(57)【要約】【課題】  極めて長期間にわたる地層処分をより安全なものとする観点から、設計上想定された長期間にわたり優れた耐食性及び構造強度を満足するとともに、設計上の想定期間経過後においても緩衝材の漏れ出しを抑止することができ、経済性に優れる新規な放射性廃棄物の地層処分容器を提供する。【解決手段】  本発明にかかる放射性廃棄物の地層処分容器は、セラミックス製であって、好ましくは容器全体の形状の一断面が楕円となる中空回転体とした内殻２と当該内殻を覆う耐食金属材料製の被覆部材３とで構成する。【選択図】      図１
2005127916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地層処分において放射性廃棄物を収容する地層処分容器であって、
セラミックス製の内殻と、
当該内殻を覆う耐食金属材料製の被覆部材と
から構成されることを特徴とする放射性廃棄物の地層処分容器。
【請求項２】
容器全体の形状を、その一断面が楕円となる中空回転体とすることを特徴とする、請求項１に記載された放射性廃棄物の地層処分容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料の再処理により発生する高レベル放射性廃棄物、TRU廃棄物等(以下、「放射性廃棄物」という。)の地層処分において、当該放射性廃棄物を収納して処分するための地層処分容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃棄物は、超長半減期の放射性核種を含んでいることから、処分に際しては極めて長期間にわたり放射性核種が漏れ出さないように処置することが必要である。
そのため、放射性廃棄物の処分に際しては、これを地層処分環境下における耐食性や構造強度に優れた容器に収容、密封した上で、当該処分容器を地下深くに埋設処分（以下「地層処分」という。）することが検討されている。
【０００３】
具体的には、放射性廃棄物を例えばガラス固化体として、これを地上の放射性廃棄物受入施設において、前記地層処分容器に収納し、蓋部を溶接することなどにより密封を行い、検査等を行った後に、当該地層処分容器は遮蔽機能を施した専用の搬送装置に挿入し、立坑を通して、地下深くの安定な岩盤中等に設置された地層処分施設まで搬送される。地層処分施設には、床部に複数の処分孔を有する多数の処分坑道があり、放射性廃棄物を収納した地層処分容器は、そのような処分孔の一つに定置される。定置に際しては、地下水等により放射性核種が漏洩することを防止することを目的とする緩衝材（例えば、一種の粘土であるベントナイトにケイ砂を混ぜたもの）が、地層処分容器の上下、側部等周囲すべてを一定の厚みを有するように設置され、全ての処分孔に地層処分容器が定置されると処分坑道そのものも埋め戻され、処分が完了する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような地層処分容器に要求される要件としては、地層処分環境における耐食性に優れること、地層中において想定される圧力に耐えられる構造強度を有すること、コストが安いこと、等があり、耐食性に優れるチタン合金或いはチタン複合製容器、強度に優れる炭素鋼厚肉容器、コストの安いコンクリート製容器等（ただし、コンクリート製容器においては長期にわたる機能の評価が困難とされている）が考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２１１１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地層処分においては、長半減期の放射性核種が設計上想定される相当の長期間にわたり、地層処分容器内から漏れ出さないことが必要である。
このため、地層処分容器に要求される上述の要件については、当該設計上想定される相当の長期間にわたりそれが満足されているか、又は、要件が完全には満足されなくとも該地層処分において悪影響を及ぼさない程度であることが解析等により確認されなければならないことは当然のことである。
【０００６】
しかし、地層処分により非常な超長期にわたり放射性物質の人間の生活圏への漏れ出しが防止されるべきであることを考慮すれば、上記設計上想定した期間の経過後も工学的に可能な限り上述の要件が満足されていることが望ましい。
本発明は、極めて長期間にわたる地層処分をより安全なものとする観点から、設計上想定された長期間にわたり地層処分容器の要件、すなわち優れた耐食性及び構造強度を満足するとともに、設計上の想定期間経過後においても、放射性核種の漏れ出しを抑制することができ、経済性にも優れる新規な放射性廃棄物の地層処分容器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明によれば、地層処分において放射性廃棄物を収納する地層処分容器であって、セラミックス製の内殻と、当該内殻を覆う耐食金属材料製の被覆部材とから構成されることを特徴とする地層処分容器が提供される。
本発明に係る地層処分容器を完成するにあたり地層処分容器に求められる要件のうち、耐食性に関連して、地層処分容器に腐食が発生した場合に想定される問題点として、（ａ）腐食により地層処分容器の密封性が失われることによる放射性核種の漏洩（以下、「密封性の喪失」という。）、（ｂ）腐食生成物が生成され該腐食生成物が膨れることによる緩衝材との干渉、圧力の増加（以下、「圧力の増加」という。）、（ｃ）地層処分容器の密封性が失われた後は、地層処分容器内に封入されていた放射性物質が地層処分容器に浸入する地下水に溶け出す可能性があるが、腐食反応の形態によって発生しうる水素ガス等の圧力によりこれら放射性核種を含む地下水が押し出される結果、それに含まれる放射性核種も地層処分容器近傍の緩衝材とともに押し出され、周囲の岩盤等へ拡散してしまう（以下、「緩衝材の押し出し」という。）、の3点があげられる。
【０００８】
また、現在想定されている緩衝材は、一種の粘土に砂を混合したものであり、地層処分容器の比重等の条件によっては地層処分容器が沈降により移動する可能性がある。沈降による移動が生じると地層処分容器が緩衝材の下端に達し、地下水の浸入やそれによる地層処分容器からの放射性核種の漏洩を遅延させるという緩衝材の機能が十分に果たせなくなることになる。
【０００９】
本容器は、その主要構造物である内殻部を、セラミックス製としたことで腐食の発生が想定しえず、従って設計上想定した期間の経過後であっても耐食性に係る前述の「圧力の増加」、「緩衝材の押し出し」の問題が発生することは考えられず、腐食による構造強度の低下もなく、またセラミックスの比重が緩衝材の比重に近いことから緩衝材中における容器の沈降もない。
【００１０】
従って、設計上の想定期間の経過後に、地層処分容器から放射性核種が漏洩した場合であっても、該放射性物質を含む地下水を緩衝材中に長期間閉じ込めておくことが可能となる。しかも、セラミックス製の内殻に十分な厚みをもたせることにより地層処分環境下において想定される圧力に耐えられる構造が可能となる。
さらに、セラミックス製の内殻の外側を耐食金属材料製の被覆部材で全体で覆うことにより、設計上想定した期間内については、密封性が確保される。
【００１１】
また、該耐食金属材料製の被覆部材の厚みは薄いことから腐食が発生したとしてもそのによる膨張量が少なく、「圧力の増加」や「緩衝材の押し出し」は事実上問題にならない。
前述の地層処分容器については、深地下において想定される高い圧力に耐える設計とすることが必要であるが、一般にセラミックスは圧縮応力に対しては高い強度を示すが、引張応力に対する強度は大ではないとされる。従って、引張応力の発生する場所、及びその大きさを低減させることが必要であり、そのためには地層処分容器の形状を球形もしくはそれに近い形とすることが望ましい。
【００１２】
また、現在、地層処分容器に収納して処分することが想定されている、高レベル廃液をホウケイ酸ガラスで固化したガラス固化体は、取り扱いの容易な円柱状形状をしており、該ガラス固化体を可能な限り無駄のないスペースに収納することがコスト面から望ましい。
セラミックス地層処分容器の引張応力を低減させるとともに収納部形状を放射性廃棄物形状に適合させるため、前述の地層処分容器の形状をその一断面が楕円となる厚肉の中空回転体とすることが望ましい（請求項２）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の地層処分容器は、セラミックス製の内殻と、当該内殻を覆う耐食金属材料製の被覆部材とを備えるため、設計上想定した期間内にあっては、放射性物質を地層処分容器外へ漏洩させることのない密封性を確保することができ、設計上の想定期間内及び当該期間経過後であっても、（ａ）地層処分容器の外表面の腐食生成物の膨れによる緩衝材との相互干渉すなわち「圧力の増加」がなく、（ｂ）水素ガス等の発生により放射性核種を含む虞のある地下水を緩衝材中又はその近傍から押し出すことがなく、（ｃ）緩衝材中において沈降等により移動し岩盤に達して緩衝材の効果を失わせることもなく、（ｄ）処分環境下において想定される高い圧力にも耐えることができるという著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態につき、その形態の一つである実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、本発明に係る地層処分容器１は、セラミックス製の内殻２と、内殻２全体を外側から被覆する耐食金属材料製の被覆部材３から構成される。
セラミックス製の内殻２は、地下深くにおいて高い圧力に曝された場合であっても引張応力の発生を抑制することができる、例えば、楕円回転体の長軸方向に水平に上下2つに分割できる半割部材２ａと２ｂとから構成され、且つガラス固化体７の略円柱形状に適合させた形状の内部空間８が形成されている。半割部材２ａと２ｂにより組み立てられた内殻２の、外壁形状及び空間８を区画する内壁形状は特に限定されないが、構造強度上、又、収容するガラス固化体７の形状を考慮すると、好ましくはその一断面が楕円形である回転体として形成される。空間の大きさは、放射性廃棄物を収容する容器として適切な大きさとして設定されるが、ガラス固化体７の場合では、例えば、直径約４５ｃｍ程度、高さ約１．４ｍ程度のガラス固化体７を１体封入できる空間が必要になる。また、半割り部材２ａと２ｂの厚さは、外部からかかる圧力に耐えうる構造強度を有するよう適宜設定される。なお、内部空間の形状については、ガラス固化体に隙間なく合わせた形状としてもよいし、隙間部にセラミックス製或いは緩衝材と同様の組成の充填材を充填しておいてもよい。
【００１５】
使用されるセラミックス材料としては、強度、製作性に優れるものが望ましく、例えば、酸化物系のセラミックスが好適に使用される。
部材２ａと２ｂは、内部にガラス固化体７を収容した後、接合面２ｃにおいて互いに重ね合わされる。なお、接合面２ｃの形状としては図１に示す平面状でもよいが、互いに嵌合する段差を設ける構造としてもよい。
【００１６】
被覆部材３は、内殻２の表面全体を覆う形状、すなわち、一断面が楕円である回転体形状の表皮であって、その内寸は、被覆部材３の形成する空間に内殻２を隙間なく収容できるよう設定される。
被覆部材３の厚さは、地層処分環境下においてごく僅かずつ進展しうるものとして評価された１年あたりの腐食量と密封性を要求される期間とを考慮して設定すればよい。
【００１７】
被覆部材３の材料は特に限定されないが、地層処分環境下における耐食性に優れることが必要であり、チタン又はチタン合金或いは、銅又は銅合金が好適に使用できる。
チタン又はチタン合金の材料を使用する場合には、前記耐食性に加え、加工性、溶接性等を考慮し、例えば、チタン合金（Ｇｒ１７）が好適に使用できる。或いは、銅又は銅合金材料を使用する場合には、耐食性等を考慮し、例えば、無酸素銅が好適に使用できる。
【００１８】
被覆部材３は、内殻２と同様、楕円回転体の長軸方向に水平に2分割した２部材または、楕円回転体の長軸方向に３分割した３部材から構成され（分割体は図示せず）、各部材を内殻２の外表面に覆い被せた後、これらを電子ビーム溶接等により接合し、地層処分容器の設計上の想定期間における密封性を確保する。また、このように形成された被覆部材３は、地層処分環境下で想定される高い圧力が加わった場合においても、高い構造強度を有する内殻２に外側から密着しているため圧潰することはない。なお、被覆部材３の材料の工作性、溶接性或いは作業性によっては、本実施例以外の被覆部材の分割数、分割形状等適宜選択可能である。
【００１９】
次に、上述の地層処分容器１の埋設手順を説明する。
被覆部材３が被せられた地層処分容器１は、図示しない、放射線遮蔽を施された専用の搬送装置に挿入され、地下に設けられた処分施設まで搬送される。
地下深くの岩盤６中に設けられた地層処分施設には、処分坑道９があり、処分坑道の床９ａの岩盤６に一定間隔で、例えば水平断面が楕円である筒状の処分孔５が穿たれている。該処分孔５内には、処分孔５の形状、大きさの一致する、緩衝材(ベントナイトにケイ砂を混ぜたもの)４が処分孔５の底部から上部まで定置される。該緩衝材４の中央にもその底面が地層処分容器１に適合する楕円回転体形状であって側壁部の水平断面が楕円であり、地層処分容器１を定置することができる収容孔４ａが設けられている。なお、該収容孔４ａの底面と処分孔５の底面、収容孔４ａの側面と処分孔５側面との間には、設計上必要な厚さの緩衝材４が存在することになる。
【００２０】
前述の専用搬送装置により処分坑道まで運ばれた、ガラス固化体７の入った地層処分容器１は、当該収容孔４ａの中に図示しない専用の定置装置により例えば楕円回転体の長軸方向を水平にして定置される。定置後に地層処分容器１の上にも、図示しない専用装置により、緩衝材４ｂが定置され、容器１の周囲がすべて設計上必要な厚さ以上の厚さの緩衝材４により囲まれる。さらに処分坑道そのものも緩衝材または岩などにより埋め戻され、処分が完了する。
【００２１】
処分された地層処分容器１は、設計上の想定期間にわたり地層処分環境下における耐食性を有する被覆部材３により密封性が確保され、放射性物質を移送する可能性のある地下水が地層処分容器１内に浸入することを防止する。また、これら耐食性金属の地層処分環境下における腐食量は僅かであり、緩衝材の押し出し、腐食生成物による膨れもない。
また、セラミックス製内殻2が周囲から加わる圧力を支え、内部のガラス固化体７が圧力により破壊されたり、地層処分容器１自体が破損し直接地下水が接触してガラス中に閉じ込められた放射性核種が溶け出し、流出することを防止する。
【００２２】
設計上想定された期間の経過後は、被覆部材3の健全性が保証されないので地層処分容器１の密封性も保証されない。しかし、地層処分容器１の密封性が維持されずに、地下水が、地層処分容器１内に浸入しガラス固化体と接触し、ガラス中に閉じ込められた放射性核種が地下水に溶け出して地層処分容器１から流出したとしても、既に処分から長期間経過しているためそのような放射性核種の量は減衰により小となっている。その上に、地下水に含まれる当該放射性核種が、緩衝材中に滞留し、岩盤を通過して人間の生活圏に到達するまでには、更に長時間を要することを考慮すれば、環境への悪影響は極めて少ないと考えられる。
【００２３】
なお、この種の地層処分容器として、長期間の腐食量評価に基づく腐食しろや地層処分環境下において優れた耐食性を有するチタン又はチタン合金や銅又は銅合金等耐食合金の被覆を施した炭素鋼製厚肉容器も考えられるが、当該地層処分容器は設計上の想定期間についての耐食性等の要件が一応確保されていると考えられる。しかし、これらの炭素鋼性厚肉容器の場合には、設計上想定された期間が経過し、少なくとも腐食しろが失われた後や、耐食性被覆がその密封性を失い地下水の浸入が発生し、耐食性被覆内側の炭素鋼構造部の腐食が始まった後は、前述の「圧力の増加」や「緩衝材の押し出し」が発生する可能性は排除できない。内殻2がセラミックス製である本発明に係る地層処分容器１の場合には、この段階においてもかかる事象の発生を想定する必要はなく、地層処分における安全性は、上述の炭素鋼製厚肉容器に比較してさらに向上している。
【００２４】
また、埋設後の地層処分容器の緩衝材中における沈降による移動について、上述の炭素鋼製厚肉容器は、その主要構造材である炭素鋼の比重が、緩衝材として考えられているベントナイト（粘土の一種）とケイ砂の混合物などに比較すると高いことから、緩衝材中で地層処分容器が沈降し緩衝材の下端に達することにより前述の緩衝材の効果が失われる事態も懸念される。しかし、本発明に係る地層処分容器１の場合には、その主要構造材であるセラミックスの比重は、緩衝材４の比重に近いことから、緩衝材４中における容器の沈降が生じず、緩衝材４中を地層処分容器１が移動してその下端に達し緩衝材４の効果を失わせることもない。
【００２５】
なお、図１では、中空楕円回転体形状の内殻２を上下に等しく水平に分割した形のものを重ね合わせる構造として例示されているが、左右に分割した形でもよく、また、それ以外の部位、方向に分割した形とすることも可能である。
しかしながらいかなる方法を採用したとしてもセラミックスは必ずしも許容引張応力が高くない点に留意する必要がある。すなわち地層処分容器１外側から圧力がかかった場合の内殻２の応力分布が、採用する内殻２の分割方法によって変化するため、発生する最大応力がセラミックスの許容引張応力の範囲内であることが必要である。
【００２６】
また、容器１の収容孔４ａへの定置について、容器１は図１では楕円回転体長軸方向について水平に定置されているが、縦に定置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る、地層処分容器の、地層処分場における埋設状態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    地層処分容器
２    セラミックス製内殻
３    耐食金属材料製被覆
４    緩衝材
４ａ  収容孔（緩衝材中）
４ｂ  緩衝材の蓋
５    処分孔
６    岩盤
７    ガラス固化体
【図１】
2005127916.tif 000003