(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に建設された処分空間内に定置処分される廃棄物の各種のモニタリングを行うシステムであり、廃棄体が長手方向に間隔をおいて定置埋設される処分坑道内、あるいは、坑道に沿って複数設けられ廃棄体が定置埋設される処分孔内又は処分坑道あるいは処分孔近傍の岩盤内に設置したモニタリング装置と、処分坑道あるいは処分孔に連通する立坑内、地下処分場へのアクセス坑道内、地下処分場における主要坑道や連絡坑道内、又は立坑から水平にボーリングした設置孔内に設けた中継機と、地上または地中に設けた管理装置とから構成され、前記モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、センサ本体と、センサからの計測データを無線で送信し、管理装置からの制御信号を無線で受信する送受信器が収納されており、前記中継機は、密閉容器の中に、電源と、モニタリング装置および管理装置からの信号を無線で受信して発信する送受信器が収納されており、前記モニタリング装置で計測された廃棄体、岩盤または坑道支保工に関連する項目のデータを無線で発信し、前記中継機で前記データ信号を中継し、前記管理装置で前記データ信号を受信するように構成されていることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のモニタリングシステムにおいて、信号の伝送に、電磁波、音波または超音波を用いることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモニタリングシステムにおいて、密閉容器内には不活性ガスが充填されていることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステム。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３に記載のモニタリングシステムにおいて、廃棄体の近傍にモニタリング装置を設置し、廃棄体、岩盤または坑道支保工に関連する項目を計測することを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地層処分廃棄物のモニタリングシステムに関するものであり、特に地下深部に埋設処分される高レベル放射性廃棄物を長期間にわたって監視し管理する場合に有効に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
放射性廃棄物の地層処分方法は、従来から種々の方法が提案されており、例えば高レベル放射性廃棄物に関しては、廃棄物をガラス原料と共に高温で溶かし合わせてステンレス鋼製のキャニスターに流し込むことにより、ガラス固化体として安定化処理し、このガラス固化体をオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納し、このオーバーパックを地下数百〜千数百ｍの深さの岩盤中に緩衝材を介して地層処分することが計画されている。
【０００３】
このような地層処分システムにおいて、廃棄体（オーバーパック）を定置埋設するレイアウトとしては、例えば図３に示すような基本的な４つの方式がある。図３(a) は、処分坑道横置き方式であり、左右に一対の主要坑道１，１間に水平あるいは上下方向に傾斜させた処分坑道２を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分坑道２内に廃棄体Ａを横にして坑道長手方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。図３ (b) は、処分立坑竪置き方式であり、上部の主要坑道１と下部の坑道１’間に垂直の処分立坑３を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分立坑３内に廃棄体Ａを竪にして上下方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。
【０００４】
図３ (c) は、処分孔横置き方式であり、処分坑道４の両側壁部に水平の処分孔５を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔５内に廃棄体Ａを横にして定置埋設している。図３ (d) は、処分孔竪置き方式であり、処分坑道４の底部に垂直の処分孔６を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔６内に廃棄体Ａを竪にして定置埋設している。
【０００５】
廃棄体Ａの定置埋設作業が終了すると、地上施設から地下処分場までのアクセス坑道（立坑，斜坑あるいはスパイラル坑道等）および地下処分場における主要坑道や連絡坑道等が埋め戻され、処分場が閉鎖される。
【０００６】
このような地層処分システムにおいて、現在考えられている技術的な概念では、処分場を閉鎖、即ち全ての坑道等を埋め戻した後には、人間の処分場への関与は必要ないというのが基本である。しかし、社会的な側面、地域住民の安心感の醸成の観点から、閉鎖後にも長期にわたり、地下深くに埋設した廃棄体及びその周辺をモニタリングしたいという要求がなされることが想定される。
【０００７】
この場合、一般的には、図４に示すように、処分坑道２内に定置埋設された廃棄体Ａの周辺にセンサ５０を埋設し、さらにセンサ５０と地上施設を通信ケーブル（電線や光ファイバー）５１で結び、この通信ケーブル５１を介してモニタリングを実施することが考えられる。この場合、通信ケーブル５１は、処分坑道２から立坑７等のアクセス坑道内に埋設設置することになる。なお、センサの動力もケーブルを介して地上から供給する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来の通信ケーブル方式では、次のような問題点がある。
【０００９】
(1) ケーブルが水みちとなり、将来、核種の選択的移行経路になる恐れがある。
【００１０】
(2) 土中、高温、高圧の環境下に埋設したケーブルの耐久性は短く、また長距離にわたって敷設されているため、ケーブルの劣化や断線等により長期間のモニタリングは困難である。
【００１１】
(3) 土中、高温、高圧の環境下に埋設したセンサの耐久性は短く、長期間のモニタリングは困難である。
【００１２】
このような通信ケーブル方式の問題点を解決する手段として、特開平７−３０６２９９号公報には、放射性廃棄物処分場における監視装置及び地盤情報送信装置が提案されている。この発明は、図５に示すように、地中に建設された空洞６０中に放射性廃棄物６１を定置処分する処分場において、空洞６０の近傍の地中に埋設したセンサ群６２により地盤情報を検出し、各センサ６２ａからの測定信号を送受信機６３のアンテナ６４から弾性波（電歪素子音源による電歪振動）ＥＶとして発信し、地盤中を伝搬した弾性波ＥＶを地上や地中の測定装置６５で受信するものである。送受信機６３は、廃棄物が放出する熱を利用する熱電変換素子６６により発電された電力を動力としている。
【００１３】
しかし、この監視方法の場合、（1）地下数百〜千数百ｍの深さの地下深部から弾性波を減衰させずに伝搬させるのは難しく、また、弾性波を地上まで伝搬させるためには、送受信機６３に大型で大容量のものが必要となる、（2）放射性廃棄物から発生する熱だけで、センサ群６２や送受信機６３の電源を賄うのは難しい、（3）各センサ６２ａを高温・高圧の地中に埋設しており、長期間のモニタリングは困難である、などの問題点がある。
【００１４】
本発明は、以上のような問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、廃棄物の地層処分場のモニタリングにおいて、従来の通信ケーブルが水みちとなって将来の汚染の移行経路となるのを防止することができると共に、廃棄物及びその周辺の挙動を長期間にわたって確実にモニタリングすることのできる地層処分廃棄物のモニタリングシステムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、地中に建設された処分空間内に定置処分される廃棄物の各種のモニタリングを行うシステムであり、廃棄体が長手方向に間隔をおいて定置埋設される処分坑道内、あるいは、坑道に沿って複数設けられ廃棄体が定置埋設される処分孔内又は処分坑道あるいは処分孔近傍の岩盤内に設置したモニタリング装置と、処分坑道あるいは処分孔に連通する立坑内、地下処分場へのアクセス坑道内、地下処分場における主要坑道や連絡坑道内、又は立坑から水平にボーリングした設置孔内に設けた中継機と、地上または地中に設けた管理装置とから構成され、前記モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、センサ本体と、センサからの計測データを無線で送信し、管理装置からの制御信号を無線で受信する送受信器が収納されており、前記中継機は、密閉容器の中に、電源と、モニタリング装置および管理装置からの信号を無線で受信して発信する送受信器が収納されており、前記モニタリング装置で計測された廃棄体、岩盤または坑道支保工に関連する項目のデータを無線で発信し、前記中継機で前記データ信号を中継し、前記管理装置で前記データ信号を受信するように構成されていることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステムである。
【００１６】
この請求項１では、地下深部の処分坑道や処分孔などの処分空間に定置埋設される廃棄体（オーバーパック）等に近接して、あるいは、その近傍などに、モニタリング装置が埋設設置され、このモニタリング装置による計測データが無線方式により中継機を介して地上等の管理装置に伝送され、この管理装置においてモニタリングが実施される。
【００１７】
本発明の請求項２は、請求項１に記載のモニタリングシステムにおいて、信号の伝送に、電磁波（磁気信号など）、音波または超音波を用いることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステムである。
【００１８】
本発明のモニタリングシステムにおいて、モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、各種の計測を行うセンサの本体と、センサからの計測データを無線で送信し、管理装置からの制御信号を無線で受信する送受信器が収納されている。
【００１９】
本発明のモニタリングシステムにおいて、中継機は、密閉容器の中に、電源と、モニタリング装置および管理装置からの信号を無線で受信して発信する送受信器が収納されている。
【００２０】
本発明では、密閉容器に、耐腐食性、耐圧性、耐放射性等に優れた材質と厚肉の球殻等の容器を用い、電源には、長寿命電池をモニタリングの必要年数分搭載し、例えば１００年以上の長期にわたって使用できるようにする。モニタリング装置の送受信器は、計測データを電磁波方式、音響方式や超音波方式で中継機へ発信し、また、地上等の管理装置からの制御信号を中継機を介して受信する。中継機の送受信器は、前記データ信号を受信して中継機や地上等の管理装置に発信し、また、地上等の管理装置からの制御信号を受信して中継機やモニタリング装置に発信する。
【００２１】
本発明の請求項３は、請求項１または請求項２に記載のモニタリングシステムにおいて、密閉容器内には不活性ガスが充填されていることを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステムである。即ち、密閉容器内に窒素ガス等を封入し、内部機器の劣化を抑制し、モニタリング装置および中継機を長期間にわたって使用できるようにする。
【００２３】
本発明の請求項４は、請求項１、請求項２または請求項３に記載のモニタリングシステムにおいて、廃棄体の近傍にモニタリング装置を設置し、廃棄体、岩盤、人工バリアまたは坑道支保工等に関連する項目を計測することを特徴とする地層処分廃棄物のモニタリングシステムである。モニタリング項目としては、例えば、廃棄体の温度など、緩衝材の温度、膨潤圧、ひずみなど、周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）などがある。
【００２５】
本発明では、廃棄体が定置埋設される処分坑道等の処分空間に連通する立坑に中継機を設置する。高レベル放射性廃棄体の場合には、地下処分場へのアクセス坑道（立坑や斜坑等）、地下処分場における主要坑道や連絡坑道等に中継機を設置する。また、立坑等は廃棄体の定置作業完了後に埋め戻し材（土など）により埋め戻され、電磁波等は埋め戻し材中を伝搬することになるが、埋め戻し材中で電磁波等は減衰するため、データ等の伝送が問題なく実施できる距離毎に中継機を設置する。なお、埋め戻し前の状態でも、本発明のモニタリングシステムによるモニタリングを実施することができる。
【００２６】
以上のような構成の本発明では、モニタリング装置からの計測データを電磁波や音波等による無線方式で中継機を介して地上等の管理装置に伝送し、管理装置においてモニタリングを行うため、従来の通信ケーブル方式のように通信ケーブルが水みちとなって核種等の選択的移行経路になることがなく、処分場の安全性を損なうことがない。
【００２７】
また、電磁波や音波等による無線方式で中継機を介してデータ伝送を行うため、処分場閉鎖後の土中でも計測データを確実にデータ伝送することができ、さらに、モニタリング装置や中継機は、長期間使用でき、かつ、土中、高温、高圧の環境下において長期にわたって腐食や劣化等に耐える構造であるため、廃棄物及びその周辺の挙動を長期間にわたって確実にモニタリングすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、高レベル放射性廃棄物の地層処分場に本発明を適用した例である。
【００２９】
図１は、図３ (a) の処分坑道横置き方式に適用した例であり、地下深部に水平の処分坑道２が多数掘削形成され、地上からのアクセス坑道である立坑７から、主要坑道や連絡坑道等（図示せず）を通って廃棄体（オーバーパック）Ａが搬入され、処分坑道２内に長手方向に所定の間隔をおいて定置埋設される。
【００３０】
各処分坑道２内には、緩衝材（ベントナイトを主な成分とする混合土など）Ｂが充填される。なお、緩衝材Ｂのベントナイト混合土は、力学的な緩衝機能，低透水性能，放射性物質の低拡散性能を有する材料であり、岩盤圧や地下水の影響を低減し、核種の移行を遅延させることができるものである。廃棄体Ａの定置作業が終了すると、立坑７、主要坑道、連絡坑道等が土などの埋め戻し材Ｃで埋め戻される。
【００３１】
このような地層処分場において、本発明では、図１ (a) に示すように、処分坑道２内の廃棄体Ａに、または、廃棄体Ａの近傍に、あるいは、坑道に近接する岩盤内などに、モニタリング装置１０を埋設設置し、立坑７あるいは主要坑道や連絡坑道等に中継機１１を所定の距離をおいて埋設設置し、廃棄体Ａおよびその周辺の挙動をモニタリングし、計測データを無線方式で地上へ送信し、長期間にわたって確実なモニタリングを実施できるようにする。
【００３２】
モニタリング装置１０は、図１ (b) に示すように、密閉容器１２の中に、長寿命電源１３と、各種センサ１４と、送受信器１５と、制御装置１６を搭載して構成されている。中継機１１は、図１ (c) に示すように、密閉容器１２の中に、長寿命電源１３と、２台の送受信器１５，１５と、制御装置１６を搭載して構成されている。
【００３３】
密閉容器１２は、耐腐食性、耐圧性、耐放射線性等に優れた容器である。この密閉容器１２は、１００年以上腐食や劣化に耐えるものが好ましく、例えば、材質は鋼材、セラミックス、硬質プラスチック等とし、さらに、厚みを大きくし、腐食や劣化が生じても問題ないようにする。また、このような密閉容器１２内には、窒素等の不活性ガス１７を充填し、内部機器の劣化を防止する。
【００３４】
長寿命電源１３は、内部機器を作動させるためのものであり、原子力電池（アイソトープ電池）やリチウムイオン電池等の長寿命電池１３ａをモニタリングに必要な年数分だけ搭載して構成する。
【００３５】
センサ１４は、温度センサ、圧力センサ、変位センサ（傾斜計）、超音波センサ，ｐＨセンサなどであり、例えば次のような項目を計測する。
【００３６】
（1）廃棄体Ａの温度など、（2）緩衝材Ｂの温度、膨潤圧、ひずみなど、（3）周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）など。
【００３７】
なお、センサ本体は密閉容器１２内に収納されているため、例えば、耐腐食性、耐圧性、耐放射線性等に優れたプローブを用い、これを密閉容器１２に一体的に接続し、先端部分を検出箇所に配置する。
【００３８】
モニタリング装置１０の送受信器１５は、センサ１４からの計測データを無線方式で発信し、かつ、地上施設の管理装置２０からのセンサ１４への制御信号を無線方式で受信するものである。中継機１１では、一方の送受信器１５で受信した計測データの信号または制御信号を他方の送受信器１５で発信するようにされている。
【００３９】
信号の無線伝送には、電磁気信号による電磁波方式あるいは音波信号による音響方式・超音波方式等を用いる。電磁波（例えば磁気信号）方式の場合には、土中での減衰により伝搬距離に限界があるため（数１０ｍ）、伝搬距離に応じて中継機１１を多数設置し、また、比較的減衰の小さい低い周波数帯を使用するなどする。
【００４０】
中継機１１は、立坑７等にデータ通信が問題なく実施できる距離毎に設置されるが、岩盤中の専用の空間、例えば、立坑７から水平にボーリングした設置孔１８等に設置してもよい。なお、管理装置２０も地上に限らず、地中あるいは地中に構築した空間に設置することもできる。
【００４１】
モニタリング装置１０の制御装置１６は、制御基盤やメモリ等を備え、メモリに計測データを保存し、送受信器１５からの計測データの送信を制御し、また、地上からの制御信号によりセンサ１４を制御するものである。センサ１４は常時作動させてもよいし、電源１３を節約するために定期的に作動させてもよい。
【００４２】
中継機１１の制御装置１６は、制御基盤等を備え、一方の送受信器１５で受信した計測データや制御信号をノイズの除去や信号の補正などの必要な処理を加えて他方の送受信器１５から発信させる。
【００４３】
管理装置２０は、信号の送受信器、データ処理装置、データ出力装置、データ入力装置等を備え、受信した信号を処理して計測データを求め、データの保存や出力を行い、また、センサの制御信号を出力するように構成されている。
【００４４】
以上のような構成において、立坑７等が埋め戻されて処分場が完全に閉鎖された後、図２に示すように、地上施設の管理装置２０からの制御信号が多数の中継機１１を介して各箇所のモニタリング装置１０に無線方式で伝送され、前述した各種の計測が連続して、あるいは、定期的になされる。計測データはモニタリング装置１０から多数の中継機１１を介して地上施設の管理装置２０に無線方式で伝送され、長期間にわたって確実なモニタリングが実施される。
【００４５】
従来の通信ケーブルを使用しないため、通信ケーブルが水みちとなって核種の選択的移行経路になることがなく、処分場の安全性を損なうことがない。また、モニタリング装置や中継機は、耐腐食性や耐圧性等に優れ、不活性ガスを封入した密閉容器１２の中に、長寿命電源１３、送受信器１５、制御装置１６あるいはセンサ１４などを収納し、長期間使用でき、かつ、土中、高温、高圧の環境下において長期にわたって腐食や劣化等に耐える構造であるため、長期間にわたって確実にモニタリングを実施することができる。
【００４６】
なお、このモニタリングシステムは、処分場の閉鎖前の廃棄体や岩盤等のモニタリングに使用できることは言うまでない。
【００４７】
また、図示例は、処分坑道と立坑による地下処分場について示したが、その他の形式の地下処分場にも適用することができる。
【００４８】
また、本発明は、以上のような放射性廃棄物の地層処分場に限らず、その他の廃棄物の埋設処分にも適用が可能である。
【００４９】
【発明の効果】
(1) 廃棄物の処分空間に設置したモニタリング装置からの計測データを電磁波や音波等による無線方式で中継機を介して地上等の管理装置に伝送し、管理装置においてモニタリングを行うため、従来の通信ケーブル方式のように通信ケーブルが水みちとなって核種等の選択的移行経路になることがなく、処分場の安全性を損なうことがない。
【００５０】
(2) 電磁波や音波等による無線方式で中継機を介してデータ伝送を行うため、処分場閉鎖後の土中でも計測データを確実にデータ伝送することができ、さらに、モニタリング装置や中継機は、長期間使用でき、かつ、土中、高温、高圧の環境下において長期にわたって腐食や劣化等に耐える構造であるため、廃棄物及びその周辺の挙動を長期間にわたって確実にモニタリングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のモニタリングシステムを放射性廃棄物の地層処分に適用した場合の１例であり、(a) 全体を示す断面図、(b) はモニタリング装置の断面図、(c) は中継機の断面図である。
【図２】  図１のモニタリングシステムにおける信号の伝送状況を示す斜視図である。
【図３】  本発明のモニタリングシステムが適用される放射性廃棄物の地層処分の基本的な定置方式を示す斜視図である。
【図４】  従来の通信ケーブル方式によるモニタリングシステムを示す断面図である。
【図５】  従来の弾性波による監視システムを示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ……廃棄体
Ｂ……緩衝材
Ｃ……埋め戻し材
１……主要坑道
２……処分坑道
３……処分立坑
４……処分坑道
５……処分孔
６……処分孔
１０……モニタリング装置
１１……中継機
１２……密閉容器
１３……長寿命電源
１３ａ…長寿命電池
１４……センサ
１５……送受信器
１６……制御装置
１７……不活性ガス
１８……設置孔
２０……管理装置
【図１】
0004250876.tif 000002
【図２】
0004250876.tif 000003
【図３】
0004250876.tif 000004
【図４】
0004250876.tif 000005
【図５】
0004250876.tif 000006