(57)【要約】【課題】  水素発生量が多い場合でも、容器内部の酸素が消費された後でも、容器内部の水の放射線分解で発生する水素を抑制し、放射性廃棄物を容器内部に密閉する放射性廃棄物の処理方法を提供する。【解決手段】  容器に納まる大きさ／長さに切断した放射性廃棄物３を容器１に入れる。水素と酸素から水を形成する反応を促進する活性成分を粉末状安定化合物に担持させた粉末状触媒４を充填する。蓋２を閉め、容器１と蓋２とを溶接して密閉する。水素発生量が多くても、容器内部の水素濃度を低く保持できる。  粉末状安定化合物として、酸素を吸収／放出する希土類元素の酸化物や、希土類元素とその他の金属との複合酸化物を用いてもよい。容器内部の酸素が消費されても、粉末状安定化合物が酸素を供給するので、放射線分解で発生した水素を除去できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃棄物と充填材とを容器に封入する放射性廃棄物の処理方法において、
前記充填材が、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
放射性廃棄物と充填材とを容器に封入する放射性廃棄物の処理方法において、
前記充填材が、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒と化学的に安定な物質との混合物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の放射性廃棄物の処理方法において、
前記充填材が、表層の触媒割合が表層以外の触媒割合よりも多い不均一な混合物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
放射性廃棄物と充填材とを容器に封入する放射性廃棄物の処理方法において、
前記充填材が、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒と硬化体を形成する物質との混合物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の放射性廃棄物の処理方法において、
前記充填材が、表層の触媒割合が表層以外の触媒割合よりも多い不均一な混合物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射性廃棄物の処理方法において、
前記触媒が、水素と酸素から水を形成する反応を促進する活性成分を粉末状安定化合物に担持させた触媒であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の放射性廃棄物の処理方法において、
前記粉末状安定化合物が、雰囲気の酸素濃度に応じて酸素を吸収したり放出したりする安定化合物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の放射性廃棄物の処理方法において、
前記粉末状安定化合物が、少なくとも希土類元素を含む酸化物であることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所や原子力関連施設から発生する放射性廃棄物を容器に封入する放射性廃棄物の処理方法に係り、特に、現行法令の濃度上限値を超えて放射能レベルの比較的高い放射性廃棄物の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所や原子力関連施設から発生する放射性廃棄物は、発電所や施設で容器に収納された後、放射性廃棄物の埋設処分場に搬送して埋設される。
【０００３】
その際、現行法令の濃度上限値を超えて放射能レベルの比較的高い放射性廃棄物は、放射性物質の飛散防止のため、容器に密閉して封入することが検討されている。このような現行法令の濃度上限値を超えて放射能レベルの比較的高い放射性廃棄物には、プールで貯蔵されている放射化金属や使用済み樹脂がある。
【０００４】
例えば、放射化金属は、容器に収まる大きさに切断して容器に封入される。その際、放射化金属は、プールに貯蔵されているので、表面は水で濡れており、乾燥処理をしなければ、水が、放射化金属とともに容器内部に封入される。
【０００５】
また、放射化金属を乾燥処理し容器に収納したとしても、隙間に砂を充填する処理方法では、砂は空気中の湿分を吸収するので、砂を乾燥処理し湿分を含んだ空気と遮断していなければ、水が、放射化金属とともに容器内部に封入される。
【０００６】
さらに、放射化金属と容器との隙間の充填材には、セメントペーストやモルタルを充填することも考えられる。セメントペーストやモルタルは、セメントや骨材と水とを混練したものであり、混練した後の暫くの間は流動性を有するので、隙間に充填できる。硬化した後のセメントペーストやモルタルは、微視的に見れば、セメント水和物や骨材と細孔とからなる構造を有しており、通常は、細孔に水を含んでいる。初期の流動性を確保するために、セメント水和物として利用される量の水よりも多量の水を用いてセメントペーストやモルタルを作製するからである。したがって、この場合も、水が、放射化金属とともに容器内部に封入される。
【０００７】
使用済み樹脂は、水を含んだ状態でタンクの中に貯蔵されており、樹脂自体の処理方法は、種々考えられる。それらの処理過程で水分を除去したとしても、放射化金属の場合と同様、水が、使用済み樹脂またはその処理物とともに容器内部に封入される。
【０００８】
容器の中に密閉された水は、放射性廃棄物が放出する放射線により、水素と酸素に分解される。発生した水素は、容器内部に蓄積され、水素濃度を高めていく。容器内部の水素濃度は、最終的には、容器内部に封入された水の量に比例し、水の量が少なく容器内部の空間が多いと、ほぼ全ての水が水素と酸素に変わり得る。
【０００９】
許容される水素濃度を爆発限界である４ｖｏｌ％とすると、例えば、２００Ｌドラム缶を容器にした場合、水素発生量を２００[Ｌ]×４[％]＝８Ｌ以下としなければならない。水の放射線分解では、水１モルから水素１モルが発生するので、８Ｌの水素を発生する水量を求めると、８[Ｌ]／２２.４[Ｌ／モル]×１８[ｇ／モル]＝６.４ｇとなる。
【００１０】
この水量は、例えば、乾燥処理した放射化金属を容器に封入する場合を考えると、放射化金属は、容器あたり３００ｋｇ程度封入できるので、放射化金属の重量あたり含水率を約２０ｐｐｍ以下とする乾燥処理をしなければ、容器内部の水素濃度が爆発限界以上となる。実際には、放射化金属の容積により、容器内部の空間容積は２００Ｌよりも少ないので、乾燥処理に要求される含水率は、２０ｐｐｍよりも小さくなる。
【００１１】
また、放射化金属から水分を完全に除去する乾燥処理をしたとしても、放射化金属を容器に固定するため隙間に砂を充填する場合を考えると、充填する砂は、５０ｋｇから１００ｋｇ程度必要となるので、砂の重量あたり含水率は、砂５０ｋｇの場合は１３０ｐｐｍ以下、砂１００ｋｇの場合は６０ｐｐｍ以下でなければ、容器内部の水素濃度が爆発限界以上となる。
【００１２】
実際には、放射化金属と砂の容積により、容器内部の空間容積は２００Ｌよりも少ないので、乾燥処理に要求される含水率は、前述の値よりも小さくなる。実際の砂は、空気中の湿分を吸収するから、このように含水率の低い砂は、乾燥処理した上で乾燥ガス中において取り扱わなければ、得られない。
【００１３】
さらに、放射化金属を容器に固定するために隙間にセメントペーストやモルタルを充填する場合を考える。硬化したセメントペーストやモルタルの細孔に含まれる水が放射線分解して、水素が発生する。ただし、発生した水素は、細孔の中を透過して表層から上部の空間に流出し、上部空間の水素濃度を高める。一般的に、細孔は１０ｎｍから１００ｎｍ程度の大きさなので、気体の透過は生じにくく、上部空間に流出する水素は、表層近くの細孔中で発生した水素に限られる。したがって、上部空間の水素濃度は、充填材を用いない場合や砂を充填した場合のように簡単には見積れないけれども、上部空間の水素濃度が高くなる傾向は知られている。
【００１４】
このように、放射性廃棄物を容器に密閉すれば、放射性廃棄物や充填材に付着した水から発生する水素により、容器内部の水素濃度が高くなるので、容器が完全密閉であることを厳しく検査するか、水素濃度を抑制するために放射性廃棄物や充填材に付着した水を除去する大掛かりな設備を用いなければ、水素爆発の恐れが生じることになる。
【００１５】
これに対して、発生した水素を反応させて除去し、水素濃度を抑制する方法も考えられる。水素を反応させて除去する方法としては、セメントを用いて放射性廃棄物を容器に封入する際に、セメント硬化物と容器の蓋との間に触媒を設置し、発生した水素を酸素と反応させて水に変換し、容器内部の水素濃度を低く保ち、水素濃度の上昇によって生じる爆発の危険性を回避する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
使用している触媒は、茶こし状のＳＵＳ製金網に収納されている。水素濃度を低下させるには、触媒が水素と接触しなければならない。触媒周囲に水膜が形成されると反応が抑制されるから、水膜を形成しない金網の目のサイズは、１.５ｍｍが望ましいとされている。このことから、触媒の大きさも金網の目のサイズ１.５ｍｍより大きいと推定される。
【００１７】
上記従来技術の触媒は、水素と酸素から水を生成する反応を生じさせる機能はある。しかし、反応で用いられる酸素は、容器内部の大気に存在する酸素であり、触媒には酸素を供給する機能は無いと推定される。
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−２８６８９３号公報(第２〜３頁  図１〜図５)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
水素を酸素と反応させて水にすると、触媒の表面に付着し、多量に反応させれば、水膜が触媒自体を覆い、反応を抑制することになる。
【００２０】
また、容器内部の酸素と多量の水素とが反応しても、容器内部の酸素が無くなると、水素を酸素と反応させて水にする反応を継続できず、容器内部の水素濃度を低く保つことができなかった。
【００２１】
水の放射線分解では、水から主に水素と過酸化水素とが生成され、酸素はほとんど生じない。したがって、触媒により水素を酸素と反応させて水にしようとしても、容器内部の酸素が消費されてしまえば、容器内部の水素濃度を低く保つことはできない。
【００２２】
本発明の課題は、水素発生量が多い場合でも、容器内部の酸素が消費された後でも、容器内部の水の放射線分解で発生する水素を抑制し、放射性廃棄物を容器内部に密閉する放射性廃棄物の処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決するために、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒を放射性廃棄物とともに容器内部に入れる放射性廃棄物の処理方法を提案する。
【００２４】
粉末状触媒にすると、触媒単位重量あたりの表面積が大きくなり、多量の反応が生じて多量の水が発生しても、触媒の表面積が大きいので、触媒全ての表面が水膜に覆われることがなくなる。そのような粉末状触媒の大きさとしては、０.１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
本発明は、また、触媒ではない充填材、例えば、化学的に安定な砂や硬化するセメントペーストなどと触媒との混合物を充填材として放射性廃棄物とともに容器内部に入れる放射性廃棄物の処理方法を提案する。
【００２６】
触媒のみを充填材とする場合に比べて、必要な触媒の量を少なくできる。
【００２７】
その際、触媒ではない充填材と触媒とを均一に混ぜた混合物を用いると、充填材内部で空間が生じても、そこに水素が滞留することを防止できる。
【００２８】
一方、充填材内部で空間が無く水素が滞留する場所が無ければ、軽い水素は、容器内部で底部から上部に流動するので、充填材の表層部分で混合物中の触媒濃度を高くすると、必要な触媒の量を少なくできる。
【００２９】
本発明は、より具体的には、水素と酸素から水を形成する反応を促進する活性成分を粉末状安定化合物に担時させて得られた触媒を用いる放射性廃棄物の処理方法を提案する。
【００３０】
安定化合物の大きさは、０.１ｍｍ以下であることが望ましい。活性成分は安定化合物の大きさと比べて著しく小さいので、触媒の大きさを０.１ｍｍ以下にできる。
【００３１】
水素と酸素から水を形成する反応を促進する活性成分を担時させる粉末状安定化合物は、雰囲気の酸素濃度に応じて酸素を吸収したり放出したりする安定化合物とする。酸素を吸収したり放出したりする安定化合物は、容器内部の酸素が消費されて無くなっても、酸素を放出するので、水素とこの酸素を用いて水を形成でき、容器内部の水素濃度を低く保持できる。そのような安定化合物として少なくとも希土類元素を含む酸化物を用いる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、触媒または触媒と触媒ではない物質との混合物を充填材として、放射性廃棄物を容器に密閉して処理するので、水素発生量が多い比較的放射能レベルが高い廃棄物を処理する場合でも、容器内部の水素濃度を低く保持できる。
【００３３】
水素と酸素から水を形成する反応を促進する活性成分を担時させる粉末状安定化合物として、雰囲気の酸素濃度に応じて酸素を吸収したり放出したりする安定化合物を使用すると、容器内部の酸素が消費されて無くなっても、酸素を放出するので、容器内部の水素濃度を低く保持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、図１〜図３を参照して、本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例１を示す容器の断面図である。
【００３６】
容器に納まる大きさおよび長さに切断した放射性廃棄物３を容器１の中に入れる。次に、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４を充填する。最後に、蓋２を閉め、容器１と蓋２の継ぎ目を溶接して密閉する。
【００３７】
水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４は、０.１ｍｍ以下の大きさのセリウム酸化物にセリウム重量の０.５％相当の白金を含む溶液を含浸させ、乾燥処理した後、温度５００度で１時間保持して得た触媒である。
【００３８】
非放射性廃棄物を容器１に入れて水素と酸素から水を形成する反応を促進する触媒４を充填し、蓋２を閉め、容器１を密閉した。その際、触媒４には水を約５ｇ含ませた。本来は放射性廃棄物３が放出する放射線量を模擬するため、外部から単位時間あたり３００Ｇｙのコバルト６０のガンマ線を照射した。２４時間後の容器内の水素濃度は、０.０１５ｖｏｌ％となった。
【００３９】
参照試料として、０.１ｍｍ以下の大きさのセリウム酸化物に白金を含浸させず、温度５００度で１時間保持して得た粉末を充填した場合、２４時間後の容器内の水素濃度は、０.１１ｖｏｌ％となった。
【００４０】
容器内部の水素濃度は、水素と酸素から水を形成する反応を促進する触媒４を充填した場合、この触媒を充填しない参照試料と比較して、０.０１５／０.１１＝約１／７であった。
【００４１】
容器の容積が２００Ｌの場合、水素濃度の許容値を水素爆発濃度４ｖｏｌ％とすると、許容できる水分量は６.４ｇとなる。これに対して、上記試験結果から、水素と酸素から水を形成する反応を促進する本発明の触媒を用いた場合の許容水分量は、７倍の約４５ｇとなる。
【００４２】
したがって、本実施例１の放射性廃棄物の処理方法によれば、放射性廃棄物３の乾燥処理を簡素化できる。単位時間あたりの乾燥能力が同一の設備であれば、乾燥処理時間を１／７に短縮できる。または、単位時間あたりの乾燥能力が多少低い簡素な設備を用いることもできる。
【００４３】
本実施例１では、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４として、０.１ｍｍ以下の大きさのセリウム酸化物にセリウム重量の０.５％相当の白金を含む溶液を含浸させ、乾燥処理した後、温度５００度で１時間保持して得た触媒を使用している。
【００４４】
本発明に利用できる触媒は、これに限定されない。すなわち、セリウム酸化物の代わりに、酸素を吸収したり放出したりする化合物として、希土類元素の酸化物や、希土類元素とその他の金属との複合酸化物を用いてもよい。
【００４５】
また、粉末状安定化合物に担時する活性成分としては、白金の代わりに、パラジウム、白金とパラジウムとの合金、白金とレニウムとの合金など、水素と酸素から水を形成する反応を促進するものであれば、何を用いてもよい。
【００４６】
さらに、担持する活性成分の量も０.０１％から３０％の範囲にあればよく、０.５％に限定されない。
【００４７】
乾燥処理後の保持温度や時間も５００度や１時間に限定されない。活性成分が粉末状安定化合物から容易に離れなければよい。
【００４８】
反応させる水素によって消費される容器内部の酸素が十分にあれば、粉末状安定化合物は、酸素を吸収したり放出したりしない化合物であってもよい。そのような化合物としては、アルミニウム酸化物を利用できる。
【００４９】
このように、本実施例１による触媒４を充填材として放射性廃棄物３を容器に密閉すれば、水素発生量が多い比較的放射能レベルが高い廃棄物を処理する場合でも、さらに、容器内部の酸素が消費された後でも、容器内部の水素濃度を低く保持できる。
【実施例２】
【００５０】
図２は、本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例２を示す容器の断面図である。
【００５１】
本実施例２は、実施例１の粉末状触媒４に代えて、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４と砂５とを均一に混ぜた混合物質を充填材として用いる。粉末状触媒４と砂５とを予め均一に混合しておき、放射性廃棄物３を入れた容器１に充填し、蓋２を閉め、容器１と蓋２とを密閉する。
【００５２】
粉末状触媒４と砂５との混合比率は、任意でよい。ただし、水素と酸素から水を形成する反応を促進する触媒の割合が少ないほど、水素の除去能力が低下するものの、実施例１に比べて、触媒の使用量を削減できる。
【００５３】
本実施例２では、触媒機能を有しない化合物として砂５を用いた。本発明は、この砂に限定されない。砂５の代わりに、放射性廃棄物３の隙間に充填可能な程度に細かい化学的に安定な物質であれば、何でもよい。
【００５４】
また、砂５の代わりに、硬化物を形成する物質でもよい。そのような物質としては、セメントペーストやモルタルを利用できる。
【００５５】
このように、本実施例２の触媒４と触媒ではない物質５とを均一に混ぜた混合物を充填材として使用し、放射性廃棄物３を容器に密閉して処理すれば、容器内部の水素濃度を低く保持できる。
【実施例３】
【００５６】
図３は、本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例３を示す容器の断面図である。
【００５７】
本実施例３は、実施例１の粉末状触媒４に代えて、水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４と砂５とを不均一に混ぜた混合物質を充填材として用いる。放射性廃棄物３を入れた容器１に砂５を充填し、その表面を覆うように水素と酸素から水を形成する反応を促進する粉末状触媒４を充填する。その後、蓋２を閉め、容器１と蓋２とを密閉する。
【００５８】
水の放射線分解は、当然のことながら、水が存在している場所で生じて、水素を発生する。水が偏在している場合、その場所から離れた位置に存在する触媒は、水素を酸素と反応させる機能に寄与しない。水素は軽いので、容器１の底部から上方に移動して充填材の表層を通り、上部の空間に到達する。したがって、本実施例３のように、水素と酸素から水を形成する反応を促進する触媒４を表面に配置すれば、水素を酸素と反応させる機能に寄与する触媒４の割合を多くすることができる。
【００５９】
本実施例３では、触媒機能を有しない化合物として砂５を用いた。砂５の代わりに、放射性廃棄物３の隙間に充填可能な程度に細かい化学的に安定な物質や硬化物を形成する物質を用いてもよいことは、実施例２と同様である。
【００６０】
本実施例３では、水素と酸素から水を形成する反応を促進する触媒４を表層にのみ配置したが、内部から表層に向かって触媒４の割合を高くするような配置でもよい。
【００６１】
本実施例３によれば、充填材として、触媒４と触媒ではない物質５とを不均一に混ぜた混合物を用いて、放射性廃棄物３を容器に密閉して処理すれば、容器内部の水素濃度を低く保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例１を示す容器の断面図である。
【図２】本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例２を示す容器の断面図である。
【図３】本発明による放射性廃棄物の処理方法の実施例３を示す容器の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  容器
２  蓋
３  放射性廃棄物
４  粉末状触媒
５  砂(触媒ではない物質)
【図１】
2008298640.tif 000003
【図２】
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【図３】
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