(57)【要約】【課題】緩衝材の除去効率を高めることができる緩衝材の除去方法および噴射ノズルを提供する。【解決手段】処分孔に埋設されている廃棄体の周囲に設けた吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材Ｐを電解質溶液Ｓに浸漬した状態に保ち、この電解質溶液Ｓ中に配置した噴射ノズル１００の噴射口１２から緩衝材Ｐの表面に向けて高圧ガスを噴射して、この噴射ガスにより緩衝材Ｐの表面を破壊し、この破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液Ｓとの混合を誘発してスラリー化させ、当該スラリーを処分孔から排除することにより緩衝材Ｐを除去する方法において、噴射ノズル１００は噴射口１２を複数有し、噴射口１２の前方にジェット状に生じるガスの噴流Ｇと、このガスの噴流Ｇに誘導されて噴射口１２の前方に生じる電解質溶液の噴流Ｅとを、同時に緩衝材Ｐの表面に衝突させて破壊するようにする。【選択図】図１−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中の処分孔に電解質溶液を満たすことにより、この処分孔に埋設されている廃棄体の周囲に設けた吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材を電解質溶液に浸漬した状態に保ち、この電解質溶液中に配置した噴射ノズルの噴射口から緩衝材の表面に向けて高圧ガスを噴射して、この噴射ガスにより緩衝材の表面を破壊し、この破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合を誘発してスラリー化させ、当該スラリーを処分孔から排除することにより緩衝材を除去する方法において、
前記噴射ノズルは前記噴射口を複数有し、
前記噴射口の前方にジェット状に生じるガスの噴流と、このガスの噴流に誘導されて前記噴射口の前方に生じる電解質溶液の噴流とを、同時に緩衝材の表面に衝突させて破壊することを特徴とする緩衝材の除去方法。
【請求項２】
前記噴射口からのガスの噴射を長時間継続することによって緩衝材の表面の破壊量を増大させ、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合によって作られるスラリーの濃度を高濃度にしてから、このスラリーを処分孔から排除することを特徴とする請求項１に記載の緩衝材の除去方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の緩衝材の除去方法に用いられる噴射ノズルであって、
ノズル本体と、
前記ノズル本体に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口と、
前記噴射口から噴射されるガスの噴流によって前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流を形成する液噴流形成手段とを有することを特徴とする噴射ノズル。
【請求項４】
前記ノズル本体は、電解質溶液が流動可能な空洞部と、
前記空洞部の周囲を囲む態様で前面側に配置された複数の前記噴射口とを有することを特徴とする請求項３に記載の噴射ノズル。
【請求項５】
前記ノズル本体は、筒状であり、前記空洞部がその中心軸を貫通して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の噴射ノズル。
【請求項６】
前記液噴流形成手段は、前記ノズル本体の側部に噴射軸方向に沿って設けた凹部を有し、前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を前記凹部に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流のエネルギー損失を少なくしたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物の埋設処分施設に関し、特に、放射性廃棄物からなる廃棄体を地下に埋設処分する際に、廃棄体の周囲に難透水性で吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材を設けた場合において、この廃棄体の周囲の緩衝材を撤去回収するための緩衝材の除去方法、および、この緩衝材の除去方法に用いられる噴射ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（（放射性廃棄物処分施設における緩衝材））
従来、使用済み核燃料から発生する放射性廃棄物は、環境に影響を与えることを防止するため、溶融したガラスに混ぜ合わせて廃棄体を形成してから、トンネルを備える埋設施設に遮水材を介して埋設する。
【０００３】
遮水材は、例えばベントナイトと砂とを混合して形成したベントナイト系土質材料等の土質材料を使用し、その土質材料を締め固めることで所定の弾性および遮水性を有するよう構築したものである。このような遮水材は緩衝材とも呼ばれ、地下水が廃棄体に接触することを防止するとともに、地震等の外力が加わってトンネルが変形した場合には、トンネルの変形に応じて緩衝材が変形することで、上記廃棄体に加わる外力を低減する効果も有している（以下、この遮水材を緩衝材と称する。）。
【０００４】
非特許文献１によれば、当該緩衝材の形態は、図８に示すような廃棄体横置き方式と、図９に示すような廃棄体縦置き方式の２種類がある。廃棄体横置き方式では、図８に示すように、廃棄体Ｄを坑道１内に横置き定置して埋設処分するもので、廃棄体Ｄと坑道周囲の岩盤との間に緩衝材Ｐが配置される。一方、廃棄体縦置き方式では、図９に示すように、坑道１の床面に鉛直下向きに設けられた縦穴２に廃棄体Ｄを定置するもので、緩衝材Ｐは縦穴壁面と廃棄体Ｄとの間に配置される。
【０００５】
（（再取り出しの必要な理由））
ところで、緩衝材と廃棄体とを地下に埋設する際に、何らかのトラブルが発生して、所定の形態に、あるいは所定の仕様の部材で設置することができなくなる場合がある。あるいは、目標どおりの仕様で廃棄体と緩衝材を地下に定置埋設できた後になって、何らかの理由で、廃棄体を取り出さなければならない事態も生じる。前者の場合は、不具合を修復して再度所定の仕様となる定置埋設を遂行するために回収撤去するためである。後者の場合には、当初設計どおりに定置埋設できた後になって、そのままでは安全性を長期間維持できないことが判明した場合に、あらためて安全な姿で定置埋設をやり直す場合に実施する行為、あるいは埋設した廃棄体から有用な成分を再回収して、有効利用する場合に実施する行為が想定される。
【０００６】
廃棄体を回収撤去する場合には、その周囲に存在する緩衝材を先に撤去回収しなければならない。緩衝材の撤去回収方法については、例えば非特許文献２にあるように、塩水に浸すことによって緩衝材を構成する粘土系土質材料を分解させてスラリー化して、回収する方法が提案されている。
【０００７】
（（既存の緩衝材除去技術））
一方、ベントナイト系土質材料である緩衝材を塩水を利用して除去する従来の技術としては、特許文献１の放射性廃棄物の埋設処分施設における緩衝材の撤去回収方法、特許文献２の廃棄体の回収方法、特許文献３の緩衝材の撤去装置および緩衝材の撤去方法、特許文献４の緩衝材の撤去装置および緩衝材の撤去方法が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】原子力発電環境整備機構、“高レベル放射性廃棄物地層処分の技術と安全性”、［online］、［平成１７年２月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.numo.or.jp/siryou/＞
【非特許文献２】Pal Kalbantner and Rolf Sjolum (2000) : Techniques for freeing deposited canisters Final report, SKB TR-00-15.
【非特許文献３】張他、塩水を利用した緩衝材除去方法の検討（５）−小規模模擬緩衝材の除去実験（不飽和条件）−、日本原子力学会２００９年秋の大会、Ｍ１６、２００９年９月１６日
【非特許文献４】張他、塩水を利用した緩衝材除去方法の検討（４）−供試体の初期飽和度に着目した浸漬分解実験−、日本原子力学会２００８年秋の大会、Ｍ３３、２００８年９月
【非特許文献５】中島他、廃棄体回収のための塩水を利用した緩衝材除去技術、土木学会２０１０年次学術講演会、ＣＳ７−０３２、２０１０年９月
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−００８３７５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０１１５５７号公報
【特許文献３】特開２０１２−０３７２９０号公報
【特許文献４】特開２０１２−０８３２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（（塩水を噴射する除去方法））
図９に示すような縦置き方式の緩衝材では、図１０に示すように処分孔２（縦穴）内にて緩衝材Ｐに塩水を噴射するためのノズル部Ｎを近づけて塩水を噴射し、除去した緩衝材Ｐをスラリー状にした塩水スラリーを、処分孔２内に配置した排水管３を使ってバキューム吸引して排出する。また、バキューム吸引して排出したスラリーは固液分離装置４によって分離することで塩水を再利用することができる。また、地上に搬出する除去緩衝材は脱水されて軽量化することができる。
【００１１】
（（飽和度が低い場合の効率））
緩衝材の飽和度が低い場合には塩水が浸漬することによる緩衝材の粘結性低下の効果が緩衝材表面からより深い領域まで及ぶため、塩水噴射による除去効率は優れている。例えば、非特許文献３によれば、表１の「塩水噴射条件による遮水材（ベントナイト系緩衝材）除去効率の比較表（非特許文献３、５より算定）」に示すように、飽和度４６％の小型模擬緩衝材を除去する場合では、ノズル口径１．２ｍｍのノズルから噴射圧力０．６ＭＰａで塩水を噴射することで時間当たりの除去効率（除去速度）は２．７ｇ／ｓである。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
（（飽和度が高い場合の効率））
ところが、緩衝材の飽和度が高い場合には、図１１の「遮水材（ベントナイト系緩衝材）の飽和度と塩水浸漬分解速度の関係（非特許文献４より）」に示すように、塩水の浸漬による粘結性低下の効果が発揮されないため、緩衝材の分解速度が著しく遅くなる。非特許文献５によれば、上記の特許文献１に記載の方法（表面部を温風で乾燥してから塩水を噴射する方法）を採用することで塩水１リットル当たりの噴射による除去量は約３７ｇ／Ｌとなったが、乾燥プロセスに時間を要するため、上記の表１に示すように、時間当たりの除去効率（除去速度）は０．０１７ｇ／ｓにすぎない。緩衝材の飽和度が高い場合には非常に効率が悪くなる。
【００１４】
（（既存のエアー噴射法））
塩水を直接緩衝材に噴射する方法とは別に、縦置き方式において処分孔に塩水を貯水し、ノズルから高圧エアーを噴射する方法が上記の特許文献３に紹介されている。この方法のメリットは、（１）高圧エアーを塩水中で緩衝材に向けて噴射することにより緩衝材を崩壊させることができ、（２）エアーが泡となって塩水中を上昇するエネルギーを活用して除去した緩衝材を上昇させて噴射と並行して排出できること、（３）それ故、噴射系と吸引系の２系統の設備を必要としないこと、である。
【００１５】
（（エアー噴射法の改善点））
ただし、エアーそのものは質量が小さいので、エアーそのものとしては噴射面を破壊するエネルギーは小さい。飽和度の小さい緩衝材の場合は塩水の浸漬による粘結性低下の効果が生じるため、質量の小さいエアーの噴射であっても緩衝材表面は破壊することができたのである。上記の特許文献３に記載の技術では、飽和度が低い緩衝材に対して除去効率に優れていることは記述されているが、飽和度が高い緩衝材についての除去効率は記述されていない。飽和度が高い緩衝材は粘結性が高いので、質量の小さいエアーのみの噴射では緩衝材表面を破壊することによる除去速度は大きくないことが予想される。
【００１６】
（（エアーと塩水を並行して噴射する方法の改善点））
上記の改良技術として、上記の特許文献４では図１２に示すように、高圧エアーを噴射するノズル５と塩水を噴射するノズル６とを配置して、両者を同時に緩衝材Ｐに噴射することにより緩衝材表面の破壊効率を改善している。ただし、飽和度の高い緩衝材ではそのような方法を使ったとしても除去速度が大きくないため、塩水の中に高濃度の緩衝材が混じっているスラリーとなるためには長時間の噴射が必要である。ところが、長時間の噴射を継続すると、噴射した塩水が処分孔の貯水空間から溢れてしまう。したがって、スラリーが希薄な状態のまま吸引してスラリーを排除し、そのスラリーを固液分離する必要が生じる。その結果、固液分離装置の効率が低下するというデメリットが生じてしまう。
【００１７】
上記では、高圧エアーと塩水の両者を同時に別々のノズルから噴射する場合について、固液分離装置の効率が低下するというデメリットを述べたが、塩水のみを緩衝材に噴射する方法を適用した場合には固液分離装置の効率の低下はより顕著になる。
【００１８】
（（既存の緩衝材除去技術との違い））
以下で開示する本発明は、縦置き方式で定置した廃棄体を再取り出ししなければならない場合に必要となる緩衝材除去技術において、上記の特許文献３、４に記載されているガス（エアー）を塩水中で噴射する技術をさらに効率的にするためのものである。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、緩衝材の除去効率を高めることができる緩衝材の除去方法および噴射ノズル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】
【００２０】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る緩衝材の除去方法は、地中の処分孔に電解質溶液を満たすことにより、この処分孔に埋設されている廃棄体の周囲に設けた吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材を電解質溶液に浸漬した状態に保ち、この電解質溶液中に配置した噴射ノズルの噴射口から緩衝材の表面に向けて高圧ガスを噴射して、この噴射ガスにより緩衝材の表面を破壊し、この破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合を誘発してスラリー化させ、当該スラリーを処分孔から排除することにより緩衝材を除去する方法において、前記噴射ノズルは前記噴射口を複数有し、前記噴射口の前方にジェット状に生じるガスの噴流と、このガスの噴流に誘導されて前記噴射口の前方に生じる電解質溶液の噴流とを、同時に緩衝材の表面に衝突させて破壊することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る他の緩衝材の除去方法は、上述した発明において、前記噴射口からのガスの噴射を長時間継続することによって緩衝材の表面の破壊量を増大させ、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合によって作られるスラリーの濃度を高濃度にしてから、このスラリーを処分孔から排除することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る噴射ノズルは、上述した緩衝材の除去方法に用いられる噴射ノズルであって、ノズル本体と、前記ノズル本体に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口と、前記噴射口から噴射されるガスの噴流によって前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流を形成する液噴流形成手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る他の噴射ノズルは、上述した発明において、前記ノズル本体は、電解質溶液が流動可能な空洞部と、前記空洞部の周囲を囲む態様で前面側に配置された複数の前記噴射口とを有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る他の噴射ノズルは、上述した発明において、前記ノズル本体は、筒状であり、前記空洞部がその中心軸を貫通して設けられていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る他の噴射ノズルは、上述した発明において、前記液噴流形成手段は、前記ノズル本体の側部に噴射軸方向に沿って設けた凹部を有し、前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を前記凹部に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流のエネルギー損失を少なくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る緩衝材の除去方法によれば、地中の処分孔に電解質溶液を満たすことにより、この処分孔に埋設されている廃棄体の周囲に設けた吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材を電解質溶液に浸漬した状態に保ち、この電解質溶液中に配置した噴射ノズルの噴射口から緩衝材の表面に向けて高圧ガスを噴射して、この噴射ガスにより緩衝材の表面を破壊し、この破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合を誘発してスラリー化させ、当該スラリーを処分孔から排除することにより緩衝材を除去する方法において、前記噴射ノズルは前記噴射口を複数有し、前記噴射口の前方にジェット状に生じるガスの噴流と、このガスの噴流に誘導されて前記噴射口の前方に生じる電解質溶液の噴流とを、同時に緩衝材の表面に衝突させて破壊するので、同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力で電解質溶液（例えば塩水）のみを噴射する方法よりも、さらには同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力でガスのみを噴射し、噴射ノズルの周囲の電解質溶液が誘導されて噴流となり噴射ノズル前方に進む際に障害物が存在する方法よりも、ガスの噴流とそれに誘導されて生じる電解質溶液の噴流の両者が緩衝材の表面に衝突してこれを効率よく破壊することができる。したがって、緩衝材の除去効率を高めることができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明に係る他の緩衝材の除去方法によれば、前記噴射口からのガスの噴射を長時間継続することによって緩衝材の表面の破壊量を増大させ、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合によって作られるスラリーの濃度を高濃度にしてから、このスラリーを処分孔から排除するので、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液（例えば塩水）との混合したスラリーの濃度が時間の経過とともに上昇することで、後工程の固液分離装置の効率が高められるという効果を奏する。また、緩衝材をすべて除去するのに要する累計の電解質溶液の供給量を節減することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明に係る噴射ノズルによれば、上述した緩衝材の除去方法に用いられる噴射ノズルであって、ノズル本体と、前記ノズル本体に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口と、前記噴射口から噴射されるガスの噴流によって前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流を形成する液噴流形成手段とを有するので、同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力で電解質溶液（例えば塩水）のみを噴射する方法よりも、さらには同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力でガスのみを噴射し、噴射ノズルの周囲の電解質溶液が誘導されて噴流となり噴射ノズル前方に進む際に障害物が存在する方法よりも、ガスの噴流とそれに誘導されて生じる電解質溶液の噴流の両者が緩衝材の表面に衝突してこれを効率よく破壊することができる。したがって、緩衝材の除去効率を高めることができるという効果を奏する。
【００２９】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記ノズル本体は、電解質溶液が流動可能な空洞部と、前記空洞部の周囲を囲む態様で前面側に配置された複数の前記噴射口とを有するので、空洞部によって電解質溶液の噴流が噴射ノズルの内部に確実に誘導されて噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液（例えば塩水）の噴流のエネルギーのロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記ノズル本体は、筒状であり、前記空洞部がその中心軸を貫通して設けられているので、中心軸を貫通する空洞部によって電解質溶液の噴流が噴射ノズルの中心部に確実に誘導されて噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液（例えば塩水）の噴流のエネルギーのロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記液噴流形成手段は、前記ノズル本体の側部に噴射軸方向に沿って設けた凹部を有し、前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を前記凹部に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流のエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口から噴射ノズルの中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流と、ガスの噴流に誘発されてその周囲に生じる電解質溶液（例えば塩水）の噴流とが一体となって確実に噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液の噴流のエネルギーロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１−１】図１−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態１を示す概略斜視図である。
【図１−２】図１−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態１の流れのイメージの図である。
【図２−１−１】図２−１−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−１を示す概略斜視図である。
【図２−１−２】図２−１−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−１の流れのイメージの図である。
【図２−２−１】図２−２−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−２を示す概略斜視図である。
【図２−２−２】図２−２−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−２の流れのイメージの図である。
【図２−３−１】図２−３−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−３を示す概略斜視図である。
【図２−３−２】図２−３−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態２−３の流れのイメージの図である。
【図３−１】図３−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態３を示す概略斜視図である。
【図３−２】図３−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態３の流れのイメージの図である。
【図４−１】図４−１は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態４を示すガス噴射開始直後の図である。
【図４−２】図４−２は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態４を示すガス噴射開始から長時間経過後の図である。
【図４−３】図４−３は、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態４を示す高濃度スラリー排除時の図である。
【図５−１】図５−１は、噴射方式の比較実験に用いた噴射ノズルの写真を示す図であり、（１）は側面視のもの、（２）は正面視のものである。
【図５−２】図５−２は、ノズル周囲の塩水がガス噴流に誘発される流れを阻害するための邪魔板の写真を示す図である。
【図６】図６は、表３の測定結果の除去速度の関係を示したグラフ図である。
【図７−１】図７−１は、実験状況写真を示す図であり、（１）は実験装置の全容、（２）は実験装置を部分拡大したものである。
【図７−２】図７−２は、ガス噴射継続時間と除去量の関係の一例を示したグラフ図である。
【図８】図８は、従来の廃棄体横置き方式による廃棄体の定置埋設の例を示す斜視図である。
【図９】図９は、従来の廃棄体縦置き方式による廃棄体の定置埋設の例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、従来の縦置き方式による廃棄体と緩衝材の設置イメージ、および、従来の緩衝材の除去方法の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、従来の遮水材（ベントナイト系緩衝材）の飽和度と塩水浸漬分解速度の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、従来のエアー噴射ノズルと塩水噴射ノズルの併用による緩衝材の除去方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルの実施の形態（１〜４）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
図１−１に示すように、本実施の形態１に係る噴射ノズル１００は、前面部が日の字形状のノズル本体１０と、ノズル本体１０に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口１２と、噴射口１２から噴射されるガスの噴流によってノズル本体１０の周囲の塩水（電解質溶液）を誘導して、緩衝材の表面に向かう塩水の噴流を形成する液噴流形成手段１４とを有するものである。
【００３５】
液噴流形成手段１４は、ノズル本体１０に噴射軸方向に貫通して設けられ、塩水が流動可能な２つの空洞部１６を含んで構成されている。噴射口１２は、空洞部１６の周囲を囲む態様でノズル本体１０の前面部に配置されている。
【００３６】
図１−２は、塩水Ｓ中に置かれたノズル本体１０の噴射口１２にガス供給路１８を介して高圧ガスを供給した場合に生じる流れのイメージを示したものである。図１−２に示すように、本実施の形態１に係る緩衝材の除去方法は、複数の噴射口１２からガスを噴射すると、ノズル本体１０の周囲には、ノズル本体１０の前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向かうガス噴流Ｇと、これに誘導される方向に向かう塩水噴流Ｅが生じる。ノズル本体１０の後方に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の空洞部１６の後方側の開口に誘引されて、空洞部１６を通過して前方側の開口からノズル前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向けて噴出する。
【００３７】
本実施の形態１によれば、同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力で塩水のみを噴射する方法よりも、さらには同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力でガスのみを噴射し、噴射ノズルの周囲の塩水が誘導されて噴流となり噴射ノズル前方に進む際に障害物が存在する方法よりも、ガスの噴流とそれに誘導されて生じる塩水の噴流の両者が緩衝材の表面に衝突してこれを効率よく破壊することができる。したがって、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００３８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図２−１−１、図２−２−１、図２−３−１は、本発明の実施の形態２の噴射ノズル２００、２０１、２０２をそれぞれ示したものである。図２−１−２、図２−２−２、図２−３−２は、塩水Ｓ中に置かれたノズル本体１０の噴射口１２にガス供給路２０を介して高圧ガスを供給した場合に生じる流れのイメージをそれぞれ示したものである。
【００３９】
噴射ノズル２００、２０１、２０２はそれぞれ、ノズル本体１０と、ノズル本体１０に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口１２と、噴射口１２から噴射されるガスの噴流によってノズル本体１０の周囲の塩水（電解質溶液）を誘導して、緩衝材の表面に向かう塩水の噴流を形成する液噴流形成手段１４とを有するものである。ここで、それぞれの液噴流形成手段１４は、ノズル本体１０の側部に噴射軸方向に沿って設けた複数の凹部を有している。
【００４０】
（実施の形態２−１）
まず、噴射ノズル２００の構成および作用について説明する。
図２−１−１に示すように、噴射ノズル２００のノズル本体１０は、噴射口先端に向かうに従い漸次縮径した柱状部からなる。この柱状部の外周面には、噴射口先端に連続し、柱軸方向（噴射軸方向）に延びる６つの凹部２２（液噴流形成手段１４）が設けられる。この凹部２２の幅は、噴射口先端に向かうに従い漸次拡大するように構成される。噴射口先端となるノズル本体１０の前面部には、柱状部の端面の外周側の凹部２２間に挟まれた位置に６つの噴射口１２が設けられる。
【００４１】
図２−１−２に示すように、本実施の形態２−１に係る緩衝材の除去方法は、噴射ノズル２００において、複数の噴射口１２からガスを噴射するものである。ノズル本体１０の周囲には、ノズル本体１０の前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向かうガス噴流Ｇと、これに誘導される方向に向かう塩水噴流Ｅが生じる。ノズル本体１０の後方に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の周囲の凹部２２に沿って生じる流れの中に誘導されて流れ、ノズル本体１０のノズル本体１０の前面部からノズル前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向けて噴出する。
【００４２】
本実施の形態２−１の噴射ノズル２００によれば、ノズル本体１０の周囲の塩水を凹部２２に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材Ｐの表面に向かう塩水の噴流Ｅのエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口１２から噴射ノズル２００の中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流Ｇと、ガスの噴流Ｇに誘発されてその周囲に生じる塩水の噴流Ｅとが一体となって確実に噴射ノズル２００の前方に向かう。このため、塩水の噴流Ｅのエネルギーロスが少なく、緩衝材Ｐの除去効率を高めることができる。
【００４３】
（実施の形態２−２）
次に、噴射ノズル２０１の構成および作用について説明する。
図２−２−１に示すように、噴射ノズル２０１のノズル本体１０は、噴射口先端に向かうに従い漸次縮径した柱状部からなる。この柱状部の外周面には、噴射口先端に連続し、柱軸方向（噴射軸方向）に延びる４つの凹部２４（液噴流形成手段１４）が設けられる。このため、ノズル本体１０は十字断面形状の構造となる。噴射口先端となるノズル本体１０の前面部には、柱状部の端面の外周側の凹部２４間に挟まれた位置に４つの噴射口１２が設けられる。
【００４４】
図２−２−２に示すように、本実施の形態２−２に係る緩衝材の除去方法は、噴射ノズル２０１において、複数の噴射口１２からガスを噴射するものである。ノズル本体１０の周囲には、ノズル本体１０の前方の除去対象となる緩衝材に向かうガス噴流Ｇと、これに誘導される方向に向かう塩水噴流Ｅが生じる。ノズル本体１０の後方に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の周囲の凹部２４に沿って生じる流れの中に誘導されて流れ、ノズル本体１０のノズル本体１０の前面部からノズル前方の除去対象となる緩衝材に向けて噴出する。
【００４５】
本実施の形態２−２の噴射ノズル２０１によれば、ノズル本体１０の周囲の塩水を凹部２４に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材の表面に向かう塩水の噴流Ｅのエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口１２から噴射ノズル２０１の中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流Ｇと、ガスの噴流Ｇに誘発されてその周囲に生じる塩水の噴流Ｅとが一体となって確実に噴射ノズル２０１の前方に向かう。このため、塩水の噴流Ｅのエネルギーロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００４６】
（実施の形態２−３）
次に、噴射ノズル２０２の構成および作用について説明する。
図２−３−１に示すように、噴射ノズル２０２のノズル本体１０は、噴射口先端に向かってそれぞれ延在する上中下３つの柱状部からなる。３つの柱状部の外側には、噴射口先端に連続し、柱軸方向（噴射軸方向）に延びる凹部２６（液噴流形成手段１４）が形成される。噴射口先端となる３つの柱状部の前面部にはそれぞれ噴射口１２が設けられる。
【００４７】
図２−３−２に示すように、本実施の形態２−３に係る緩衝材の除去方法は、噴射ノズル２０２において、複数の噴射口１２からガスを噴射するものである。ノズル本体１０の周囲には、ノズル本体１０の前方の除去対象となる緩衝材に向かうガス噴流Ｇと、これに誘導される方向に向かう塩水噴流Ｅが生じる。ノズル本体１０の後方に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の周囲の凹部２６に誘導されて流れ、ノズル本体１０のノズル本体１０の前面部からノズル前方の除去対象となる緩衝材に向けて噴出する。
【００４８】
本実施の形態２−３の噴射ノズル２０２によれば、ノズル本体１０の周囲の塩水を凹部２６に誘導して、緩衝材の表面に向かう塩水の噴流Ｅのエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口１２から噴射ノズル２０２の中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流Ｇと、ガスの噴流Ｇに誘発されてその周囲に生じる塩水の噴流Ｅとが一体となって確実に噴射ノズル２０２の前方に向かう。このため、塩水の噴流Ｅのエネルギーロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００４９】
このように、本実施の形態２−１、２−２、２−３の噴射ノズル２００、２０１、２０２、および、これらを用いた緩衝材の除去方法によれば、ノズル本体１０の側方および後方に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の側面の凹部２２、あるいは、凹部２４、あるいは、３つの柱状部のすき間からなる凹部２６を通過してノズル前方に噴出するので、塩水の噴流Ｅのエネルギーロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００５０】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図３−１に示すように、本実施の形態３に係る噴射ノズル３００は、ノズル本体１０と、ノズル本体１０に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口１２と、噴射口１２から噴射されるガスの噴流によってノズル本体１０の周囲の塩水（電解質溶液）を誘導して、緩衝材の表面に向かう塩水の噴流を形成する液噴流形成手段１４とを有するものである。
【００５１】
噴射ノズル３００のノズル本体１０は、その中心軸を貫通して設けられ、塩水が流動可能な空洞部２８を有し、噴射口先端に向かうに従い漸次縮径した筒状部からなる。この筒状部の外周面には、噴射口先端に連続し、筒軸方向（噴射軸方向）に延びる６つの凹部２２（液噴流形成手段１４）が設けられる。この凹部２２の幅は、噴射口先端に向かうに従い漸次拡大するように構成される。噴射口先端となるノズル本体１０の前面部には、空洞部２８の周囲を囲む態様で、かつ、筒状部の端面の外周側の凹部２２間に挟まれた位置に６つの噴射口１２が設けられる。
【００５２】
図３−２に示すように、本実施の形態３に係る緩衝材の除去方法は、噴射ノズル３００において、ガス供給路２０を介して複数の噴射口１２からガスを噴射するものである。ノズル本体１０の周囲には、ノズル本体１０の前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向かうガス噴流Ｇと、これに誘導される方向に向かう塩水噴流Ｅが生じる。ノズル本体１０の側方および後方の周囲に存在している塩水Ｓは、ノズル本体１０の周囲の凹部２２に沿って生じる流れの中に誘導されて流れ、ノズル本体１０のノズル本体１０の前面部からノズル前方の除去対象となる緩衝材Ｐに向けて噴出する。一方、ノズル本体１０の空洞部２８の後方に存在している塩水Ｓは、空洞部２８に誘引されて空洞部２８を筒軸方向に通過し、噴射ノズル３００の中心部に確実に誘導されて噴射ノズル３００の前方に向かう。
【００５３】
本実施の形態３の噴射ノズル３００によれば、ノズル本体１０の周囲の塩水を凹部２２に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材Ｐの表面に向かう塩水の噴流Ｅのエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口１２から噴射ノズル３００の中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流Ｇと、ガスの噴流Ｇに誘発されてその周囲に生じる塩水の噴流Ｅとが一体となって確実に噴射ノズル３００の前方に向かう。このため、塩水の噴流Ｅのエネルギーロスが少なく、緩衝材Ｐの除去効率を高めることができる。
【００５４】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図４−１〜図４−３に示すように、本実施の形態４に係る緩衝材の除去方法は、上記の実施の形態１〜３のいずれか一つの噴射ノズルを用いて緩衝材Ｐを除去する方法である（図４−１〜図４−３の例では噴射ノズル２００を用いた例を示している）。この方法は、噴射ノズル２００の噴射口からのガスの噴射を長時間継続することによって緩衝材Ｐの表面の破壊量を増大させ、破壊により生じた緩衝材粒子と塩水Ｓ（電解質溶液）との混合によって作られるスラリーの濃度を高濃度にしてから、このスラリーを処分孔２から排除するものである。
【００５５】
より具体的には、まず、図４−１に示すように、処分孔２に塩水Ｓを貯留した状態として、この中に例えば噴射ノズル２００を配置し、その噴射口より高圧ガスによるガス噴流Ｇを廃棄体Ｄの周囲の緩衝材Ｐに噴射する。これにより、ノズル後方および側方の周囲の塩水Ｓが凹部２２により吸引されて塩水の噴流Ｅとして前方へ噴射される。
【００５６】
図４−２に示すように、高圧ガスの噴射を長時間継続することによって破壊されて粒子状になった緩衝材Ｐは塩水Ｓ中に分散し、塩水Ｓは、図４−１の希薄な濃度のスラリーの状態から、次第に図４−２の濃度の高いスラリーになっていく。
【００５７】
このように緩衝材Ｐの表面の破壊量を増大させ、破壊によって生じた緩衝材構成粒子と塩水Ｓとの混合によって生じるスラリーの濃度を高濃度にしてから、図４−３に示すように、吸水ポンプにつないだ排水管３０により、この高濃度スラリーを処分孔２から排除する。こうすることで、次のプロセスであるところの図示せぬ固液分離装置を効率よく運転することができる。なお、高濃度スラリーは、吸水ポンプにつないだ排水管３０ではなくエアリフト法により排除してもよい。
【００５８】
本実施の形態４によれば、破壊により生じた緩衝材粒子と塩水との混合したスラリーの濃度が時間の経過とともに上昇することで、後工程の固液分離装置の効率が高められる。また、緩衝材をすべて除去するのに要する累計の塩水の供給量を節減することができる。
【００５９】
＜本発明の噴射方式による効果の例＞
次に、本発明の噴射方式による効果について説明する。
図５−１は、噴射ノズルからの噴射方式の違いによる効果を確認するために実施した実験で使ったノズルであり、図２−２−１の噴射ノズルの形態に相当している。図５−２は、比較のためにガス噴流に誘発されて生じる塩水噴流の発生を妨げる構造にしたノズルを示しており、図５−１のノズル本体の基部に、ゴム製の円盤状の邪魔板を設けたものである。図５−２の噴射ノズルでは邪魔板があるため、噴射ノズルの側部には塩水噴流が生じにくくなる。
【００６０】
表２は、図５−１の噴射ノズルを使って同じ圧力条件で塩水あるいはガスの流量速度を比較した測定結果である。ガスは塩水に比べて５０倍以上の流量速度となっており、流量で比較するとガス噴射流量は非常に大きいことが判る。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
小型模擬緩衝材に噴射して表面から緩衝材を除去する実験では、表３に示すような条件のベントナイト系緩衝材を使った。飽和度は９８％以上であった。この模擬緩衝材に図５−１のノズルを使って塩水のみを噴射する場合、同じノズルを使ってガス（エア）を噴射する場合の緩衝材除去実験を実施した。この実験結果を表４および図６のグラフに示す。表４および図６に示されるように、圧力が大きいほど除去速度は大きくなる傾向であり、同じ圧力条件で比較すると塩水のみを噴射した場合に比べて、ガス（エア）を噴射した場合の除去速度は約１．３倍（０．５２６÷０．４０７＝１．２９）〜１．６倍（０．２８８÷０．１８０＝１．６０）であり、ガス（エア）噴射方式が優れていることが判る。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
【表４】
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【００６５】
ガス噴流によってノズル周囲の塩水が誘発されて塩水噴流となる効果の有無を比較するため、図５−１および図５−２の噴射ノズルを使って同じ圧力でガス（エア）噴射を実施した実験では、表４に示すように前者は後者の約１．３倍（０．８５３÷０．６５０＝１．３１）の効率であった。このことから、ガス（エア）噴流によって誘発された塩水噴流の効果を確認できた。
【００６６】
＜連続噴射の効果の例＞
上記の実施の形態４の除去方法の効果を確認する目的で、塩水中において図５−１の噴射ノズルを使って、小型模擬緩衝材にガスを圧力１ＭＰａの条件で噴射し、噴射継続時間による除去量の違いを比較した。実験状況を図７−１に、実験結果を図７−２に示す。図７−２に示すように、時間の経過とともに除去量が累積して増大していくことが判る。スラリー濃度は噴射時間を継続することで高くできること、そのように噴射を継続しても塩水の量は一定であり、処分孔を模擬した実験用の水槽から溢れることはないことを確認できた。
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る緩衝材の除去方法によれば、地中の処分孔に電解質溶液を満たすことにより、この処分孔に埋設されている廃棄体の周囲に設けた吸水膨潤性の土質材料からなる緩衝材を電解質溶液に浸漬した状態に保ち、この電解質溶液中に配置した噴射ノズルの噴射口から緩衝材の表面に向けて高圧ガスを噴射して、この噴射ガスにより緩衝材の表面を破壊し、この破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合を誘発してスラリー化させ、当該スラリーを処分孔から排除することにより緩衝材を除去する方法において、前記噴射ノズルは前記噴射口を複数有し、前記噴射口の前方にジェット状に生じるガスの噴流と、このガスの噴流に誘導されて前記噴射口の前方に生じる電解質溶液の噴流とを、同時に緩衝材の表面に衝突させて破壊するので、同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力で電解質溶液（例えば塩水）のみを噴射する方法よりも、さらには同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力でガスのみを噴射し、噴射ノズルの周囲の電解質溶液が誘導されて噴流となり噴射ノズル前方に進む際に障害物が存在する方法よりも、ガスの噴流とそれに誘導されて生じる電解質溶液の噴流の両者が緩衝材の表面に衝突してこれを効率よく破壊することができる。したがって、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００６８】
また、本発明に係る他の緩衝材の除去方法によれば、前記噴射口からのガスの噴射を長時間継続することによって緩衝材の表面の破壊量を増大させ、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液との混合によって作られるスラリーの濃度を高濃度にしてから、このスラリーを処分孔から排除するので、破壊により生じた緩衝材粒子と電解質溶液（例えば塩水）との混合したスラリーの濃度が時間の経過とともに上昇することで、後工程の固液分離装置の効率が高められるという効果を奏する。また、緩衝材をすべて除去するのに要する累計の電解質溶液の供給量を節減することができる。
【００６９】
また、本発明に係る噴射ノズルによれば、上述した緩衝材の除去方法に用いられる噴射ノズルであって、ノズル本体と、前記ノズル本体に設けられ、緩衝材の表面に向けてガスを噴射する複数の噴射口と、前記噴射口から噴射されるガスの噴流によって前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流を形成する液噴流形成手段とを有するので、同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力で電解質溶液（例えば塩水）のみを噴射する方法よりも、さらには同じ噴射ノズルから同じ噴射圧力でガスのみを噴射し、噴射ノズルの周囲の電解質溶液が誘導されて噴流となり噴射ノズル前方に進む際に障害物が存在する方法よりも、ガスの噴流とそれに誘導されて生じる電解質溶液の噴流の両者が緩衝材の表面に衝突してこれを効率よく破壊することができる。したがって、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００７０】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記ノズル本体は、電解質溶液が流動可能な空洞部と、前記空洞部の周囲を囲む態様で前面側に配置された複数の前記噴射口とを有するので、空洞部によって電解質溶液の噴流が噴射ノズルの内部に確実に誘導されて噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液（例えば塩水）の噴流のエネルギーのロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００７１】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記ノズル本体は、筒状であり、前記空洞部がその中心軸を貫通して設けられているので、中心軸を貫通する空洞部によって電解質溶液の噴流が噴射ノズルの中心部に確実に誘導されて噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液（例えば塩水）の噴流のエネルギーのロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【００７２】
また、本発明に係る他の噴射ノズルによれば、前記液噴流形成手段は、前記ノズル本体の側部に噴射軸方向に沿って設けた凹部を有し、前記ノズル本体の周囲の電解質溶液を前記凹部に沿って生じる流れの中に誘導して、緩衝材の表面に向かう電解質溶液の噴流のエネルギー損失を少なくしたので、複数の噴射口から噴射ノズルの中心軸付近に集中して前方に向かうガスの噴流と、ガスの噴流に誘発されてその周囲に生じる電解質溶液（例えば塩水）の噴流とが一体となって確実に噴射ノズルの前方に向かう。このため、電解質溶液の噴流のエネルギーロスが少なく、緩衝材の除去効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係る緩衝材の除去方法および噴射ノズルは、放射性廃棄物からなる廃棄体を地下に埋設処分する際に、廃棄体の周囲に難透水性で吸水膨潤性を有する土質材料からなる緩衝材を設けた場合において、この廃棄体の周囲の緩衝材を撤去回収するための緩衝材の除去技術に有用であり、特に、緩衝材の除去効率を高めるのに適している。
【符号の説明】
【００７４】
２  処分孔
１０  ノズル本体
１２  噴射口
１４  液噴流形成手段
１６，２８  空洞部
１８，２０  ガス供給路
２２，２４，２６  凹部
３０  排水管
Ｐ  緩衝材
Ｄ  廃棄体
Ｓ  塩水（電解質溶液）
Ｇ  ガス噴流
Ｅ  塩水噴流（電解質溶液の噴流）
１００  噴射ノズル（実施の形態１）
２００  噴射ノズル（実施の形態２−１）
２０１  噴射ノズル（実施の形態２−２）
２０２  噴射ノズル（実施の形態２−３）
３００  噴射ノズル（実施の形態３）
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１−１】
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【図２−１−２】
2015072138.tif 000010
【図２−２−１】
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【図２−２−２】
2015072138.tif 000012
【図２−３−１】
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【図２−３−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図６】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図７−１】
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