃棄物地層処分場の地下の地盤中に廃棄体を埋設処分するための廃棄物地層処分施設であって、廃棄体が地下水の移行経路に沿って配置され、かつ、上流側よりも下流側に多く配置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設である。本発明は、特に高レベル放射性廃棄物の地層処分に有効に適用されるものである。その他の廃棄物の地層処分にも適用することができる。
【００１４】
本発明は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の場合、前述の（2）の観点、即ちある廃棄体により汚染された地下水が別の廃棄体の周辺に到達するような施設形状の設計の観点から、廃棄体周囲の人工バリア（緩衝材）からの核種放出率を低減するような対策をとるために、対象となる領域において、上流側に配置した廃棄体から放出された核種を含む地下水が、下流側に配置した廃棄体を流れるような施設形態を構築するものである。
【００１５】
図５に示すように、廃棄体Ａから放出された核種は、移流・分散により下流側に流れていく。ここで、大き目のスケールで見た主流動方向の地下水の流れに沿っての流れを「移流」と、水みちが複雑で小さ目のスケールで見ると様々な方向に流れていく過程を「分散」と表現している。移流に分散が加わるため、核種は放射状に広がっていく。従って、本発明は、この下流側に廃棄体を順に配置していくことを基本とする。地下水の移行経路に沿ったラインが最も核種の濃度が高くなっているため、理想的な廃棄体の配置イメージは、図６に示すように、全廃棄体Ａを地下水の移行経路に沿って配置するものである。
【００１６】
しかし、図６に示す方法は、処分場となる敷地の広さを考えると、非現実的なため、本発明では、敷地の広さを踏まえ、図１、図３に示すように、上流側の廃棄体より出た核種が移流・分散により分布する下流側に廃棄体を多く配置する施設形態とするものである。施設の形態は、廃棄体が上流側よりも下流側に多く配置される形態であればよく、種々の形態が考えられる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の廃棄物処分施設において、廃棄体が埋設処分される処分坑道を複数並設してなる処分ブロックが地下水の移行経路の上流側よりも下流側が広い平面形状または立体形状に形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設である。
【００１８】
これは、本発明の施設形態を具体化する場合の一例であり、例えば図２（ｂ）に示すように、複数の処分坑道を有する平面的な処分ブロック（処分パネル）自体の形状を、廃棄体が上流側よりも下流側に多く配置されるような平面形状、例えば図１に示すような平面形状とする。この平面的な処分ブロックは、水平面（水平に対して傾斜させる場合もある）に配置してもよいし、鉛直面（鉛直に対して傾斜させる場合もある）に配置してもよい。あるいは、例えば図４（ａ）に示すように、上下空間を利用して処分坑道を立体的に並設した立体的な処分ブロックとし、この立体的な処分ブロックの形状を、廃棄体が上流側よりも下流側に多く配置されるような立体形状、例えば図３に示すような立体形状とする。
【００１９】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の廃棄物処分施設において、廃棄体が埋設処分される処分坑道を複数並設してなる処分ブロックが地下水の移行経路の上流側よりも下流側に多く平面配置または立体配置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設である。
【００２０】
これは、本発明の施設形態を具体化する場合の他の例であり、例えば図２（ｃ）に示すように、複数の処分坑道を有する平面的な処分ブロック（パネル）を、廃棄体が上流側よりも下流側に多く配置されるように、複数平面配置し、全体の形状が、例えば図１に示すような平面形状になるようにする。あるいは、例えば図４（ｂ）に示すように、複数の処分坑道を有する平面的な処分ブロック（パネル）を、廃棄体が上流側よりも下流側に多く配置されるように、複数立体配置し、全体の形状が、例えば図３に示すような立体形状となるようにする。この場合も、平面的な処分ブロックは水平面に配列してもよいし、鉛直面に配列してもよい。また、平面的な処分ブロックは、通常の四角形等の処分パネルに限らず、図１のような形状の処分パネルを用いることもできる。
【００２１】
なお、処分坑道は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の場合、処分孔竪置き方式（図１１（ａ）参照）、処分坑道横置き方式（図１１（ｂ）参照）などが用いられる。処分孔・処分坑道にはベントナイト緩衝材等の人工バリアが充填される。
【００２２】
以上のような構成の本発明において、高レベル放射性廃棄物の地層処分の場合、地下水の上流側に配置した廃棄体から放出された核種を含む地下水が下流側に配置した廃棄体の近傍を通過するため、汚染された地下水の存在により、廃棄体周囲の緩衝材中の核種の濃度勾配が小さくなり、下流側に配置した廃棄体からの核種放出率が低減される（図９参照）。さらに、下流側に多く廃棄体を配置することにより、汚染された地下水がより多くの廃棄体近傍を通過することになるため、全体としての核種放出率が低減される。なお、その他の廃棄物の場合も、同様に有害物質等の放出率が低減される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、以上のような構成からなるので、特に高レベル放射性廃棄物の地層処分において、次のような効果が得られる。その他の廃棄物においても、同様の効果が得られる。
（1）地下水の移行経路に沿って廃棄体を配置することで下流側に配置した廃棄体の核種放出率を低減することができ、さらに下流側に多く廃棄体を配置することで全体としての核種放出率を低減することができる。
（2）人工バリアからの核種放出率を減らすことが可能となるため、性能評価結果の安全性が高まる。
（3）人口バリアからの核種放出率を減らすことが可能となるため、これまで地層処分が成立できないような地質環境においても地層処分が可能となる。
（4）これまで地層処分が成立できないような浅めの深度においても地層処分が可能となるため、工期短縮・コスト削減につながる。
（5）被ばく線量を減らすための更なる努力を行っていることを示すことにより、地域住民の方々からの理解が得られやすくなる。
（6）人工バリアからの核種放出率を減らすことが可能となるため、地質環境特性の理解に含まれる不確実性が大きい場合においても、余裕を持った安全代を保有することが可能となる。
（7）不確実性に対する安全代が大きくなるため、不確実性低減のための調査量を低減することが可能となり、工期短縮・コスト削減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に適用した例である。図１は、本発明に係る地層処分施設の形態の平面的なタイプの種々の例を示したものである。図２は、図１の施設形態の具体化の例を示したものである。図３は、本発明に係る地層処分施設の立体的なタイプの種々の例を示したものである。図４は、図３の施設形態の具体化の例を示したものである。
【００２５】
図１の平面図（または立面図）に示すように、地下深部の安定した岩盤の天然バリアＣ内に本発明の放射性廃棄物地層処分施設１が建設される。この地層処分施設１の形態は、上流側に配置した廃棄体から放出された核種を含む地下水が、下流側に配置した廃棄体を流れるように、地下水の移行経路に沿って配置され、かつ、上流側より出た核種が移流・分散により分布する下流側に廃棄体が多く配置されるような形態とされている。具体的な形態としては、多数の廃棄体で構成される平面的な処分区画の形状が三角形、台形、ホームベース型などを形成するようにし、上流側から下流側に向かって広がるように配置する。このような形態の地層処分施設１は、水平面あるいは水平に対して傾斜した平面に配置されるが、鉛直面あるいは鉛直に対して傾斜した平面に配置することもできる。
【００２６】
図２（ａ）では、ベントナイト緩衝材等の人工バリアＢで囲まれた廃棄体Ａが、地下水の移行経路に沿って所定の間隔をおいて配置され、かつ、地下水移行経路に直交する水平方向の廃棄体数が下流側に向かって順次増加するように配置され、一つの平面的な処分区画が形成されている。このような平面的な処分区画を形成する具体的な方法としては、図２（ｂ）に示すようなパネル形状による方法、図２（ｃ）に示すような複数のパネルの配置による方法がある。
【００２７】
図２（ｂ）では、平面的な処分ブロックとしての処分パネル２自体の平面形状を例えば図１に示すような形状となるようにしている。処分パネル２は、地下水移行経路の直交方向に平行な複数の処分坑道３と、これら処分坑道３の端部を連結する主要坑道４から構成されている。
【００２８】
図２（ｃ）では、処分パネル２を地下水の移行経路に沿って所定の間隔をおいて配置し、かつ、地下水移行経路に直交する水平方向のパネル数が下流側に向かって順次増加するように配置し、複数の処分パネル２が全体として例えば図１に示すような平面形状となるようにしている。処分パネル２は、処分坑道３と主要坑道４からなる通常の四角形等のパネルとしているが、図１に示すような形状の処分パネル２を用いることもできる。
【００２９】
なお、廃棄体Ａの定置方式には、従来と同様に、処分孔竪置き方式、処分坑道横置き方式などが用いられる。処分孔竪置き方式では、処分坑道３の底盤部から下に向って処分孔５を掘削形成し、トンネル軸方向には所定の間隔をおいて多数形成し、この処分孔５内に人工バリアとして地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に竪にした廃棄体Ａを埋設定置する。処分坑道３は埋め戻される。処分坑道横置き方式では、処分坑道３内に緩衝材Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に横にした廃棄体Ａをトンネル軸方向に所定の間隔をおいて埋設定置する。なお、処分パネル２を鉛直配置とする場合には、処分坑道３を鉛直方向に多段に配置する方式、処分立坑竪置き方式などがある。
【００３０】
次に、図３、図４は、平面だけではなく、上下空間を利用するようにしたものである。この場合も、平面タイプと同様に、地下深部の安定した岩盤の天然バリアＣ内に立体形状の放射性廃棄物地層処分施設１が建設される。この地層処分施設１の形態も、図１と同様に、上流側に配置した廃棄体から放出された核種を含む地下水が、下流側に配置した廃棄体を流れるように、地下水の移行経路に沿って配置され、かつ、上流側より出た核種が移流・分散により分布する下流側に廃棄体が多く配置されるような形態とされている。具体的な形態としては、図３に示すように、多数の廃棄体で構成される立体的な処分区画の形状を円錐、円錐台などとし、上流側から下流側に向かって広がるように配置する。
【００３１】
この立体タイプの場合も、上記のような立体的な処分区画を形成する具体的な方法としては、図４（ａ）に示すような立体的な処分ブロックによる方法、図４（ｂ）に示すような複数のパネルの配置による方法がある。
【００３２】
図４（ａ）では、ベントナイト緩衝材等の人工バリアＢで囲まれた廃棄体Ａが、地下水の移行経路に沿って所定の間隔をおいて配置され、かつ、地下水移行経路の直交する水平方向の廃棄体数が下流側に向かって順次増加するように配置され、さらにこれを上下方向に所定の間隔をおいて複数段で配設することにより、一つの立体的な処分ブロック１０を形成している。具体的には、例えば図２（ｂ）に示すような処分パネル２を複数段配置することにより、図３に示すような形状の立体的な処分ブロック１０を形成することができる。
【００３３】
図４（ｂ）では、処分パネル２を地下水の移行経路に沿って所定の間隔をおいて配置し、かつ、地下水移行経路の直交する鉛直方向または水平方向のパネル数が下流側に向かって順次増加するように配置し、複数の処分パネル２が全体として例えば図３に示すような立体形状となるようにしている。この場合も、処分パネル２は、処分坑道３と主要坑道４からなる通常の四角形等のパネルとしているが、図１に示すような形状の処分パネル２を用いることもできる。
【００３４】
以上のような構成の地層処分施設において、サイトの地質環境評価の一環で行われる地下水流動解析結果を適用して概略の配置計画を立てた後に、従来の設計方法において上記の施設形態を決定することができる。また、施工は従来の立坑・斜坑・トンネル掘削技術や埋め戻し技術を活用することにより十分に可能である。
【００３５】
なお、以上は放射性廃棄物の地層処分場に適用した場合について説明したが、その他の廃棄物の地層処分にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る地層処分施設の形態の平面的なタイプの種々の例を示す平面図である。
【図２】図１の施設形態の具体化の例を示したものであり、（ａ）は施設形態のイメージを示す斜視図、（ｂ）はパネル形状で具体化した例の平面図、（ｃ）は複数のパネルで具体化した例の斜視図である。
【図３】本発明に係る地層処分施設の立体的なタイプの種々の例を示す斜視図である。
【図４】図３の施設形態の具体化の例を示したものであり、（ａ）は施設形態のイメージを示す斜視図、（ｂ）は複数のパネルで具体化下例の斜視図である。
【図５】核種の移流・分散のイメージを示す斜視図である。
【図６】本発明にかかる地層処分施設における廃棄体の理想的な配置イメージを示す斜視図である。
【図７】高レベル放射性廃棄物の多重バリアシステムを示す鉛直断面図である。
【図８】図７における核種の移行原理を示す鉛直断面図である。
【図９】拡散による核種の緩衝材移行を示す鉛直断面図とグラフである。
【図１０】従来一般の高レベル放射性廃棄物の地層処分施設とパネルを示す部分断面斜視図である。
【図１１】高レベル放射性廃棄物の地層処分における廃棄体の定置方式の例を示す部分断面斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ…廃棄体
Ｂ…人工バリア（ベントナイト緩衝材）
Ｃ…天然バリア（岩盤）
１…廃棄物地層処分施設
２…平面的な処分ブロック（処分パネル）
３…処分坑道
４…主要坑道
５…処分孔
１０…立体的な処分ブロック
【図１】
2006250600.tif 000003
【図２】
2006250600.tif 000004
【図３】
2006250600.tif 000005
【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】
2006250600.tif 000011
【図１０】
2006250600.tif 000012
【図１１】
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