(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸化した表層の深さが、２．０ｍｍ以上であるセメント質硬化体を用いる放射性物質移行抑制方法であって、該表層が放射性セシウムおよび放射性ストロンチウムから選ばれる１種以上の放射性物質を収着して該放射性物質の移行を抑制することを特徴とする、放射性物質移行抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムや放射性ストロンチウムの移行を抑制するための放射性物質移行抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
福島第一原子力発電所の事故は、セシウム１３７等の放射性物質による広範囲の汚染を引き起こした。そして、現在、放射性物質汚染対処特措法に基づき、事故由来放射性物質により汚染された土壌、瓦礫、および草木等の廃棄物（以下「放射性廃棄物」という。）の処理が進められている。
現在の計画では、除染作業で剥ぎ取られた汚染土壌や、放射性物質の含有量が多い下水汚泥焼却灰などは、中間貯蔵施設での保管を経て最終処分に回される予定である。しかし、中間貯蔵施設や最終処分場をめぐる問題の解決には多くの困難が予想され、現状の仮置場での保管の長期化が危惧されている。
【０００３】
ところで、仮置場の多くは生活圏内に位置し、また放射性廃棄物の保管施設としての機能に乏しいため、仮置場に放射性廃棄物を保管する場合、該廃棄物に含まれている放射性物質の飛散や漏出による二次汚染を生じさせないことが強く求められる。したがって、少なくとも十年を越える期間、確実に放射性廃棄物を保管できる簡易な手段を提供することが喫緊の課題になっている。
【０００４】
従来、放射性物質の浸出などを防止する技術として、特許文献１および特許文献２には、それぞれ、放射性廃棄物をセメントや水硬性無機化合物で固化する方法、およびセメント等を含む固型化材料が提案されている。
しかし、前記方法等は、固化対象物である放射性廃棄物と、これと等量以上の水硬性固型化材とを混練または注入して固化する方法等であるため、焼却した後でも発生量が４１００万ｍ３と試算（環境省の「除染に伴って生じる除去土壌等の試算について」に基づく）されている除去土壌等に対し、これらの方法は現実的な方法ではない。
【０００５】
一方、特許文献３および特許文献４には、大量に発生する放射性廃棄物の収容容器としてコンクリート製収容容器が提案されている。
該収容容器は、耐久性、製造の容易さ、および製造コスト等において優れるものの、放射性物質の漏出防止のために、壁厚が厚く設計されていて重く、ハンドリング性に問題がある。そこで、該収容容器に放射性物質の移行を抑制する技術を付加できれば、容器の壁厚を薄くでき、その分ハンドリング性が向上して、該容器の利用をさらに推進できると期待される。
また、最終処分場のコンクリートピットの床や壁等のコンクリート部材の厚さを薄くできれば、これらの部材に発生する温度ひび割れも抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−６８８９５号公報
【特許文献２】特開平０６−３１７６９９号公報
【特許文献３】特開２０１３−７６６５９号公報
【特許文献４】特開２０１３−１５２１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、放射性廃棄物のコンクリート製収容容器や、該廃棄物の置場等のコンクリート製貯蔵設備に利用できる放射性物質移行抑制方法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】
【０００８】
そこで、本発明者らは、前記目的にかなう方法を検討したところ、炭酸化したセメント質硬化体の表層は放射性物質の収着性能が高く、放射性物質の移行抑制効果に優れていることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の構成を有するものである。
［１］炭酸化した表層の深さが、２．０ｍｍ以上であるセメント質硬化体を用いる放射性物質移行抑制方法であって、該表層が放射性セシウムおよび放射性ストロンチウムから選ばれる１種以上の放射性物質を収着して該放射性物質の移行を抑制する、放射性物質移行抑制方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の放射性物質移行抑制方法は、放射性セシウムおよび放射性ストロンチウムから選ばれる１種以上の放射性物質の収着性能が高く放射性物質の移行抑制効果に優れるため、放射性物質の漏出を防止できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について、炭酸化した表層の深さが、２．０ｍｍ以上であるセメント質硬化体（以下「放射性物質移行抑制材」という。）と放射性物質移行抑制方法に分けて説明する。
１．放射性物質移行抑制材
放射性物質移行抑制材は、前記のとおり、炭酸化した表層の深さが、２．０ｍｍ以上であるセメント質硬化体であって、該炭酸化した表層が放射性セシウムおよび放射性ストロンチウムから選ばれる１種以上の放射性物質を収着して該放射性物質の移行を抑制する材料である。なお、前記セメント質硬化体は、セメントペースト硬化体、モルタル、およびコンクリートを含む概念である。
【００１２】
（１）セメント
前記セメント質硬化体に用いるセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中用熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント等の高炉スラグ含有セメント、フライアッシュセメント等のフライアッシュ含有セメント、シリカセメント等のシリカ質混合材含有セメント、石灰石フィラーセメント等の石灰石微粉含有セメント、およびエコセメント等からなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。
これらのうち、セメント質硬化体の炭酸化が生じ易くなるように、高炉スラグ含有セメント、フライアッシュ含有セメント、シリカ質混合材含有セメント、および石灰石微粉含有セメント等の混合セメントを使用することが好ましい。
【００１３】
（２）水
前記セメント質硬化体の混練に用いる水は、特に限定されず、例えば上水道水、上水道水以外の水、回収水、および純水から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００１４】
（３）骨材
前記放射性物質移行抑制材がモルタルおよびコンクリートである場合、用いる細骨材は、特に限定されず、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材等からなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記放射性物質移行抑制材がコンクリートである場合、用いる粗骨材は、特に限定されず、川砂利、砕石、スラグ粗骨材等からなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。なお、前記細骨材および粗骨材は、天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
【００１５】
（４）セメント混練物およびセメント質硬化体の製造方法
セメントペースト、モルタル、およびコンクリート（以下「セメント混練物」という。）の製造方法は、特に限定されないが、セメント質硬化体の炭酸化が促進するように、所定の強度特性等を得られる範囲において水の単位量の多い配合で製造するのが好ましい。放射性物質移行抑制材の形態は、好ましくは、粒体、部材、容器、または構造物である。該形態が、部材、容器、または構造物である場合、前記セメント混練物を型枠に投入して、所望の形状を有するセメント質硬化体を製造する。
また、セメント質硬化体の養生は、セメントの水和を促進するため好ましい。該養生方法は特に限定されず、密閉養生、気乾養生、封緘養生、湿空養生、水中養生、蒸気養生、およびオートクレーブ養生等が挙げられる。また、これらの養生は、１次養生、２次養生等として、適宜、組み合わせて実施してもよい。
【００１６】
（５）炭酸化した表層を含むセメント質硬化体
炭酸化した表層とは、ＪＩＳ  Ａ  １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準拠して、セメント質硬化体の深さ（厚さ）方向の断面に対して、フェノールフタレイン溶液を塗布、散布、または噴霧した時に、呈色しないセメント質硬化体の表層をいう。そして、該表層の深さとは、セメント質硬化体の表面から赤紫色に呈色した部分までの距離をいう。そして、該表層の深さは、異なる複数の箇所で測って得た前記距離の平均値で表わす。
また、前記炭酸化した表層の深さは２．０ｍｍ以上、好ましくは３．０ｍｍ以上、さらに好ましくは４．０ｍｍ以上、特に好ましくは５．０ｍｍ以上である。該値が２．０ｍｍ未満では放射性物質の移行抑制効果は十分ではない。炭酸化した表層の放射性物質の収着性能は、後掲の表１に示すように、炭酸化していないものと比べ格段に高い。
【００１７】
（５）炭酸化方法
該方法は、セメント質硬化体を、（i）空気にさらす方法、（ii）炭酸ガスにさらす方法、(iii)炭酸塩および／または炭酸を含む水に浸漬する方法、および（iｖ）前記セメント質硬化体に対し炭酸塩および／または炭酸を含む水を散布等する方法から選ばれる１種以上が挙げられる。以下、各方法について説明する。
（i）空気にさらす方法
炭酸ガスは空気中に約０．０３体積％存在するため、前記セメント質硬化体を空気にさらすことにより該硬化体の表層を炭酸化できる。また、空気中で炭酸化を促進するため、相対湿度は好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上であり、温度は好ましくは５〜５０℃、より好ましくは１５〜４０℃である。また、空気にさらす期間は好ましくは７日以上である。
（ii）炭酸ガスにさらす方法
該方法において炭酸ガス濃度は、好ましくは１体積％以上、より好ましくは３体積％、さらに好ましくは５体積％以上である。また、該方法において炭酸化の湿度、温度および期間は、前記（i）に記載した条件と同様である。また、炭酸化は、炭酸化促進装置を用いるほか、ビニールシート等で囲った空間に炭酸ガスを充満させて行ってもよい。
なお、前記炭酸ガスは工業用炭酸ガスのほか、セメント製造設備等から回収した炭酸ガスを含む排ガスでもよい。
(iii)炭酸塩および／または炭酸を含む水に浸漬する方法
該方法は、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩の水溶液や炭酸水にセメント質硬化体を浸漬する方法である。該方法には、空気や炭酸ガスをバブリングした状態で水中に該硬化体を浸漬する方法も含まれる。
（v）硬化体に対し炭酸塩および／または炭酸の水溶液を散布等する方法、
該方法は、スプレーやシャワー等を用いて該水溶液をセメント質硬化体に、直接、散布、噴霧、または塗布する方法である。該方法では、炭酸化促進装置等の設備が不要になる。
【００１８】
２．放射性物質移行抑制方法
該方法は、前記放射性物質移行抑制材を用いて、放射性セシウムや放射性ストロンチウム等の放射性物質を固定して、移行を抑制する方法である。該方法において放射性物質移行抑制材は、粒体、容器、部材、または構造物の形態で用いることができる。
具体的には、放射性物質移行抑制材が粒体である場合、放射性物質が溶解した液（水）中に投入するか、またはろ過材や充填材としてフィルターやカラムに装着して用いることができる。
また、放射性物質移行抑制材が容器や部材である場合、放射性物質の漏出防止対策として壁厚を厚くする必要性が低下するので、従来のコンクリート製収容容器等よりも壁厚が薄くでき、したがって軽量の収納容器が設計できる。
さらに、放射性物質移行抑制材が構造物である場合、置場施設や中間貯蔵施設等の床や壁の部材厚を薄くできるため、温度ひび割れの抑制などにも有効である。
なお、本発明の放射性物質移行抑制方法が対象とする放射性廃棄物は、高レベル放射性廃棄物（使用済み燃料の再処理操作で分離された放射性廃液やそのガラス固化体等）を除く、中レベルや低レベルの放射性廃棄物であり、例えば、汚染ダスト、汚染土、汚染灰、および汚染水等が挙げられる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
［実施例１］放射性物質の収着試験
１−１．使用材料
（１）普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）高炉スラグ含有セメント
普通ポルトランドセメント／高炉スラグの質量比は４／６である。なお、前記高炉スラグは高炉スラグ微粉末（セラメント［登録商標］、デイ・シイ社製）を使用した。
（３）フライアッシュ含有セメント
普通ポルトランドセメント／フライアッシュの質量比は７／３である。なお、前記フライアッシュは電源開発竹原火力発電所品（ジェイぺック社販売）を使用した。
（４）塩化セシウム（関東化学社製  平衡密度勾配遠心用）
（５）塩化ストロンチウム（和光純薬工業社製  特級試薬）
【００２０】
１−２．試料の作製と放射性物質の収着試験
（１）試料の作製
試料として、セメントペースト硬化体の粉末および炭酸化したセメントペースト硬化体の粉末を、下記（i）と（ii）の方法により作製した。
（i）セメントペースト硬化体の粉末
普通ポルトランドセメント、高炉スラグ含有セメント、およびフライアッシュ含有セメントにイオン交換水を加え、ブリーディング水が生じないように練り返しを行って、水セメント比が６０％のセメントペーストを作製した。次に、該ペーストを内径３ｃｍ、高さ５ｃｍのモールドに入れて４０℃で１ヵ月間封緘養生し、セメントペースト硬化体を製造した。さらに、該セメントペースト硬化体を粉砕した後、篩分けして粒径が１００μｍ以下の前記３種類のセメントのセメントペースト硬化体の粉末を得た。
以下、前記セメントペースト硬化体の粉末のうち、普通ポルトランドセメントを用いたものはＯＰＣ、高炉スラグ含有セメントを用いたものはＢＢ、およびフライアッシュ含有セメントを用いたものはＦＣと略記する。
【００２１】
（ii）炭酸化したセメントペースト硬化体の粉末
次に、前記普通ポルトランドセメントを用いたセメントペースト硬化体を、炭酸ガス濃度５±２．５体積％、温度２０±２℃、および相対湿度６０±５％の条件で７日間炭酸化した後、該炭酸化したセメントペースト硬化体を粉砕し、篩分けして粒径が１００μｍ以下の粉末（以下「炭酸化ＯＰＣ」と略す。）を作製した。
なお、粉砕前の前記炭酸化したセメントペースト硬化体（未粉砕品）を用いて、ＪＩＳ  Ａ  １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準拠して、炭酸化（中性化）した表層の深さを測定したところ、該表層の深さは２．５ｍｍであった。
【００２２】
（２）収着試験方法
該方法を下記（i）〜（v）に示す。なお、該方法は、ＡＥＳＪ−ＳＣ−ＴＲ００１：２００６「収着分配係数の測定方法−浅地中処分のバリア材を対象としたバッチ法の基本手順及び深地層処分のバリア材を対象とした測定方法の基本手順−」（日本原子力学会発行）に準拠した。
（i）試験液の作製
前記の炭酸化ＯＰＣ、ＯＰＣ、ＢＢ、およびＦＣの各試料と、放射性物質として塩化セシウムおよび塩化ストロンチウムを用いて、固／液比が１／１０（３ｇ−ｄｒｙ／３０ｍＬ）で、セシウムとストロンチウムの濃度がいずれも１０ｍｍｏｌ／Ｌであるセシウム含有試験液とストロンチウム含有試験液をそれぞれ作製した。
【００２３】
（ii）対照液の作製
放射性物質は試験容器の内壁にも多少付着するため、試料に収着した放射性物質濃度を正確に求めるには、試験容器の内壁に付着した放射性物質の量を補正する必要がある。したがって、放射性物質のみを前記濃度で含む対照液を作製した。
【００２４】
（iii）試験環境
炭酸化の影響を防ぐため窒素ガスを満たしたグローブボックス内に、試験液と試料を入れた試験容器を、室温で７日間静置した。なお、該試験容器は１日１回ハンドシェイクにより振とうした。
【００２５】
（iv）放射性物質濃度の測定
前記の静置開始から７日経過後の試験液と対照液を、孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、該試験液のろ液と対照液のろ液中の放射性物質の濃度をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２「ＩＣＰ質量分析法」に準拠して測定した。
【００２６】
（v）収着分配係数の算出
試料に収着した放射性物質濃度（Ｓ、単位：ｍｇ/ｋｇ）は、前記対照液中の放射性物質濃度から前記ろ液中の放射性物質濃度（Ａ、単位：ｍｇ/Ｌ）を引いて求め、下記（１）式を用いて収着分配係数Ｒｄを算出した。その結果を表１に示す。なお、下記（１）式から分かるように、収着分配係数が大きいほど放射性物質の収着性能は高い。
Ｒｄ＝Ｓ／Ａ  （単位：Ｌ／ｋｇ）  …（１）
【００２７】
【表１】
0005752306.tif 000002
【００２８】
１−３．放射性物質の収着試験の結果について
表１に示すように、収着分配係数は、比較例１〜３において最大でもセシウムが０．３１、ストロンチウムが１０．５３であるのに対し、実施例１では、セシウムが３．７１、ストロンチウムが１７．４１と格段に大きい。したがって、炭酸化水和物含有粉末が有する放射性物質の収着性能は極めて高いといえる。
【００２９】
[実施例２]セシウムの浸透深さ試験
２−１．使用材料
（１）セメント：実施例１で用いた普通ポルトランドセメント
（２）細骨材：山砂（洗い砂）、表乾密度２．６３ｇ／ｃｍ３（東北サンド社製）
（３）粗骨材：砕石２００５（安山岩）、表乾密度２．７５ｇ／ｃｍ３（阿部善産業社製）
（４）ＡＥ減水剤：ポゾリスＮｏ．７０（登録商標、ＢＡＳＦジャパン社製）
（５）ＡＥ剤：マイクロエア３０３（登録商標、ＢＡＳＦジャパン社製）
【００３０】
２−２．試験体の作製とセシウムの浸透深さ試験
（１）試験体の作製
空気量が４．５±１．５％、スランプが１５±３ｃｍになるように、ＡＥ減水剤およびＡＥ剤を用いて調整したコンクリートの配合を表２に示す。また、該配合に基づき作製したコンクリートの材齢２８日における圧縮強度試験を、ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。その結果も合わせて表２に示す。
【００３１】
【表２】
0005752306.tif 000003
【００３２】
前記配合に従い、φ１０ｃｍ×２０ｃｍのコンクリート供試体を成形して、材齢２８日まで水中養生した後、ダイヤモンドカッターを用いて厚さ５ｃｍの円盤状に湿式切断した。
次に、切断した供試体の表面が乾燥した後、浸透面（円形面の一方）を除く面をエポキシ樹脂(ユニタック＃５０００、太平洋マテリアル社製)を用いて被覆して被覆試験体を作製した。
そして、エポキシ樹脂を被覆した翌日から、炭酸ガス濃度５±２．５体積％、温度２０±２℃、および相対湿度６０±５％の条件で７日間、被覆試験体（浸透面）を炭酸化して、炭酸化試験体（実施例２）を作製するとともに、比較例として、窒素ガス環境下、室温で７日間、被覆試験体を静置して非炭酸化試験体（比較例４）を作製した。
前記７日経過した後、ＪＩＳ  Ａ  １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準拠して、実施例２および比較例４の浸透面の炭酸化（中性化）深さを測定した。その結果、炭酸化の深さは、実施例２で４．１ｍｍ、比較例４で０．５ｍｍであった。
【００３３】
（２）浸透深さ試験方法
実施例２および比較例４の各１個ずつを、恒量になるまで乾燥した後、０．５ｍｏｌ／Ｌの塩化セシウム水溶液に６時間浸漬し、エポキシ樹脂で被覆されていない浸透面から該水溶液を浸透させた。そして、６時間経過した後、試験体を割裂し、水が浸透して変色した部分の深さをノギスで測定して、水の浸透深さを求めた。
また、実施例１および比較例４の各１個ずつを、乾燥しないでそのまま、前記塩化セシウム水溶液に６時間浸漬し、浸透面から該水溶液を浸透させた。そして、６時間経過した後、試験体を割裂し、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）の面分析結果から、セシウムの浸透深さを求めた。これらの結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
0005752306.tif 000004
【００３５】
２−３．セシウムの浸透深さ試験の結果について
表３に示すように、実施例２および比較例４の水の浸透深さは、ほぼ同等であるにもかかわらず、セシウム浸透深さは、比較例４では２３ｍｍであるのに対し、実施例２では１０ｍｍと格段に小さい。
【００３６】
以上のことから、本発明の放射性物質移行抑制方法は、放射性セシウムおよび放射性ストロンチウムから選ばれる１種以上の放射性物質の収着性能が高く、該放射性物質の移行抑制効果が優れているため、放射性廃棄物からの放射性物質の漏出を防止できる。
【要約】      （修正有）【課題】放射線物質の収着性能が高く、放射線物質の移行抑制効果に優れた放射性物質移行抑制材を提供する。【解決手段】炭酸化した表層を含むセメント質硬化体であって、該表層が放射性物質を収着して放射性物質の移行を抑制する。また、好ましくは、前記炭酸化した表層の深さは、２．０ｍｍ以上であり、前記放射性物質移行抑制材の形態は、粒体、部材、容器、または構造物である。【選択図】なし