(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄体の溶出による拡散を防止する拡散防止構造物であって、
前記廃棄体を包囲する第１電極と、
前記第１電極を包囲する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを電気的に導通する導通線と、
を具備し、
前記廃棄体の崩壊熱により前記第１電極と前記第２電極との間に温度勾配を生じさせて起電力を発生させることを特徴とする拡散防止構造物。
【請求項２】
前記第１電極または前記第２電極の少なくともいずれかは、イオン化して溶出した前記廃棄体を捕捉し、前記溶出した廃棄体を析出させることを特徴とする請求項１に記載の拡散防止構造物。
【請求項３】
前記廃棄体を格納する容器と、前記容器と地盤との間に設けられる緩衝材と、を有し、
前記第１電極は、前記容器の構成部材であることを特徴とする請求項１に記載の拡散防止構造物。
【請求項４】
前記廃棄体を格納する容器と、前記容器と地盤との間に設けられる緩衝材と、を有し、
前記第２電極は、前記緩衝材の外側あるいは内部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の拡散防止構造物。
【請求項５】
前記廃棄体を格納する容器と、前記容器と地盤との間に設けられる緩衝材と、を有し、
前記第２電極は、前記緩衝材の外側に設けられる格子状鉄筋あるいは鉄板であることを特徴とする請求項１に記載の拡散防止構造物。
【請求項６】
前記廃棄体を格納する容器と、前記容器と地盤との間に設けられる緩衝材と、を有し、
前記緩衝材は鉄筋コンクリートを含み、前記第２電極は前記緩衝材を構成する鉄筋であることを特徴とする請求項１に記載の拡散防止構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄体（放射性核種、重金属、その他汚染物質等）の拡散を防止する拡散防止構造物に関する。より詳細には、電気化学的手法を利用した拡散防止構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄体（放射性核種、重金属、その他汚染物質等）の拡散による土壌汚染が問題となっている。廃棄体がイオン化して放射性廃棄物処分施設等から漏出することにより土壌汚染が進行する。外的な影響（荷重等の物理的な作用力等）を受けない場合でも、イオン化した廃棄体の拡散は、イオンの濃度勾配により生じる。従って、廃棄体が人体や環境に対して有害である場合、廃棄体の拡散を防止することが極めて重要である。
【０００３】
一般に、対象とする部位の周囲に難拡散層（コンクリートやベントナイト等）や不拡散層（シート等）を設置することにより、イオン化した廃棄体の拡散を防止する。また、電気化学的な手法により、イオン化した廃棄体の拡散を防止する工法も提案されている（例えば、［特許文献１］、［特許文献２］、［特許文献３］参照。）。
【０００４】
放射性廃棄物は、その廃棄物が放つ放射能量及び半減期によって、低レベル放射性廃棄物、中レベル放射性廃棄物、高レベル放射性廃棄物、ＴＲＵ廃棄物（ｔｒａｎｓｕｒａｎｉｃ、超ウラン元素）に分類される。
特に、高レベル放射性廃棄物の処分においては、数万年〜数十万年間の期間、廃棄物を岩盤中に隔離する必要があるとされる。放射性廃棄物の処分において、放射能の強い期間（例えば、千年間）に関しては、セメント及びベントナイト等の人工バリア層及び周辺岩盤により、放射性核種等の拡散防止機能が期待され、当該期間以降に関しては、耐久性等の面で人工バリア層の機能が期待できないこともあり、岩盤のみによる放射性核種等の拡散防止機能が期待される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６７５５９号公報
【特許文献２】特開２００１−３４０８４１号公報
【特許文献３】特開２０００−２１８２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、イオン化した廃棄物の拡散を防止するために難拡散層や不拡散層を設置しても、難拡散層や不拡散層自体が破損する虞があるという問題点がある。
具体的には、コンクリートやベントナイト等の難拡散層の場合、施工時において温度環境や乾燥収縮等によりひび割れ等が生じる虞がある。また、地震発生時等にひび割れ等が発生する可能性がある。また、ひび割れが生じない場合でも、拡散防止構造物を打継部のない形式で構築することは困難である。
【０００７】
すなわち、拡散防止構造物を構築する際に十分な設計や安全を配慮したとしても、コンクリートやベントナイト等の難拡散層を用いる場合、ひび割れや想定外の欠陥が生じたり、打継部が存在するので、イオン化した廃棄体の拡散を防止することが困難であるという問題点がある。
同様に、シート等の不拡散層の場合、破損が生じた場合には破損個所からイオン化した廃棄体が漏出するという問題点がある。
従って、これらコンクリートやベントナイトやシート等の難拡散層及び不拡散層自体が破損した場合においてもイオン化した廃棄体の拡散を抑制することが可能な技術が必要である。
【０００８】
また、従来の電気化学的な手法を用いる技術では、イオン化した廃棄体の拡散抑制のために外部電源の供給が必要不可欠であるという問題点がある。
具体的には、拡散を防止したい位置に電極を挿入し、これらの電極に外部より電位を与えることにより、金属を卑側（−側）あるいは貴側（＋側）に分極させてイオン化した廃棄体を電極に引き寄せる。
【０００９】
特に、放射性廃棄物等を対象とする場合、数百年〜数万年オーダで廃棄体の拡散を防止する必要がある。外部電源を用いる従来の技術の場合、数百年〜数万年以上の間、電流を供給する必要があり、経済的にも維持管理上も実現が困難であるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄体の拡散を長期間防止すると共に経済的負担及び維持管理負担等を軽減することを可能とする拡散防止構造物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】
【００１１】
前述した目的を達成するために本発明は、廃棄体の溶出による拡散を防止する拡散防止構造物であって、前記廃棄体を包囲する第１電極と、前記第１電極を包囲する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に導通する導通線と、を具備し、前記廃棄体の崩壊熱により前記第１電極と前記第２電極との間に温度勾配を生じさせて起電力を発生させることを特徴とする拡散防止構造物である。
【００１２】
廃棄体は、放射性核種、重金属、その他汚染物質等である。
第１電極は、廃棄体を包囲する陽極である。廃棄体を格納する容器の構成部材を第１電極としてもよい。第１電極としては、例えば、廃棄体を格納する鋼製のキャニスタを用いることができる。
第２電極は、第１電極を包囲する陰極である。第２電極としては、緩衝材の外側に設けられる鉄板や格子状鉄筋、緩衝材を構成する鉄筋コンクリートの鉄筋を用いることができる。
尚、緩衝材は、廃棄体を格納する容器と地盤との間に設けられる難拡散層あるいは不拡散層等の人工バリアである。緩衝材は、例えば、コンクリートやベントナイト、鉄筋コンクリート、セメント等の充填材等である。
導通線は、第１電極と第２電極との間を電気的に導通する線路である。導通線としては、各種リード線、金属棒等を用いることができる。
【００１３】
本発明の拡散防止構造物は、廃棄体の崩壊熱により第１電極と第２電極との間に温度勾配を生じさせて起電力を発生させ、第１電極及び前記第２電極は、イオン化して溶出した廃棄体を捕捉し、溶出した廃棄体を析出させる。
【００１４】
本発明の拡散防止構造物は、金属のイオン化傾向の違いを利用した電気化学的手法により、緩衝材（不拡散層、難拡散層等）の不具合により漏洩した、放射性廃棄物処分施設からのイオン化した放射性核種や重金属等の汚染物質の拡散を防止する技術に関するものである。
本発明の拡散防止構造物は、従来技術が必要とする外部電源を使用しないところに特徴を持つ。具体的には、放射性核種の保存期間中に発生する熱を利用して汚染物質の拡散防止技術を提供するものである。
【００１５】
本発明では、温度差による起電力によりマクロセルが形成され、イオン化して溶出した廃棄体を各電極に捕捉して析出させ、廃棄体の漏出及び拡散を防止することができる。
また、廃棄体の崩壊熱による温度差が生じ、温度勾配に起因する起電力により電気回路が形成されるため、長期間に渡って電源の供給等を行う必要がなく、費用的負担及び維持管理負担等を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、廃棄体の拡散を長期間防止すると共に経済的負担及び維持管理負担等を軽減することを可能とする拡散防止構造物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る拡散防止構造物の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００１８】
最初に、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る拡散防止構造物１の構造について説明する。
図１は、拡散防止構造物１の垂直断面図である。
【００１９】
拡散防止構造物１は、電極（陽極）５、緩衝材７、電極（陰極）９、導通線１１等から構成される。
拡散防止構造物１は、地盤３への廃棄体１３の漏出及び拡散を防止する構造物である。拡散防止構造物１は、廃棄体１３を格納して地盤３に埋設される。
【００２０】
電極５は、廃棄体１３を包囲するアノード（＋：陽極）である。電極５としては、キャニスタ１５を用いることができる。キャニスタ１５は、廃棄体１３を格納する鋼製の密閉容器である。
緩衝材７は、廃棄体１３の地盤３への漏出及び拡散を抑制する層である。緩衝材７は、電極５と地盤３との間に設けられる。緩衝材７としては、セメント等の充填材１７、コンクリート１９等を用いることができる。
電極９は、電極５を包囲するカソード（−：陰極）である。電極９としては、鉄板２１、格子状鉄筋等を用いることができる。この場合、鉄板２１、格子状鉄筋等は、緩衝材７の外側に設けられる。
【００２１】
導通線１１は、電極５と電極９との間を電気的に導通する線路である。導通線１１としては、各種リード線、金属棒等を用いることができる。
廃棄体１３は、放射性核種、重金属、その他汚染物質等である。
高温領域２３については、後述する。
【００２２】
次に、図２及び図３を参照しながら、拡散防止構造物１おける拡散防止について説明する。
【００２３】
図２は、拡散防止構造物１における拡散防止を示す模式図である。
廃棄体１３は、放射性核種の場合、β線あるいはα線等の放射線を放出して崩壊する（放射性崩壊）。放射線のエネルギの大部分は、崩壊熱３３となる。廃棄体１３の崩壊熱３３により、廃棄体１３の温度が上昇し、廃棄体１３を包囲する電極５の周辺は、高温領域２３となる。
【００２４】
電極５と電極９との間には、温度勾配が生じ、電極５と電極９とを導通線１１により電気的に導通することにより、起電力が生じてマクロセル３１が形成される。
マクロセル３１は、高温領域２３の電極５をアノード（＋：陽極）とし、環境温度領域の電極９をカソード（−：陰極）とする回路である。マクロセル３１は、電極５において電子３５を取り込み導通線１１を介して電極９に電子３５を供給する。
【００２５】
廃棄体１３は、イオン化して陰イオン化物質３７及び陽イオン化物質３９となって溶出する。
電極５は、負（−）に帯電している陰イオン化物質３７を捕捉し、電極９は、正（＋）に帯電している陽イオン化物質３９を捕捉する。
陰イオン化物質３７は、電極５に電子３５を渡し、電極５近傍に析出物４１となって析出する。陽イオン化物質３９は、電極９から電子３５を取り込み、電極９近傍に析出物４３となって析出する。
【００２６】
図３は、廃棄体専有面積と緩衝材温度との関係の一態様を示す図である（核燃料サイクル開発機構、「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性」、第ＩＶ章、平成１１年１１月２６日、参照。）。
曲線１０５、曲線１０７、曲線１０９は、それぞれ、埋設深度２０００ｍ、埋設深度１０００ｍ、埋設深度３００ｍにおける、廃棄体１３の１本当たりの専有面積（横軸）と緩衝材７の最高上昇温度（縦軸）との関係を示す。
【００２７】
地盤３、緩衝材７、廃棄体１３の組成、廃棄体１３の専有面積、埋設深度等に応じて上昇温度は異なる。埋設深度が３００ｍ〜２０００ｍの場合、電極５（キャニスタ１５等）周辺の高温領域２３は、６０℃〜１３０℃となり、電極９（鉄板２１等）周辺の環境温度より高温となる。特に、高レベル放射性廃棄物においては、放射能は強く、発生する崩壊熱３３も非常に高い。
尚、廃棄体１３の崩壊熱３３により周辺温度が上昇するが、温度上昇に関しては、緩衝材５の性能低下を防止すべく、廃棄体１３の専有面積を確保して所定の制限温度（例えば、１００℃）を超えないようにすることが望ましい。
【００２８】
以上の過程を経て、拡散防止構造物１では、廃棄体１３の崩壊熱３３によりマクロセル３１が形成され、電極５及び電極９は、イオン化して溶出した廃棄体１３を捕捉して析出させる。
【００２９】
このように、第１の実施の形態では、温度差による起電力を元にマクロセルが形成され、イオン化して溶出した廃棄体を各電極に捕捉して析出させ、廃棄体の漏出及び拡散を防止することができる。
【００３０】
従って、緩衝材７を構成するコンクリートやベントナイト等の難拡散層になんらかの原因でひび割れが発生し、イオン化した廃棄体１３が漏洩した場合でも、電極５（キャニスタ１５等）と外側に設置した電極９（鉄板２１等）との間に生じた電位差により、イオン化した放射性核種や重金属等の土壌汚染物質が両金属（電極５及び電極９）に吸着され、電子の授受を行うことにより、金属析出物となってそれ以上拡散することを防止することが可能となる。
【００３１】
また、電極が置かれた環境の温度（崩壊熱３３）により電気回路（マクロセル３１）を形成しているため、電源の供給等は必要なく、長期に渡り（崩壊熱が発生する期間）回路を維持することが可能である。従って、経済的負担及び維持管理負担等を軽減することができる。
【００３２】
また、電極５（キャニスタ１５等）は、アノード側になることで腐食しやすくなるが、鉄腐食生成物がウラン等の重金属を結晶内に取り込み安定化させることによりバリア機能を期待することができる。
一方、電極９（鉄板２１等）は、温度差による起電力がある限り電位が卑側（−側）に保たれるため、カソード防食環境にあることになり腐食することはない。
【００３３】
尚、電極９として用いる鉄板２１に関しては、完全に被覆してもよいし、鉄板を等間隔に設置してもよい。被覆することにより廃棄体の拡散を物理的に防止することができる。また、マクロセル回路が形成されるため、鉄板は防錆され長期的耐久性を確保することができる。また、Ｈ鋼等を用いて格子を組むようにしてもよい。
【００３４】
次に、図４を参照しながら、第２の実施の形態に係る拡散防止構造物１ａについて説明する。
図４は、拡散防止構造物１ａの垂直断面図である。
【００３５】
拡散防止構造物１ａは、電極（陽極）５、緩衝材７ａ、電極（陰極）９ａ、導通線１１等から構成される。
第１の実施の形態では、電極９は、緩衝材７の外側に設けられるが、第２の実施の形態では、電極９ａは、緩衝材７ａの内部に設けられる。電極５、導通線１１等は、第１の実施の形態の拡散防止構造物１と同様である。
【００３６】
緩衝材７ａとしては、セメント等の充填材１７、鉄筋コンクリート２５等を用いることができる。
電極９ａとしては、緩衝材７ａを構成する鉄筋コンクリート２５の鉄筋２７を用いることができる。
【００３７】
拡散防止構造物１ａでは、鉄筋コンクリート２５が緩衝材７ａとして使用され、当該鉄筋コンクリート２５の鉄筋２７が電極９ａとして使用され、導通線１１は、電極５（キャニスタ１５等）と電極９ａとの間を電気的に導通する。
【００３８】
拡散防止構造物１ａでは、先述の拡散防止構造物１と同様に、廃棄体１３の崩壊熱３３によりマクロセル３１が形成され、電極５及び電極９ａは、イオン化して溶出した廃棄体１３を捕捉して析出させる。
【００３９】
このように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、温度差による起電力を元にマクロセルを形成し、イオン化して溶出した廃棄体を各電極に捕捉して析出させ、廃棄体の漏出及び拡散を防止することができる。
また、廃棄体の崩壊熱による温度差が生じ、温度勾配に起因する起電力により電気回路が形成されるため、長期間に渡って電源の供給等を行う必要がなく、費用的負担及び維持管理負担等を軽減することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、放射性廃棄物から生じる崩壊熱を利用した電気化学的手法により、経済的負担及び設備管理負担等を増大させることなく、不拡散層及び難拡散層の不具合により漏洩した、核廃棄物処分施設からのイオン化した放射性核種や重金属等の汚染物質の拡散を防止することができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる拡散防止構造物の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】拡散防止構造物１の垂直断面図（第１の実施の形態）
【図２】拡散防止構造物１における拡散防止を示す模式図
【図３】廃棄体専有面積と緩衝材温度との関係図
【図４】拡散防止構造物１ａの垂直断面図（第２の実施の形態）
【符号の説明】
【００４３】
１………拡散防止構造物
３………地盤
５………電極（陽極）
７………緩衝材
９………電極（陰極）
１１………導通線
１３………廃棄体
１５………キャニスタ
１７………充填材
１９………コンクリート
２１………鉄板
２３………高温領域
２５………鉄筋コンクリート
２７………鉄筋
３１………マクロセル
３３………崩壊熱
３５………電子
３７………陰イオン化物質
３９………陽イオン化物質
４１、４３………析出物
【図１】
0004566858.tif 000002
【図２】
0004566858.tif 000003
【図３】
0004566858.tif 000004
【図４】
0004566858.tif 000005