(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、
容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、水を充填することを特徴とする廃棄体パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記水を充填する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする請求項１に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄体パッケージの製造方法に関し、特に原子力発電から発生する放射性廃棄物を含む廃棄体の周囲をベントナイトなどの土質材料からなる緩衝体で包囲し、この外側を防護体で被覆して構成される廃棄体パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電から発生する放射性廃棄物は、環境に影響を与えることを防止するため、溶融したガラスに混ぜ合わせて固体の廃棄体とされ、緩衝体を介してトンネルなどの埋設施設に埋設されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
緩衝体は、所定の弾性および遮水性を有するように、例えばベントナイトと砂とを混合して形成した土質材料を締め固めて構築される。緩衝体は、地下水が廃棄体に接触することを防止する一方で、地震等の外力に伴うトンネルの変形に応じて緩衝体が変形することで、内包する廃棄体に加わる外力を低減するように機能する。
【０００４】
この緩衝体を介して廃棄体を埋設施設に埋設する場合には、工場において、例えば、上記土質材料を圧縮して、円板状の緩衝ブロック、および中央に廃棄体の外径に対応する孔を有する円板状の緩衝ブロックを形成しておき、その後、トンネルの内部に円板状の緩衝ブロックを配置してから、中央に孔を有する円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に複数配置し、上記孔によって廃棄体を収納する収納領域を形成した後、その収納領域に廃棄体を入れてから、収納領域を塞ぐ態様で円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に配置することが考えられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、工場において、廃棄体と、廃棄体の周囲に構築する円盤型の緩衝ブロックであって、予め圧縮成形されたベントナイト系土質材料からなる緩衝ブロックと、緩衝ブロックを覆う防護体とを備えて成る廃棄体パッケージを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００６】
他方、こうした廃棄体パッケージを製造する他の方法として、例えば、図１０−１に示される方法が知られている。この方法は、図１０−１に示すように、防護体としての円筒型容器を半割り分割した半円筒状容器の一方を横置き状態にし、この容器内へ複数の略半円板状の緩衝ブロックを装填する。次いで、装填した緩衝ブロックによって中央に形成された凹部に円柱状の廃棄体を嵌め込んで、その上方に複数の略半円板状の緩衝ブロックを載置してから他方の半円筒状容器を被せることにより、円柱状の廃棄体パッケージを製造するものである。また、図１１−１に示すように、防護体としての円筒型容器を縦置きしておき、その中に廃棄体と緩衝ブロックを装填する方法で円柱状の廃棄体パッケージを製造することもできる。
【０００７】
また、上記の放射性廃棄物を地中埋設処分する方法あるいは構成に関して、放射性廃棄物を埋設処分する際に用いられる円筒型遮水層（例えば、特許文献３および４参照）、緩衝材ブロックの定置施工法（例えば、特許文献５参照）が知られている。さらに、埋設施設に構築される緩衝体の締め固め方法（例えば、特許文献６参照）、緩衝体の密度を均一にする締め固め方法（例えば、特許文献７参照）、粘土系難透水性材料の圧縮成形方法（例えば、特許文献８参照）、ベントナイト固状体を高密度にする方法（例えば、特許文献９参照）、ベントナイト固状体の締め固め方法（例えば、特許文献１０参照）が知られている。また、埋設廃棄物の充填材としてベントナイトスラリーを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１１および１２参照）。さらに、地盤内にエタノールを配合したベントナイトスラリーを充填する方法が知られている（例えば、特許文献１３、１４および１５参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−６９１１２号公報
【特許文献２】特開２００７−２３２４８２号公報
【特許文献３】特開２００７−１０５６３４号公報
【特許文献４】特開２００７−６９１１１号公報
【特許文献５】特開２００７−７１６５６号公報
【特許文献６】特開２００７−２４０１５３号公報
【特許文献７】特開２００８−３０３３号公報
【特許文献８】特開２００６−３２７０９２号公報
【特許文献９】特開２００３−２７９６８９号公報
【特許文献１０】特開２００３−２５５０８７号公報
【特許文献１１】特開２００７−３１９７３２号公報
【特許文献１２】特開２００３−２１１１１３号公報
【特許文献１３】特開２００３−９６７６３号公報
【特許文献１４】特開２００３−９６４５０号公報
【特許文献１５】特開２００１−３２３４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記の従来の廃棄体パッケージの製造方法は、図１０−１あるいは図１１−１に示すように、緩衝体としての緩衝ブロックと防護体の容器内面との間に隙間が生じてしまう。この場合、廃棄体パッケージを搬送する際の振動や衝撃によって、廃棄体パッケージ内の緩衝体が破損したり、廃棄体が位置ズレするおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、防護体と緩衝体との間の隙間を小さくすることができる廃棄体パッケージの製造方法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】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、水を充填することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記水を充填する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、注入される水は、先行設置されてある圧縮成形された不飽和状態の土質材料から吸水されることにより体積が収縮する。一方、先行設置されてある土質材料が吸水した水は、最初に土質材料の間隙を満たすことに費やされ、その後、間隙水で飽和した後は、土質材料中に含有する吸水膨潤性粘土の吸水膨張相当分の体積分だけ膨張する。この結果、防護体内面と先行設置されてある土質材料との間および土質材料と廃棄体との間の隙間は小さくなる。したがって、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内を真空あるいは負圧状態とすることにより、注入される水は、間隙部に存在していた空気によって流動を妨げられることなく防護体内に生じている隙間全体に迅速かつ確実に行き渡る。このため、防護体内の緩衝体の平均密度をより早くより均質にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１−１は、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の横型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図１０−２は、横型製造方式による廃棄体パッケージの製造方法の概念図である。図１−２は、縦型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図１１−２は、縦型製造方式による製造方法の概念図である。
【００１６】
図１−１および図１０−２、あるいは図１−２および図１１−２に示すように、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体１０と、廃棄体１０の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体２０と、緩衝体２０を覆う防護体３０とを備えて成る廃棄体パッケージ１００を製造する方法である。本発明は、横型製造方式の場合には、図１−１および図１０−２に示すように、半割り容器状に形成した防護体３０内の下半部に、予め圧縮成形された緩衝体２０としての土質材料２２を設置する。ついで、防護体３０内に設置された土質材料２２の内部に廃棄体１０を設置する。続いて、容器状の防護体３０内の上半部に土質材料２２を設置し、半割り容器状の防護体３０の上半部を被せて、下半部の半割り容器状防護体３０と連結する。この後、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間に、水を充填するものである。
また、後者の縦型製造方式の場合には、図１−２および図１１−２に示すように、まず、縦置きした円筒容器状の防護体３０内の底部に緩衝体２０としての土質材料２２を設置し、ついで、廃棄体１０とその周囲の土質材料２２を設置する。続いて、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間および廃棄体１０と土質材料２２との間の隙間に水を充填する。この後、防護体３０内の上部に土質材料２２を設置し、隙間に水を充填してから防護体３０の上部蓋を設置して連結することで廃棄体パッケージ１００を製造する。
【００１７】
廃棄体１０は、例えば溶融したガラスと放射性廃棄物とを混ぜ合わせて図示せぬ円筒状金属容器に注入することにより円柱状のガラス固化体を形成してから、そのガラス固化体を円筒状の不図示のオーバーパックに入れて構成してある。
【００１８】
緩衝体２０は、例えばベントナイトと砂とを混合したベントナイト系の土質材料であり、その土質材料を締め固めて圧縮することで所定の弾性および遮水性を有しており、例えば図１０−２に示すように、複数枚の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ（緩衝ブロック）で構成される。２枚の半円板状ブロック２２ｂを対向配置して構成した円板は、円柱状の廃棄体１０の両端に同心状に配置される。廃棄体１０の外周を挟んで対向配置した２枚の半円環状ブロック２２ａによって構成される円環は、廃棄体１０の外周に同心状に配置される。こうすることで、円柱状の廃棄体１０は、複数枚のブロック２２ａ、２２ｂで構成される略円柱状の緩衝体２０の内部に収容される。
【００１９】
防護体３０は、例えば図１０−２に示すように、廃棄体１０および緩衝体２０を被覆して防護する円筒容器であり、例えば、剛性を有し水の侵入を遮断することができる鉄等の金属材料で構成される。円筒容器は、円の中心軸を通る面で半割りされた２つの半円筒容器３０ａ、３０ｂで構成されてある。
【００２０】
上記構成の動作および作用について図１０−２の横型製造方式を例にとり説明する。
図１０−２に示すように、半円筒容器３０ａを中心軸方向が水平になるように横置きする。そして、複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを半円筒容器３０ａ内に設置する。これらブロック２２ａ、２２ｂによって略中央に形成された凹部２６に円柱状の廃棄体１０を嵌め込む。次いで、これらの上方に複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを載置する。この上方に半円筒容器３０ｂを被覆することで円柱状の廃棄体パッケージが製造される。
【００２１】
この廃棄体パッケージには、緩衝体２０と容器３０内壁との間に隙間５０が形成されている。そこで、図２に示すように、上側の半円筒容器３０ｂに設けた注入口４０から、水を容器３０内に注入する。これにより、容器３０内壁と緩衝体２０との間の隙間５０には水が充填される。この場合、緩衝体２０としての不飽和状態の圧縮土質材料２２は、水の一部を吸収して膨張することで体積が増す。一方、水は圧縮土質材料２２に一部が吸水されるので体積が縮小する。この結果、緩衝体２０と容器３０内壁との間の隙間５０を小さくすることができる。したがって、こうして製造された本発明の廃棄体パッケージ１００を埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ１００内の緩衝体２０および廃棄体１０の破損や位置ズレ発生を防止することができる。また、横方向に並置された複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ同士の隙間に水が充填され、緩衝体が吸水膨張することにより、この隙間も小さくすることができる。これにより、搬送時等におけるブロック２２同士のガタツキによる破損を防止することができる。図１１−２に示す縦型製造方式においても同様である。
【００２２】
上記の実施形態において、水を注入する工程３の前または最中の少なくとも一方において、図３に示すように、半円筒容器３０ｂに設けた排気口を兼ねた吸引口４２から真空引きまたは負圧吸引をしながら、容器３０内部に水を注入してもよい。こうすることで、隙間５０の隅々まで水を行き渡らせることができる。
【００２３】
次に、本発明の効果を検証するために行った水注入模型実験について図および写真を用いて説明する。
図４は、透明な模擬円筒容器３０内に模擬緩衝体２０が配置された実験装置の概略斜視図であり、図５は、この実験装置による実験状況を示す写真である。図４および図５に示すように、実験は、真空引き状態で容器３０内に水を注入・充填し、水の一部が吸収されることによる模擬緩衝体２０の膨張を促進するものである。ここで、実験に用いた模擬緩衝体は、ベントナイト配合率１００％、乾燥密度ρｄ＝１．８５Ｍｇ／ｍ3、水分飽和度Ｓｒ＝１００％の円盤状ブロックを３個横方向に並置したものを用いている。円盤状ブロックの寸法は、直径１６０ｍｍ、厚さ８０ｍｍであり、３個並置した厚さは２４０ｍｍである。
【００２４】
模擬円筒容器３０の寸法は、直径１８０ｍｍ、胴長２６０ｍｍであり、円筒の中心軸方向を水平に横置きされる。模擬円筒容器３０と緩衝体２０との間には最大で２０ｍｍの隙間５０が容器３０の上方および両側にそれぞれ形成される。また、模擬円筒容器３０の左端面下側には水注入口４０ａが、左端面上端には水注入口４０ｂが、右端面上端には排気口を兼ねた真空引き用吸引口４２が設けられる。
【００２５】
図６（ａ）は、水注入開始直後の状況を示す写真である。図６（ａ）および図４に示すように、模擬円筒容器３０の内部を、吸引口４２を通じて真空引きした後で、注入口４０ａから水を容器３０内に吸引させて注入した。勢い良く水が充填されている様子が観察された。
【００２６】
図６（ｂ）は、水注入中の状況を示す写真である。図６（ｂ）に示すように、充填した直後の水は負圧の影響により一時的に気泡が発生したが、大気圧に戻した時点で均一に隙間を満たすことが観察された。
【００２７】
図６（ｃ）は、水注入完了直後の状況を示す写真である。図６（ｃ）に示すように、容器上方に若干の隙間が生じているものの、注入された水は隙間５０をほぼ満たしている。
【００２８】
図７（ａ）〜（ｃ）は、水注入終了後２週間経過後の実験装置の外観を示す写真である。図７（ａ）は、横置きされた模擬円筒容器３０を上側から、（ｂ）は端面側から、（ｃ）は下側からそれぞれ撮影した写真である。
【００２９】
図７（ａ）、（ｂ）の写真に示すように、模擬緩衝体２０は注入水の一部を吸水して、吸水した水の体積と同程度の体積膨張をしており、模擬緩衝体２０と模擬円筒容器３０との間の隙間５０を小さくしていることが判る。また、図７（ｃ）の容器下側から見た写真に示すように、注入水は模擬緩衝体２０に吸収され、膨潤した範囲は、ほぼ固結状態となっていることが判る。また、容器３０を上下逆さまにしても容器３０内の模擬緩衝体２０は沈下移動しないことから、模擬緩衝体２０は移動が拘束される程度に水を吸収膨潤していることが伺える。
【００３０】
図８は、水注入後の模擬円筒容器３０内の乾燥密度分布の一例を示す図である。図８に示すように、乾燥密度は、注入後２週間経過した時点で注入口４０側の円盤状ブロックにおける右端面近傍でサンプリングしたものを測定した。図８に示すように、水注入前には縦軸の上方には２０ｍｍの隙間５０が形成されていた。そして、本発明の水注入によって模擬緩衝体２０が吸水膨張することで、この隙間５０部分には乾燥密度５００〜７００ｋｇ／ｍ3程度の模擬緩衝体が介在するようになったことが判る。
【００３１】
図９は、有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度の関係の一例を示す図である（参考文献：カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性  −膨潤圧、透水係数、一軸圧縮強度及び弾性係数−、動力炉・核燃料開発事業団東海事務所、１９９８年３月）。図９に示すように、有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度は、次式の関係にある。
（数１）
ｌｏｇ10ｑｕ＝１．７３１ρｄ−２．４７５
【００３２】
ここで、ｑｕは一軸圧縮強度（ＭＰａ）であり、ρｄは有効ベントナイト乾燥密度（ｇ／ｃｍ3）である。これにより、図８の隙間５０における乾燥密度５００ｋｇ／ｍ3（０．５ｇ／ｃｍ3）〜７００ｋｇ／ｍ3（０．７ｇ／ｃｍ3）の一軸圧縮強度は、０．０２５〜０．０５５ＭＰａと推算される。
【００３３】
以上、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の実施形態について、模型による効果の確認実験を交えながら説明した。本発明によれば、容器状の防護体内に水を注入することにより緩衝体が吸水膨張するので防護体内壁と緩衝体との間または土質材料と廃棄体との間の少なくとも一方の隙間を小さくすることができる。このため、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１−１】本発明の一例を示すフローチャート図であり、横型製造方式の場合の図である。
【図１−２】本発明の一例を示すフローチャート図であり、縦型製造方式の場合の図である。
【図２】本発明による水注入状況の一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明による真空引きまたは負圧吸引の一例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の効果を確認する実験装置の概念図である。
【図５】本発明の効果を確認する実験状況を示す写真である。
【図６】実験における水注入状況を示す写真である。
【図７】実験における水注入完了後の状況を示す写真である。
【図８】実験における模擬円筒容器内の乾燥密度分布図である。
【図９】有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度の関係図である。
【図１０−１】従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。
【図１０−２】本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。
【図１１−１】従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。
【図１１−２】本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  廃棄体
２０  緩衝体
２２  土質材料
３０  防護体
５０  隙間
１００  廃棄体パッケージ
【図１−１】
0005024628.tif 000002
【図１−２】
0005024628.tif 000003
【図２】
0005024628.tif 000004
【図３】
0005024628.tif 000005
【図４】
0005024628.tif 000006
【図８】
0005024628.tif 000007
【図９】
0005024628.tif 000008
【図１０−１】
0005024628.tif 000009
【図１０−２】
0005024628.tif 000010
【図１１−１】
0005024628.tif 000011
【図１１−２】
0005024628.tif 000012
【図５】
0005024628.tif 000013
【図６】
0005024628.tif 000014
【図７】
0005024628.tif 000015