(57)【要約】【課題】水の放射線分解により生じる水素ガスを発生させず、かつ処分容器の空隙率を低下させることが可能な固体状の放射性廃棄物の処理方法及び処理システムを提供する。【解決手段】固体状の放射性廃棄物を廃棄容器に投入する投入工程Ｓ１１と、固体状の放射性廃棄物を投入した複数の廃棄容器を廃棄物保管容器に収納する収納工程Ｓ１２と、平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を組み合わせて廃棄物保管容器内に投入し、固体状の放射性廃棄物と廃棄容器との間隙、及び廃棄物保管容器と廃棄容器との間隙に２種類以上の粉粒体を充填する充填工程Ｓ１７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】
固体状の放射性廃棄物を廃棄容器に投入する投入工程と、
前記固体状の放射性廃棄物を投入した複数の廃棄容器を廃棄物保管容器に収納する収納工程と、
平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を組み合わせて前記廃棄物保管容器内に投入し、前記固体状の放射性廃棄物と前記廃棄容器との間隙、及び前記廃棄物保管容器と前記廃棄容器との間隙に前記２種類以上の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固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体は、平均粒径の大きさが隣接する粉粒体同士において、平均粒径が小さい方の粉粒体の平均粒径に対する平均粒径が大きい方の粉粒体の粒径分布の比が７〜５０倍の間であることを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記粉粒体は平均粒径が異なる３種類以上の粉粒体であって、１番大きい平均粒径を有する粉粒体の体積比が全体の０．６６〜０．７２、２番目に大きい平均粒径を有する粉粒体の体積比が全体の０．１６〜０．２２、それ以下の平均粒径を有する粉粒体の体積比が０．１８〜０．０６であることを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体は、平均粒径の大きさが隣接する粉粒体同士において、平均粒径が大きい方の粉粒体を構成する粒子のアスペクト比が０．７６以上であることを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記充填工程の後に、前記廃棄物保管容器を密封する封入工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記充填工程の前に、前記固体状の放射性廃棄物を乾燥する廃棄物乾燥工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記廃棄物乾燥工程は、前記廃棄物保管容器の仮蓋締めを行なった後に、前記廃棄物保管容器内の圧力を減圧することを特徴とする請求項６項記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
前記廃棄物乾燥工程の前に、前記廃棄物保管容器内の湿度を露点計もしくは圧力により監視する水分確認工程をさらに有することを特徴とする請求項６記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項９】
前記充填工程の前に、前記平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を乾燥する粉粒体乾燥工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項１０】
前記粉粒体乾燥工程は、前記粉粒体をホッパに投入した後、前記ホッパを加熱することを特徴とする請求項９記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項１１】
前記粉粒体乾燥工程の前に、前記ホッパ内の湿度を露点計もしくは圧力により監視する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項１２】
前記充填工程は、前記廃棄物保管容器を加振させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項１３】
前記投入工程と前記収納工程の間に、前記２種類以上の粉粒体を前記廃棄容器内に加振しつつ投入し、前記固体状の放射性廃棄物と前記廃棄容器との間隙に前記２種類以上の粉粒体を充填する廃棄容器充填工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の固体状の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項１４】
固体状の放射性廃棄物を受容する廃棄容器と、
前記廃棄容器を複数個収納する廃棄物保管容器と、
平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を一時的に収容する複数のホッパと、
前記複数のホッパに収容された前記２種類以上の粉粒体を前記廃棄物保管容器内に投入し、前記廃棄物保管容器内の間隙に前記２種類以上の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固体状の放射性廃棄物の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設などより発生する固体状の放射性廃棄物を安定な形で処理するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設などより発生する固体状の放射性廃棄物として、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金属製の廃棄物がある。また、コンクリートやフィルタなどの金属以外の不燃性廃棄物もある。
【０００３】
これら固体状の放射性廃棄物について、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
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。
【０００５】
一方、固体状の放射性廃棄物を収容した容器に砂を充填して廃棄体とする手法の報告がある（非特許文献１参照）。
【０００６】
同報告には、（１）放射性廃棄物を処分容器に入れて埋設する場合、上部の覆土が廃棄物の陥没による影響を受けないように、埋設が終了した後において空隙が残らないように措置することが埋設規則等から要求されていること、（２）廃棄物収納容器へ砂を加振充填することにより空隙を措置する概念が考えられること、などが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０７５９２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本原子力学会  ２００９年春の年会（Ｄ５６）「廃棄物収納容器内への砂質土充填性確認試験」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように放射性廃棄物を入れた収納容器に砂を加振充填して埋設する場合、上部の覆土が廃棄物の陥没による影響を受けないように、収納容器の空隙率を少なくすることが期待される。
【００１０】
廃棄物収納容器へ砂を加振充填する方法によって、処分容器の空隙率を少なくすることができるが、さらなる空隙率の低下が要望されている。
【００１１】
そこで、本発明は、水の放射線分解により生じる水素ガスを発生させず、かつ処分容器の空隙率を小さくすることが可能で、廃棄体が変形したとしても処分施設の健全性を維持できる、固体状の放射性廃棄物の処理方法及び処理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】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明に係る固体状の放射性廃棄物の処理方法は、固体状の放射性廃棄物を廃棄容器に投入する投入工程と、前記固体状の放射性廃棄物を投入した複数の廃棄容器を廃棄物保管容器に収納する収納工程と、平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を組み合わせて前記廃棄物保管容器内に投入し、前記固体状の放射性廃棄物と前記廃棄容器との間隙、及び前記廃棄物保管容器と前記廃棄容器との間隙に前記２種類以上の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。
【００１３】
また、上述の目的を達成するため、本発明に係る固体状の放射性廃棄物の処理システムは、固体状の放射性廃棄物を受容する廃棄容器と、前記廃棄容器を複数個収納する廃棄物保管容器と、平均粒径が異なる２種類以上の粉粒体を一時的に収容する複数のホッパと、前記複数のホッパに収容された前記２種類以上の粉粒体を前記廃棄物保管容器内に投入し、前記廃棄物保管容器内の間隙に前記２種類以上の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】
【００１４】
本発明によれば、固体状の放射性廃棄物を処分しても水の放射線分解に起因する水素ガスを発生せず、かつ処分容器の空隙率を小さく、好ましくは３０％未満とすることができる。よって、上部の覆土が廃棄物の陥没による影響を受けにくく、処分施設の健全性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る固体状の放射性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す手順フロー図。
【図２】図１の処理方法を実現するための処理システムの一実施の形態を示す概略図であり、（ａ）は投入工程、（ｂ）は収納工程、（ｃ）は廃棄物乾燥工程、（ｄ）は充填工程、（ｅ）は封入工程を示す図。
【図３】実施例１において、産地が同一で平均粒径が異なる大小２種類の粉粒体の混合比と充填率の関係を測定した結果を示すグラフ。
【図４】実施例１において、産地が異なり平均粒径が異なる大小２種類の粉粒体の混合比と充填率の関係を測定した結果を示すグラフ。
【図５】実施例２において、平均粒径が異なる大中小３種類の粉粒体相互の粒径の関係を示す表。
【図６】実施例２において、平均粒径が異なる大中小３種類の粉粒体を用い、加速度と周波数を変えて加振した場合の充填率を求めた結果を示す表。
【図７】実施例３において、平均粒径が異なる大中小３種類の粉粒体を用いて実機想定レベルでの砂充填率を求めた結果を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る固体状の放射性廃棄物の処理方法及びそのための処理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。
【００１７】
図１は、本発明に係る固体状の放射性廃棄物の処理方法の一実施の形態を示す手順フロー図である。また、図２は、図１の処理方法を実現するための処理システムの一実施の形態を示す概略図である。
【００１８】
本処理方法では、まず、廃棄容器２内に固体状の放射性廃棄物１を投入し（投入工程Ｓ１１）、この放射性廃棄物１を投入した複数の廃棄容器２を廃棄容器搬送機３により移動させた後、廃棄物保管容器４に収納する（収納工程Ｓ１２）。
【００１９】
次に、廃棄物保管容器４を廃棄物保管容器搬送機５により搬送しつつ、廃棄物保管容器４内の水分を確認し（水分確認工程Ｓ１３）、廃棄物保管容器４内の水分除去を促進するための乾燥処理を行なう（廃棄物乾燥工程Ｓ１４）。水分確認工程Ｓ１３は、廃棄物保管容器４内の湿度を露点計もしくは圧力により監視することで行うことができる。また、廃棄物乾燥工程Ｓ１４は、廃棄物保管容器４の仮蓋締めを行なった後に、廃棄物保管容器４内の圧力を減圧することにより行うことができる。なお、廃棄物保管容器４内の水分量が十分低い場合は、廃棄物乾燥工程Ｓ１４を省略することもできる。
【００２０】
一方、粉粒体として、平均粒径が異なる複数の粉粒体を用い、これらの粉粒体の乾燥処理を行なう（粉粒体乾燥工程Ｓ１５）。この粉粒体乾燥工程Ｓ１５は、粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃをホッパ７ａ、７ｂ、７ｃに投入した後、ホッパ７ａ、７ｂ、７ｃをそれぞれ乾燥機８ａ、８ｂ、８ｃによって加熱することで行うことができる。また、粉粒体乾燥工程Ｓ１５の前にホッパ７ａ、７ｂ、７ｃ内の湿度を露点計もしくは圧力により監視する工程を設けて湿度を監視することもできる。この際、監視した湿度が十分低い場合には粉粒体乾燥工程Ｓ１５を省略しても良い。
【００２１】
次に、平均粒径が異なる複数の粉粒体を後述するような所定の割合になるように計量機９で計量した後（計量工程Ｓ１６）、図示しない充填機により廃棄物保管容器４に投入して、廃棄容器２と固体状の放射性廃棄物１の隙間に粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃを充填すると共に、複数の廃棄容器２と廃棄物保管容器４との間隙にも粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃを充填する（充填工程Ｓ１７）。
【００２２】
なお、充填機は、廃棄物保管容器４内に粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃの粒径のうちの最大のものよりも大きな内径を持ち下端に出口端を有する注入配管と、計量機９から注入配管に３種類の粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃを輸送するためのフィーダーとで構成できる。また、充填は、廃棄物保管容器４を加振台に載せ、加振台を振動させることにより廃棄物保管容器４を加振させて行うことができる。
【００２３】
ここで、廃棄物保管容器４内の充填率を７０％以上とするためには、後述する実施例の結果を考慮すると、平均粒径が異なる大中小３種類の粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃにおいて、平均粒径が大の粉粒体（大粉粒体６ａ）が６６〜７２体積％、平均粒径が中の粉粒体（中粉粒体６ｂ）が１６〜２２体積％、平均粒径が小の粉粒体（小粉粒体６ｃ）が１８〜６体積％とし、かつ、小粉粒体６ｃの平均粒径に対する中粉粒体６ｂの粒径分布の比、及び中粉粒体６ｂの平均粒径に対する大粉粒体６ｃの粒径分布の比を７〜５０の間とすることが好ましい。
【００２４】
最後に、廃棄物保管容器４を密封して（封入工程Ｓ１８）、廃棄体１０とする。
【００２５】
この実施の形態によれば、廃棄体１０内には水分が存在しないことから、放射線分解による水素ガスの発生が起こらず、廃棄物保管容器４内の圧力を一定に保つことができる。
【００２６】
また、廃棄容器搬送機３及び廃棄物保管容器搬送機５を用いることにより、廃棄容器２への固体状の放射性廃棄物１の投入から廃棄体１０の製造までの各工程を自動化することができる。
【００２７】
なお、投入工程Ｓ１１と収納工程Ｓ１２の間に、予め２種類以上の粉粒体を廃棄容器２内に加振しつつ投入し、固体状の放射性廃棄物１と廃棄容器２との間隙に２種類以上の粉粒体を充填しておくこともできる。
【００２８】
また、図２では平均粒径が異なる３種類の粉粒体６ａ、６ｂ、６ｃを用いた例を説明したが、平均粒径が異なる２種類の粉粒体を用いることもできる。この場合、廃棄物保管容器４内の充填率を７０％以上とするためには、後述する実施例の結果を考慮すると、平均粒径が異なる大小２種類の粉粒体において、平均粒径が大きい方の粉粒体を７０〜８０体積％（混合比０．７〜０．８）、小さい方の粉粒体を３０〜２０体積％（混合比０．３〜０．２）とし、かつ平均粒径が大きい方の粉粒体粒子のアスペクト比（粒子の最大長の垂直長／粒子の最大長）が０．７６以上のものを用いることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
[実施例１]
（平均粒径が異なる大小２種類の粉粒体を用いた実験例）
図１に示す充填工程Ｓ１７を具体的に模擬して行なったラボスケール実験の例を以下に説明する。
【００３０】
図２の廃棄容器２を模擬する容器として直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍのステンレス鋼製円筒容器を用い、産地が同一で平均粒径が異なる大小２種類のケイ砂による粉粒体（サンプル（Ａ））と産地が異なり平均粒径が異なる大小２種類のケイ砂による粉粒体（サンプル（Ｂ））のそれぞれについて、混合比を変えて、円筒容器を２０Ｈｚの周波数で水平方向に加振しながら混合し、充填率を測定した。
【００３１】
ここで、サンプル（Ａ）、サンプル（Ｂ）共に、平均粒径が大きい方の粉粒体（大粉粒体）はＪＩＳ１０号相当品であって平均粒径２２００μｍの粉粒体であり、平均粒径が小さい方の粉粒体（小粉粒体）はＪＩＳ１４０号相当品であって平均粒径１１５μｍの粉粒体である。
【００３２】
また、平均粒径は、全ての実施例において、各フルイを通過する割合を重量百分率で表したときの積算値５０％の粒度として求めた。
【００３３】
図３に、サンプル（Ａ）について充填率を測定した結果を示す。
【００３４】
この結果、産地が同一のサンプル（Ａ）では、大粉粒体が７０〜８０体積％（混合比０．７〜０．８）、小粉粒体が３０〜２０体積％（混合比０．３〜０．２）の間で最大値７５％程度となることが分かった。
【００３５】
また、図４に、サンプル（Ｂ）について充填率を測定した結果を示す。
【００３６】
この結果、産地の異なるサンプル（Ｂ）では、大粉粒体が７０〜８０体積％（混合比０．７〜０．８）、小粉粒体が３０〜２０体積％（混合比０．３〜０．２）の間でも最大で充填率が７０％程度であり、サンプル（Ａ）に比べて低くなった。
【００３７】
この要因を分析した結果、大粉粒体粒子の形状係数（アスペクト比＝粒子の最大長の垂直長／粒子の最大長（５０サンプルの平均値））がサンプル（Ａ）では０．７６、（Ｂ）では０．６６となっていた。これより、粒子の形状係数が０．７６以上で、より球に近い形状の粒子の方が充填率が高くなることが分かった。
【００３８】
[実施例２]
（平均粒径が異なる大中小３種類の粉粒体を用いた実験例）
図１に示す充填工程Ｓ１７を具体的に模擬して行なったラボスケール実験のさらに別の例を以下に説明する。
【００３９】
実施例１と同一の円筒容器を用い、実施例１のサンプル（Ａ）で使用した平均粒径が異なる２種類の粉粒体にさらに細かい粉粒体を十分に混合しながら一定間隔で投入し、実施例１と同一の条件で円筒容器を上下方向に加振した。
【００４０】
即ち、粉粒体としては、大中２種類のケイ砂（大粉粒体：ＪＩＳ１０号相当品、平均粒径２２００μｍ、中粉粒体：ＪＩＳ１４０号相当品、平均粒径１１５μｍ）、及びガラス粉末（小粉粒体：平均粒径５μｍ）を用いた。また、平均粒径が隣接する粉粒体間での平均粒径の比率は、大粉粒体／中粉粒体＝２２００／１１５＝１９／１、中粉粒体／小粉粒体＝１１５／５＝２３／１であった。さらに粒径分布を考慮すると、大粉粒体の粒径分布／中粉粒体の平均粒径＝７〜２４、中粉粒体の粒径分布／小粉粒体の平均粒径＝８〜４７となった。これより、平均粒径が隣接する粉粒体間で、平均粒径が小さい粉粒体の平均粒径に対する平均粒径が大きい粉粒体の粒径分布の比は、７〜５０倍の間であることが分かる。図５に、これらの算出結果を示す。
【００４１】
一方、本実施例の体積混合比率は、大粉粒体：中粉粒体：小粉粒体＝６７：１９：１４であり、計量誤差要因を加味し検討したところ、大粉粒体は６６〜７２、中粉粒体は１６〜２２、小粉粒体は１８〜６であった。
【００４２】
これらの粉粒体を用いて加振充填した結果、図６に示すように、加速度１Ｇ、周波数５０Ｈｚで充填率７４％程度、２Ｇでは７７％程度、３．３Ｇでは８３％の充填率となることが分かり、充填率を高くできる粒径分布の組み合わせであることが分かった。
【００４３】
[実施例３]
（平均粒径が異なる大小２種類の粉粒体を用いた実機想定レベルの実験例）
図１に示す充填工程Ｓ１７を具体的に模擬して行った実機想定レベルの実験例を以下に説明する。
【００４４】
この例では、図２の廃棄物保管容器４を１６００ｍｍ程度の角形容器と想定し、その１／２５、１／４の大きさ（底面積）の鉄製角形容器を試作し、垂直方向に加振した。この廃棄物保管容器に、廃棄容器に入れた模擬廃棄物（１０ｃｍ角の板、または１００ｍｍ角の棒状金属）を収納し、周波数４０Ｈｚ、加速度２〜３Ｇで加振しながら、ＪＩＳ  Ｇ５９０１で規定されるケイ砂（ＪＩＳ５０号相当、平均粒径３４０μｍ）単独（ケース１、２、４）、ＪＩＳ５０号相当とＪＩＳ２６号（平均粒径７５０μｍ）の１：１混合ケイ砂（ケース３、５）を充填して砂充填率を算出した。なお、砂充填率（％）は、充填体積／（容器体積−模擬廃棄物体積）×１００で求めることができる。
【００４５】
図７に、得られた結果を示す。
【００４６】
この結果より、実機想定１／２５の場合、ケース１、２のケイ砂５０号単独では砂充填率がそれぞれ６８％、６７％であったが、ケース３のように２成分のケイ砂２６号、５０号を混合した場合には砂充填率は７２％に向上することが分かった。
【００４７】
さらに実機想定１／４の場合において、ケイ砂５０号単独のケース４では砂充填率６５％であるが、ケイ砂２６号、５０号の混合物を用いた２成分混合のケース５では砂充填率７１％に向上することが分かった。
【００４８】
以上のことから、廃棄物保管容器の大きさに関係せず粉粒体の種類を増やすことによって充填率が高くなることが判明した。
【００４９】
従って、空隙の少ない廃棄体、すなわち充填率を極力高くするためには少なくとも２種類の粒径分布を有する粉粒体を充填することが好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【００５０】
１…固体状の放射性廃棄物
２…廃棄容器
３…廃棄容器搬送機
４…廃棄物保管容器
５…廃棄物保管容器搬送機
６ａ、６ｂ、６ｃ…粉粒体
７ａ、７ｂ、７ｃ…ホッパ
８ａ、８ｂ、８ｃ…乾燥機
９…計量機
１０…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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