(57)【要約】【課題】固溶トリチウムを除去するために必要となる安全でしかも容易に取り扱える簡単なトリチウム汚染金属の除染方法および装置を提供する。【解決手段】トリチウムを含む金属材料を調温可能な循環熱風を生成する熱風加熱炉１０内に収容し、初めに２００℃以下の熱風で加熱して材料表面に付着吸着したトリチウムを追い出し、次いで２００℃から６００℃に昇温した熱風で加熱保持して固溶トリチウムを追い出してトリチウムを回収し、十分放出時間が経過してから熱風加熱炉１０を１００℃以下まで冷却してトリチウムを放出させて、内部のトリチウム濃度を安全な水準まで低下させた金属材料を取り出す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリチウムを含む金属材料を調温可能な循環熱風を生成する熱風加熱炉内に収容し、初めに２００℃以下の熱風で加熱して前記金属材料の表面に付着吸着したトリチウムを追い出し、次いで２００℃から６００℃に昇温した熱風で加熱保持して固溶トリチウムを追い出し、炉内空気を抽出しながら含有されるトリチウムを回収し、十分放出時間が経過してから熱風加熱炉を１００℃以下まで冷却してトリチウムを放出させた金属材料を取り出すことを特徴とするトリチウム汚染金属の除染方法。
【請求項２】
前記金属材料から放出されたトリチウムは冷却器を通して室温近傍まで冷却した後にトリチウム回収装置で回収し、トリチウム回収後の排気は排気装置を介して大気に放出することを特徴とする請求項１記載のトリチウム汚染金属の除染方法。
【請求項３】
前記熱風加熱炉は大気圧より減圧した状態で運転されることを特徴とする請求項１または２記載のトリチウム汚染金属の除染方法。
【請求項４】
前記熱風加熱炉は減圧室に収容され、該熱風加熱炉を冷却するときには前記減圧室から吸引する空気を該熱風加熱炉内を経由させることにより冷却を加速することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトリチウム汚染金属の除染方法。
【請求項５】
前記トリチウムを含む金属材料をバスケットに入れて台車に搭載し、該バスケットを台車ごと前記熱風加熱炉内の熱風通路中に収納し、加熱処理後に該台車を引き出すようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトリチウム汚染金属の除染方法。
【請求項６】
熱風加熱炉と排ガス冷却器とトリチウム回収装置と局所排気装置を備え、該熱風加熱炉は空気導入口と空気排出口を備えた気密性のある缶体で構成され、内部にバスケット台車を収納する内箱を設け、エアヒータと循環ファンを内蔵し、該内箱は両側面に空気の流通する整流板を備え、前記エアヒータで生成する熱風は該循環ファンにより前記内箱の整流板を通って循環し、前記空気排出口は排出ガスを外部から導入する冷却用空気と熱的に接触する熱交換器を介してトリチウム回収装置に接続され、該トリチウム回収装置は前記熱風加熱炉内を負圧に維持するため空気を吸引しながら排気ガス中のトリチウムを回収し、前記局所排気装置は局所排気の流路を前記熱交換器を通る流路と前記熱風加熱炉の内部を通る流路の間で切り替える弁を備え、該熱風加熱炉で前記金属材料を加熱してトリチウムを追い出している時には前記熱交換器を通って排気させ、トリチウムを追い出した後で炉内を冷却する時には該熱風加熱炉の内を通って炉内空気を外気で置換するようにしたことを特徴とするトリチウム汚染金属の除染装置。
【請求項７】
前記熱風加熱炉は減圧室に収容され、該熱風加熱炉は該減圧室よりさらに負圧に維持されることを特徴とする請求項６記載のトリチウム汚染金属の除染装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所や核融合開発施設、あるいは原子炉解体現場などで発生するトリチウムで汚染された金属廃棄物からトリチウムを除去して安全に処理する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、原子力発電所や核融合開発の研究施設などではトリチウムで汚染した廃棄物が発生しており、これら汚染廃棄物は密閉保管されてきた。また、近年、本格化しつつある原子炉等の解体の現場からは、トリチウム汚染廃棄物が大量に発生する。これらの廃棄物の殆どはトリチウム汚染の度合が軽微であるので、トリチウムの濃度を下げた上で埋設処分をしたり、将来は市場放出の恕限度以下までトリチウム濃度を下げて再利用するものとしており、適切なトリチウム除染処理技術を開発することが重要な課題となっている。
【０００３】
水素の同位体であるトリチウムは金属内部に容易に拡散していくため、多量のトリチウムをハンドリングする施設においてトリチウム汚染を受けた金属材料では、トリチウムが表面に付着しあるいは吸着している他に、材料内部に拡散浸透して固溶体となった固溶トリチウムとして存在する。材料表面に吸着されたトリチウムの放出率は温度の上昇と共に徐々に上昇する。一方、固溶トリチウムは、２００℃までは殆ど放出されず、２００℃を超えると放出率が増加する。したがって、非特許文献１に明らかにされているように、トリチウムで汚染された材料の温度を上げていくと、２００〜２５０℃でトリチウムの放出量が最大になり、５００〜６００℃でトリチウムの放出が完了する。
【０００４】
核融合開発施設では、トリチウムはかなり高濃度でかつ高温条件下で長時間使用されるため、配管等の材料の表層に吸着しているトリチウムに比較して材料中に固溶しているトリチウムの量が無視できない。したがって、設備の保全あるいは解体作業に当っては、数１００℃以上の高温条件下で長時間加熱することにより固溶トリチウムを材料外に取り出して処理することが考えられてきた。また、重水を使用する原子力施設でも汚染された配管材料から固溶トリチウムを取り出すためには、高温下で長時間の加熱操作が必要とされてきた。
【０００５】
従来、トリチウム汚染金属に対する除染技術としては、ふき取り法、化学洗浄法、エッチング法、ガスパージ法、水蒸気パージ法、レーザ照射法、ベーキング法などがあり、一部は小規模ながら実用に供されている。
しかし、これらの除染法は、金属表面に付着あるいは吸着したトリチウム、あるいは金属表層に浸透したトリチウムを除去するもので、金属内部に浸透して固溶体となったトリチウムを除去する能力がなかった。
また、１００℃以上の高温処理を行おうとすると、大規模な高温除染装置となるばかりでなく、廃液処理、放射能確認、トリチウム回収などの工程からなる除染付帯装置と、除染後の廃棄物の移送などの取り扱いや保管時の密閉管理を厳重に行う設備が不可欠となる。このため、従来、加熱して除染する方法においても、処理温度はせいぜい２００℃位までの低温加熱が採用されていた。
【０００６】
たとえば、特許文献１には、施設に据え付けられた状態の配管等に乾燥ガスを供給して内部に付着した重水を乾燥により追い出し、その後軽水の水蒸気を含む２００℃以下の低温ガスを供給することにより、配管等の内面に付着した水や表面に吸着されたトリチウムを除去する装置により、除染時間を短縮したものを開示している。しかし、開示装置は、固溶トリチウムが２００℃以下では材料から放出されないので材料中に閉じ込めておくことができることに注目して、固溶トリチウムは材料内に閉じ込めた状態で残留するに任せたもので、固溶トリチウムを除去するものではない。
【０００７】
このように、従来は、金属材料内部の固溶トリチウムまでも効果的に除去することができる実用的な高温加熱処理方法はなかった。
しかし、金属材料内部の母材中に固溶トリチウムが残留すると、これが時間と共に金属表面に再生成するので、除染後の廃棄物について移送などの取り扱いや保管時の密閉管理を厳重に行う必要があり、また除染後のトリチウム濃度の確認と濃度に応じた処理方法の選択を行う必要があった。
このため、固溶トリチウムも除去できる除染方法が望まれる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２８１７９２
【非特許文献１】
ホランド（Ｈｏｌｌａｎｄ）他「原子力施設からの金属廃棄物を工業規模で溶融した時に発生するトリチウムの挙動と除去性について」３ｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｅｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ，  Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ（１９９４），ｐ４４５−４５５．
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、固溶トリチウムを除去するために必要となる安全でしかも容易に取り扱える簡単なトリチウム汚染金属の除染方法および装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のトリチウム汚染金属の除染方法は、トリチウムを含む金属材料を調温可能な循環熱風を生成する熱風加熱炉内に収容し、初めに２００℃以下の熱風で加熱して材料表面に付着あるいは吸着したトリチウムを追い出し、次いで２００℃から６００℃に昇温した熱風で加熱保持して固溶トリチウムを追い出してトリチウムを回収し、十分放出時間が経過してから熱風加熱炉を１００℃以下まで冷却してトリチウムを安全な水準まで放出させた金属材料を取り出すものである。
本発明のトリチウム除染方法では、加熱処理を熱風加熱炉により簡便に行うことができる。材料から放出されたトリチウムは、冷却器を通して室温程度まで冷却した後、トリチウム回収装置で全量回収する。冷却後の排気は常温仕様の定量ポンプで吸引することができる。トリチウム回収後の排気は、局所排気装置と建屋換気設備を介して大気に放出することができる。
【００１１】
本発明のトリチウム除染方法によれば、２００℃以下の中間温度設定と２００℃から６００℃の高温設定の２段加熱によりトリチウムの急激な放出を抑制しながら金属材料内部の固溶トリチウムまで放出させて、金属材料中のトリチウム濃度を安全な水準まで低下させることができる。また、化学除染における廃液処理装置などの複雑で高価な付帯設備を必要とせず、低濃度汚染材料の密閉管理などの後処理も不要である。
なお、局所排気装置は熱風加熱炉を収納するグリーンハウスとも呼ぶ減圧室の空気を吸引して負圧を維持するための排気装置である。また、熱風加熱炉は密閉構造として減圧室よりさらに低圧に維持することが好ましい。熱風加熱炉が減圧室より低圧になっており、減圧室が大気圧より低圧になっているため、熱風加熱炉中のトリチウムは減圧室に漏れ出さず、また万一、トリチウムが漏れ出しても減圧室の外まで漏出しないので安全である。
【００１２】
さらに、材料中からトリチウムを十分排出させたあとの熱風加熱炉にはトリチウムが存在しないため、排気をトリチウム回収装置で処理しないで排出しても安全である。したがって、熱風加熱炉の冷却時には、局所排気装置の吸引経路を熱風加熱炉の中を経由する経路に切り替えて、冷却風を大量に取り込むようにして、熱風加熱炉を能率よく冷却することができる。
【００１３】
本発明のトリチウム除染方法では、汚染金属材料をバスケットに入れた状態で台車上に載せて熱風加熱炉内の熱風通路の定位置に収納し、処理後に引き出して運搬台車で搬出するようにすることができる。バスケットは、側面に通気可能な大きな開口を有し、複数を縦に重ねられるようにする。重ねたそれぞれのバスケットにほぼ同じように熱風が流通して、処理過程中、同じような温度遷移をするようにすることが好ましい。収納した金属材料の温度変化は温度検出端を設けて直接測定できるようにする。
熱風加熱炉中の温度は、上に記載したように２段加熱して高温維持した後に冷却する所定の変化パターンになるようにプログラム制御される。
【００１４】
本発明のトリチウム汚染金属の除染装置は、熱風加熱炉と排ガス冷却器とトリチウム回収装置と局所排気装置を備え、熱風加熱炉は空気導入口と空気排出口を備えた気密性のある缶体で構成され、内部にバスケット台車を収納する内箱を設け、エアヒータと循環ファンを内蔵し、内箱は両側面に空気の流通する整流板を備え、エアヒータで生成する熱風は循環ファンにより内箱の整流板を通って循環し、空気排出口は熱交換器を介してトリチウム回収装置に接続され、トリチウム回収装置は熱風加熱炉内を負圧に維持するため空気を吸引しながら排気ガス中のトリチウムを回収し、局所排気装置は熱風加熱炉の周辺を局所的に排気する局所排気の流路を熱交換器を通る流路と熱風加熱炉の内部を通る流路の間で切り替える弁を備え、熱風加熱炉で金属材料を加熱してトリチウムを追い出している時には熱交換器を通ってトリチウム回収装置から排気させ、トリチウムを追い出した後で炉内を冷却する時には熱風加熱炉の内を通って炉内空気を外気で置換するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
トリチウム除染は外気を導入しながら行い、高温処理により放出したトリチウムは、トリチウム回収装置で全量回収する。トリチウム回収装置は、バブラー方式、冷凍方式など、一般的に利用されているものを使用することができる。
なお、熱風加熱炉は減圧室内に設置して、外部にトリチウムが流出しないようにすることが好ましい。
また、排ガスの通路に別途水冷式の排ガス冷却器を備えて、確実に冷却されたガスがトリチウム回収装置に供給されるようにしてもよい。
なお、トリチウムモニターをさらに備えて、排ガス中のトリチウム濃度を常時監視していてトリチウム回収装置で処理できないような急激な濃度上昇が起きないように管理し、また基準以上のトリチウムが含まれる排ガスを大気に放出しないようにすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明のトリチウム汚染金属の除染装置と除染方法を詳細に説明する。
図１は本実施例のトリチウム汚染金属除染装置のプロセスフロー図、図２は熱風加熱炉の斜視図、図３は熱風炉の密封機構を示す断面図、図４は除染用バスケットおよび台車の側面断面図、図５は熱風炉の温度管理方法を示すタイムチャートである。
【００１７】
本実施例のトリチウム汚染金属除染装置は、トリチウム追い出し装置１、トリチウム回収装置２、トリチウム測定装置３，６、局所排気装置４を主な構成要素として構成される。
トリチウム追い出し装置１の主体は熱風加熱炉１０であって、トリチウムの漏出を防ぐため、大気より僅かに減圧されたグリーンハウス５とも呼ぶ負圧室に収容され、グリーンハウス５よりさらに減圧された負圧下で運転される。
【００１８】
熱風加熱炉１０は内部空間が断熱壁で囲まれ、断熱壁で囲まれた加熱空間の中に内箱１１が配置されていて、処理対象の金属材料を入れるバスケット５０が収納できるようになっている。内箱１１の床には板が敷かれて空気の流通はないが、側面は網あるいは多数の穿孔を有する板により、処理対象に温度分布ができないように気流を流量配分できるようなっている。
内箱１１を囲む空間は、高温空気の循環路を形成し、循環路中にシーズヒータなどの空気加熱器１２とシロッコファンなどの空気循環ファン１３を備えて、内箱１１の一側面から流出してくる空気をヒータで加熱し内箱１１の他方の側面から内箱１１の中に供給する。空気加熱器１２による加熱は、温度調節器１４によりファン１３の下流に備えた温度検出端で測定する循環路中の温度が所定の温度パターンに従うようにプログラム制御される。
【００１９】
循環路中の空気は、排気ノズル１５から一部が吸引されてトリチウム回収装置２や局所排気装置４などに供給される。一方、循環路には吸気ノズル１６が設けられていて、排気ノズル１５から吸引された量を補充できるようになっている。
排気ノズル１５からは、比較的細い回収用パイプ１７と太い排気用パイプ１８がつながっている。
回収用パイプ１７は、水冷式冷却器１９を通り回収路用トリチウム測定装置６のサンプル場所を通ってトリチウム回収装置２に繋がり、排気用パイプ１８はグリーンハウス５から取り込む空気と排気を混合する混合器２０を通り排気路用トリチウム測定装置３のサンプル場所を経由して局所排気装置４に繋がっている。
なお、排気用パイプ１８にはグリーンハウス５内の気圧を負圧に保つための吸引ノズル２１も設けられている。グリーンハウス内のトリチウム濃度を管理するため、分析装置用の吸引ノズルを複数設けてもよい。
【００２０】
トリチウム測定装置３，６は、バブリング方式など一般的なものが使用でき、必要に応じて、トリチウム追い出し装置１内のトリチウム濃度を測定し、トリチウム放出状況を確認する。
熱風加熱炉１０に外気を供給する吸気ノズル１６には、切替器が付いていて熱風循環時の給気に用いる比較的小さな小型弁２２と内部の熱気を置換するときの比較的大きな大型弁２３を切り替えられるようになっている。
【００２１】
トリチウム回収装置２は、バブラー方式や冷凍方式などの一般的な原理を用いたものでよい。
図１に示したものは、バブラー式回収装置である。回収装置２はグローブボックス４６に収容されている。回収用パイプは水を張った２個の吸収槽４１，４２とミストトラップ４３とポンプ４４と流量計４５を順次通って、グローブボックス４６内にトリチウム回収した後の排気を放出する。グローブボックス４６内は局所排気装置４により吸引され、グリーンハウス５と同じように負圧に保持されてトリチウムの外部漏洩が起こらないようにされている。
トリチウム回収装置は、グリーンハウス内に配置してもよい。この場合はグローブボックスは不要である。
【００２２】
ポンプ４４で熱風加熱炉１０内の空気を吸引すると、吸収槽４１，４２内の水中に排気ガスを吸い込んでバブリングし、細かい気泡となって浮上する間に水と接触してトリチウム成分が吸収される。次に，細かいミストとなって吸収槽から搬出される液滴をミストトラップ４３で落とし、残った流量をフローメータ４５で確認してグローブボックス４６内に放出させる。
グローブボックス４６内の空気はすべて局所排気装置４に吸い出されて、局所排気装置４に繋がる建屋排気装置７を介して大気に放散される。
【００２３】
図２は、熱風加熱炉１０の斜視図である。図は、本体扉２４を開いた状態を示し、中に内箱１１の内側が見えている。内箱１１は側面に多数の穴があいた側板２５を備え、床にはバスケット５０を搭載した台車が走行するレール２６を敷いた床板２７が張られている。熱風加熱炉１０の運転中はバスケット５０が収納された内箱１１の内部を一方の側板２５から他方の側板に向けて熱風が流れる。
側板２５の外側の空間に出た気流は、床板２７の下の空間を通る間にヒータで加熱され、シロッコファンに送られて再び内箱１１内に供給される。
熱風加熱炉１０の上には排気ノズル１５、混合器２０などが設置され、前面には計器類２８が配設されている。また、側面には点検扉２９が設けられていて、プログラム制御器など常時監視する必要がない制御装置やモータ類の点検が簡単にできるようになっている。
【００２４】
熱風加熱炉１０は、トリチウムがグリーンハウス５内に漏洩することを防止するため、常時グリーンハウス内の雰囲気より低圧に保つことができるように気密構造とする。このため、廃棄物の装荷や取出しを行う本体扉２４は、シリコンスポンジパッキンなどを使ったパッキン密着方式の気密扉とする。
【００２５】
また、炉体は廃棄物の加熱や冷却を効率的に行うため、熱容量の小さい板金構造を採用し外側ケーシングと内側ケーシングの間に断熱材を充填するが、気密性を確保するため、図３（ａ）に示すように，外側ケーシング３１同士をセラミックペーパなどの緩衝材３２を挟んでリベット３３で止めて形成する板金接合線の隙間にシリコンゴムコークなどのシール材３４を充填したり、図３（ｂ）に示すように、板金合わせ部の表面を溶接３５によりシールする。シール材３４を充填した部分は，ステンレス箔などの接着テープ３６で補強することが好ましい。
なお、内側ケーシング３７の板金合わせ部は密着しないで断熱材３８などに含まれる気体が呼吸できるようにして、膨張による破損を防ぐようにしておく。
【００２６】
外側ケーシングには、排気ノズル，吸気ノズル、電気ヒータの導線、熱電対用ウェル、循環ファンのシャフト貫通孔、負圧計の導圧管などの穴がある。排気ノズルや吸気ノズルは外側ケーシングに破綻が生じないように、弁体と一体のハウジングをケーシング開口に被せて継ぎ目を全周に亘って溶接する。電気ヒータなどの貫通孔は隙間にシール材を充填して閉止する。また、循環ファンの回転シャフトが貫通する部分には軸シールを取り付けて密閉する。このように、気密バウンダリをシールするので、吸気ノズルの弁を絞って、トリチウム回収装置２のポンプ４４で一定量の空気を吸引することにより、炉内を常に負圧に保つことができる。
【００２７】
図４は、除染用バスケットを運搬台車に搭載した状態を示す断面図である。
バスケット５０は、トリチウム汚染金属材料を搭載して、熱風加熱炉１０に収納し、温度管理された熱風を所定時間流通させてトリチウムを放出させるために使用される。
廃棄物の移送や保管は、取り扱い性を考慮して、２００リットルドラム缶や１立米程度の容器に収納して行う。したがって、廃棄物はこれらの容器に適合する大きさに裁断されているので、バスケット５０は汚染金属材料がそのまま収納できるような大きさにすることが好ましく、たとえば１平米程度の床面積を持たせてある。
【００２８】
バスケット５０はそれぞれ床板５１の前後端に側板５２を立設して側板５２の間に梁５３と柱５４で柵を形成したもので、上下に重ねたときにずれないように側板５２の上端に上に重ねたバスケット５０の底面が嵌るような溝が設けてある。なお、柵に代えて、取り扱い中に内容物がこぼれ落ちない程度の強度の通気性のよい金網などを用いてもよい。
それぞれ汚染金属材料を収納したバスケット５０をいくつか重ねて装荷台車５５に乗せる。装荷台車５５は車輪５６を備えて、熱風加熱炉１０内の内箱１１の床に敷いたレール２６の上を走行してバスケット５０を容易に出し入れすることができるようになっている。
【００２９】
バスケット５０を乗せた装荷台車５５は台車ごと運搬台車５７に搭載して、廃棄物保管場所と熱風加熱炉の間を移動することができる。運搬台車５７の床上には車輪５６が走行できるレール５８が敷設されていて、熱風加熱炉１０のレール２６と高さを合わせて連結することにより、装荷台車５５を運搬台車５７と熱風加熱炉１０の間で簡単に移載させることができる。
【００３０】
次に、トリチウム除染の手順を説明する。
図外の廃棄物保管場所で、トリチウムに汚染された金属材料を専用の除染用バスケット５０に収納し、いくつか重ねて装荷台車５５に搭載して、台車ごと運搬台車５７に乗せる。金属廃棄物はドラム缶に収容できる大きさに裁断されているため、各段のバスケット５０の中に完全に収めることができる。
【００３１】
廃棄物保管場所からグリーンハウス５内に搬送して、熱風加熱炉１０の本体扉２４を開け、運搬台車上のレール５８と熱風加熱炉内のレール２６を付き合わせ、運搬台車５７上で装荷台車５５を止めていたストッパを解除して、装荷台車５５を熱風加熱炉１０内に送り込んで、定位置に固定する。
除染の完了判定は処理温度と処理時間により行うので、温度指示計および温度記録計に接続される温度検出端を各バスケット５０とに適当な位置にある金属材料表面にセットした上で本体扉２４を閉じる。
【００３２】
上記の収納作業を行うときのグリーンハウス５では、局所排気装置４によって吸引ノズル２１を通じて空気吸引がされ、室内は負圧状態に管理されていて、たといトリチウムの漏洩があってもグリーンハウス５の外には漏出しない。
作業者はエアラインスーツなどで十分な装備をしてトリチウムの摂取を防止する必要がある。なお、作業は比較的単純なのでロボットを利用することもできる。
その後、トリチウム回収装置２のポンプ４４により熱風加熱炉１０内の空気を吸引して炉内圧力をグリーンハウス５の負圧より低く維持させ、トリチウムが放出されたときに炉外に漏れないようにする。
【００３３】
次いで、熱風加熱炉１０の空気循環ファン１３を運転して、炉内空気を１ｍ／ｓ程度の流速で循環させる。内箱１１の側板２５は空気が自由に流通し、バスケット５０の側面には柵があるだけなので、空気流はバスケット５０の中を通って循環する。なお、バスケットごとに金属材料の処理温度を確認するため、バスケット５０には空気が流通しない床板５１を張って、それぞれ独立の流路を構成するようにする。また、内箱１１の側板２５をルーバあるいは整流板として位置による空気の偏流を調整して、各バスケット５０内でそれぞれ比較的均等に空気が流れるようにすることはより好ましい。
【００３４】
熱風加熱炉１０内の圧力は最高値でもグリーンハウス５の圧力より必ず低くならなければならないので、循環ファン１３の出口付近あるいは金属材料の収納されている内箱１１の内に負圧計を設置して負圧測定をして管理する。なお、加熱処理の開始から冷却終了まで炉内の負圧を維持するため、この間トリチウム回収装置２の運転を継続する。
【００３５】
温度調節器１４は、加熱処理の経過時間に従って設定温度を変化させるプログラム制御機構を付属していて、炉内空気の循環路中に設けられた温度検出器により空気温度測定信号を入力し、循環路中に設置されたシーズヒータ１２の出力を調整して、空気温度が所定のパターンになるように調整する。
【００３６】
図５は、除染タイムチャートの１例を示す図面である。
金属温度の上昇につれて、始めは金属材料の表面に付着したり吸着したトリチウムがトリチウム水として放出される。その放出量は温度の上昇と共に増加する。一方、金属内部に固溶体として存在していたより大量のトリチウムは、低温では金属内部に留まったままであるが、金属材料の温度が２００℃以上になると開放されてトリチウム含有水素ガスとして内部から放出してくる。
【００３７】
本実施例の加熱処理では、固溶トリチウムを含めて金属材料中のトリチウムを完全に回収することを目的とするので、最終的には２００℃から６００℃の温度で必要な時間加熱処理を継続することが必要である。
そこで、循環空気の温度を室温状態から上げていくと、５０℃あたりからトリチウムの放出が始まり、温度の上昇とともに放出量が増加する。このとき、目的の高温状態に短時間で移行しようとすると、吸着水などに含まれるトリチウムが短時間で放出して雰囲気中のトリチウム濃度が過度に上昇し、トリチウム回収能力が不足することになる恐れがある。
【００３８】
したがって、初めの設定温度を２００℃より適当に低い中間的温度たとえば１５０℃に設定し、温度上昇を中間温度に一旦保留して、トリチウム水を適当な速度で十分に蒸発させて、その後に、固溶トリチウムが放出する２００℃から６００℃の温度に設定することが好ましい。
２００℃から６００℃の固溶トリチウムが放出する温度範囲に適当な時間保持することによって、金属材料内部のトリチウムを完全に放出させる。トリチウムの放出量は加熱温度と加熱時間にしたがって経験的に評価することができる。
金属材料の内部温度は表面温度に対して時間遅れを有し、この時間遅れは概ね金属材料の厚さで決まり、３ｃｍ程度の厚さまでは１時間以下である。しかし、鋳物などの肉厚の材料は時間遅れが１時間以上になる。時間遅れは、表面積あたりの重量に比例するので、あらかじめ処理対象物の種類、重量および表面積を測定して時間遅れを算定しておいて、高温状態の継続時間に換算するなどして調整し、適切な処理を行うようにする。
なお、処置対象廃棄物は、セラミックとの複合材料、あるいはセラミックスなどの不燃物単体でもよい。
【００３９】
トリチウム追い出し工程では、トリチウム回収装置２が常時稼動して、排気ノズル１５から回収用パイプ１７を介して熱風加熱炉１０の内部空気を吸引し続ける。トリチウム回収装置２は、トリチウム除去性能を維持するため常に一定流量で運転することが好ましい。また、炉内のトリチウム濃度が過度に上昇すると、処理しきれないトリチウムが外に漏れる危険がある。そこで、炉側の吸気ノズル１６に付けた小型弁２２の開度を調節して炉内空気を１時間あたり４回から５回程度置換する程度の外気を取り込むようにする。これ以上の置換をするとトリチウム回収装置２の処理量が過大になって、装置を過度に大型にする必要があるので好ましくない。
【００４０】
なお、トリチウム回収装置２への排気は水冷式冷却器１９を通してほぼ室温まで冷却するので、トリチウム回収装置２のポンプ４４は常温仕様の定量ポンプであればよく、また、常温基準で設定したポンプ吸引量より大きな容積を加熱炉から吸引することができるので、置換回数が実質的に増加する効果がある。
トリチウム回収装置２では直列に配置された吸収槽４１，４２に排気を通して水中にトリチウムを吸収させて回収する。グローブボックス４６の雰囲気は局所排気装置４を介して建屋排気装置７に集合させて処理する。
なお、熱風加熱炉１０からトリチウム回収装置２に排気を輸送する回収用パイプ１７の途中にトリチウム測定装置６が設けられていて、処理すべき排気中のトリチウム含有量を測定して管理する。結果は記録して残しておくことが好ましい。
【００４１】
金属材料中のトリチウムが完全に追い出されてトリチウム回収装置２で回収された後で、熱風加熱炉１０を常温付近まで冷却して、内部の金属材料を装荷台車ごと引き出して運搬台車に移載し保管場所に搬送して保管する。
熱風加熱炉１０は、吸気ノズル１５の大型弁２３と排気ノズル１５の混合器２０と繋がる２個の弁を開き、排気用パイプ１８の吸引ノズル２１を閉じて、炉内雰囲気を局所排気装置４に吸引させることにより炉内の空気を外気と置換することによって、急速にほぼ室温まで冷却することができる。
【００４２】
ここで、混合器２０を使うのは、炉内の高温空気を直接に局所排気装置４に送るようにすると高温仕様の配管や機器を使わない限り故障の原因になるためで、炉内のガスとグリーンハウス内の雰囲気を混合して低温にしてから局所排気装置４に送るようにしている。混合器２０は、内部にいくつかの仕切りが設けられていて２つの空気の流れを効率よく混合するものである。
なお、排気用パイプ１８には、途中にトリチウム測定装置３が設備されていて、大気に放出する排気ガス中にトリチウムが含まれていないかを監視している。測定結果は記録しておくことが好ましい。
【００４３】
本実施例のトリチウム汚染金属の除染方法および装置によれば、２００℃から６００℃の高温処理を行うので、金属内部の固溶トリチウムを含めてほぼ完全にトリチウムを取り除くことができる。このような高温処理を可能にする熱風加熱炉は、外側ケーシングの継ぎ目を溶接などで封止して負圧に耐えるようにした密閉構造を有し、炉内に熱風循環路を形成し、循環路中にバスケットに収納した対象金属材料を装荷するので、装荷および取り降ろし作業も簡単である。
また、金属材料の加熱処理中に、炉内雰囲気を所定割合で連続的に抽出してトリチウム回収装置により含有するトリチウムを回収するので、工程が簡単で装置が経済的に構成できる。
【００４４】
なお、トリチウムに汚染された金属材料は、同時に腐食生成物（ＣＰ）や核分裂生成物質（ＦＰ）にも汚染されていることが普通である。ＣＰやＦＰは、汚染流体に接する面に付着して汚染されたもので、トリチウム回収作業の前にあらかじめ流体に接する面のＣＰやＦＰを除去しておけば、トリチウム回収処理時にはこれらのγ線源やα線源が含まれないので、トリチウム除染における作業性が向上するので好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明により、表面付近のトリチウムのみならず、内部に固溶体として存在する大量のトリチウムまでほぼ完全に除去することができるような、簡単で取り扱いやすいトリチウム汚染金属の除染方法および装置を提供することができたので、今後さらに活発化する原子炉解体作業などに大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトリチウム汚染金属除染装置の一実施例に関するプロセスフロー図である。
【図２】本実施例の熱風加熱炉の斜視図である。
【図３】図２の熱風加熱炉における密封機構を示す断面図である。
【図４】本実施例において利用する除染用バスケットおよび台車の側面断面図である。
【図５】本実施例の熱風加熱炉の温度管理方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  トリチウム追い出し装置
２  トリチウム回収装置
３  排気路用トリチウム測定装置
４  局所排気装置
５  グリーンハウス
６  回収路用トリチウム測定装置
７  建屋排気装置
１０  熱風加熱炉
１１  内箱
１２  空気加熱器
１３  空気循環ファン
１４  温度調節器
１５  排気ノズル
１６  吸気ノズル
１７  回収用パイプ
１８  排気用パイプ
１９  水冷式冷却器
２０  混合器
２１  吸引ノズル
２２，２３  弁
２４  本体扉
２５  側板
２６  レール
２７  床板
２８  計器類
２９  点検扉
３１  外側ケーシング
３２  緩衝材
３３  リベット
３４  シール材
３５  溶接
３６  接着テープ
３７  内側ケーシング
３８  断熱材
４１，４２  吸収槽
４３  ミストトラップ
４４  ポンプ
４５  流量計
４６  グローブボックス
５０  バスケット
５１  床板
５２  側板
５３  梁
５４  柱
５５  装荷台車
５６  車輪
５７  運搬台車
５８  レール
【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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