(57)【要約】【課題】長期間処分容器内に核種を安全に保持すること、放射性廃棄物処分容器の外部環境遮断性に優れ、かつ人が近づくことなく放射性廃棄物処分容器の腐食進行診断機能を有すること、容器の寿命を向上させること等を目的とする。【解決手段】容器の骨格を構成する本体材料壁２と、この本体材料壁２の表面を被覆して外部の腐食環境から保護する耐食バリア材料壁３と、本体材料壁と耐食バリア材料壁との間に組立てられ、これらを電気的に絶縁する絶縁材料壁４とを備える。【選択図】  図１
2006132976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の骨格を構成する本体材料壁と、この本体材料壁の外面を被覆して外部の腐食環境から保護する耐食バリア材料壁と、前記本体材料壁と前記耐食バリア材料壁との間に組立てられ、これら本体材料壁と耐食バリア材料壁とを電気的に絶縁する絶縁材料壁とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
【請求項２】
前記本体材料壁は、構造強度と放射線遮蔽性能とを有するＦｅまたはＦｅ基合金、ＣｏまたはＣｏ基合金、ＮｉまたはＮｉ基合金により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項３】
前記耐食バリア材料壁は、前記本体材料壁よりもイオン化傾向が小さい材料により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項４】
前記耐食バリア材料壁は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｂ、ＮｂおよびＣｒから選ばれる少なくとも一の金属における酸化物の標準生成エネルギが小さい材料またはそれらを主成分とする合金により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項５】
前記絶縁材料壁は、比抵抗が１０３Ωｍ以上の金属、有機材料、または無機材料により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項６】
前記無機材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２およびＵＯ２から選ばれる一以上の酸化物系セラミックス、またはそれらを主成分とする複合酸化物セラミックスである請求項５記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項７】
前記絶縁材料壁の厚さは、０．１ｍｍ以上である請求項５記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項８】
前記本体材料壁と前記耐食バリア材料壁とに接続されて電気回路を形成する１組以上の配線を備えた請求項１記載の放射性廃棄物処分容器。
【請求項９】
請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データを記録するデータ記録装置と、前記電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システム。
【請求項１０】
２組以上の前記配線を備えた請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記各配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段と、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失したと判断された場合に前記放射性廃棄物処分容器における前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を求める喪失位置計算手段と、前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データおよび前記喪失位置計算手段により求められた喪失位置データを記録するデータ記録装置とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システム。
【請求項１１】
２組以上の前記配線を備えた請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段と、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失したと判断された場合に前記放射性廃棄物処分容器における前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を求める喪失位置計算手段と、前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データおよび前記喪失位置計算手段により求められた喪失位置データを記録するデータ記録装置と、前記データに基づいて前記本体材料壁に腐食可能性があるか否かを判断する腐食判断手段と、この腐食判断手段によって腐食可能性があると判断された場合に前記本体材料壁への直流電流の供給指令を出力する直流電流供給指令出力手段と、この直流電流供給指令出力手段の指令に基づいて前記本体材料壁に直流電流を供給する直流電源とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システム。
【請求項１２】
請求項９記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記本体材料壁および前記耐食バリア材料壁間の電気抵抗変化を検出し、その検出結果に基づいて前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失を推定することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の劣化診断方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記放射性廃棄物処分容器の異なる位置における前記本体材料壁および前記耐食バリア材料壁間の電気抵抗変化を検出し、その各検出値の違いに基づいて前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を同定することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の劣化診断方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失し、前記本体材料壁と耐食バリア材料壁とが導通していると判断された場合、これらの間に逆電位をかけることにより、前記本体材料壁の腐食を低減することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の寿命向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設から発生する放射性廃棄物の埋設処分に使用する放射性廃棄物処分容器、同容器の健全性を診断するシステムおよび方法、ならびに同容器の寿命を向上させるシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在使用あるいは検討されている放射性廃棄物処分容器については、放射性物質の拡散防止という観点から、地下に埋設されることが計画されている。この場合、放射性廃棄物処分容器には、放射性廃棄物が外部に漏れないように、長期耐久性と信頼性が要求される。
【０００３】
従来、線量が低い放射性廃棄物を処分する場合には、放射性廃棄物処分容器としてドラム缶が使用されている。線量が高い放射性廃棄物を処分する場合には、作業者等の被曝低減等の観点から、放射線遮蔽機能を付与したドラム缶またはドラム缶よりも大型の鋼製の処分容器が使用または検討されている。
【０００４】
例えば線量が高い放射性廃棄物を処分する場合に使用されるドラム缶の放射線遮蔽機能を得る構成としては、ドラム缶の内側にコンクリート製の内張りを施すことが一般的であり、また、従来の低レベル放射性廃棄物よりも比較的放射能濃度の高い低レベル放射性廃棄物（通称Ｌ１廃棄物または高βγ廃棄物）を処分する場合には、ドラム缶よりも大型の鋼製の処分容器が検討されている。なお、外国においては、ドラム缶以外の大型鋼製処分容器の使用実績もある。これらの容器には収納する放射性廃棄物の線量に応じて、数cmから数十cmのコンクリート遮蔽または鉄遮蔽が考慮されているのが一般的である。
【０００５】
このように、従来から使用あるいは検討されている放射性廃棄物処分容器は、鋼製のものが一般的である（例えば、特許文献１，２等参照）。
【０００６】
これに対し、近年では長期保管という観点から、処分容器の耐久性を向上させるための試みも行われている。その多くは処分容器の耐食性を向上させたものであり、一例として耐食性に優れたＴｉ合金を処分容器材料として使用させる提案がある（例えば、特許文献３参照）。また、鋼の表面に耐食材料のＴｉやＺｒなどを構成することで機能分担させ、強度と耐食性とを両立させるという提案もされている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１０９４号公報
【特許文献２】特開平９−３０４５９４号公報
【特許文献３】特開２００２−１６８９９５号公報
【特許文献４】特開２００３−４１６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来技術のうち、鋼製の放射性廃棄物処分容器の場合には、耐食性に劣るという課題がある。そこで、耐食性を向上させる手段としてＴｉ製放射性廃棄物処分容器も提案されているが、この場合には十分な放射線遮断性能を付与するために肉厚を厚くせざるを得ない場合があり、容器として形成するための溶接が困難であるなど加工性にも課題がある。
【０００８】
さらに、鋼材の表面を耐食材料であるＴｉやＺｒなどで覆う構成とすることで機能を分担させ、これにより耐食性と放射線遮断性能や強度を両立させた放射性廃棄物処分容器も提案されているが、最外面に形成する耐食材料であるＴｉやＺｒの耐食バリア機能が喪失した場合に鋼材と耐食材料との境界面が腐食環境に曝され、そのため電食によりイオン化傾向が大きい（卑な）金属側である鋼材の腐食が加速されるという課題がある。
【０００９】
以上の技術は処分容器の耐食性を高めて耐久性を向上させるというという試みである。しかし、製造時の不具合や、地下水の水質変化による腐食環境悪化など、長期の保存期間注には想定外の事象が生じることも考えられる。また、放射性廃棄物処分容器を埋設処分後には、被爆低減の観点から、人が近付いて健全性を調べることが困難である。
【００１０】
そのような状況の中で、放射性廃棄物処分容器の外部環境遮断機能が喪失した場合を想定すると、容器内に地下水が浸入する可能性も考慮する必要がある。したがって、処分場は容器の破損・腐食に伴う核種移行が起こっても、被ばく上問題が無いように安全側に処分場を設計する必要があった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、長期間処分容器内に核種を安全に保持することができる放射性廃棄物処分容器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、放射性廃棄物処分容器の外部環境遮断性に優れ、かつ人が近づくことなく放射性廃棄物処分容器の腐食進行診断機能を有する放射性廃棄物処分容器システムおよび劣化診断方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに本発明は、放射性廃棄物処分容器の寿命を向上させることができる放射性廃棄物処分容器システムおよび寿命向上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】
【００１４】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、容器の骨格を構成する本体材料壁と、この本体材料壁の外面を被覆して外部の腐食環境から保護する耐食バリア材料壁と、前記本体材料壁と前記耐食バリア材料壁との間に組立てられ、これら本体材料壁と耐食バリア材料壁とを電気的に絶縁する絶縁材料壁とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００１５】
請求項２の発明では、前記本体材料壁は、構造強度と放射線遮蔽性能とを有するＦｅまたはＦｅ基合金、ＣｏまたはＣｏ基合金、ＮｉまたはＮｉ基合金により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００１６】
請求項３の発明では、前記耐食バリア材料壁は、前記本体材料壁よりもイオン化傾向が小さい材料により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００１７】
請求項４の発明では、前記耐食バリア材料壁は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｂ、ＮｂおよびＣｒから選ばれる少なくとも一の金属における酸化物の標準生成エネルギが小さい材料またはそれらを主成分とする合金により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００１８】
請求項５の発明では、前記絶縁材料壁は、比抵抗が１０３Ωｍ以上の金属、有機材料、または無機材料により構成されている請求項１記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００１９】
請求項６の発明では、前記無機材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２およびＵＯ２から選ばれる一以上の酸化物系セラミックス、またはそれらを主成分とする複合酸化物セラミックスである請求項５記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００２０】
請求項７の発明では、前記絶縁材料壁の厚さは、０．１ｍｍ以上である請求項５記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００２１】
請求項８の発明では、前記本体材料壁と前記耐食バリア材料壁とに接続されて電気回路を形成する１組以上の配線を備えた請求項１記載の放射性廃棄物処分容器を提供する。
【００２２】
請求項９の発明では、請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データを記録するデータ記録装置と、前記電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システムを提供する。
【００２３】
請求項１０の発明では、２組以上の前記配線を備えた請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記各配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段と、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失したと判断された場合に前記放射性廃棄物処分容器における前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を求める喪失位置計算手段と、前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データおよび前記喪失位置計算手段により求められた喪失位置データを記録するデータ記録装置とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システムを提供する。
【００２４】
請求項１１の発明では、２組以上の前記配線を備えた請求項８記載の放射性廃棄物処分容器を使用する放射性廃棄物処分容器システムであって、前記配線に接続されて前記放射性廃棄物処分容器の本体材料壁および耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置と、この電気抵抗測定装置による測定データに基づいて、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段と、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失したと判断された場合に前記放射性廃棄物処分容器における前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を求める喪失位置計算手段と、前記電気抵抗測定装置により測定された電気抵抗測定データおよび前記喪失位置計算手段により求められた喪失位置データを記録するデータ記録装置と、前記データに基づいて前記本体材料壁に腐食可能性があるか否かを判断する腐食判断手段と、この腐食判断手段によって腐食可能性があると判断された場合に前記本体材料壁への直流電流の供給指令を出力する直流電流供給指令出力手段と、この直流電流供給指令出力手段の指令に基づいて前記本体材料壁に直流電流を供給する直流電源とを備えたことを特徴とする放射性廃棄物処分容器システムを提供する。
【００２５】
請求項１２の発明では、請求項９記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記本体材料壁および前記耐食バリア材料壁間の電気抵抗変化を検出し、その検出結果に基づいて前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失を推定することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の劣化診断方法を提供する。
【００２６】
請求項１３の発明では、請求項１０記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記放射性廃棄物処分容器の異なる位置における前記本体材料壁および前記耐食バリア材料壁間の電気抵抗変化を検出し、その各検出値の違いに基づいて前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能喪失位置を同定することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の劣化診断方法を提供する。
【００２７】
請求項１４の発明では、請求項１１記載の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、前記耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失し、前記本体材料壁と耐食バリア材料壁とが導通していると判断された場合、これらの間に逆電位をかけることにより、前記本体材料壁の腐食を低減することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の寿命向上方法を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の発明によれば、耐食バリア材料壁の耐食バリア機能が喪失した場合にも絶縁材料壁によって本体材料壁と耐食バリア材料壁の境界面が直接外部環境に曝されることがないため、電食による急速な本体材料壁の腐食進行を防止することができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、ＦｅまたはＦｅ基合金、ＣｏまたはＣｏ基合金、ＮｉまたはＮｉ基合金は、構造強度と放射線遮蔽性能を有し、かつ、加工性にも優れており、容器の骨組みをなすことができる。
【００３０】
請求項３および４の発明によれば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒは酸化物での標準生成エネルギが小さいことから容易に酸化し、表面に化学的に安定な酸化皮膜を形成するため、結果としてその後の酸化腐食の進行を低減することができる。
【００３１】
請求項５〜７の発明によれば、絶縁材料壁として比抵抗が１０３Ωｍ以上の金属、有機材料、または無機材料を用い、また絶縁材料壁の厚さを、０．１ｍｍ以上とし、さらに絶縁材料壁として、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＵＯ２などの酸化物系セラミックスまたはそれらを主成分とした複合酸化物セラミックスを用いることにより、化学的に安定で、かつ放射線照射下でも劣化が小さく、長期間に亘って大きい比抵抗（絶縁性能）を維持することができる。
【００３２】
よって、以上の発明によれば、容器の外部環境遮断性に優れ、長期間処分容器内に核種を安全に保持することができる。
【００３３】
請求項８記載の発明によれば、本体材料壁と耐食バリア材料壁のそれぞれに接続した配線により、本体材料壁と耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定することができ、また本体材料壁に接続された直流電流供給用の配線により、本体材料壁に逆電位をかけて流れる電流を小さくすることができる。
【００３４】
請求項９および１２の発明によれば、耐食バリア材料壁の耐食バリア機能と絶縁材料壁の絶縁機能が喪失し、本体材料壁の表面に外部からの地下水が進入した場合に、本体材料壁と耐食バリア材料壁間の電気抵抗の減少を監視すること、逆に言えば、本体材料壁と耐食バリア材料壁間の電気抵抗を監視することにより、腐食の進行などによる耐食バリア材料壁の耐食バリア機能の変化を診断することができる。
【００３５】
請求項１０および１３の発明によれば、耐食バリア材料壁の耐食バリア機能と絶縁材料壁の絶縁機能が喪失し、本体材料壁表面まで外部からの地下水が進入した場合に、本体材料壁と耐食バリア材料壁間の電気抵抗が小さくなり、電気抵抗が導通部分と本体材料壁接続部との距離によって変化することを考慮して、２組以上の本体材料壁と耐食バリア材料壁間の電気抵抗を測定することにより、人が近づくことなく、どの部分で導通したのか（耐食バリア機能の喪失部位）を知ることができる。
【００３６】
請求項１２の発明によれば、本体材料壁と耐食バリア材料壁が導通した場合、卑な本体材料壁が正極、貴な耐食バリア材料壁が負極となって電食による腐食が進行することを考慮し、直流電源から逆電位をかけて流れる電流を小さくすることにより、電食による腐食速度を低減することができ、容器寿命の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、放射性廃棄物処分容器の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図である。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態の放射性廃棄物処分容器１は例えば直方体状（縦長角筒状）とされており、放射性廃棄物２を収容する有底筒状の胴部３と、この胴部３の上端開口部を閉塞する蓋部４とを溶接等によって密着し、内部に放射性廃棄物２を完全密封状態で収容できる構成とされている。
【００４０】
これら胴部３および蓋部４を構成する壁は、図２に拡大断面形状を示したように、容器骨格をなす主要壁を構成する本体材料壁５と、この本体材料壁５の外表面を被覆して外部の腐食環境から保護する耐食バリア材料壁６と、本体材料壁５と耐食バリア材料壁６との間に組立てられ、これら本体材料壁５と耐食バリア材料壁６とを電気的に絶縁する絶縁材料壁７とを備えている。
【００４１】
本体材料壁５には、例えば構造強度と放射線遮蔽性能に優れたステンレス鋼が適用され、地中の地下水など外部環境に曝される本体材料壁５の外表面の耐食バリア材料壁６には、例えば耐食性に優れたＴｉ合金が適用されている。これにより、ステンレス鋼全面が外部環境から遮断される。
【００４２】
また、ステンレス鋼からなる本体材料壁５と、Ｔｉ合金からなる耐食バリア材料壁６との間の絶縁材料壁７には、電気的絶縁性の高いセラミックス材料、例えばＡｌ２Ｏ３６が適用されている。これにより、ステンレス鋼とＴｉ合金とが電気的に完全に絶縁される。
【００４３】
なお、本実施形態では、図１に示したように、放射性廃棄物処分容器１を角型筒状としたが、胴部と蓋部とから構成されるものであれば、その他、種々の形状とすることができる。例えば、円筒状あるいは球状の容器とすることも可能である。
【００４４】
図３は、上述した放射性廃棄物処分容器１の絶縁材料壁７を構成するＡｌ２Ｏ３について、厚さに対する電気抵抗を測定した結果を示すグラフである。なお、ここでは、絶縁材料壁７の両面に配置されているステンレス鋼製の本体材料壁５と、Ｔｉ合金製の耐食バリア材料壁６とに、後述する配線を施し、両者間の電気抵抗を測定したものである。
【００４５】
図３に示すように、絶縁材料壁７を構成するＡｌ２Ｏ３厚さが大きくなる程、ステンレス鋼とＴｉ合金間の電気抵抗は大きくなり、一定値に漸近する傾向があることがわかる。すなわち、Ａｌ２Ｏ３は電気抵抗が大きいために、Ａｌ２Ｏ３をステンレス鋼とＴｉ合金との間に構成すること、でステンレス鋼とＴｉ合金を電気的に絶縁することが可能である。
【００４６】
ここで、Ａｌ２Ｏ３の電気抵抗が１０３Ωｍ未満では電気的絶縁機能が十分ではないことから、Ａｌ２Ｏ３の電気抵抗を１０３Ωｍ以上とすることが望ましい。
【００４７】
また、図４は、放射性廃棄物処分容器１のＴｉ合金の一部が破壊してＡｌ２Ｏ３表面に水が進入してきた場合（酸で加速）について、Ａｌ２Ｏ３厚さに対するステンレス鋼の腐食減量を測定した結果を示すグラフである。
【００４８】
図４に示すように、ステンレス鋼の腐食減量はＡｌ２Ｏ３厚さに依存し、０．１ｍｍ以上になると、ステンレス鋼がほとんど腐食しないことがわかる。これは、Ａｌ２Ｏ３が耐食バリアになるとともに、Ａｌ２Ｏ３の絶縁効果によるステンレス鋼の電食低減によるものと言うことができる。よって、絶縁材料壁７の厚さを０．１ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４９】
本実施形態の放射性廃棄物処分容器１によれば、耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能が喪失した場合にも絶縁材料壁７によって本体材料壁５と耐食バリア材料壁６の境界面が直接外部環境に曝されることがないため、電食による急速な本体材料壁５の腐食進行を防止することができる。したがって、放射性廃棄物処分容器１の外部環境遮断性に優れ、同容器内に核種を長期間安全に保持することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、本体壁をＦｅ基合金であるステンレス鋼としたが、ＦｅまたはＦｅ基合金以外の金属、例えばＣｏまたはＣｏ基合金、ＮｉまたはＮｉ基合金等のように、構造強度と放射線遮蔽性能を有し、かつ、加工性にも優れ、容器の骨組みをなすことができる材料であれば、種々適用することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、耐食バリア材料壁６をＴｉ合金としたが、これに限らず、本体材料壁５よりもイオン化傾向が小さい材料、例えばＡｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒを適用することも可能である。これらの金属は、酸化物での標準生成エネルギが小さいために容易に酸化し、表面に化学的に安定な酸化皮膜を形成するために、結果としてその後の酸化腐食の進行を低減することができる。要するに、耐食バリア材料壁６としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｂ、ＮｂおよびＣｒから選ばれる少なくとも一の金属における酸化物の標準生成エネルギが小さい材料またはそれらを主成分とする合金であれば種々適用することができる。また、耐食バリア材料壁６としては、ＢＷＲ使用済チャンネルボックス等のジルカロイを精製し、リサイクルしたＺｒ合金を使用することも可能である。このような使用済チャンネルボックス等のジルカロイを利用すれば、処分する放射性廃棄物自体の量を一層低減することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、絶縁材料壁７をＡｌ２Ｏ３としたが、比抵抗が１０３Ωｍ以上の金属、有機材料、または無機材料であれば種々適用することができる。具体的には、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＵＯ２などの酸化物系セラミックスまたはそれらを主成分とした複合酸化物セラミックスを適用することができる。
【００５３】
次に、図５〜図９を参照して、放射性廃棄物処分容器１の健全性診断および寿命向上を図るための放射性廃棄物処分容器、同容器システムおよび劣化診断方法ならびに寿命向上方法について説明する。
【００５４】
図５は、放射性廃棄物処分容器１の構成および放射性廃棄物処分容器システムの構成を示す図である。
【００５５】
図５に示すように、放射性廃棄物処分容器１の本体材料壁５および耐食バリア材料壁６には、例えば３組の電気抵抗データ取得用の配線８ａ，８ｂ，８ｃが、それぞれ位置を異ならせて端子を介して接続されており、これらの配線８ａ，８ｂ，８ｃに下記のシステム構成が組み込まれている。
【００５６】
第１のシステム構成は、劣化診断方法を実施するための３組の電気抵抗測定回路９ａ、９ｂ、９ｃである。すなわち、各配線８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ個別の閉回路を構成しており、各閉回路には、放射性廃棄物処分容器１の本体材料壁５および耐食バリア材料壁６間の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、回路開閉用のスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとが設けられている。各電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよびスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、データ取得・制御用コンピュータ１２の指令により駆動される。スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、電気抵抗測定時にデータ取得・制御用コンピュータ１２の指令に基づき、スイッチ駆動回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより閉となる。このスイッチ閉により電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃが通電可能となり、本体材料壁５と耐食バリア材料壁６との間の電気抵抗が測定される。測定された電気抵抗値は、データ取得・制御用コンピュータ１２に入力されるとともに、データ記録装置１４に記録される。
【００５７】
第２のシステム構成は、寿命向上方法を実施するための３組の直流電源回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃである。すなわち、電気抵抗測定回路９ａ，９ｂ，９ｃにそれぞれ並列に、本体材料壁５および耐食バリア材料壁６に直流電流（微弱電流）を供給する直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、回路開閉用のスイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃとが設けられている。各直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよびスイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、データ取得・制御用コンピュータ１２の指令により駆動される。スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、後述する逆電流供給時にデータ取得・制御用コンピュータ１２の指令に基づき、スイッチ駆動回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより閉となる。同時に、データ取得・制御用コンピュータ１２の指令に基づき電源駆動回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃが起動し、直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃから本体材料壁５と耐食バリア材料壁６とに直流電流が供給される。
【００５８】
このように、本実施形態では、３組の電気抵抗データ取得用の配線８ａ，８ｂ，８ｃが設けられ、得られる電気抵抗値の違いから、抵抗値が最小となる位置を三次元的に検出することができるようになっている。また、これらの配線８ａ，８ｂ，８が直流電流供給用の配線を兼用する構成とすることにより、構成簡素化が図られている。なお、電気抵抗データ取得用の配線と直流電流供給用の配線とを別個とすることも可能である。また、これらの配線は１組以上として実施することも可能である。位置特定機能を得るためには、少なくとも２組以上の配線を備えていればよい。
【００５９】
本実施形態のデータ取得・制御用コンピュータ１２は、電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃによる測定データに基づいて耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能が喪失しているか否かを判断する耐食バリア機能喪失判断手段１９と、耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能が喪失したと判断された場合に放射性廃棄物処分容器１における耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能喪失位置を求める喪失位置計算手段２０とを備える。電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより測定された電気抵抗測定データおよび喪失位置計算手段により求められた喪失位置データは、データ記録装置１４に記録される。
【００６０】
また、本実施形態のデータ取得・制御用コンピュータ１２は、記録されたデータに基づいて本体材料壁５に腐食可能性があるか否かを判断する腐食判断手段２１と、この腐食判断手段２１によって腐食可能性があると判断された場合に本体材料壁５への直流電流の供給指令を出力する直流電流供給指令出力手段２２とを備えている。この直流電流供給指令出力手段２２の指令に基づいて、直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃから、本体材料壁５に直流電流を供給することができる。
【００６１】
そして、本実施形態の劣化診断方法では、上記の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、放射性廃棄物処分容器１を構成する各材料間の電気抵抗の変化を検出し、その検出結果に基づいて耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能喪失を推定する。
【００６２】
また、本実施形態の寿命向上方法では、耐食バリア材料壁６の耐食バリア機能が喪失し、本体材料壁５と耐食バリア材料壁６とが導通した場合、上記の放射性廃棄物処分容器システムを使用して、逆電位をかけることにより、本体材料壁５の腐食を低減する。
【００６３】
図６は、以上のシステムを使用する本実施形態の劣化診断方法および寿命向上方法の両方を順次に行う一連の手順を示すフローチャートである。
【００６４】
図６に示すように、まず、電気抵抗測定回路９ａ、９ｂ、９ｃのスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが閉となり、電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって、放射性廃棄物処分容器１のステンレス鋼製本体材料壁５と外側のＴｉ合金製耐食バリア材料壁６との間の電気抵抗が測定され、測定信号はデータ取得・制御用コンピュータ１２に送られる（Ｓ１０１）。
【００６５】
データ取得・制御用コンピュータ１２には、電気抵抗と腐食バリアとなるＴｉ合金の変化との関係を示すデータベース２３が備えられ、測定された電気抵抗がデータベース２３の情報と常時照合される。測定された電気抵抗はデータ記録装置１４に記録される（Ｓ１０２）。
【００６６】
次に、耐食バリア材料壁６の耐食バリア材料喪失等による耐食バリア機能が喪失したかどうかの判断が腐食判断手段２１により行われる（Ｓ１０３）。ここで、図７により耐食バリア機能喪失について説明する。
【００６７】
図７は、放射性廃棄物処分容器１の最表面に、Ｔｉ合金耐食バリア材料壁６が存在する場合（健全）と存在しない場合（一部破壊）とについて、電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃによる測定値の差を比較したものである。この図７から、最表面のＴｉ合金製の耐食バリア材料壁６がある場合（健全）とない場合（一部破壊）とでは、ステンレス鋼とＴｉ合金間の電気抵抗が変化することがわかる。これは、Ｔｉ合金製耐食バリア材料壁６の一部が破壊すると、水がステンレス鋼製の本体材料壁５の表面に達するようになり、両者が水を介して導通するためである。このことから、ステンレス鋼製本体材料壁５とＴｉ合金製耐食バリア材料壁６との間の電気抵抗を監視することにより、耐食バリア材料壁６のＴｉ合金の健全性を知ることができる。
【００６８】
このような健全性判断において、耐食バリア機能が喪失していない場合には（Ｓ１０３；ＮＯ）、電気抵抗測定（Ｓ１０１）を繰り返す。
【００６９】
一方、耐食バリア機能が喪失している場合には（Ｓ１０３；ＹＥＳ）、喪失位置計算手段２０による喪失位置計算に進む（Ｓ１０４）。ここで、図８および図９により、具体的な喪失位置計算例、すなわち劣化診断方法について説明する。
【００７０】
図８は、最表面の耐食バリア材料壁６の一部が破壊した場合について、本体材料壁５や耐食バリア材料壁６に取付けられた端子から、耐食バリア材料壁６の破壊した位置までの距離と、ステンレス鋼とＴｉ合金との間の電気抵抗との関係を示したものである。
【００７１】
この図８より、ステンレス鋼製本体材料壁５やＴｉ合金製耐食バリア材料壁６に取付けられた端子位置から、Ｔｉ合金製耐食バリア材料壁６が破壊した位置までの距離が大きくなる程、ほぼ直線的に電気抵抗が大きくなる傾向にあることがわかる。すなわち、電気抵抗を測定することにより、ステンレス鋼製本体材料壁５やＴｉ合金製耐食バリア材料壁６に取付けられた端子位置から、Ｔｉ合金製耐食バリア材料壁６の破壊位置までの距離が求められる。
【００７２】
これは、Ｔｉ合金製耐食バリア材料壁６が破壊した部分で導通し、ステンレス鋼やＴｉ合金を介しての回路となるが、ステンレス鋼製本体材料壁５やＴｉ合金製耐食バリア材料壁６に取付けられた端子とＴｉ合金製耐食バリア材料壁６が破壊した位置までの距離が大きくなる程、ステンレン鋼とＴｉ合金との通路が長くなるためと言うことができる。
【００７３】
図９は、Ｔｉ合金製耐食バリア材料壁６が破壊した位置を特定する方法を示したものである。図９に示すように、上述した配線８ａ，８ｂ，８ｃの端子位置（図５の測定部イ、ロ、ハ参照）から、各電気抵抗（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）に対応する距離を図８に基づいて算出し、その算出された距離を半径として円を描くと、その３つの円の全てが交わる交点Ｂの位置が破壊点であることが判る。
【００７４】
そこで、電気抵抗を測定することにより、本体材料壁５のステンレス鋼や耐食バリア材料壁６のＴｉ合金に取付けられた端子とＴｉ合金の破壊した所までの距離がわかることを応用すると、ステンレス鋼やＴｉ合金間の３組以上の電気抵抗を測定することによって、Ｔｉ合金が破壊した位置を特定することができる。
【００７５】
このように、ステップ（Ｓ１０４）では、Ｔｉ合金の耐食バリア機能が喪失した電気抵抗になった場合には、データ取得・制御用コンピュータ１２に備えられた電気抵抗と距離の関係を示すデータベース２４からＴｉ合金の耐食バリア機能が喪失した位置が計算され、この喪失位置計算結果は、記録装置に記録され、劣化診断が終了する（Ｓ１０５）。
【００７６】
次に、寿命向上方法のステップとして、記録されたデータをもとに、腐食可能性が有るかの判断が行われる（Ｓ１０６）。ここでは、本体材料壁５と耐食バリア材料壁６とが導通した場合、腐食可能性が有ると判断し、本体材料壁５に逆電位をかけることにより、本体材料壁５の腐食を低減する。図１０は、Ｔｉ合金の一部が破壊したためにステンレス鋼とＴｉ合金間が導通した際、そのままにした場合と直流電源からそれを打ち消す電流を流した場合との腐食減量を比較した図である。
【００７７】
図１０に示すように、放射性廃棄物処分システムにおいて、Ｔｉ合金の一部が破壊したためにステンレス鋼やＴｉ合金間が導通した場合、そのままにした場合（ステンレス鋼が正極；Ｔｉ合金が負極）と直流電源からそれを打ち消す電流を流した場合の腐食減量とを比較すると、直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃによりステンレス鋼側からＴｉ合金側に電流を供給した場合の方が大幅に腐食減量が小さくなることが判る。すなわち、イオン化傾向の小さいＴｉ合金から大きいステンレス鋼に逆電流を供給することにより、ステンレス鋼の電食を低減することができる。
【００７８】
そこで、本実施形態では、腐食可能性が有ると判断された場合（Ｓ１０６；ＹＥＳ）、本体材料壁５に逆電流を供給する（Ｓ１０７）。すなわち、Ｔｉ合金が喪失した電気抵抗になると同時に、電気抵抗測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃが接続されたスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＯＦＦとなり、直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃが接続されたスイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＯＮとなる。
【００７９】
そして、データ取得・制御用コンピュータ１２からの指示により、直流電源１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの電流が０ＡまたはＴｉ合金が正極となるまで微弱電流が供給される制御が行われる。このように、本体材料壁５に逆電位をかけることにより、本体材料壁５の腐食を低減する。
【００８０】
なお、腐食可能性がないと判断された場合には（Ｓ１０６；ＮＯ、電気抵抗測定（Ｓ１０１）を繰り返す。
【００８１】
以上の実施形態によれば、放射性廃棄物処分容器１として必要な機能である構造強度と放射性遮断性能をステンレス鋼、耐食性をＴｉ合金で持たせ、その間をＡｌ２Ｏ３で絶縁することにより、Ｔｉ合金の一部が破壊した場合にも電食などによる急激なステンレス鋼の腐食が防止できる。その結果、放射性廃棄物処分容器として耐久性と信頼性が向上する。
【００８２】
また、容器内側のステンレス鋼製本体材料壁５と容器外側のＴｉ合金製耐食バリア材料壁６との間の電気抵抗を監視することにより、耐食バリア材料壁６のＴｉ合金破損の有無を知ることができる。その診断機能により、人が近づくことなく、放射性廃棄物処分容器１の健全性を評価することができる。
【００８３】
また、ステンレス鋼製本体材料壁５やＴｉ合金製耐食バリア材料壁６に取付けられた端子とＴｉ合金の破壊した位置までの距離と電気抵抗に関係があることを利用することで、ステンレス鋼やＴｉ合金間の３組以上の電気抵抗を測定し、Ｔｉ合金が破壊した位置を三次元的に特定することができる。
【００８４】
さらに、耐食バリア材料壁６を構成するＴｉ合金が破損した場合、イオン化傾向の小さいＴｉ合金から大きいステンレス鋼に逆電流を流すことにより、ステンレス鋼の電食を低減させることができる。このようにすれば、電食などによる急激なステンレス鋼の腐食を防止することができ、放射性廃棄物処分容器１自体の耐久性および健全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態による放射性廃棄物処分容器の全体構成を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態による放射性廃棄物処分容器の電気抵抗測定結果を示す特性図。
【図４】本発明の一実施形態による放射性廃棄物処分容器の腐食減量測定結果を示す特性図。
【図５】本発明の一実施形態による放射性廃棄物処分容器システム構成を示す概略電気回路図。
【図６】本発明の一実施形態による劣化診断方法および寿命向上方法の手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の一実施形態において電気抵抗測定装置による測定値の差を比較した特性図。
【図８】本発明の一実施形態において破壊個所の距離と電気抵抗との関係を示す特性図。
【図９】本発明の一実施形態においてＴｉ合金破壊位置を特定する方法を示す説明図。
【図１０】本発明の一実施形態において逆電流による腐食減量を示す説明図。
【符号の説明】
【００８６】
１  放射性廃棄物処分容器
２  放射性廃棄物
３  胴部
４  蓋部
５  本体材料壁
６  耐食バリア材料壁
７  絶縁材料壁
８ａ，８ｂ，８ｃ  配線
９ａ，９ｂ，９ｃ  電気抵抗測定回路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  電気抵抗測定装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  回路開閉用のスイッチ
１２  データ取得・制御用コンピュータ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  スイッチ駆動回路
１４  データ記録装置
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  直流電源回路
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  直流電源
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  スイッチ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  電源駆動回路
１９  耐食バリア機能喪失判断手段
２０  喪失位置計算手段
２１  腐食判断手段
２２  直流電流供給指令出力手段
２３，２４  データベース
【図１】
2006132976.tif 000003
【図２】
2006132976.tif 000004
【図３】
2006132976.tif 000005
【図４】
2006132976.tif 000006
【図５】
2006132976.tif 000007
【図６】
2006132976.tif 000008
【図７】
2006132976.tif 000009
【図８】
2006132976.tif 000010
【図９】
2006132976.tif 000011
【図１０】
2006132976.tif 000012