(57)【要約】【課題】強度と放射線遮蔽能力に優れた放射線遮蔽材、並びに放射性廃棄物を収容する箱型容器及び箱型構造物を提供する。【解決手段】実施の形態の放射線遮蔽材は、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を混合し加熱溶融し型枠に投入して冷却固化させた硫黄コンクリートからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる
ことを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項２】
前記配合物は、前記硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽材。
【請求項３】
容器本体と蓋が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる
ことを特徴とする放射性廃棄物を収容する箱型容器。
【請求項４】
前記配合物は、前記硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の箱型容器。
【請求項５】
前後左右の壁と天井と底部が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、前記矩形パネルを支持する柱と枠と桟とからなる鋼材と、で構成される
ことを特徴とする放射性廃棄物を収容する箱型構造物。
【請求項６】
前記前後左右の矩形パネルを保持する鋼材と、前記天井及び底部の矩形パネルを保持する鋼材とは、連結部材により固着されている
ことを特徴とする請求項５に記載の箱型構造物。
【請求項７】
前記配合物は、前記硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成される
ことを特徴とする請求項５または６に記載の箱型構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線遮蔽材並びに放射性廃棄物を収容する箱型容器及び箱型構造物に関する。
【０００２】
原子力発電所の事故の影響で、放射性物質に汚染された土壌や使用済核燃料などを仮置く中間貯蔵施設が求められている。放射性廃棄物を収容する金属容器はコストが高い。一方、通常のコンクリートでは、厚さを十分に厚くしないと遮蔽効果が出ないので容器が大型化し、長期の保管ではヒビ割れなどを生じるおそれもある。
【０００３】
特許文献１には、製鋼ダスト、鉄鋼スラグ及び硫黄の配合物を混合し、混融加熱後、冷却固化して硫黄コンクリートを成形し、その表面に亜鉛、アルミ、クロム等の金属板で覆った容器が提案されている。硫黄コンクリートは、放射線遮蔽効果に優れるが、その表面を金属板で覆わないでも済むように、硫黄コンクリートの強度を向上させることが望まれる。この観点から、本出願人は、特許文献２において、所定の割合からなる種々の配合物を含む硫黄コンクリートからなる貯蔵容器を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４９６８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、強度と放射線遮蔽能力に優れた放射線遮蔽材並びに放射性廃棄物を収容する箱型容器及び箱型構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る放射線遮蔽材は、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記放射線遮蔽材において、配合物は硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成されることが好ましい。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物を収容する箱型容器は、容器本体と蓋が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなることを特徴とする。
【０００９】
また、上記箱型容器において、配合物は硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成されることが好ましい。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物を収容する箱型構造物は、前後左右の壁と天井と底部が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、前後左右の壁を構成する矩形パネルを支持する柱と枠と桟とからなる鋼材と、で構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、上記箱型構造物において、前後左右の矩形パネルを支持する鋼材と、天井及び底部の矩形パネルを支持する鋼材とは、連結部材により固着されていることが好ましい。
【００１２】
また、上記箱型構造物において、配合物は硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による放射線遮蔽材、箱型容器及び箱型構造物によれば、（１）硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、焼却灰が３〜２０重量％及び固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートを使用したので、強度と放射線遮蔽能力に優れた容器または構造物を得ることができる。（２）特に、固化剤のジシクロペンタジエンは、溶融してポリマー化され網目状に結合するので、強度を向上できる。（３）また、固化剤に硫酸バリウムを使用した場合、骨材として作用するので強度を向上できる。（４）タングステンと鉛は、放射線を遮蔽するので、硫黄コンクリートの放射線遮蔽効果をさらに向上できる。この硫黄コンクリートは強度があるので、従来のように外側を金属板で覆う必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による箱型容器１の斜視図である。
【図２】図１に示す箱型容器１が地中貯蔵穴１０に設置された状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による箱型構造物２の正面図である。
【図４】図３に示す箱型構造物２の右側面図である。
【図５】図３に示す箱型構造物２の上面図である。
【図６】図３に示す箱型構造物２が地中貯蔵穴１０に設置された状態を示す斜視図である。
【図７】図３に示す箱型構造物２の壁に使用する矩形パネル２ａの連結箇所を示す図で、（ａ）は矩形パネル２ａが段部で連結される場合を示す図であり、（ｂ）は矩形パネル２ａがＨ鋼の柱２ｂで連結される場合を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による放射線遮蔽材を構成する硫黄コンクリートの、遮蔽性能評価試験方法を示す配置概念図である。
【図９】箱型容器１または箱型構造物２の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による放射線遮蔽材、箱型容器及び箱型構造物について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、その形状や長さ等については例示のものであり、これらに限られるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による箱型容器１の斜視図である。箱型容器１は、硫黄コンクリートからなる容器で、容器本体１ａと蓋１ｂからなり、放射性廃棄物を収容する。容器本体１ａの底部には脚１ｃが設けられ、フォークリフトでの運搬が容易である。蓋１ｂの上面は平坦で、箱型容器１を積み重ねることができる。箱型容器１の寸法については、トラック等の運搬車両に積載可能かつ重機等による取扱い可能な範囲で設定され、例えば、厚さを１０ｃｍ、横幅を２．２ｍ、奥行きを２、２ｍ、高さを２．５ｍのように構成される。厚さについては、実験によれば、漏れ出る放射線量を少なくする観点から１０ｃｍは必要である一方、重量等の観点から２０ｃｍ以下の厚さが好ましい。
【００１７】
図２は、箱型容器１が地中貯蔵穴１０に設置された状態を示す斜視図である。地中貯蔵穴１０の深さは、例として１０ｍである。箱型容器１が地中貯蔵穴１０内に保管される期間は、例えば３０年とされる。その後、箱型容器１内の放射性廃棄物は最終処分される。
【００１８】
図３は、本発明の他の一実施形態による箱型構造物２の正面図である。箱型構造物２の正面の壁は、硫黄コンクリートからなる複数の矩形パネル２ａと、矩形パネル２ａを支持する柱２ｂ及び桟２ｃとで構成される。Ｈ鋼の柱２ｂは、箱型構造物２の横幅方向に、例えば１．８ｍごとに立設される。鋼材の桟２ｃは、柱２ｂ間に掛け渡される。また、必要であれば、柱２ｂを補強する筋交い２ｅが設けられる。正面側の矩形パネル２ａは、例えば横が１．８ｍ、縦が０．９ｍである。板厚については、箱型容器１と同様に１０〜２０ｃｍ程度であることが好ましい。本実施の形態においては、箱型構造物２の正面の壁は、９枚の矩形パネル２ａを組み合わせて構成される。
【００１９】
図４は、箱型構造物２の右側面図である。箱型構造物２の奥行き（側面の長さ）は、例えば９ｍである。箱型構造物２の奥行き方向には、１．８ｍごとにＨ鋼の柱２ｂが立設され、鋼材の桟２ｃが柱２ｂ間に掛け渡されている。必要な箇所には筋交い２ｅが設けられる。このようにして、硫黄コンクリートからなる複数の矩形パネル２ａが柱２ｂと桟２ｃで支持され、側面の壁を形成する。側面側の矩形パネル２ａは、横が１．８ｍ、縦が０．９ｍである。このように箱型構造物２は、横、奥行き、高さの長さがそれぞれ５．４ｍ、９ｍ、２．７ｍである箱型形状であり、棒などの、一定以上の長さを有する放射性廃棄物を収容できる。
【００２０】
図５は、箱型構造物２の上面図である。箱型構造物２の蓋となる天井は、幅が５、４ｍ、奥行きが９ｍであり、横が１．８ｍ、縦が１．８ｍの正方形形状の矩形パネル２ａ１５枚で構成されている。箱型構造物２の天井は、鋼材の枠２ｄで縁取りされている。枠２ｄの内側には、鋼材の桟２ｃが、例えば縦に２本、横に４本掛け渡される。このようにして、天井を構成する１５枚の矩形パネル２ａは、桟２ｃ及び枠２ｄによって支持される。なお、図示しないが、箱型構造物２の底面も同様に構成することができる。
【００２１】
また、図３及び図４で示した、前後左右の壁を構成する矩形パネル２ａを支持する鋼材（柱２ｂ及び桟２ｃ）と、図５で示した、天井（底部）を構成する矩形パネル２ａを支持する鋼材（桟２ｃ及び枠２ｄ）とは、ボルト等の固定部材によって固着されている。これにより、箱型構造物２の密閉度がより一層増し、後述の、箱型構造物２を地中貯蔵穴１０に貯蔵した後に、地震等の影響により壁がずれて放射線が漏洩する、という事態を防止できる。
【００２２】
図６は、箱型構造物２が地中貯蔵穴１０に設置された状態を示す斜視図である。地中貯蔵穴１０が深い場合、箱型構造物２を積み増しすることもできる。これに限らず、箱型構造物２を地中貯蔵穴１０の寸法に合わせて増・改築してもよい。
【００２３】
図７は、矩形パネル２ａの連結箇所を示す図であり、（ａ）は矩形パネル２ａが段部で連結される場合を示す。（ｂ）は矩形パネル２ａがＨ鋼の柱２ｂに差し込まれて連結される場合を示す。なお、矩形パネル２ａと、柱２ｂや桟２ｃとの隙間は、別に用意された硫黄コンクリートでシールされることが望ましい。
【００２４】
続いて、本発明の他の一実施形態に係る放射線遮蔽材を構成し、上記の実施形態に用いられる硫黄コンクリートの構成について説明する。硫黄コンクリートは、硫黄が５〜３０重量％、高炉スラグが３０〜６０重量％、石炭の焼却灰が３〜２０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が３０〜５５重量％からなる配合物を混合し、加熱溶融し、これを型枠に投入して冷却固化させたものである。この方法により製造される硫黄コンクリートは、ポルトランドセメントのコンクリートより５倍程度の強度がある。そのため内部に鉄筋などの補強材を要しない。加熱溶融する時の温度は１１５〜１５０℃である。これは、１１５℃以下では十分に溶融せず、１５０℃以上ではゴム化して元に戻らなくなるからである。なお、１１５℃以下において、自然冷却で固化する時間は５時間程度である。この硫黄コンクリートは、疎水性で海水は浸透せず、酸などの薬品にも強く化学的に安定である。耐用年数はおよそ２０００年程度確保することが可能である。
【００２５】
なお、高炉スラグとは、コークスと鉄鉱石から銑鉄を造る溶鉱炉から排出される。主な成分は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が３３．６％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が４２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が１．９％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が７．３％などなっている。また、石炭の焼却灰には、ボイラの底部に落下したクリンカアッシュと、燃焼ガスの中の粒子を電気集塵機で集めたフライアッシュがある。主な成分は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が６０〜６３％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が１７〜２０％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が３〜８％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）４〜１３％などとなっている。
【００２６】
本実施の形態に係る放射線遮蔽材を構成する硫黄コンクリートに関する放射線遮蔽性能を評価するために、上記の硫黄コンクリートを用いた箱型容器１（供試体）を用いた実験を実施した。遮蔽試験の配置概念図を図８に示す。図８に示すように、線源３と検出器４の中心までの距離は２５ｃｍとし、供試体５は検出器４の前方に配置した。線源３としてセシウム１３７（１０ＭＢｑ）を用い、線量率測定器（検出器）４としては、Ｎａｌ（Ｔｉ）シンチレイションサーベイメーター（アロカ製ＴＣＳ−１７２型）を用いた。
【００２７】
この実験から算出すると、箱型容器１の厚さを１０ｃｍとした場合、透過率は０．２％で、遮蔽率は９９．８％であった。例えば、放射線量が２．３μＳｖ／ｈの廃棄物を収納した場合、箱型容器１の外部に漏れる量は０．０４６μＳｖ／ｈである。放射能汚染土壌の場合、１．１μＳｖ／ｈ程度であるから、外部に漏れる量は０．００２２μＳｖ／ｈとなり、安全基準の０．１μＳｖ／ｈを十分に満たしている。また、本発明者による更なるシミュレーションの結果、上述した原材料の割合であって、さらに硫黄コンクリートの密度が３．５〜５．０ｇ／ｃｍ３になるように構成すると、遮蔽性能がより一層発揮されることが見いだされた。
【００２８】
図９は、箱型容器１または箱型構造物２の製造方法を示すフローチャートである。Ｓ１は、硫黄、高炉スラグ、石炭の焼却灰、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤からなる配合物が、平均粒径２ｍｍ以下の粉末にされる段階である。Ｓ２は、この配合物が１１５〜１５０℃に加熱された状態で混練される段階である。Ｓ３は、配合物が鉄枠の型に流し込まれ、数時間の自然冷却の後、固化後に型から取り出される段階を示す。型には、箱型容器１を成形する型、あるいは箱型構造物２の矩形パネルを成形する型などがある。
【００２９】
上記実施例においては、放射線遮蔽材を、箱型容器１または矩形パネル２ａに用いる例を説明したが、放射線遮蔽材の用途はこれらに限られないことはいうまでもない。例えば、放射能で汚染された建物全体を遮蔽する遮蔽板としても使用することもできる。また、トンネルの形にして危険な場所を通過する回廊にすること等も可能である。さらに、耐用年数と強度に優れた、汚染水の長期貯蔵用タンクとしても適している。
【００３０】
本発明は、耐用年数に優れ、強度があり、放射線の漏れ出る量が少なく遮蔽能力の高い放射線遮蔽材であり、使用済核燃料や放射性廃棄物を収容・貯蔵する箱型容器及び箱型構造物として好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１    箱型容器
１ａ  容器本体
１ｂ  蓋
１ｃ  脚
２    箱型構造物
２ａ  矩形パネル
２ｂ  柱
２ｃ  桟
２ｄ  枠
２ｅ  筋交い
３    線源
４    検出器
５    供試体
１０  地中貯蔵穴
【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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