(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料デブリの微粉末を水中に滞留させることなく捕集して安全に保管することができる原子炉浄化方法を提供する。【解決手段】ワイヤ１７ｃを引き上げると、水Ｗが貯蔵容器７０によって汲み上げられ、貯蔵容器７０は孔２３ａを通過して基台２１の上まで引き上げられる。貯蔵容器７０を加熱容器７１内に挿入し、攪拌機７３を貯蔵容器７０内に挿入するとともに、固化剤にボロンの粉末を混合した混合粉末を水Ｗに添加する。同時に攪拌機７３を駆動して水Ｗおよび混合粉末を攪拌する。電熱線７２に通電して貯蔵容器７０内の水Ｗを８０〜１００℃に加熱する。次いで、貯蔵容器７０から攪拌機７３を引き抜き、加熱容器７１から貯蔵容器７０を引き抜き、内部の水を自然冷却してゼリー状に固化する。最後に、当該貯蔵容器は所定の保管場所に保管される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心溶融を起こし冠水した軽水炉の内部において溶融燃料の粉末を含む水を容器に充填し、前記容器に固化剤を添加して水を固化し、前記容器を所定の保管場所に保管することを特徴とする原子炉浄化方法。
【請求項２】
前記固化剤は、タンパク質系成分または高吸水性高分子からなることを特徴とする請求項１に記載の原子炉浄化方法。
【請求項３】
前記固化剤に加えてボロンの粉末を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉浄化方法。
【請求項４】
前記軽水炉の上部に設けた走行懸吊手段から懸吊部材で懸吊されることにより原子炉圧力容器内または原子炉遮蔽壁の任意の位置に移動可能とされる基台を用い、前記基台は、前記原子炉圧力容器または前記原子炉遮蔽壁の内周面側へ進退自在とされて前記内周面に当接することにより該基台の半径方向の位置を固定する複数の振れ止め手段と、上下方向に貫通する孔とを備え、水を汲み上げた前記容器を、前記孔を通して吊り上げて前記基台の上面に載置し、その状態で前記固化剤の添加を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の原子炉浄化方法。
【請求項５】
前記容器内の水を加熱手段で加熱するとともに攪拌手段で攪拌することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の原子炉浄化方法。
【請求項６】
前記容器を縦に積載して収容する収容手段を備え、前記収容手段の外形寸法を燃料集合体の外形寸法と略同一として使用済み核燃料プールに貯蔵することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の原子炉浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心溶融を起こした軽水炉から溶融燃料および燃料デブリ（燃料および炉内構造物の混合物）を取り出す際に発生する溶融燃料等の微粉末を捕集して安全に保管しておくことができる原子炉浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽水炉においては、被覆管や燃料が溶けて崩れ落ちる炉心溶融となった場合、事故後１０年程度経過して溶融燃料の崩壊熱が低下していると思われる頃に、溶融燃料や燃料デブリの回収を行う必要がある。溶融燃料等を取り出すには、放射線の遮蔽および除熱の観点から、水につけた状態にする必要がある。仮に、溶融燃料が原子炉圧力容器を貫通して格納容器の底部に溜まり、格納容器にまで損傷を与えている場合には、格納容器を修復したうえで冠水し、溶融燃料等を水没させてこれを切断、粉砕および掘削などの方法で取り出す必要がある。その際の手段としては、削岩機、ドリル、ダイヤモンドカッター、ウォータージェット切断機、レーザー切断機、プラズマ切断機などが考えられる。
【０００３】
格納容器の漏洩箇所の特定および補修が不可能な場合には、原子炉圧力容器に注水しながら、原子炉圧力容器および原子炉格納容器の底部に若干の冷却水が存在する状態で、溶融燃料等の取り出しを行う必要がある。注水した水は循環冷却系を経て原子炉圧力容器に戻される。
【０００４】
上記のような手段により溶融燃料等を小片化した場合に、概ね１０ｃｍ以上の大きな破片は、グリッパにより把持して取り出すことができる。また、概ね数ｍｍ〜数ｃｍの中程度の大きさの溶融燃料等の破片は、ショベルやバスケットなどですくい出すことができる。しかしながら、概ね１ｍｍ以下の微粉末は、有効な除去方法がない。すなわち、水量が少ないため水中の溶融燃料等の微粉末の濃度は相対的に高く、しかもフィルタによる捕集にはある程度の水位が必要である。そして、微粉末の捕集が不可能な場合、長時間にわたって水中に滞留し、以下の問題を引き起こす。
【０００５】
（１）水中の視界が低下し、モニターカメラによる溶融燃料等の取り出し作業を妨げる。
（２）水中に滞留した微粉末が循環冷却系に流出し、配管の屈曲部や冷却器に蓄積して、臨界になる危険性がある。
（３）冷却器の性能低下を引き起こす。
（４）循環冷却系の放射線量が増加し、そのメンテナンスに支障を来す。
【０００６】
再臨界予防のための方策としては、中性子を吸収するホウ酸水を原子炉圧力容器および格納容器内の水に注入する方策が考えられる（例えば特許文献１参照）。ホウ酸水はボロン（ホウ素）の化合物の水溶液である。ボロンの同位体のうち１０Ｂは非常に大きな中性子吸収断面積を持つため、原子炉内において中性子吸収のための制御棒に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１０１３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の技術では、上記（２）に対する効果はともかく、（１）、（３）および（４）に対する効果は望むべくもない。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、溶融燃料等の微粉末を水中に滞留させることなく捕集して安全に保管することができる原子炉浄化方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、炉心溶融を起こし冠水した軽水炉の内部において溶融燃料の粉末を含む水を容器に充填し、容器に固化剤を添加して水を固化し、容器を所定の保管場所に保管することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、容器に固化剤を添加して水を固化するので、有害な溶融燃料等の粉末が容器の中に固められる。したがって、漏洩等の事故が未然に防止されるので安全に保管される。また、溶融燃料等の粉末を上記のようにして捕集することにより、水中の視界の低下を予防でき、モニターカメラで監視しながらの燃料デブリ取り出し作業を妨げることがなく、しかも、溶融燃料等の取り出し作業と並行して軽水炉の純化を行うことができる。さらに、水中に滞留した粉末が循環冷却系に流出することを阻止することができ、これにより、循環冷却系での臨界安全性を確保し、循環冷却系の放射線量の増加を抑制することができる。
【００１１】
ここで、溶融燃料の粉末を含む水を容器に充填するには、容器を水に浸漬して汲み上げるか、別の容器によって汲み上げた水やポンプによって吸い上げた水をホースで容器に注入する方法を採用することができる。また、固化剤としては、ゼラチンなどタンパク質系成分からなる粉末を用いることができる。たとえば、水を汲み上げた容器にゼラチンの粉末を添加し、攪拌しながら加熱した後に冷却することにより、水はゼリー状に固化する。水に混ぜて攪拌、加熱、および冷却することで固化するものであれば固化剤は任意である。たとえば、寒天、葛、こんにゃく等の原料粉末を用いることができる。
【００１２】
固化剤の添加のための添加手段は、懸吊部材にホースを取り付けたものを用いることができる。また、攪拌手段としては、懸吊部材に攪拌機を取り付けたものを用いることができる。また、加熱手段としては、容器を収容することができる大きさの容器の内部または壁部に電熱線を配置したものを用いることができる。
【００１３】
固化剤としては高吸水性高分子を用いることもできる。高吸水性高分子にはそれ自身の体積の数百倍の水を吸うものがあり、水を吸った高吸水性高分子が容器内を占めることにより、燃料デブリの粉末が膨潤した高吸水性高分子どうしの隙間に固定される。高吸水性高分子を用いる場合には、容器に添加して攪拌するだけでよく、加熱および冷却は不要である。高吸水性高分子の形態は粉末、粒状、繊維状など任意である。
【００１４】
固化剤に加えてボロンの粉末を添加すると好適である。ボロンの粉末により燃料デブリの粉末から照射される中性子が吸収され、臨界安全性が確保される。
【００１５】
一般に、軽水炉は、原子炉格納容器と、原子炉格納容器に収容された原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器の下方に設けられた原子炉遮蔽壁とを備えている。本発明においては、軽水炉の上部に設けた走行懸吊手段から懸吊部材で懸吊されることにより原子炉圧力容器内または原子炉遮蔽壁の任意の位置に移動可能とされる基台を用いると好適である。なお、懸吊部材としてはワイヤや伸縮可能なマストなどを用いることができる。
【００１６】
基台は、原子炉圧力容器または原子炉遮蔽壁の内周面側へ進退自在とされて内周面に当接することにより該基台の半径方向の位置を固定する複数の振れ止め手段と、上下方向に貫通する孔とを備えると好適である。これにより、基台の半径方向の位置を固定することができ、また、水を汲み上げた容器を、孔を通して吊り上げて基台の上面に載置することができる。そして、その状態で固化剤の添加や攪拌等を安定して行うことができる。
【００１７】
軽水炉の原子炉建屋内には、一般に使用済み核燃料を燃料集合体に入れたまま貯蔵するプールが設けられる。そこで、容器を縦に積載して収容する収容手段を備え、収容手段の外形寸法を燃料集合体の外形寸法と略同一とすれば、捕集した溶融燃料の微粉末をプールに貯蔵することができる。したがって、捕集した微粉末に対して臨界安全性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料デブリの微粉末を水中に滞留させることなく捕集して安全に保管することができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の原子炉浄化方法が適用される原子炉建屋全体の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態の原子炉浄化方法が適用される原子炉建屋全体の側断面図である。
【図３】図１の要部を拡大した側断面図である。
【図４】図３の要部を拡大した側断面図である。
【図５】実施形態における容器と微粉末貯蔵ラックを示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は燃料集合体を示す斜視図であり、（Ｂ）は燃料集合体を使用済み核燃料プールに収容した状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．軽水炉の構成
まず、本発明の第１実施形態の説明に先立ち、本発明が適用される一般的な軽水炉の構成を説明する。図１において符号１０は原子炉建屋である。原子炉建屋１０は、地面に設置されたコンクリート製基礎１１の上に設けられている。基礎１１の中央部には原子炉格納容器１２がコンクリート製のペデスタル１３を介して設置されている。原子炉格納容器１２は、上下方向に伸びる金属製の略円筒状をなすものであり、そのコンクリート製の底壁１４の上面には、コンクリート製で円筒状をなす原子炉遮蔽壁１５が取り付けられている。原子炉格納容器１２には、原子炉圧力容器１６が収納されている。原子炉圧力容器１６の上端部は、上蓋１６ａにより開閉される。なお、符号１２ａは原子炉格納容器１２の上蓋である。
【００２１】
原子炉建屋１０の上部には、天井走行クレーン（走行懸吊手段）１７が配置されている。天井走行クレーン１７は、図１および図２において左右方向と紙面と直交する方向に移動可能なワイヤ（懸吊部材）１７ａ，１７ｂを備えている。ワイヤ１７ａには、本発明の実施形態で用いる原子炉浄化装置２０が吊り下げられている。また、ワイヤ１７ｂには、使用済み核燃料を収容した燃料集合体１００が吊り下げられ、使用済み核燃料プール１８に貯蔵される。
【００２２】
２．原子炉浄化装置の構成
次に、原子炉浄化装置２０について詳細に説明する。図３は原子炉浄化装置２０を示す側断面図であり、図中符号２１は基台である。基台２１は、略円筒状をなす基台本体２２と、基台本体２２の内側に回転可能に支持された回転プラグ２３とを備えている。回転プラグ２３は、図示しない駆動機構により基台本体２２に対して上下方向の軸線回りに回転させられる。
【００２３】
基台本体２２の外周部には、円周方向に等間隔に複数（この実施例では４つ）の振れ止めアーム（振れ止め手段）３７が軸３７ａによって回転自在に支持されている。振れ止めアーム３７は、油圧やモータなどの適宜な手段により、軸３７ａを中心に回動させられ、その先端が原子炉圧力容器１６の内周面に当接することにより、基台２２の半径方向（望ましくは上下方向も）の位置を固定する。そして、図３に示す状態から上下に並んだ振れ止めアーム３７が開くように回動することで、基台２１は移動可能となる。
【００２４】
回転プラグ２３には、下方に突出するシャフト３０が回転可能かつ上下移動可能に支持されている。シャフト３０は、油圧やモータなどの適宜な手段により回転させられ、また、上下方向へ移動させられる。シャフト３０の下端部にはオフセットアーム３８が取り付けられている。このオフセットアーム３８には、各種の作業を行う作業ユニットが取り付けられる。
【００２５】
たとえば、図３に示すように、オフセットアーム３８の先端部には、ロッド４１を介して穿孔吸引ユニット４０が取り付けられている。図４は、穿孔吸引ユニット４０を示す図である。図４に示すように、ロッド４１にはブラケット４２が取り付けられている。ブラケット４２には、第１鉛直管４３と第２鉛直管４４が互いに平行に取り付けられている。第１鉛直管４３と第２鉛直管４４の上端部は、側面視で円弧状をなす湾曲管４５によって接続されている。この湾曲管４５は、第１鉛直管４３の上端開口部に軸４５ａによって回動自在に支持されている。
【００２６】
第２鉛直管４４の下端内部には、吸引ポンプ４６が配置されている。吸引ポンプ４６の上方には、バスケット４７が収容されている。一方、第１鉛直管４３の下端内部には、穿孔機構６０が取り付けられている。図４において符号６１は支持枠であり、支持枠６１には水中モータ６２が取り付けられている。水中モータ６２には、ツイストドリル６３が取り付けられ、水中モータ６２は、ツイストドリル６３を切削方向に回転させるとともに、その逆方向にも回転させる。
【００２７】
次に、図３に立ち返って本発明の実施形態の特徴について説明する。図３に示すように、回転プラグ２３には、その上下方向に貫通する孔２３ａが形成されている。孔２３ａには、天井走行クレーン１７に取り付けられたワイヤ１７ｃに吊り下げられた貯蔵容器（容器）７０が通過できるようになっている。貯蔵容器７０は、横断面が円形または矩形の有底筒状体であり、ワイヤ１７ｃで原子炉圧力容器の底部に貯まった水Ｗに浸漬されて吊り上げられることにより、水Ｗを汲み上げるようになっている。
【００２８】
基台２１の上面には、加熱容器７１が取り付けられている。加熱容器７１は貯蔵容器７０とほぼ同形状で貯蔵容器７０を収容できる大きさを有している。加熱容器７１の側壁部には、電熱線（加熱手段）７２が内臓されており、加熱容器７１に収容された貯蔵容器７０内の水を加熱するようになっている。また、その貯蔵容器７０には、ワイヤ１７ｃで吊り下げられた攪拌機（攪拌手段）７３が挿入されるようになっている。
【００２９】
３．軽水炉の浄化方法
次に、上記構成の原子炉浄化装置２０を用いて軽水炉を浄化する動作について説明する。原子炉浄化装置２０は、図１に示すように天井走行クレーン１７のワイヤ１７ａに吊されて原子炉圧力容器１６内に挿入される。そして、原子炉浄化装置２０が作業する位置まで降下したら停止させ、振れ止めアーム２３の先端を原子炉圧力容器１６の内周面側へ突出させて原子炉浄化装置２０の位置を固定する。
【００３０】
次いで、吸引ポンプ４６を運転しながらツイストドリル６３を回転させ、溶融燃料Ｆ１に穴を明ける。その際、ツイストドリル６３の送りはシャフト３０を下方へ移動させて行う。ツイストドリル６３で切削された切り屑は原子炉格納容器１２内の水とともに第１鉛直管４３、湾曲管４５、第２鉛直管４４へと流通し、バスケット４７で捕集される。
【００３１】
ところで、原子炉圧力容器１６の底が溶融燃料Ｆ１によって溶かされ、図２に示すように、原子炉遮蔽壁１５の内側に燃料デブリ（燃料および炉内構造物）Ｆ２として堆積することがある。この場合には、溶融燃料Ｆ１の処理が終わった後、穿孔機構６０を切断機に付け替えて原子炉圧力容器１６の底を切り落とし、図２に示すように、原子炉浄化装置２０を原子炉遮蔽壁１５まで下げる。そして、上記と同様に燃料デブリＦ２を穿孔機構６０で切削する。
【００３２】
溶融燃料Ｆ１や燃料デブリＦ２が切削されると、微粉末が生成される。この微粉末は次のようにして捕集される。図３に示すように、ワイヤ１７ｃに吊された貯蔵容器７０が基台２１の孔２３ａを通して原子炉圧力容器１６の底部まで下ろされ、底部に貯まった水Ｗに浸漬される。水Ｗには溶融燃料Ｆ１の微粉末が含まれている。ワイヤ１７ｃを引き上げると、水Ｗが貯蔵容器７０によって汲み上げられ、孔２３ａを通過して基台２１の上まで引き上げられる。そして、ワイヤ１７ｃを横方向へ移動させて貯蔵容器７０を加熱容器７１の真上に位置させ、貯蔵容器７０を加熱容器７１内に挿入する。
【００３３】
次に、ワイヤ１７ｃに吊した攪拌機７３を貯蔵容器７０内に挿入するとともに、ゼラチンなどのタンパク質系成分からなる固化剤にボロンの粉末を混合した混合粉末をホース等の適宜な手段により水Ｗに添加する。同時に攪拌機７３を駆動して水Ｗおよび混合粉末を攪拌する。そして、電熱線７２に通電して貯蔵容器７０内の水Ｗを８０〜１００℃に加熱する。次いで、貯蔵容器７０から攪拌機７３を引き抜き、加熱容器７１から貯蔵容器７０を引き抜き、内部の水を自然冷却する。水Ｗは４０℃以下でゼリー状に固化する。貯蔵容器７０は、図５に示すように、微粉末貯蔵ラック（収容手段）９０に縦に積載して収容する。
【００３４】
微粉末貯蔵ラック９０は、箱状のラック本体９１と、ラック本体９１の上端開口にヒンジ結合した上蓋９２と、上蓋９２に取り付けたフック９３とを備えている。微粉末貯蔵ラック９０の外形寸法は、図６に示す燃料集合体１００の外形寸法と同一か僅かに小さく設定されている。そして、使用済み核燃料プール１８に燃料集合体１００が仕切り１０１を介して配列されるのと同様にして、粉砕物を貯蔵した微粉末貯蔵ラック９０は核燃料プール１８に貯蔵される。
【００３５】
上記の原子炉浄化方法では、貯蔵容器７０に固化剤を添加して水Ｗを固化するので、有害な溶融燃料Ｆ１や燃料デブリＦ２の微粉末が貯蔵容器７０の中に固められる。したがって、水Ｗの漏洩等の事故が未然に防止されるので安全に保管される。また、溶融燃料Ｆ１等の粉末を上記のようにして捕集することにより、水中の視界の低下を予防でき、モニターカメラで監視しながらの溶融燃料Ｆ１等の取り出し作業を妨げることがなく、しかも、取り出し作業と並行して軽水炉の純化を行うことができる。さらに、水中に滞留した微粉末が循環冷却系に流出することを阻止することができ、これにより、循環冷却系での臨界安全性を確保し、循環冷却系の放射線量の増加を抑制することができる。
【００３６】
特に、上記実施形態においては、振れ止めアーム３７を原子炉圧力容器１６の内壁に当接させて基台２１を固定するから、貯蔵容器７０の引き上げや固化剤の添加といった一連の作業を安定して行うことができる。さらに、上記実施例では、微粉末とともに水Ｗを固化し貯蔵した貯蔵容器７０を微粉末貯蔵ラック９０に縦に積載して収容し、微粉末貯蔵ラック９０を核燃料プール１８に貯蔵するから、捕集した微粉末に対して臨界安全性を確保することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、貯蔵容器７０への固化剤の添加等の一連の作業を基台２１の上面で行っているが、原子炉圧力容器１６の上蓋１６ａを載置しているオペフロア１０ａの上で行ってもよい。また、貯蔵容器７０は、原子炉建屋１０外の適宜な施設に保管してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、炉心溶融を起こした軽水炉から燃料デブリ（溶融燃料、炉内構造物）を取り
出す際に発生する燃料デブリの微粉末を水中に滞留させることなく捕集して安全に保管する作業に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１２  原子炉格納容器
１６  原子炉圧力容器
１７  天井走行クレーン（懸吊手段）
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  ワイヤ（懸吊部材）
１８  使用済み核燃料プール
２０  原子炉浄化装置
２１  基台
２３  振れ止めアーム（振れ止め手段）
２３ａ  孔
７０  貯蔵容器（容器）
７１  加熱容器
７２  電熱線（加熱手段）
９０  粉砕物貯蔵ラック（収容手段）
１００  燃料集合体
Ｆ１  溶融燃料
Ｆ２  燃料デブリ
【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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