(57)【要約】      （修正有）【課題】汚染物質の飛散を防止し、燃料デブリを安全に回収する方法を提供する。【解決手段】原子炉格納容器を冷却し、負圧にしてキレツ部を通じて空気を流れ込ませ、その空気中の水蒸気を結露、凍結させて密封し、汚染物質の飛散を防止する。次いで燃料デブリ回収装置１３を原子炉内に送り、臨界と水素爆発の防止のためにホウ酸とオゾン入りの高圧水または高温蒸気を装置の噴射ノズル１５から燃料デブリ５に噴射しつつ液体窒素を流して燃料デブリの隙間から洩れでた水や蒸気を覆うように凍らせ、装置先端部の燃料デブリを氷の中に密封する。密封された燃料デブリにその噴射ノズルから超高圧水を噴射し燃料デブリを破砕し亀裂を生じさせ、さらに装置から電磁波を燃料デブリに照射し加熱して水を蒸発させ、その膨張力で内部から燃料デブリを粉砕し、格納容器上に置かれた保管容器に圧送し回収する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を損傷し汚染水を流出している原子力発電所格納容器内に液体窒素あるいは冷却炭酸ガスなどを注入し、ペデスタル入り口付近で凍結させ汚染水を密封し、さらにペデスタル周りに注水し氷で充填しペデスタルの耐震補強をすること特徴とする工法。
【請求項２】
炉心を損傷した原子炉内に投入した燃料デブリ回収装置のスカート内側からオゾンとホウ酸を含んだ高圧水また高温高圧蒸気を燃料デブリに向かって噴射させ、同時にそれを覆うように装置のスカート外側から冷却空気また冷却窒素や液体窒素などで噴射しながら、燃料デブリの隙間から洩れ出た高温高圧水または高温蒸気を取り囲み、結露、凍結させ、回収装置先端部の燃料デブリを厚い氷で水素爆発することなく、臨界することなく安全に密封することを特徴とする工法。
【請求項３】
燃料デブリを超高圧水または超高圧蒸気で破砕し亀裂をいれ、さらに電磁波を燃料デブリに照射し、燃料デブリを高温に加熱し燃料デブリ内の空隙や亀裂に浸みこんでいる水に伝熱し、その水が蒸発し、その膨張力で内部から燃料デブリを破砕することを特徴とする工法である。
【請求項４】
予め真空引きした保管容器に粉砕された燃料デブリを水蒸気で圧送し、保管容器内に圧送された水蒸気と燃料デブリは、水蒸気は断熱膨張を起こし温度が低下し、結露、凍結し、燃料デブリは中性子を吸収するカドミウム入りの金属板に付着、回収され、その後、保管容器を加熱し水を分離し同時に保管上有害となるホウ酸などの物質を洗浄し燃料デブリだけを保管することを特徴とする燃料デブリの輸送及び保管方法である。
【請求項５】
燃料デブリの粉体輸送を終えた水蒸気を液体窒素で冷却し、真空の中で、液化、凍結し、外界にでる汚染物質を極力低減するフィルターである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、福島第一で発生している汚染水対策と燃料デブリ回収に関する。
【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汚染水が漏えいしている。現在、抜本的な工法が見いだされていない。
炉心溶融した炉心近くは極めて高い放射線の為に電気集積回路が破壊され、ロボットが１時間と生存しない。燃料デブリを回収するには、電気集積回路を必要としない回収装置が求められる。
【先行技術文献】
【０００３】  原子炉建屋の周りに凍土壁が設置され汚染水の海洋流出が軽減されたが、原子炉から汚染水流出は続いている。燃料デブリを回収する方法は定まっていない。
【特許文献】
【０００４】炉心溶融した燃料を安全に回収する工法としては特許として当方は以下の通り申請している。
▲１▼「原子炉において溶融した燃料の回収工法」平成２６年１月３０日出願  特願２０１４−３００３７
▲２▼「氷盤密閉式燃料デブリ回収工法」平成２６年５月８日出願  特願２０１４−１０８５２４
▲３▼「アイス固化式燃料デブリボーリング回収工法」平成２７年６月１９日出願  特願２０１５−１３６５０３
▲４▼「原子炉容器や格納容器のキレツを空気中の水蒸気を用いて封鎖する工法」平成２７年９月３０日出願  特願２０１５−２０５９０７
【発明の概要】
【０００５】  本発明はまず、炉心溶融した格納容器内に液体窒素や冷却空気や液体窒素など注入し冷却しペデスタル出入り口から流出している汚染水を凍結させ汚染水を閉じ込め、次に原子炉内に残された燃料デブリを回収する為に、ボーリング装置でスカート状の燃料デブリ回収装置を送り、その装置のスカート内側から高圧水または高温蒸気を燃料デブリに噴射し、同時にその装置のスカート外面から液体窒素を流し、燃料デブリの隙間から洩れでた水や蒸気を覆うように凍らせ装置先端部の燃料デブリを氷の中に密封し、その回収装置の内側から超高圧水また超高圧高温蒸気を燃料デブリに噴射し燃料デブリを破砕し亀裂を生じさせ、電磁波を燃料デブリに照射し加熱する、燃料デブリ内の空隙や亀裂に浸透した水に伝熱させ瞬時に水を蒸発させ、その膨張力で、燃料デブリをさらに粉砕し、微粉末にし、容器内に生じた蒸気圧で微粉末にされた燃料デブリを予め真空引きした保管容器に圧送し、保管容器内に圧送された水蒸気と燃料デブリは、水蒸気は断熱膨張を起こし温度が低下し、予め液体窒素で冷却された保管容器内部の冷却管表面に結露、凍結し、燃料デブリは中性子を吸収するカドミウム入りの金属板に付着し回収され、保管容器に吸収されない残りの物質は液体窒素で冷却された真空のフィルターで除去され、その後、保管容器を室温に戻し水を分離し同時にホウ酸などの有害物質を洗浄し燃料デブリを回収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】海洋汚染の元凶となっている汚染水の流出を食い止める必要がある。【０００７】原子炉内に取り残された燃料デブリは極めて高い放射線の中にあり、極めて高い放射線に対して強靭な装置が必要である。【０００８】燃料デブリを臨界させることなく他に飛散させることなく安全に回収すること。【０００９】格納容器内や原子炉容器内は燃料デブリが散乱しており、それぞれの蓋を開ければ放射性粉塵が放出されることから、蓋解放は事実上不可能である。【００１０】格納容器内や原子炉容器内に燃料デブリの他にステンレス製の構造物が溶け落ちておりこれも回収する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】格納容器内に冷却空気、冷却窒素、液体窒素などを投入し格納容器内を冷却する。【００１２】  格納容器内を排気し、亀裂部から外部の空気を吸引する。亀裂部で空気中の水蒸気で結露させさらに凍結し、亀裂を塞ぎ、格納容器から放射性粉塵が飛散することを防ぐ。【００１３】  格納容器内のペデスタル出入り口を冷却空気、冷却窒素、液体窒素などでさらに冷却し、汚染水を凍結し、汚染水の流出を止め、燃料デブリを冷却していた冷却水を停止する。【００１４】格納容器上部からボーリング装置で格納容器蓋及び原子炉蓋を貫通し原子炉内部にケ−シングを挿入する。【００１５】ケ−シングにスカート状の燃料デブリ回収装置を投入する。【００１６】  炉心を損傷した原子炉内に投入した燃料デブリ回収装置のスカート内側からオゾンやホウ酸を含んだ高圧水また高温高圧蒸気を燃料デブリに向かって噴射させ、同時にそれを覆うように装置のスカート外側から冷却空気また冷却窒素や液体窒素などで噴射しながら、燃料デブリの隙間から洩れ出た高温高圧水または高温蒸気を取り囲み、結露、凍結させ、回収装置先端部の燃料デブリを厚い氷で水素爆発することなく、臨界することなく安全に密封する。【００１７】  燃料デブリを超高圧水または超高圧蒸気で破砕し、さらに電磁波を燃料デブリに照射し、燃料デブリを高温に加熱し燃料デブリ内の空隙に浸みこんでいる水を蒸発させ、その膨張力で内部から燃料デブリを破砕する。【００１８】予め真空引きした保管容器に粉砕された燃料デブリを水蒸気で圧送し、保管容器内に圧送された水蒸気と燃料デブリは、水蒸気は断熱膨張を起こし温度が低下し、結露、凍結し、燃料デブリは中性子を吸収するカドミウム板に付着、回収される。【００１９】液体窒素の供給をとめ保管容器を室温に戻し、氷を水とし、水を分離し、水処理を行い、同時にホウ酸などの有害物質を洗浄し燃料デブリだけを保管する。【００２０】燃料デブリの粉体輸送を終えた水蒸気やそれに含まれる汚染物質は真空にしたフィルターの中を液体窒素で冷却し、液化、凍結し、外界にでる汚染物質を極力低減する。
【発明の効果】
【００２１】  原子炉格納容器及び原子炉圧力容器内から漏れている冷却水や原子炉格納容器のペデスタルの入り口部で凍結し、汚染水の流出を阻止できる。【００２２】  原子炉容器内の燃料デブリも材料分離をしながら安全に保管容器に輸送される。【００２３】  燃料デブリを粉体にして圧送するので希薄となり燃料が臨界質量に達せず、保管上、有害となる物質も除去して燃料デブリが臨界することなく安全に保管できる。【００２４】  フィルターを真空引きした上、液体窒素で冷却することから高い真空度を得ることから燃料デブリの捕集率は飛躍的に高まる。この装置は原理的には大型の真空装置と差異がない。同様な仕組みは核融合実験炉などの大型チャンバーを真空引きするクライオポンプとターボ分子ポンプの連携に広く実績があり、その真空度から透過率最大１０のマイナス１１乗の捕集率が見込め、ターボ分子ポンプの出口に繋がるヘパフィルターの１０のマイナス３乗の効果を入れると総合で最大１０のマイナス１４乗程度の透過率が見込め、捕集率は９９．９９９９９９９９９９９９９％と見込める。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  図１は工法の全体イメージ図を示している。
【図２】  図２はペデスタル入り口部を凍結し汚染水の流出を阻止する状況を示す。
【図３】  図３は燃料デブリ回収装置の概要を示す。
【図４】  図４は燃料デブリ回収装置を燃料デブリの上に設置する状況を示す。
【図５】  図５は回収する燃料デブリを密封する状況を示している。
【図６】  図６は燃料デブリを粉砕し、燃料デブリ用保管容器に輸送する状況を示している。
【図７】  図７は圧送された燃料デブリの細粉を燃料デブリ用保管容器に保管する状況を示す。
【図８】  図８は液体窒素を用いた汚染除去装置を示している。
【実施例】
【００２６】  図１は工法の全体イメージ図を示している。
燃料デブリ５が原子炉１内やデスタル３内の床に散在している。燃料デブリ５を回収するために、まず、格納容器内２にプラントの換気システムを代用した液体窒素注入管４を通じて液体窒素８を注入し冷却し、同じくプラントの換気システムを代用した排気管２８から格納容器２内の排気を行い、負圧にする。格納容器２の亀裂部分から空気を侵入させ、その空気中の水蒸気により結露させ、凍結し格納容器２の気密を行い放射性粉塵の飛散を防ぐ（特願２０１５−２０５９０７に出願済み）。ペデスタル３入り口から流出している汚染水を凍結させ汚染水を閉じ込める。
（図−３にて解説）。以上の施策により格納容器の上部の環境線量を低減させ、格納容器上部に作業用床鉄板９を敷設する。作業用床鉄板９の上にボーリング装置２７を設置しハンドリング用貫通管１０、燃料デブリ回収装置用貫通管１１、コリメータ付きガンマーカメラ用貫通管１２を貫通させる。ハンドリング用貫通管１０内にハンドリング装置２６を設置しコリメータ付きガンマーカメラ用貫通管１２内にコリメータ付きガンマカメラ１６を設置する。
燃料デブリ回収装置用貫通管１１に燃料デブリ回収装置１３を送り、燃料デブリの回収を行う（図−３，４，５，６，７，８参照）。その回収装置から微粉末にした燃料デブリ５を格納容器２上部に設置した燃料デブリ用保管容器される。排気は冷却したフィルター２３を通して大気に解放される。【００２７】  図２は汚染水の流出を食い止めるイメージを示している。
原子炉１周りに液体窒素あるいは冷却炭酸ガスなどを注入し、燃料デブリ５を冷却して汚染している水６をペデスタル３入り口付近で凍結させ氷７で密封し、さらにペデスタル３周りに注水し氷７で充填しペデスタルの耐震補強をする。【００２８】  図３は燃料回収装置１３を示している。
装置は重心低く安定を保つためにスカート状の形状をして、内部の突起物には高圧噴射ノズル１５、コリメータ付きガンマカメラ１６、線量計１７、圧送管１８があり、底部には液体窒素を循環させる装置内液体窒素冷却管１４がある。１４には氷を融解する電気ヒーター１９が付随している。
スカート内部上部には高周波加熱機２０があり、スカート外面には外部凍結用液体窒素発射ノズル２１がある。【００２９】図４燃料デブリ回収装置１３を燃料デブリ５の上に設置する状況を示している。
設置する時は燃料デブリ回収装置をハンドリング装置で吊り上げ、回収目標とする燃料デブリ５の上に吊り上げ、装置には液体窒素を充填せず、電気ヒーター１９を加熱し、底面の氷７を溶かし、水平に設置する。【００３０】  図５は回収する燃料デブリ５を密封する状況を示している。
燃料デブリ回収装置の高圧噴射ノズル１５から１Ｍｐａ程度のオゾンとホウ酸水を含んだ高圧水を燃抖デブリ５に向かって噴射させ、同時にそれを覆うように装置の外側にある外部凍結用液体窒素発射ノズル２１から液体窒素８を噴射しながら、燃料デブリ５の隙間から洩れ出た高温高圧水または高温蒸気を取り囲み冷却し、結露、凍結させ、回収装置先端部の燃料デブリ５を厚い氷７で水素爆発することなく、臨界するもともなく密封する。３０は氷と水との境界を示す。【００３１】    図６燃料デブリ５を粉砕し、燃料デブリ用保管容器に輸送する状況を示している。
燃料デブリ回収装置１３の高圧噴射ノズル１５から３０Ｍｐａ程度の超高圧水または超高温蒸気を燃料デブリ５に向かって噴射させ、燃料デブリ５を破砕しさらに高周波加熱機２０から電磁波を燃料デブリ５に照射し、燃料デブリ５を高温に加熱し燃料デブリ５内の空隙に浸みこんでいる水６を蒸発させ、その膨張力で内部から燃料デブリ５を細粉し、蒸気で圧送管１８を通じて燃料デブリ用保管容器に圧送される。【００３２】  図７は圧送された燃料デブリの細粉を燃料デブリ用保管容器に保管する状況を示している。
予め真空引きした保管容器に粉砕された燃料デブリを水蒸気で圧送し、保管容器内に圧送され、水蒸気と燃料デブリは、水蒸気は断熱膨張を起こし温度が低下し、予め液体窒素で冷却された冷却管表面に結露、凍結し、燃料デブリは中性子を吸収するカドミウム板２４を複数立てた仕切り板に付着、回収され、その後、保管容器を加熱し水を分離し同時に保管上有害となるホウ酸などの物質を洗浄し燃料デブリを保管する。【００３３】  図８は液体窒素を用いたフィルターを示している。
燃料デブリを粉体輸送しまだ水蒸気が残る気体や汚染物質は保管容器からフィルターに吸引され、フィルター内で、液体窒素を循環させる液体窒素Ｕチューブ４０に結露し凍結し汚染物質も液化し、窒素や酸素とともに僅かに汚染物質がターボ分子ポンプで排気されその中に残る終端のヘパフィルタで汚染物質が捕捉され、窒素や酸素だけが大気に放出される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  危険物の除去にこの発明は利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】  １．原子炉
２．原子炉格納容器
３．ペデスタル
４．液体窒素注入管
５．燃料デブリ
６．水
７．氷
８．液体窒素
９．作業用床鉄板
１０．ハンドリング用貫通管
１１．燃料デブリ回収装置用貫通管
１２．コリメータ付きガンマ−カメラ用貫通管
１３．燃料デブリ回収装置
１４．装置内液体窒素冷却管
１５．高圧噴射ノズル
１６．コリメータ付きガンマカメラ
１７．線量計
１８．圧送管
１９．電気ヒーター
２０．高周波加熱機
２１．外部凍結用液体窒素発射ノズル
２２．燃料デブリ用保管容器
２３．フィルター
２４．カドミウム版
２５．貫通管用アイスプラグ
２６．ハンドリング装置
２７．ボーリング装置
２８．排気管
２９．汚染除去装置
３０．水と氷の境界
３１．保管容器入口バルブ
３２．保管容器出口バルブ
３３．保管容器ドレンバルブ
３４．フィルター入口バルブ
３５．フィルタ−出口バルブ
３６．フィルタードレンバルブ
３７．フィルター液体窒素入口バルブ
３８．フィルタ−液体窒素出口バルブ
３９．冷却室
４０．液体窒素Ｕチューブ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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