(57)【要約】【課題】格納容器の漏洩箇所の特定および補修が不可能な場合でも、溶融燃料の微粉末や切削屑の散逸を抑制しつつ溶融燃料を処理する。【解決手段】切削油供給孔６３ｂを有するツイストドリル６３によって切削油供給孔６３ｂから冷却水を吐出しながら溶融燃料Ｆ１を穿孔する工程と、切削油供給孔６３ｂから水固化剤を吐出する工程とを備えた。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削油供給孔を有する回転穿孔手段によって前記切削油供給孔から冷却水を吐出しながら溶融燃料および／またはデブリを穿孔する工程と、前記切削油供給孔から水固化剤を吐出する工程とを備えたことを特徴とする溶融燃料処理方法。
【請求項２】
前記冷却水と前記水固化剤の混合液を貯留する容器と、該容器を加熱する加熱手段とを備え、前記容器から加熱した前記混合液を前記切削油供給孔から吐出しながら前記溶融燃料および／またはデブリを穿孔することを特徴とする請求項１に記載の溶融燃料処理方法。
【請求項３】
前記水固化剤は、タンパク質系成分の水溶液であることを特徴とする請求項２に記載の溶融燃料処理方法。
【請求項４】
前記冷却水を貯留する容器と前記水固化剤を貯留する容器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の溶融燃料処理方法。
【請求項５】
前記水固化剤は、エマルジョンタイプの高分子凝集剤であることを特徴とする請求項４に記載の溶融燃料処理方法。
【請求項６】
前記溶融燃料および／またはデブリの表面をゲル状の中性子吸収材で覆い、この状態で前記回転穿孔手段によって前記溶融燃料および／またはデブリを穿孔することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶融燃料処理方法。
【請求項７】
前記水固化剤に、中性子吸収材を添加したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶融燃料処理方法。
【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）を取り出すために、臨界安全性を確保しつつ溶融燃料を処理する方法に関する。
【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。この場合、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】
原子炉圧力容器に注水する際には、再臨界予防のために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。
【０００５】
ところで、溶融燃料等は、水位よっては水に完全に浸漬されているか、または水面上に一部が露出している可能性もある。原子炉圧力容器底部の溶融燃料等の取り出し過程では、圧力容器底部の穴を塞ぐ溶融燃料等の一部が取り除かれることにより水位の維持が困難になり、残った溶融燃料等が空気中に露出する可能性がある。そして、空気中に露出している溶融燃料等を取り出すには以下の困難を伴う。
【０００６】
（１）溶融燃料等は二酸化ウランが主成分で硬いため、超硬合金の工具を水で冷却する必要がある。
（２）溶融燃料等の微粉末および切削屑が上記の冷却水とともに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おそれがあるとともに、冷却器の性能低下を引き起こす。さらに、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。
（３）溶融燃料等の微粉末が粉塵となって空気中にも飛散し、オペフロアなどの周辺環境を汚染する。
【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】
したがって、本発明は、格納容器の漏洩箇所の特定および補修が不可能な場合でも、溶融燃料の微粉末や切削屑の散逸を抑制しつつ溶融燃料を処理する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、切削油供給孔を有する回転穿孔手段によって切削油供給孔から冷却水を吐出しながら溶融燃料および／またはデブリを穿孔する工程と、切削油供給孔から水固化剤を吐出する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、切削油供給孔から冷却水を吐出するので、空気中に露出している硬い溶融燃料等を回転穿孔手段によって穿孔することができる。また、切削油供給孔から水固化剤を吐出するので、溶融燃料等の微粉末および切削屑が冷却水とともに水固化剤によって固められ、それらが散逸して循環冷却系に流出するのを阻止することができる。
【００１１】
本発明においては、冷却水と水固化剤の混合液を貯留する容器と、容器を加熱する加熱手段とを備えることができ、容器から加熱した混合液を切削油供給孔から吐出しながら溶融燃料等を穿孔することができる。
【００１２】
水固化剤としては、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、容器に冷却水とゼラチンの粉末を添加、攪拌して８０℃程度に加熱することで液体状態を保持する。そして、混合液が切削油供給孔から吐出され、回転穿孔手段を冷却して穿孔部位から流出することで冷却され、これにより混合液はゼリー状に固化する。水固化剤としては、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。
【００１３】
冷却水を貯留する容器と水固化剤の混合液を貯留する容器とを備えることができる。この場合、水固化剤としては、市販されているエマルジョンタイプの高分子凝集剤を使用することができる。この態様では、冷却水が加熱されないので回転穿孔手段の冷却効果が高いという利点がある。
【００１４】
溶融燃料等の表面をゲル状の中性子吸収材で覆い、この状態で回転穿孔手段によって溶融燃料等を穿孔すると好適である。この態様では、溶融燃料等の微粉末が粉塵となって空気中に飛散するのが防止される。ゲル状の中性子吸収材としては、ボロンおよび／またはボロン化合物の粉末のうち１種類または数種類を疎水性の有機溶剤および分散剤と混合したものを用いることができる。このような中性子吸収材では、ボロンおよび／またはボロン化合物の粉末を用いているので中性子吸収能が高く、また、その粉末を疎水性の有機溶剤および分散剤と混合しているので、粘性を持った液体となり、水に溶けて散逸することなく粉末が液体に分散した状態が保持される。
【００１５】
水固化剤に、中性子吸収材を添加すると好適である。切削油供給孔から水固化剤を吐出させることにより、溶融燃料等の奥部に中性子吸収材が浸透され臨界安全性を確保することができる。回転穿孔手段としてはツイストドリルが好ましいが、ストレート溝を有するガンドリルやエンドミル、あるいはフライスなども用いることができる。ツイストドリルを用いる場合には、所定深さまで穿孔したら切削油供給孔から水固化剤を吐出しながらツイストドリルを逆回転させる。これにより原子炉圧力容器に貯まった水が螺旋溝に沿って前方に送られ、水固化剤を効果的に浸透させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空気中に露出している硬い溶融燃料等を回転穿孔手段によって穿孔することができ、また、切削油供給孔から水固化剤を吐出するので、溶融燃料等の微粉末および切削屑が冷却水とともに固められ、循環冷却系に流出するのを阻止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】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を実施する原子炉建屋全体の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態を実施する原子炉建屋全体の他の状態を示す側断面図である。
【図３】実施形態の穿孔吸引ユニットを示す断面図である。
【図４】実施形態の穿孔機構を示す断面図である。
【図５】実施形態で用いるツイストドリルを示す（Ａ）側面図と（Ｂ）正面図である。
【図６】本発明の実施形態において溶融燃料に穿孔している状態を示す概念図である。
【図７】本発明の他の実施形態の穿孔機構を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態において溶融燃料に水固化剤を注入している状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．溶融燃料処理装置の構成
まず、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。
【００１９】
原子炉建屋１０の上部には、作業フロア１０ａが設けられている。作業フロア１０ａには、原子炉圧力容器１６が開口しており、その開口部を覆うように基台２０が取り付けられている。基台２０には、原子炉圧力容器１６の内部へ伸び、上下方向に伸縮可能な支柱４１が取り付けられている。支柱４１の下端部にはユニバーサルな方向に傾動可能なアーム４１ａが取り付けられ、アーム４１ａの先端部には関節４１ｂを介してアーム４１ｃが取り付けられている。関節４１ｂは、アーム４１ｃをユニバーサルな方向に傾動可能に、かつ、回転可能に支持している。アーム４１ｃの先端部には、ロッド４１ｄを介して穿孔吸引ユニット４０が取り付けられている。以上の構成のもとに、穿孔吸引ユニット４０は、姿勢を図１に示す上下方向に向けた状態で、原子炉圧力容器１６内の任意の位置に移動することができる。
【００２０】
なお、図２は、溶融燃料Ｆ１の熱により原子炉圧力容器１６の底壁が溶け、落下した溶融燃料Ｆ１が原子炉格納容器１２の底壁１４に堆積するとともに、溶融燃料Ｆ１の上にデブリＦ２が堆積した状態を示している。デブリＦ２に穿孔吸引ユニット４０を近付けるには、別の伸縮式の支柱に設けたレーザ切断機やウォータジェット切断機などで原子炉圧力容器１６の底壁を切断し、空いた穴から穿孔吸引ユニット４０を下降させればよい。以下、穿孔吸引ユニット４０について詳細に説明する。
【００２１】
図３は、穿孔吸引ユニット４０を示す図である。図３に示すように、支柱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。
【００２２】
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。バスケット４７は、小さな粉砕物も捕集できるように、網目が例えば１ｍｍ以下とされている。
【００２３】
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（回転穿孔手段）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。ツイストドリル６３には、２条のねじれ溝６３ａが形成されるとともに、その上端面から下端のすくい面まで延びる切削油供給孔６３ｂが形成されている。ツイストドリル６３の直径は、１０ｍｍ〜数１０ｍｍ、長さは最大で１ｍ程度とされる。
【００２４】
ツイストドリル６３の後端部にはポンプ６４が接続され、ポンプ６４には、冷却水と水固化剤の混合液Ｐを貯留したタンク６５が接続されている。ポンプ６４は、プランジャポンプまたはピストン・シリンダ機構などを備え、数ＭＰａ〜数１０ＭＰａ程度の圧力を発生可能である。タンク６５の周囲には、混合液Ｐを８０〜１００℃に加熱するヒータ（加熱手段）６６が配置されている。また、水固化剤は、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またはホウ酸水を混合したものであり、混合液Ｐは加熱されることで液体状態を保っている。
【００２５】
２．溶融燃料処理装置の動作
次に，上記構成の溶融燃料処理装置の動作を説明する。先ず、図６に示すように、溶融燃料Ｆ１の上面にゲル状ボロン（中性子吸収材）Ｂを敷設する。ゲル状ボロンＢは、ボロンを疎水性の有機溶剤および分散剤と混合したもので、上から吊したホース等によって溶融燃料Ｆ１の上面に撒かれる。この状態で吸引ポンプ４６を運転しながらツイストドリル６３を回転させ、図６に示すように、ゲル状ボロンＢを貫通して溶融燃料Ｆ１に穴Ｈを明ける。その際、ツイストドリル６３の送りは支柱４１を伸張させて行う。
【００２６】
穴Ｈを明ける際にはポンプ６４を駆動し、タンク６５に蓄えている混合液Ｐを切削油供給孔６３ｂから吐出する。混合液Ｐに含まれる冷却水は、ツイストドリル６３の先端部を冷却する。混合液Ｐは、微粉末や切削屑を随伴して溶融燃料Ｆ１内に浸透し、ツイストドリル６３の先端部から離れるに従って冷却され、４０℃以下になるとゼリー状に固化する。したがって、微粉末を含んだ水が循環冷却系に流出するのを阻止することができる。
【００２７】
ツイストドリル６３で切削された切削屑の一部は、ねじれ溝６３ａに沿って上昇し、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。一方、溶融燃料Ｆ１が空気中に露出している場合であっても、切削によって生成される微粉末はゲル状ボロンＢによって阻まれ、空気中に飛散しない。なお、溶融燃料Ｆ１が冠水している場合には、ゲル状ボロンＢの敷設を省略することができる。
【００２８】
以上のような動作を繰り返して溶融燃料Ｆ１の各所を穿孔しながら混合液Ｐを注入する。そして、所定深さまで穿孔したら、支柱４１を縮小させて穿孔吸引ユニット４０を上昇させる。その後、削岩機やカッター、吸引装置等を備えたユニットにより溶融燃料Ｆ１を取り出す。その作業の進捗過程においては、溶融燃料Ｆ１中の空洞においてボロンを含む混合液Ｐが固化しているので、臨界安全性を確保しながら微粉末や切削屑が散逸して循環冷却系へ流出するのを抑制することができる。
【００２９】
なお、図２に示す状態においては、上記と同様にしてデブリＦ２を穿孔する。そして、支柱４１を縮小させて穿孔吸引ユニット４０を上昇させ、削岩機やカッター、吸引装置等を備えたユニットによりデブリＦ２を取り出す。その作業の進捗過程においては、デブリＦ２中の空洞においてボロンを含む混合液Ｐが固化しているので、臨界安全性を確保しながら微粉末や切削屑の循環冷却系への流出が抑制される。
【００３０】
３．その他の実施形態
図７および図８は本発明の他の実施形態を示すものである。図７において符号６８は冷却水タンク、符号６９は水固化剤タンクである。冷却水タンク６８には冷却水Ｗが充填され、冷却水タンク６８はバルブ６８ａを介してポンプ６４と接続されている。水固化剤タンク６９には、水固化剤Ｅが充填され、水固化剤タンク６９はバルブ６９ａを介してポンプ６４と接続されている。水固化剤Ｅは、エマルジョンタイプの高分子凝集剤であり、常温で液体状態を保ち水と混ざると反応してゼリー状に固化する。
【００３１】
上記構成の溶融燃料処理装置においては、まず、冷却水タンク６８から冷却水Ｗをツイストドリル６３の切削油供給孔６３ｂから吐出しながら溶融燃料Ｆ１に穴Ｈを明ける。そして、所定深さまで掘り進んだらツイストドリル６３の送りおよび回転を止める。次に、ツイストドリル６３を数ミリ程度後退させて、ツイストドリル６３のすくい面と穴Ｈの底との間に隙間を確保する。次いで、図８に示すように、ツイストドリル６３を逆方向へ回転させながらポンプ６４を駆動し、水固化剤タンク６９に蓄えている水固化剤Ｅを吐出する。水固化剤Ｅは、ツイストドリル６３の切削油供給孔６３ｂを通って穴Ｈの底に吐出される。そして、水固化剤Ｅは、微粉末や切削屑を随伴して溶融燃料Ｆ１内に浸透し、溶融燃料Ｆ１内に存在する水と混ざり合ってゼリー状に固化する。したがって、微粉末を含んだ水が散逸して循環冷却系に流出するのを阻止することができる。
【００３２】
上記実施形態においては、ツイストドリル６３で穿孔する際には加熱していない冷却水Ｗを吐出するので、冷却効果が高く、特に、溶融燃料Ｆ１が空気中に露出している場合に有利である。また、水固化剤Ｅを水固化剤タンク６９に充填しているので、エマルジョンタイプの高分子凝集剤を用いることができ、加熱する必要がなく、装置の構成を簡略化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、炉心溶融を起こした軽水炉から溶融燃料を取り出す際に、溶融燃料を破砕し、破砕した際に生成される微粉末や切削屑を固めて散逸しないようにする装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
６３  ツイストドリル（回転穿孔手段）
６３ｂ  切削油供給孔  
６４  ポンプ
６５  タンク
６６  ヒータ（加熱手段）
６８  冷却水タンク
６９  水固化剤タンク
Ｂ  ゲル状ボロン（中性子吸収材）
Ｅ  水固化剤
Ｆ１  溶融燃料
Ｆ２  デブリ
Ｈ  穴
Ｐ  混合液
Ｗ  冷却水
【図１】
2015064316.tif 000003
【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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