(57)【要約】  緊急事態時に放射性物質（Ｍ）を安全に隔離するためのシステム及び方法（１０）は、ごく近接して物質（Ｍ）の安全な隔離に十分な深度に位置するボアホール（２０）を含む。一実施形態において、外部電源は不要である。別の実施形態において、底部（２５）に遮断障壁を有する完全ケーシングボアホール（２０）を使用して、水蒸気爆発を引き起こすリスクを伴わずに、高温物質（Ｍ）を安全に隔離できる乾燥ホールを形成する。汚染水（Ｗ）の隔離に使用される実施形態において、ボアホールケーシング（２１）は穿孔され、穿孔（２３）は水（Ｗ）が容易に流れ得る透水性区域と交差する。さらに別の実施形態において、重力亀裂がボアホール（２０）の底端（２５）に位置し、放射性物質（Ｍ）が重力亀裂に進入する。高密度スラリ又は流体は放射性物質（Ｍ）と混合され得て、放射性物質（Ｍ）の処分時に重力亀裂を形成して拡大させる。
2019532306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
緊急事態時に原子力発電施設又は核廃棄物施設にて核物質を現場地下隔離する方法（１０）であって、
放射性物質（Ｍ）を前記放射性物質（Ｍ）の供給源（Ｒ）から前記放射性物質（Ｍ）の前記供給源（Ｒ）に近接したボアホール（２０）中に運搬するステップであって、前記ボアホール（２０）が前記放射性物質（Ｍ）の安全な隔離に好適な深度にあり、前記放射性物質（Ｍ）が前記ボアホール（２０）への進入時に格納容器を必要としないステップ
を含む、方法（１０）。
【請求項２】
前記放射性物質（Ｍ）を前記ボアホール（２０）中に注入することを含む前記運搬ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項３】
前記ボアホール（２０）の底端（２５）の下に位置する岩石層を重力破砕するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項４】
前記重力破砕ステップが、前記岩石層よりも密度の高いスラリ（Ｓ）による、請求項３に記載の方法（１０）。
【請求項５】
前記重力破砕ステップが、前記岩石層よりも密度の高い流体による、請求項３に記載の方法（１０）。
【請求項６】
前記重力破砕ステップが、前記放射性物質（Ｍ）を前記ボアホール（２０）内に運搬するステップの前に行われる、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項７】
前記放射性物質（Ｍ）を加重材料と混合して、前記ボアホール（２０）からの重力亀裂の下方への広がりを引き起こすために十分に高密度の流体を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項８】
前記放射性物質（Ｍ）を加重材料と混合して、前記ボアホール（２０）からの重力亀裂の下方への広がりを引き起こすために十分に高密度のスラリを生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項９】
前記注入された放射性物質（Ｍ）が下方に広がるにつれて、前記ボアホール（２０）の底端（２５）の下方に位置する第１の重力亀裂を下方に延伸するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項１０】
下方への広がりを引き起こすために必要とされる密度よりも低い密度を有するスラリ又は流体を使用して、前記ボアホール（２０）を包囲する岩石層の一部を水圧破砕するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項１１】
垂直配向水圧亀裂である水圧亀裂をさらに含む、請求項１０に記載の方法（１０）。
【請求項１２】
前記放射性物質（Ｍ）が前記ボアホール（２０）の少なくとも一部を通過して移動するときに、前記放射性物質（Ｍ）の冷却速度を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項１３】
前記放射性物質（Ｍ）が溶融物質を含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項１４】
熱伝達速度を制御するために前記溶融物質の形状を変更するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法（１０）。
【請求項１５】
前記形状を変更するステップが核連鎖反応を防止又は停止するのに有効である、請求項１４に記載の方法（１０）。
【請求項１６】
前記ボアホール（２０）の底端（２５）に無水区域を維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１０）。
【請求項１７】
前記無水区域を維持するステップが人工リフトシステム（２７）の使用による、請求項１６に記載の方法（１０）。
【請求項１８】
原子力発電施設又は核廃棄物施設（Ｒ）における核物質（Ｍ）の緊急現場地下隔離のためのシステム（１０）であって、
放射性物質（Ｍ）の供給源（Ｒ）に近接して位置し、前記放射性物質（Ｍ）の処分を必要とする緊急事態時に前記の供給源（Ｒ）と連通するように準備されたボアホール（２０）であって、前記ボアホール（２０）が前記放射性物質（Ｍ）の安全な隔離に好適な深度にあり、前記放射性物質（Ｍ）が前記ボアホール（２０）への進入時に格納容器を必要としないボアホール（２０）
を備える、システム（１０）。
【請求項１９】
前記ボアホール（２０）の長さの少なくとも一部に沿って位置する加熱手段を含む前記ボアホール（２０）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２０】
前記ボアホール（２０）に連結された第１の重力亀裂をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２１】
前記第１の重力亀裂に連結された第２の重力亀裂をさらに備える、請求項２０に記載のシステム（１０）。
【請求項２２】
スラリ（Ｓ）であって、前記スラリ（Ｓ）を前記ボアホール（２０）から重力亀裂の下方への広がりを引き起こすために十分に高密度とするように選択された加重材料を含むスラリ（Ｓ）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２３】
前記スラリ（Ｓ）が前記放射性物質（Ｍ）を含む、請求項２２に記載のシステム（１０）。
【請求項２４】
流体であって、前記流体を前記ボアホール（２０）から重力亀裂の下方への広がりを引き起こすために十分に高密度とするように選択された加重材料を含む流体をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２５】
前記流体が前記放射性物質を（Ｍ）含む、請求項２４に記載のシステム（１０）。
【請求項２６】
前記放射性物質（Ｍ）の前記供給源（Ｒ）及び前記ボアホール（２０）を連結する導管システムをさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２７】
前記ボアホール（２０）、前記放射性物質（Ｍ）の前記供給源（Ｒ）並びに加圧流体及び加重材料の供給源に連結された導管システムをさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２８】
前記ボアホール（２０）の底端（２５）に配置された多孔質材料層（２９）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２９】
前記層から水を除去するために前記多孔質材料層（２９）内に準備された圧送手段（２７）をさらに備える、請求項２８に記載のシステム（１０）。
【請求項３０】
完全ケーシングボアホール（２０）である前記ボアホール（２０）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項３１】
穿孔ケーシング（２１）を含む前記ボアホール（２０）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質及び核廃棄物の処分に関し、特に通常運転時及び緊急事態時のリアルタイムでの放射性物質の現場処分に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも１つの核燃料要素又は燃料棒がその融点を超える温度まで、原子炉炉心が過熱すると、核燃料及び核分裂生成物は冷却水に暴露されて爆発を引き起こすおそれがある。後続の障害により、これらの放射性物質は他の封じ込め層を破り、周囲の環境に輸送されることがある。
【０００３】
過熱状態又はメルトダウン状態が発生した場合、通常、放射性物質の拡散を封じ込める緊急手順が整っている。しかし、これらの手順のいずれも緊急事態の発生時にリアルタイムで現場にて物質を直ちに処分することができない。
【０００４】
核物質又は核廃棄物を深部ボアホール（１５，０００フィート又は４，５７２ｍ）中で処分する計画が現在策定されているが、廃棄物は最初に特殊な格納容器に入れられ、次いでボアホール中に配置され、セメント固化される。この手法はヒト又は生態系への暴露から廃棄物を隔離する方法として認識されているが、格納容器を使用することにより、この手法は緊急事態には不適切となる。さらに、ボアホールは一度セメント固化されると再使用することができない。
【発明の概要】
【０００５】
現場処分システム及び方法は、これに限定されるわけではないが、原子炉炉心又は既存の核廃棄物処分場などの汚染物質又は放射性物質の供給源にごく近接して位置するボアホールを利用する。ボアホールは、これに限定されるわけではないが、花崗岩や片麻岩などの許容される岩石中に、環境から並びにボアホール内に漏出するおそれのある任意の水源から放射性物質を安全に隔離するために十分な深度で掘削される。このシステム及び方法は、原子炉炉心とボアホールとの間で、放射性物質の敷地外運搬の必要がないように準備されている。電気又は他の電源が利用できない場合でも、システムの設計は機能することができる。
【０００６】
システム及び方法の好ましい実施形態は、ボアホール中で高温の固体若しくは液体、水若しくは液体若しくは細粒固体、又はこれらの物質の組合せを単離することを目的としている。好ましい一実施形態において、完全ケーシングボアホールが多孔質材料で部分的に充填され、ポンプを使用して多孔質材料の上の空間の乾燥状態が保たれる。これにより、溶融物質を配置し、環境から安全に隔離して水蒸気爆発のリスクを防止又は低減することができる、乾燥ボアホールが与えられる。
【０００７】
別の好ましい実施形態において、ポンプを備えたパッカーを使用して、溶融物質を配置可能である、乾いたボアホールを維持する。砂利又は他の適切な材料をパッカーの上に配置して、溶融物質の下方への移動に対する遮断障壁を作ることができる。
【０００８】
さらに別の好ましい実施形態において、ボアホールケーシングは穿孔されて、穿孔は、水が容易に流れ得る天然砂層又は砂で充填された水圧亀裂などの、水が容易に流れることができる透水性区域と交差する。この実施形態は、汚染水を安全に隔離するために使用され、環境汚染防止に十分な速さで緊急事態時に水を処分するために使用することができる。
【０００９】
なお別の好ましい実施形態において、岩石層の重力亀裂は、ボアホールの底端に又は底端に向かって位置し、放射性物質は重力亀裂に進入し、任意に、密度効果のために重力亀裂をさらに下方に拡大させる。
【００１０】
別の好ましい実施形態において、放射性物質と混合された高密度スラリ又は流体は、放射性物質の処分時に重力亀裂を形成して拡大させる。
【００１１】
ボアホールは、溶融物質の早すぎる凝固を防止するために、その長さの少なくとも一部に沿って配置された加熱手段を任意に含む。
【００１２】
本発明の目的は、（１）放射性物質を現場及び地下に配置して封じ込め、これにより物質を敷地外へ移送する必要をなくす、（２）これに限定されるわけではないが、原子炉炉心などの物質供給源から物質を除去して、供給源に近接して位置する深部ボアホール内へ物質を運搬する、（３）物質の緊急処分及び安全な地下隔離のために常に利用可能であり準備が整っている、（４）高温の固体若しくは液体、水若しくは液体又は細粒固体を環境地下から安全に隔離する、（５）物質の処分に電源を必要としない、（６）処分中の蒸気発生及び爆発のリスクを低減又は除去する、（７）処理中の物質の粘度及び温度を管理する、（８）現場に貯蔵されている他の放射性廃棄物、例えば、これに限定されるわけではないが、ガラス封じ込めによって先に貯蔵された廃棄物を収容する、（９）作製された（事前に、緊急事態が起こる前に）重力亀裂を利用する又は処分中に重力亀裂を形成する、（１０）処分前に物質を格納容器中に入れる必要がない、（１１）モニタリング使用してモニタリングするが可能である、システム及び方法を提供することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】原子力発電施設における核物質の現場処分及び封じ込めのためのシステム及び方法の好ましい実施形態の概略図である。底部に砂利を有する完全ケーシングボアホールが形成される。水によりボアホール内への経路が見出された場合には、圧送手段を使用して水を除去して、ボアホールを乾燥状態に保ってもよい。本実施形態及び他の実施形態において、ケーシング又はボアホールの下に開孔又はチャンバが存在し得ることに留意されたい。緊急時に発生する高温物質は、緊急事態時にこれを隔離するためにボアホール内に運搬される。高温物質が水に接触した場合に水蒸気が発生する可能性を排除するために、ボアホールは乾燥状態に保たれる。
【図２】他の好ましい実施形態の概略図である。ボアホールは穿孔され、支持水圧亀裂と交差する。又は、ボアホールは、処分される水の収容に十分な透水性の深地層と交差する。緊急時には汚染水がボアホール中に誘導される。停電の場合には、重力によって水がボアホール中に流入することができるか、又は水をボアホール中に圧送することができる。このボアホールは、図１のボアホールに加えて、第２の現場ボアホールとなり得る。汚染水は、図１のボアホールから圧送された水であり得る。
【図３】別の好ましい実施形態を示す。高密度流体としての放射性物質の処分は、ボアホール中に導入され、下方に延伸する重力亀裂を形成する。重力亀裂は、独立して下方に広がるために十分長くなり得る。ウェルボアの底部と重力亀裂の上部は、重力亀裂の向きが垂直（又はほぼ垂直）になるような、岩石中の応力状態を確保するのに十分な深さである。例えば、重力亀裂のための「ノッチ」又は「シード」を形成するために、従来の水圧破砕を重力亀裂と組み合わせて使用することもできる。
【図４】ボアホールの下で延伸する透水性層を形成する支持重力亀裂を有するボアホールを含む、別の好ましい実施形態の概略図である。水がボアホール中に導入され、続いて重力亀裂及び被覆層中に導入される。この実施形態によって、地表付近の環境への汚染の広がりを防止するために、緊急事態時に水を迅速に隔離することができる。
【図５Ａ】高温物質の緊急隔離に使用されるボアホールが反応炉又は物質の他の潜在的な供給源に近接している、実施形態の概略図である。緊急事態時に物質はボアホールに運搬されて隔離される。
【図５Ｂ】高温物質又は水が重力によって又は電源を必要としない他の手段によってボアホール中に流入することができる、実施形態の概略図である。ボアホールは、汚染物質又は放射性物質の供給源の真下に又はごく近接して配置される。
【図６】これに限定されるわけではないが、反応炉などの潜在的な汚染物質源にごく近接して又は汚染物質源の下にある２個のボアホールを示す。ボアホールは有害物質の緊急遮断に使用される。１つのボアホールは乾燥状態に保たれ、高温物質を隔離するために使用される。他方のボアホールは、緊急事態時に隔離するために十分な速さで水を流入させることができる、十分な透水性の水圧亀裂又は地層と交差する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面及び詳細な説明で使用される要素及びナンバリング
１０  システム及びその使用方法
２０  ボアホール（又はボーリング若しくはウェルボア）
２１  ケーシング
２３  穿孔
２５  ２０の底部又は底端
２７  ポンプ又は人工リフト装置
２９  多孔質材料（例：砂利層又はその同等物）
３１  ２９の頂端
４０  重力亀裂
Ｍ  高温物質
Ｒ  反応炉又は放射性物質の供給源
Ｓ  高密度スラリ又は流体
Ｗ  水
【００１５】
定義
本開示の目的のために、以下の定義が当てはまる。
【００１６】
ボアホール−地表に空けられ又は掘削され、ケーシングしないことができる又は完全若しくは部分ケーシングすることができる孔。深部ボアホールは、帯水層より下の安全な深さまで、好ましくは少なくとも１０，０００フィート（３，０４８ｍ）、さらにより好ましくは１５，０００フィート（４，５７２ｍ）の深さまで掘削される。
【００１７】
運搬する−鉄道車両や自動車以外の手段で放射性物質を供給源からボアホールまで輸送する。導管又は配管システムは、非鉄道又は非自動車手段の一例である。運搬は、材料をボアホール中に落下させることも含み得る。
【００１８】
重力亀裂−岩石層よりも高い密度を有するスラリ若しくは流体によって、又は最小水平圧縮現場応力の垂直勾配よりも大きい単位重量を有するスラリ若しくは流体によってのみ生じた、ボアホールの底端にて、既存の重力亀裂の底端にて又は従来の水圧破砕によって形成されたノッチ若しくはシードにて開始する、岩石層の垂直（又はほぼ垂直の）亀裂。圧力補助重力亀裂は、外部の圧力が高密度スラリ又は流体に加えられる重力亀裂である。
【００１９】
緊急時隔離−緊急事態の進展時に、又は既存の緊急封じ込め手順が無効になる若しくは最大能力に達する前に講じられた又は講じられる措置。
【００２０】
安全に隔離する−放射性物質をボアホール内に配置することによって、いかなる帯水層又は地上環境からも放射性物質を分離することであり、放射性物質は、ボアホール又は重力亀裂、水平亀裂又は岩石層内の孔隙のいずれかに残存する。
【００２１】
十分な透水性−ボアホール内の水位を所定のレベルを超えて上昇させることなく、穿孔ボアホールケーシングを出る水を所定の圧力又は流速で岩石層又は水圧亀裂に進入させることができる、岩石層内の孔隙又は水圧亀裂。
【００２２】
核廃棄物の現場処分及び封じ込めのためのシステム及び方法の好ましい実施形態によって、メルトダウン寸前の状況又はメルトダウン状況下の原子炉炉心から核物質を除去し、その物質を深部地下に配置して、（高熱エネルギー）物質が水と接触した場合に、水蒸気爆発を引き起こす可能性がある環境及び水源から隔離する。
【００２３】
水と接触している高温核物質によって引き起こされた水蒸気爆発は、チェルノブイリと福島における事態での放射能の拡散の主な原因であった。水源から高温の核物質を隔離することは、緊急事態時の水蒸気爆発のリスクを低減する。
【００２４】
さらに、反応炉内の核物質は大量の放射能を含み、その放射能自体がヒトや生態系にリスクを引き起こす。この放射性物質を深部ボアホールに配置すると、ヒトや生態系への暴露リスクを高めるおそれがある経路から放射性物質が隔離される。例えば、深部ボアホール内に配置された放射性物質は、緊急事態時に（例えばボアホール内でない）所定の位置に残存させた同じ放射性物質と比較して、ヒト又は環境との接触から、はるかに良好に隔離される。ボアホールに放射性物質を配置することに関連するリスクを事前に評価すれば、緊急事態時の意思決定の改善及び迅速化ための枠組みを提供することができる。
【００２５】
好ましくは、導管システムは、放射性物質の供給源を、放射性物質をボアホールに注入するための加圧流体又は空気の供給源と連結する。ボアホールの底端にて重力亀裂を利用する実施形態において、導管システムは、ボアホールの底端での岩石層よりも密度が高い、高密度流体又はスラリを生成するための加重材料の供給源にも連結することができる。材料はボアホール中に圧送するのではなく、落下させることができ、圧送又は落下に関わらず、ボアホールを密封して放射性物質の漏出を防止するセメント又はその同等物が後続し得る。
【００２６】
図１を参照すると、システム及び方法１０は、地下水の流入防止のために鋼鉄又は他の好適な材料からなる管で完全ケーシングされた２１深部ボアホール２０を利用する。水によりボアホール内への経路が見出された場合、ポンプ２７又は水を汲み上げる他の手段がケーシング２１の底端２５に設置され、砂利２９などの多孔質材料の層がポンプ２７の上に配置される。ポンプ２７は、鋼管ケーシング２１又は他のケーシング手段を通る、凝縮又は漏出によって蓄積し得る水を除去するために使用される。
【００２７】
Ｕ字管システムを使用して、ボアホール２０の底端２５から水を除去してもよい。Ｕ字管は、電源を必要とせずに水を汲み上げるように準備された管及びチェック弁からなり得る。Ｕ字管システムの例は、参照により本明細書に組み入れられている、Ｂ．Ｍ．Ｆｒｅｉｆｅｌｄ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｈｅ  Ｕ−Ｔｕｂｅ：Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａｃｑｕｉｒｉｎｇ  ｂｏｒｅｈｏｌｅ  ｆｌｕｉｄ  ｓａｍｐｌｅｓ  ｆｒｏｍ  ａ  ｄｅｅｐ  ｇｅｏｌｏｇｉｃ  ＣＯ２  ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，Ｂ１０２０３  Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．（２００５，ｖｏｌ．１１０）に見出される。
【００２８】
多孔質材料又は砂利層２９は、高温物質Ｍの下方への移動を制限するために使用される。砂利層２７の頂端３１は、ケーシング２１の底端２５に蓄積し得る水よりも上に安全に存在するはずであるため、砂利層２７は安全な距離で高温物質を水から分離する。当分野で既知の種類の熱伝達計算を使用して、この安全距離及び、一般に認められている安全対策と組み合わせて、層２７の高さを求めることができる。
【００２９】
緊急事態時には、高温物質Ｍが乾燥ボアホール２０中に誘導される。高温物質Ｍは、例えば固体形態の溶融、半溶融、又は高温核燃料を含むことがある。高温物質は重力によって下方に移動し、砂利層２９の頂端３１に静止するようになる。物質の隔離後、ボアホール２０をセメント又は関連材料で密封して高温物質をさらに隔離することができる。
【００３０】
高温物質Ｍが冷却して凝固した後、物質は現場で固定化される。当分野で既知の種類の加熱手段をボアホール２０に沿って配置して、物質の温度を制御し、いずれの溶融物質もボアホール内で浅すぎる深度にて又はあまりに早期に凝固しないようにしてもよい。加熱によって、処分中に粘度を低下させる又は物質を溶融する選択肢も提供される。
【００３１】
処分工程の前又は処分工程中に、このボアホール２０の下に重力亀裂４０（例えば図３参照）が生成されることがある。ボアホール２０は、反応炉「Ｒ」に隣接して又は反応炉Ｒの直下に配置することができる（図５及び図６参照）。図示されていないが、１つ又は複数のモニタリング井戸をボアホール２０に隣接して配置することができる。
【００３２】
別の好ましい実施形態において、ボーリング２０上のケーシング２１は穿孔されて、水が容易に流れ得る天然砂層又は砂充填水圧亀裂などの隣接（透水性）地層の孔隙に接近する。この実施形態は、汚染水を隔離するために使用され、緊急事態時に汚染水を迅速に処分することができる（例えば図２、３、及び４を参照）。ボアホール２０はここで井戸として作用する。井戸内に配置された水「Ｗ」（又は他の汚染液体）は、穿孔２３から流出して地層に流入し、そこで貯蔵される。ケーシング２１における穿孔２３は十分な深さに位置するため、この深度で注入された水は、淡水帯水層又は地上環境から効果的に隔離される。
【００３３】
このように形成されたボアホールは、緊急事態時に水又は他の液体を環境から隔離する手段を提供する。ボアホールは水注入用のポンプを装備している。代替案は、電源を必要とするポンプを使用せずに、水を重力によって井戸中に流入させることである。これによって、ポンプの作動に必要な電力へのアクセスが不能であり得る緊急事態に、水を除去及び隔離するためのシステム及び方法を提供する。緊急事態時又は緊急事態直後に水を処分することができる。別の緊急事態が発生した場合、ボアホールを再使用することができる。
【００３４】
水圧亀裂がボアホールの底部に形成されて、井戸に加えられる圧力の単位当たりの、地層中への流速を上昇させることができる。汚染水又は流体は地層内又は水圧亀裂内又はその両方に貯蔵することができる。水圧亀裂の方向が垂直又はほぼ垂直になるように、ボアホール及び亀裂は十分に深くなる。
【００３５】
実施形態の１つにおいて、従来の水圧亀裂は、砂によって支持されて横方向に広がる（例えば図２を参照）。別の実施形態において、水圧亀裂は高密度流体で充填され、重力亀裂４０として下方に広がる（図４を参照）。両方の場合において、透水性水圧亀裂が形成されて、井戸に加えられた圧力の単位当たりの井戸から流出する水の速度を上昇させる。
【００３６】
ここで図３を参照すると、システム及び方法の別の実施形態によって、必要に応じて廃棄物質及び加重材料の高密度スラリ「Ｓ」が生成され、この混合物が使用されてボーリング２０の底から下方に広がる重力亀裂４０が形成される。この重力亀裂４０は、固体又は液体物質を分離する機構を提供する。重力亀裂及び高密度スラリ又は流体に関して、本出願は、以下の特許出願及び特許：２０１１年６月２９日に出願された米国特許出願第６１／５０２，５５７号に基づいて優先権を主張する、２０１２年６月２９日に出願されたＰＣＴ特許出願第ＵＳ２０１２／０４５０８４号に基づいて優先権を主張する、２０１３年１２月２６日に出願された米国特許出願第１４／１２９，５０４号（現在は米国特許第９１９０１８１号Ｂ２）の継続である、２０１５年１１月１６日に出願された米国特許出願第１４／９４２，６４３号の主題を参照により組み入れている。
【００３７】
固体物質は、重力亀裂４０に進入するために十分に小さい粒子である。液体物質は、液体金属、又は小さな高密度粒子を含有するスラリであり得る。液体金属は、例えば熱を伝達するために反応炉内で使用される低融点金属であり得る。液体物質はまた、溶融核燃料又はメルトダウン中に放出された原子炉炉心の他の成分であり得る。液体金属の温度が水の沸点より高い場合、ボアホール２０は爆発を避けるために、ほぼ乾燥している必要がある。
【００３８】
この実施形態で使用される流体の密度は、亀裂４０全体にわたって岩石の密度を超えることが好ましい。したがって、加重材料は、流体の密度が重力亀裂４０を包む岩石層の密度を超えるように選択される（例えば３．０ｇ／ｃｍ３以上）。この目的に好適な加重材料の種類は、参照により本明細書に組み込まれている上記参考特許出願に記載されている。処分される核物質が溶融金属である場合、その物質は、加重材料を添加することなく、にそれ自体で重力亀裂を下方に広げるための十分な重さがあり得る。処分される材料が汚染水を含む場合、加重材料の添加がたいてい必要とされる。
【００３９】
この工程は、追加の流体を井戸に複数回又は何回も入れることによって反復できる。追加の流体は、既存の重力亀裂を膨張若しくは再移動することができるか、又は新たな重力亀裂を形成することができる。高密度流体が到達可能な最大深度は、処分物質の重量及び深部での亀裂の広がりに対する抵抗によってのみ制限されるが、最大深度は数十キロメートルを超えることがある。メルトダウンを含む多くの状況において、処分が必要な物質の体積によって、重力亀裂の広がりの深度がボアホールの底部を下回って数十キロメートル未満、さらには１キロメートル未満に制限される。
【００４０】
２回以上の注入エピソード（処分）がある場合、第２のエピソードまでに亀裂中の物質は固定され得る。この場合、追加の物質がボアホール中に注入され、第２の重力亀裂は、元の重力亀裂をまさに通って又はそれに沿って又はそれから多少離れて、しかしなお下方に広がる。同じメルトダウン又は後続のメルトダウン時に、同じボアホール又は別のボアホールを処分及び再破砕のために使用することができる。
【００４１】
ボアホールの底部にて小形スロットを切る又は小形の従来の水圧亀裂を作ることができ、溶融物質自体によって形成される重力亀裂の核となる「ノッチ」又は「シード」として使用することができる。このような始動ノッチは他の手段、例えば、ハイドロジェット、熱破砕又は他の手段によって形成できる。また、溶融物質又は関連する廃棄物によって形成された水圧亀裂を局在化及び始動させるために、従来の水圧亀裂を事前に形成することも可能である。
【００４２】
重力亀裂は、密度が岩石の密度よりも高い高密度流体が、先行する亀裂下端にて広がりを生じるのに十分な応力強度を生成するため、さらに下方に広がる。これにより、流体が固定されるまで流体が下方に移動するという絶対的な傾向が引き起こされる。高密度流体は汚染水を含有し得る。
【００４３】
高密度流体は既存の亀裂に流入し、井戸内の流体面が降下する。亀裂は井戸内の流体面の降下速度よりも速く進行するため、亀裂先端から井戸内の流体柱の頂部までの全高は長くなる。これにより推進圧力が上昇して、ウェルボア内の流体が重力によって亀裂中に排出されるにつれて、下方への広がりが促進される。
【００４４】
亀裂の垂直方向の範囲は連続的に増大し、すべての液体が井戸から亀裂中に排出された後でも、亀裂の底部における圧力が上昇して、下方への広がりを継続させる。溶融物質は亀裂壁の一部で固化することがある。
【００４５】
地下の放射性物質の形状は、処分の安全性に影響を与える要因となることがある。薄い層での溶融放射性物質の処分が好ましいのは、薄い層からの熱伝達速度は厚い層又は円筒からの熱伝達速度よりも速く、これにより放射性崩壊によるエネルギー放出によって引き起こされる温度上昇が低減されるためである。温度変化を制限すると、放射性物質付近の地下水の対流が減少する。廃棄物を薄い層に形成すると、臨界を引き起こす又は持続する核物質との相互作用も減少する。物質を薄い重力亀裂に配置すると、臨界の消失が引き起こされ、メルトダウン工程が効果的に停止する。
【００４６】
ここで図５Ａを参照すると、ボアホール２０を反応炉Ｒの近傍に配置し、物質Ｍ、Ｓ又はＷを緊急隔離用ボアホールに運搬することができる。これにより、ボアホール２０を配置するための最も高い柔軟性が与えられる。加圧空気又は別の加圧流体を使用して、除去された核物質及び汚染水を配管又は導管システムに沿ってボアホールまで輸送し、ボアホールにて必要に応じて、注入前に加重材料と混合する。化学推進剤を使用して、除去物質をボアホール中に運搬することができる。例えば、加圧空気又は推進剤及び加重材料を現場に配置して、必要時にそれぞれ容易に利用できるようにすることができる。高密度流体は、横向きにボアホール中に注入することができ、又はボアホールの底部を含めて、他の向きに注入することができる。
【００４７】
図５Ｂでは、ボアホール２０は、反応炉又は汚染物質の潜在的な供給源にごく近接して又は真下に位置している。ごく近接していると、緊急事態時に物質がボアホール中に容易に配置される。この配置は、ボアホールを開いて、重力のみで物質をボアホール中に移動させることによって可能になる。ポンプ又は他の設計された運搬方法を使用して物質をボアホール中に配置することが好ましいが、これらの方法は、例えば電気又は他の電源が利用可能でない場合、緊急事態時には運用不能である。ボアホールをごく近接して配置することによって、緊急事態時にボアホールの使用が容易になる。ボアホールは、反応炉の通常運転中に構造板で被覆することができる。
【００４８】
定期的な計画された核廃棄物の処分のために、第２のボアホールを反応炉の隣又は近くに配置することもできる。この同じボアホールが使用されて、先にガラスの格納容器内に貯蔵されていた物質が処理され、ガラス及び物質は粉砕されてボア中で処分される。物質の密度は重力破砕が起こる程度である。
【００４９】
図６を参照すると、別の好ましい実施形態において、少なくとも２個のボアホール２０が使用される。一方のボアホールを固体物質用に使用し、他方を液体用に使用することができる。
【００５０】
原子力発電施設における核物質の現場処分及び封じ込めのためのシステム及び方法の好ましい実施形態について説明及び例示してきた。本発明のシステム及び方法自体は、以下の特許請求の範囲によって定義される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月13日(2019.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動性放射性物質の、前記移動性放射性物質の供給源からボアホール中への及び前記ボアホールから人工垂直配向重力亀裂中への緊急現場地下隔離方法であって、
前記ボアホールが、前記移動性放射性物質に近接して及び流体連通して、前記移動性放射性物質の安全な隔離に好適な深度に位置し、
前記人工垂直配向重力亀裂が前記ボアホールの底端の下で前記ボアホールの底端と連通して位置する周囲岩石層中にあり、
前記方法が、
緊急事態時に前記移動性放射性物質を前記移動性放射性物質の前記供給源から前記ボアホール中に運搬するステップであって、前記移動性放射性物質は前記ボアホールから前記人工垂直配向重力亀裂まで通過するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記移動性放射性物質を前記ボアホール中に注入することを含む前記運搬ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記緊急事態の前に、加重材料を含有するスラリを使用して前記人工垂直配向重力亀裂が作られ、前記スラリが前記周囲岩石層より高密度であり、前記スラリが前記移動性放射性物質を含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリが前記周囲岩石層中で垂直下方に移動する絶対的な傾向を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記移動性放射性物質を前記ボアホール中に運搬した後に、追加の移動性物質を前記ボアホール中に運搬するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記移動性放射性物質の少なくとも一部を加重材料と混合して、前記人工垂直配向重力亀裂のさらなる垂直方向下方への広がりを引き起こすために十分に高密度の流体又はスラリを生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記移動性放射性物質が前記ボアホールの少なくとも一部を通過して移動するときに、前記移動性放射性物質の冷却速度を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記移動性放射性物質が溶融物質、スラリ及び水溶液の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記人工垂直配向重力亀裂に進入するときの前記移動性放射性物質の厚さを亀裂厚さまで低減するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ボアホールの底端と前記人工垂直重力亀裂の頂端との間に無水区域を維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
移動性放射性物質の、前記移動性放射性物質の供給源からの緊急現場地下隔離のためのシステムであって、
前記移動性放射性物質の前記供給源に近接して及び流体連通して位置するボアホールであって、前記移動性放射性物質の安全な隔離に好適な深度にあるボアホール、並びに
前記ボアホールの底端の下で前記ボアホールの底端と連通する周囲岩石層中に位置する人工垂直配向重力亀裂
を備え、
前記緊急事態時に、前記移動性放射性物質がボアホールに及び前記ボアホールから人工垂直配向重力亀裂に進入する、システム。
【請求項１２】
前記放射性物質の前記供給源及び前記ボアホールを連結する導管システムをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記緊急事態の前に、加重材料を含有するスラリを使用して前記人工垂直配向重力亀裂が作られ、前記スラリが前記周囲岩石層より高密度であり、前記スラリが前記移動性放射性物質を含まない、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記スラリが前記周囲岩石層中を垂直下方に移動する絶対的な傾向を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動性放射性物質の少なくとも一部を加重材料と混合して、前記人工垂直配向重力亀裂のさらなる垂直方向下方への広がりを引き起こすために十分に高密度の流体又はスラリを生成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ボアホールの長さの少なくとも一部に沿って位置する加熱手段を含む前記ボアホールをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ボアホールの底端と前記人工垂直配向重力亀裂の頂端との間に位置する多孔質材料層をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ボアホールの底端と前記人工垂直配向重力亀裂の頂端との間に位置する人工リフト圧送手段をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【国際調査報告】
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2019532306.tif 000011
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