(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性物質を飛散することなく、燃料デブリを安全に回収する工法を提供する。【解決手段】燃料デブリ５の上に循環コイル銅管２２を配置し、燃料デブリに水と銅粒を投入し、その銅管に液体窒素などの冷媒を通して水を凍らせ、燃料デブリを氷と銅粒の中に冷却密閉し、カドミウムとホウ酸を散布しながら細径のボーリングロッドで燃料デブリを切削し回収する。【選択図】図１
2017009568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料デブリの上の周囲に循環コイル銅管を設置し、水と銅粒を投入し、その循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環させ水を凍らせた氷と銅粒の中で燃料デブリを密封することを特徴とする工法。
【請求項２】
カドミウムやホウ素を燃料デブリに散布するとともに、燃料デブリを回収するボーリングのロッドを細径にし、回収した燃料デブリが臨界質量に達しないようにし、その材料はカドミウムやホウ素が含有したステンレス鋼を使用し、核分裂による中性子を吸収できるように燃料デブリの臨界を阻止すること特徴とする工法。
【請求項３】
原子炉を支えているペデスタルの周囲にコンクリートで囲み補強することを特徴とする工法。
【請求項４】
原子炉建屋、原子炉格納容器、原子炉圧力容器などのひび割れ部や欠損部に水を侵入させ凍結させ補強することを特徴とする工法。
【請求項５】
ボーリング設備が銅粒や氷で閉じ込めた燃料デブリを回収することを特徴とする工法。
【請求項６】
放射性物質を飛散防止の為にボーリング設備が燃料デブリをロッドに収めさらにそれを保管容器に収納し、その二つの容器間を銅粒で満たし燃料デブリからの放射線を十分遮蔽するとともに燃料デブリからの発熱を安定的に放熱させることを特徴とする保管する工法。
【請求項７】
液体窒素などの冷媒を製造するための冷却塔は汚染水から放射性物質を除去した水を冷却水とし使用し大気に蒸発させ、減容処理する工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、原子炉において溶融した燃料の回収工法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ２０１１年３月１１日東日本大震災により福島第一原発１号機から３号機まで炉心溶融した。
廃炉措置の第一段として溶融した燃料を回収することが急務となっている。現在、抜本的な工法が見いだされていない。
【先行技術文献】
【０００３】  気中あるいは水中で溶融した燃料デブリを回収する工法は研究レベルで検討されているものの建屋補修から燃料デブリ回収までに至る全体を捉えた工法がない。それらの検討状況を列記すると、まず、燃料デブリについての臨界対策、冷却対策、遮蔽対策、回収装置の対放射性がいずれも検討不十分であり、第二に水素爆発や炉心熔融により原子炉建屋や原子炉格納容器、原子炉圧力容器の基礎であるペデスタルには無数の亀裂や浸食があり、床の耐荷重が損なわれており、原子炉格納容器は機密性が確保されておらず、ペデスタルは鉄筋が切断しており、これに対する建屋補修、耐震対策も未検討である。第三に燃料デブリの回収を進めると燃料デブリが食い込んでいるペデスタルの基礎を削ることになり、原子炉圧力容器から見れば、自らの足元を切ることになりそれに対する転倒対策も検討されていない。第４に燃料デブリが格納容器外に広がっている場合に対しては全く想定外のところである。しかし高濃度の汚染水を大量に流出している現状から原子炉格納容器の外に燃料デブリが存在することは十分にありうることである。いずれも心許無い検討状況である。
しかしながら、炉心溶融事故を起こしたスリーマイル発電所において実際に採用された燃料デブリ回収工法は福島事故に対して一筋の光明を与えている。ボーリング設備で燃料デブリを切り刻みながら回収した工法である。スリーマイルは原子炉圧力容器内に燃料デブリが留まっていたが福島は原子炉圧力容器の外に放出されており状況は数段厳しい状況にあるが、スリーマイルの工法は福島のパイロット的存在である。
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】森重晴雄が「原子炉において溶融した燃料の回収工法」特願２０１４−３００３７を炉心溶融した燃料を安全に回収する工法として申請している。
【特許文献２】森重晴雄が「氷版密閉式燃料デブリ回収工法」特願２０１４−１０８５２４を炉心溶融した燃料を安全に回収する工法として申請している。
【発明の概要】
【０００５】  本発明はまず原子炉建屋の外から、燃料デブリ冷却管をペデスタル内に挿入し、その冷却管から燃料デブリにカドミウムやホウ素を散布し臨界を防止し、その冷却管を通じ、循環コイル銅管を配置し、燃料デブリに水と銅粒を投入し、その循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環し、水を凍結し、その中に燃料デブリを冷却、密封し、次に、原子炉建屋の外からペデスタルの外周りに挿入したコンクリート圧送管からコンクリートを充填しペデスタルを補強し、さらに原子炉建屋の外から原子炉圧力容器と原子炉建屋内に建屋躯体冷却管を挿入し、その冷却管を通じ、循環コイル銅管を配置し、注水し、その循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環し、水を凍結し、原子炉建屋と原子炉圧力容器を補強するとともに燃料デブリからの放射線を遮蔽し、運転床に作業員がアクセスできるようになり、運転床に覆工板を設置し、その上にボーリング設備を設け、燃料デブリをロッド内に回収し、放射線を十分減衰をさせ、崩壊熱を十分に放熱させる保管容器に回収したロッドを保管することを特徴とする工法である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  燃料デブリを取り出す間も、放射性物質を原子炉建屋の外に飛散させずに安定して崩壊熱を冷却する。【０００７】  炉心熔融で原子炉圧力容器を支えるペデスタルの鉄筋が溶融し切断している。中程度の地震でも原子炉圧力容器とペデスタルは倒壊の可能性があり、耐震補強の必要がある【０００８】  水素爆発や炉心熔融により原子炉圧力容器と原子炉格納容器と原子炉建屋には無数の亀裂が入り、床耐力が損なわれ、その上放射線も致死線量に達し、最上階の運転床は作業員の立ち入りも、機材を搬入することもできない。これら躯体を補強し、さらに遮蔽した上で作業員を立ち入り、機材を搬入できるようにする必要がある。【０００９】  放射性物質を飛散することなく燃料デブリを安全に回収する必要がある。【００１０】  燃料デブリを臨界することなく安全に回収すること。【００１１】  採取した燃料デブリは放射線が極めて強く、崩壊熱も発しており、放射線を十分に減衰させ、熱が貯まらないようにする共に放射性物質が飛散しないように保管すること。【００１２】  燃料デブリ近辺では極めて高い線量が、数秒でコンピューターが破壊するのでロボットは使用できない。【００１３】  非常に硬いとされる燃料デブリを切削できる装置が必要である。【００１４】  本工法で使用された水も放射性物質で汚染され、汚染水となる。この汚染水を減らす必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  原子炉建屋横に燃料デブリ回収塔を設置する。この燃料デブリ回収塔は損傷したペデスタル基礎を補強するためのコンクリート圧送設備と燃料デブリを冷却するための燃料デブリ冷却設備や原子炉建屋を補強する為の建屋冷凍固化設備と燃料デブリや資材を搬送する搬送設備を設置する。建屋が補強された後、運転床には燃料デブリを回収するボーリング設備を設ける。【００１６】  燃料デブリ冷却設備は原子炉建屋、原子炉格納容器を貫通しペデスタル内に挿入された燃料デブリ冷却管を通し燃料デブリの周囲に循環コイル銅管を配置した後に、水と熱伝導度の良い銅粒を燃料デブリの上に投入し、その循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環させ、水を凍結する。【００１７】  ペデスタルの基礎を補強するために原子炉格納容器内のペデスタルまわりにコンクリート圧送設備からコンクリート圧送管を通してコンクリートを注入し、ペデスタルを補強する。【００１８】  建屋冷凍固化設備は原子炉建屋内、原子炉格納容器、原子炉圧力容器に建屋躯体冷却管を通し循環コイル銅管をペデスタル内に挿入し、次にひび割れ部や欠落部に含め水を浸水させ、循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環させ、水を凍らせる。【００１９】  ボーリング設備は原子炉圧力容器を貫通してペデスタル内までボーリングを行い、地質のサンプルを採取するように燃料デブリをロッド内に回収し、そのロッドを運転床に引き上げ保管容器に入れ建屋外に搬出する。【００２０】  臨界防止の為に第一に凍結保存前に燃料デブリの上にカドミウミウムとホウ酸を散布する。第二にボーリング設備のロッドを細径にする。第３にロッドの材料にホウ素やカドミウムを添加する。【００２１】  燃料デブリをロッドに採集し、そのロッドを引き上げる過程でロッドごと保管容器に収納する。保管容器は放射線を十分減衰するための十分な厚さを持つこと。ロッドと保管容器の隙間は熱伝導がよい銅粒で満たす。保管容器は二重のＯリングで密封管理される。【００２２】  ボーリング設備を使用し、燃料デブリを回収する先端部のロッドは金属とダイヤモンドであり、放射線に弱いコンピューターなどを搭載しない。【００２３】  ボーリングの先端は材料のなかで最も高い硬度をもつダイヤモンドを採用する。【００２４】  本工法で発生した汚染水は放射性物質を取り除き、冷却塔の冷却水として使用し大気に蒸発させる。
【発明の効果】
【００２５】  熱伝導が氷より１８３倍以上高く比重も９倍以上ある銅を使うことにより燃料デブリの上に銅と氷の層が数ｍ以上積り、燃料デブリ封入冷却層が形成され、燃料デブリを効率的に安定的に冷却しながら密封できる。今まで使用されていた燃料デブリの冷却水が不要となり、汚染水が大幅に削減される。また燃料デブリから発せられていた放射線も大幅に減衰でき、作業員の被ばく軽減に貢献する。【００２６】  燃料デブリを回収する際にペデスタルの基礎を切除した時や地震時に、ペデスタル、原子炉圧力容器の転倒を防ぐことができる。【００２７】氷で原子炉建屋を固化し補強するとともに放射線を遮蔽し、運転操作床に人の立ち入りや資材搬入ができるようになる。【００２８】  ボーリング設備が燃料デブリを採取しながら直接のロッドの中に飛散することなく安定して収納できる。またこの方法は米国スリーマイル発電所で発生した燃料デブリを採取した実績があり、信頼性が高い。【００２９】  燃料デブリがたとえ一部核分裂で中性子が発生しても中性子はカドミウムやホウ素に吸収される。またロッドを細径にすることにより臨界質量に達しないために臨界しない。【００３０】  保管容器は燃料デブリから発せられる放射線を十分減衰する。放射性物質の飛散防止の為に燃料デブリをロッドと保管容器に二重に収納し、その間に熱伝導の良い銅粒を満たすことにより燃料デブリ安定して放熱させることができる。【００３１】燃料デブリの近くでコンピューターを作動させなくても、燃料デブリを回収できる。【００３２】硬いとされる燃料デブリを切削できる。【００３３】工事で発生する放射性廃棄物が削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】  図１は工法の全体イメージ図を示す。
【図２】  図２は燃料デブリの冷却及び密封の方法を示す。
【図３】  図３は燃料デブリの保管容器を示す。
【図４】  図４は本回収工法の手順１として「原子炉建屋にカバー建屋を設置した状況」を示す。
【図５】  図５は本回収工法の手順２として「原子炉建屋の横に燃料デブリ回収塔を設置した状況」を示す。
【図６】  図６は本回収工法の手順３として「燃料デブリを冷却密封する状況」を示す。
【図７】  図７は本回収工法の手順４として「ペデスタル周りにコンクリートを打ち込む状況」を示す。
【図８】  図８は本回収工法の手順５として「原子炉建屋と原子炉圧力容器に氷を充填する状況」を示す。
【図９】  図９は本回収工法の手順６として「運転床上を整備する状況」を示す。
【図１０】  図１０は本回収工法の手順７として「原子炉上にボーリング設備を設置する状況」を示す。
【図１１】  図１１は本回収工法の手順８として「原子炉格納容器、原子炉圧力容器などの機器、配管をボーリング設備で切り出す状況」を示す。
【図１２】  図１２は本回収工法の手順９として「燃料デブリを回収する状況」を示す。
【図１３】  図１３は本回収工法の手順１０として「燃料デブリを保管容器に収納し搬出する状況」を示す。
【実施例】
【００３５】  図１は工法の全体イメージ図を示している。
原子炉圧力容器１から燃料デブリ５がペデスタル３内の床に落下している。燃料デブリ５を回収するために、まず、原子炉建屋１８の周りは放射性物質飛散防止のため建屋カバー１４を設置し、その横に燃料デブリ回収塔１１を建てる。
燃料デブリ回収塔１１は各部屋に除塵装置を備え燃料デブリ冷却設備９、コンクリート圧送設備１０、建屋冷凍固化設備２１、搬送設備２０及び冷却塔４０から構成されている
コンクリート圧送設備１０は炉心溶融時に損傷したペデスタル３の基礎を補強するためにペデスタル３まわりにコンクリート圧送管７を通しコンクリートを注入し、補強コンクリート１９を製作しペデスタル３を補強し、燃料デブリ５を回収する際にペデスタル３の基礎を切除した時や地震時に、ペデスタル３、原子炉圧力容器１の転倒を防ぐ。
圧力抑制室４は原子炉格納容器２とはこの補強コンクリート１９により隔離される。
燃料デブリ冷却設備９は原子炉建屋１８、原子炉格納容器２を貫通しペデスタル３内に挿入された燃料デブリ冷却管６を通し燃料デブリ５の周囲に循環コイル銅管２２を配置した後に、水と熱伝導度の良い銅粒を燃料デブリ５の上に投入し、その循環コイル銅管２２を液体窒素などの冷媒を循環させ、水を凍結する。
建屋冷凍固化設備２１を用いて建屋躯体冷却管３６を通して、循環コイル銅管２２を設置し、注水し、その後、循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環させて原子炉圧力容器１や原子炉格納容器２の一部や原子炉建屋１８の一部を凍結固化し建屋を補強し及び放射線から遮蔽し運転床２３上に人の立ち入り、資材が搬入できるようにする。
搬送設備２０は燃料デブリ保管容器１３や資材や設備を搬出入する設備である。
ボーリング設備８は運転床２３上のクリーンルーム１２内に設置され原子炉圧力容器１内にボーリングを行い、燃料デブリ５をロッドに収納し、ロッドを運転床に上げ、そのロッドを燃料デブリ保管容器１３に入れて建屋外に搬出する。
冷却塔４０の冷却水は発電所の所内用水のほか、本工法で発生した汚染水から放射性物質を取り除いた水を使用し、大気中に蒸発させる。放射性廃棄物の減量を図る。【００３６】    図２は燃料デブリの冷却及び密封の方法を示している。燃料デブリ５の周囲に燃料デブリ冷却管６を通じ、循環コイル銅管２２を設置し、水１５を注入しながら銅粒１６を投入する。その循環コイル銅管２２に液体窒素１７を循環させ水を凍結させ、燃料デブリ封入冷却層３５を形成させ、燃料デブリ５をその中に冷却密封する。【００３７】  図３は燃料デブリ保管容器を示す。保管容器は保管容器胴部２４、保管容器上蓋２５、保管容器下蓋２６から構成される。できるだけ、ボーリング設備のロッドを降下する前に保管容器上蓋２５と保管容器下蓋２６を外して保管容器胴部２４だけをボーリング設備内に設置し、ロッドが貫通できるように設置する。
ボーリング設備が燃料デブリ円柱片２８を収納したロッド３０を保管容器胴部２４内に引き入れると、保管容器下蓋２６を閉じる。
保管容器下蓋に予め取り付けていたロッド下蓋３４にロッド３０を締め付け固定する。
ロッド３０にロッド上蓋３３を取り付けた後に、ロッド３０と保管容器内との隙間に保管容器内銅粒３２を満たす。
保管容器上蓋２５を閉じ、留めボルト２７を締める。保管容器は２重のＯリング２９で密封管理され、このＯリング間は負圧管理され、圧力計３１により、密封を管理する。【００３８】  図４は原子炉建屋１８の外にカバー建屋１４を設置した状況を示す。【００３９】  図５は原子炉建屋１８の横に燃料デブリ回収塔１１を設置した状況を示す。この燃料デブリ回収塔１１は損傷したペデスタル基礎を補強するためのコンクリート圧送設備１０と燃料デブリを冷却するための燃料デブリ冷却設備９と冷却塔４０や原子炉建屋を補強する為の建屋冷凍固化設備２１と冷却塔４０や燃料デブリや資材を搬送する搬送設備２０を設置している。【００４０】  図６は燃料デブリ冷却設備９を用いて燃料デブリ冷却管６から燃料デブリ５の上周囲に循環コイル銅管２２を配置し、燃料デブリ５の上に水と銅粒を投入し、その循環コイル銅管２２に液体窒素などの冷媒を循環させ燃料デブリ封入冷却層３５が形成され燃料デブリ５を封入した状況を示す。【００４１】  図７はペデスタル３を補強するためにコンクリート圧送設備１０からコンクリート圧送管７を通してコンクリートを打設し補強コンクリート１９を設置した状況を示す。【００４２】  図８は建屋冷凍固化設備２１を用いて建屋躯体冷却管３６を通して、循環コイル銅管２２を設置し、注水し、その後、循環コイル銅管に液体窒素などの冷媒を循環させて原子炉圧力容器１や原子炉格納容器２の一部や原子炉建屋１８の一部を凍結固化し建屋を補強し及び放射線から遮蔽する材が搬入できるようにする状況を示す。【００４３】  図９は原子炉建屋１８内の運転床２３に運転床覆工板３７と建屋シャッター３８と搬送台車３９を設置した状況を示す。【００４４】  図１０は運転床覆工板３７の上にクリーンルーム１２を設け、その中にボーリング設備８と燃料デブリ保管容器１３を設置した状況を示す。【００４５】  図１１はボーリング設備８が原子炉圧力容器１、原子炉格納容器２、などの機器、配管を切り出す状況を示す。【００４６】  図１２はボーリング設備８を用いて燃料デブリ５を回収する状況を示す。【００４７】  図１３は燃料デブリ５を燃料デブリ保管容器１３に収納し搬送台車３９と搬送設備２０を用いて搬出する状況を示す。
【産業上の利用可能性】
【００４８】  放射性廃棄物の除去にこの発明は利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】１．原子炉圧力容器
２．原子炉格納容器
３．ペデスタル
４．圧力抑制室
５．燃料デブリ
６．燃料デブリ冷却管
７．コンクリート圧送管
８．ポーリング設備
９．燃料デブリ冷却設備
１０．コンクリート圧送設備
１１．燃料デブリ回収塔
１２．クリーンルーム
１３．燃料デブリ保管容器
１４．建屋カバー
１５．水
１６．銅粒
１７．液体窒素
１８．原子炉建屋
１９．補強コンクリート
２０．搬送設備
２１．建屋冷凍固化設備
２２．循環コイル銅管
２３．運転床
２４．保管容器胴部
２５．保管容器上蓋
２６．保管容器下蓋
２７．留めボルト
２８．燃料デブリ円柱片
２９．Ｏリング
３０．ロッド
３１．圧力計
３２．保管容器内銅粒
３３．ロッド上蓋
３４．ロッド下蓋
３５．燃料デブリ封入冷却層
３６．建屋躯体冷却管
３７．運転床覆工板
３８．建屋シャッター
３９．搬送台車
４０．冷却塔
【図１】
2017009568.tif 000003
【図２】
2017009568.tif 000004
【図３】
2017009568.tif 000005
【図４】
2017009568.tif 000006
【図５】
2017009568.tif 000007
【図６】
2017009568.tif 000008
【図７】
2017009568.tif 000009
【図８】
2017009568.tif 000010
【図９】
2017009568.tif 000011
【図１０】
2017009568.tif 000012
【図１１】
2017009568.tif 000013
【図１２】
2017009568.tif 000014
【図１３】
2017009568.tif 000015