(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を、磁気により吸着して回収する金属粉回収装置であって、内部に磁石が移動自在に収納された磁石収納容器と、前記磁石を前記磁石収納容器の内壁面に接近させたり離間させたりする駆動手段とを備え、前記磁石は前記磁石収納容器の内壁面に接近したときに当該容器の外壁面に前記金属粉を吸着し、前記磁石収納容器の内壁面から離間したときに前記金属粉の吸着を解くことを特徴とする金属粉回収装置。
【請求項２】
オーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を、磁気により吸着して回収する金属粉回収装置であって、内部に磁石が収納された磁石収納容器と、前記磁石の極性を反転させる磁極反転手段とを備え、前記磁石はある極性のときに前記磁石収納容器の外壁面に前記金属粉を吸着し、前記極性が反転したときに前記金属粉の吸着を解くことを特徴とする金属粉回収装置。
【請求項３】
水中でオーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を水と共に吸引する吸引ポンプと、前記水を取り込んで当該水の中から前記金属粉を磁石により磁気吸着して回収する磁気回収手段とを備えたことを特徴とする金属粉回収装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉回収装置において、前記磁石は鉄、コバルト、サマリウム、ネオジム、ボロン、プラセオジムのいずれかを含む磁性材料又は電磁石であることを特徴とする金属粉回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力プラントの炉内構造物等を切断した際に発生する金属粉の回収技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＷＲ発電プラントにおける原子炉内構造物においては、新材料等への取替、もしくは耐用年数経過後の処分が検討されている。既設の原子炉では炉内構造物自身が放射化または、放射性クラッドが付着しているため、被ばく低減の観点から取替や解体に伴う切断は主に水中で実施されている。例えば、原子炉シュラウド等の構造物は原子炉内で切断されて、原子炉内から保管プールへ搬送され、この保管プール内で減容のための細断が行われ、その後、搬出される。切断方法としては、カッターや助材入りの水ジェットによる機械的切断、またはプラズマや放電による熱的切断がある。
【０００３】
構造物を切断すると金属粉が発生する。金属粉の大きいもの（粒径数ｍｍ）は底部に堆積するが、小さいもの（数μｍ）は水中に浮遊している。このような金属粉を回収する方法として、例えば特開平１０−１２３２８５号公報には、金属粉をポンプで水と共に吸引し、その後、フィルタ濾過で回収することが提案されている。
【０００４】
構造物の切断は上記のように主に水中で実施されるが、気中における切断も可能である。気中で切断を行った場合は、気中に浮遊する金属粉はエアーフィルタを用い回収される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般にフィルタ濾過装置は、ポンプや配管、及び架台等を備えており、大きなスペースを必要とする上、金属粉回収後のフィルタ及びフィルタ容器は高線量となっており、それ自身が放射性廃棄物となる。
【０００６】
また、フィルタ濾過装置のメンテナンス時、特にフィルタ交換作業時に被ばくすることも懸念される。
【０００７】
本発明の課題は、原子炉内構造物を切断して搬出する際に、切断により発生する金属粉を、放射性廃棄物の増加や被ばくといった問題が生じることなく回収することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の金属粉回収装置は、原子炉内構造物をプラズマガス切断して搬出するにあたって、前記原子炉内構造物のうち非磁性金属材料をプラズマガス切断して発生した金属粉を、磁石に吸着させて回収することを特徴としている。
【０００９】
本発明は、発明者等による次のような新たな知見に基づいている。原子炉内構造物は主にオーステナイトステンレス鋼、ニッケル基合金製であり、非磁性である。しかしながら、例えば、ステンレス鋼をプラズマガスにより熱的切断すると、切断金属粉が磁性を有することが判明した。この理由は、次のように考えられる。すなわち、切断時の熱により沸点の低いＣｒの蒸発が起きて、冷却過程でＣｒが再凝縮する。Ｃｒ含有量が増えるとオーステナイト相からフェライト相（磁性体）へ相変化するため、オーステナイトステンレス鋼の切断金属粉は磁性を有するようになる。このとき、金属粉は金属粉全体がフェライト化したものや、フェライト化した金属が一部付着したものも含まれている。また、切断部は高温となるため、図７のラマンスペクトル測定結果に示すように、切断金属粉の表面には磁性体のＦｅ３Ｏ４酸化物が生成する。相変化及び酸化物の生成で金属粉の全体もしくは表面に磁性を持つことから、元来の性状は非磁性体である材料の切断時金属粉を、磁石により回収することが可能となる。
【００１０】
上記構成によれば、放射性廃棄物となるのは金属粉を直接吸着した部分のみであるから、放射性廃棄物の増加を抑えることができる。また、金属粉を直接吸着した部分は使用後は廃棄すればよいので、被ばくすることもない。
【００１５】
また、本発明は、オーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を、磁気により吸着して回収する金属粉回収装置であって、内部に磁石が移動自在に収納された磁石収納容器と、前記磁石を前記磁石収納容器の内壁面に接近させたり離間させたりする駆動手段とを備え、前記磁石は前記磁石収納容器の内壁面に接近したときに当該容器の外壁面に前記金属粉を吸着し、前記磁石収納容器の内壁面から離間したときに前記金属粉の吸着を解くことを特徴としている。
【００１６】
さらに、本発明は、オーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を、磁気により吸着して回収する金属粉回収装置であって、内部に磁石が収納された磁石収納容器と、前記磁石の極性を反転させる磁極反転手段とを備え、前記磁石はある極性のときに前記磁石収納容器の外壁面に前記金属粉を吸着し、前記極性が反転したときに前記金属粉の吸着を解くことを特徴としている。
【００１７】
上記各構成によれば、金属粉に直接接触するのは磁石収納容器だけであるから、放射性廃棄物の増加を抑えることができる。また、使用後の磁石収納容器は廃棄すればよいので、被ばくすることもない。
【００２０】
また本発明は、水中でオーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金の非磁性金属材料をプラズマガス切断したとき発生する金属粉を水と共に吸引する吸引ポンプと、前記水を取り込んで当該水の中から前記金属粉を磁石により磁気吸着して回収する磁気回収手段とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
吸引ポンプで吸引した水の中に含まれる金属粉を回収するには、通常、フィルタが使用されている。しかし、金属粉濃度が高いとフィルタが短時間で詰まってしまい、交換しなければならなくなるが、このとき被ばくの可能性がある。上記構成によれば、磁気回収手段によって金属粉が吸着されて金属粉濃度が低くなるので、磁気回収手段の後段に設けられるフィルタの交換頻度を低減でき、被ばくを抑えることができる。
【００２２】
上記の金属粉回収装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００２３】
（１）前記磁石は鉄、コバルト、サマリウム、ネオジム、ボロン、プラセオジムのいずれかを含む磁性材料または電磁石である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る金属粉回収装置によって金属粉の回収作業を行っている様子を示した概念図である。作業ピット１５には水が張ってあり、この作業ピット１５内には架台１２が設置され、この架台１２の上に被切断材である原子炉構造物１が載置されている。構造物１は非磁性金属（例えば、オーステナイトステンレス鋼またはインコネル鋼）で形成されている。なお、作業ピット１５には水が張ってなくて、気中であっても良い。
【００２５】
作業ピット１５内にはその上方からは切断装置２が吊設されて、構造物１の切断すべき箇所に対向配置されている。切断装置２はガス、放電またはレーザによる切断装置で構造物１を熱的切断する。構造物１を熱的切断したとき、構造物１からは金属粉７が発生し、この金属粉７は作業ピット１５の底部に堆積する。作業ピット１５の上方には作業台車１３が設けられ、作業者１４は作業台車１３上から、先端に磁石３が取り付けられた回収用ガイド８を作業ピット１５内で操作して、金属粉７の回収作業を行う。
【００２６】
図２は、回収用ガイド８先端の磁石３取付部分の詳細構造を示したものである。図に示すように、磁石３は直方体形状の磁石収納容器９内に収納されている。回収用ガイド８はレバーロックカプラ１７を介して磁石収納容器９の上面に接続されている。磁石収納容器９内には駆動シリンダ１８が設けられ、この駆動シリンダ１８の下部先端に磁石３が固定されている。駆動シリンダ１８にはガス供給・排気ライン１６が接続され、ガス供給・排気ライン１６を介して加圧ガスが供給または排気されることによって駆動シリンダ１８は駆動される。
【００２７】
次に、原子炉内構造物を切断したときに発生する金属粉を、上記構成の金属粉回収装置によって回収する作業について説明する。図６は、金属粉の回収作業を含めて、原子炉内構造物の搬出についての一連の作業工程を示している。
【００２８】
まず、構造物１を切断する際には、図１に示すように、構造物１を作業ピット１５内の架台１２に載置して、構造物１の切断すべき箇所に切断装置２を位置させ、構造物１に対して熱的切断を行う（ステップＳ１：以下、ステップ番号は図６についてのものである）。このとき、切断に伴って金属粉７が発生する。作業者１４は回収用ガイド８を操作して、磁石収納容器９を金属粉７が堆積している場所へ移動させる（ステップＳ２）。そして、図２に示すように、ガス供給・排気ライン１６の供給ライン側に図２の矢印のように高圧ガスを供給し、磁石３を下方向に移動させて磁石収納容器９の底面に接近させる。すると、磁石３の磁気吸着力が磁石収納容器９底面の板越しに作用して、磁石収納容器９の底面には金属粉７が吸着される。このとき、作業者１４は回収用ガイド１８を上下左右に操作して、磁石収納容器９の底面に金属粉７を十分に吸着させる（ステップＳ３）。
【００２９】
次に、作業者１４は、磁石収納容器９の底面に金属粉７が吸着された状態で回収用ガイド１８を操作して、図１において、磁石収納容器９を上方向へ、さらに右方向へと移動させる。そして、図３に示すように、作業ピット１５の底部に設置された回収用容器４の上方に磁石収納容器９を位置させる（ステップＳ４）。この状態で、駆動シリンダ１８に供給されていた高圧ガスを、図４の矢印で示すように、ガス供給・排気ライン１６の排気ライン側を介して排気し、磁石３を上方向に移動させて磁石収納容器９の底面から離間させる。すると、磁石収納容器９底面の板越しに作用していた磁石３の磁気吸着力は距離の２乗に反比例するため、吸着力は低下し、磁石収納容器９の底面に吸着されていた金属粉７が該底面から離れ回収用容器４内に落下する（ステップＳ５）。
【００３０】
上述した回収作業を繰り返すことにより、堆積した金属粉７を回収用容器４内に全て回収することができる（ステップＳ６）。そして、回収作業終了時は、図５に示すように、回収用ガイド８と磁石収納容器９との接続部に設けたレバーロックカプラ１７を、作業者１４がレバー開閉治具１９で操作して、磁石収納容器９を回収用ガイド１８から分離する。このとき、ガス供給・排気ライン１６も途中で切り離される。これにより、磁石収納容器９のみ廃棄することができる（ステップＳ７）。そして、切断された構造物１は作業ピット１５に一定期間保管した後に搬出する（ステップＳ８）。
【００３１】
本実施の形態によれば、廃棄物としては、金属粉７と磁石収納容器９のみが追加されるだけであるので、廃棄物の増加を抑えることができる。
【００３２】
また、構造物１が原子炉内構造物の場合は、切断で生じた金属粉７は放射性物質を含んでいるが、本実施の形態によれば、回収用ガイド８の長さを変更する、あるいは磁石収納容器９の表面を水洗浄することにより、放射線量の許容できる位置からの遠隔操作での回収が可能である。
【００３３】
（実施の形態２）
図８〜図１０は本発明を実施の形態２を示している。本実施の形態では、磁石収納容器９内に板状の磁石２０が、水平に配置された支持軸２１を中心に回動自在に設けられている。磁石２０には操作ロープ１０が接続され、この操作ロープ１０を操作することにより磁石３は回転する。ここで、操作ロープ１０を操作しない状態のときは、磁石２０はＮ極が磁石収納容器９の底面に接近した位置にくるように構成されている。
【００３４】
上記構成において、操作ロープ１０を操作しない状態のときは、磁石２０のＮ極が磁石収納容器９の底面に接近した位置にあり、磁石収納容器９の底面に金属粉７が吸着される。操作ロープ１０を引っ張り上げると、図１０の矢印のように磁石２０が回動してＮ極が磁石収納容器９の底面から離れ吸着力が低下し、さらに、Ｓ極が接近することにより、金属粉７は磁石収納容器９の底面から離れ、回収用容器４内へ落下する。
【００３５】
その後、操作ロープ１０を戻すと、磁石２０は逆方向に回動してＮ極が磁石収納容器９底部に位置する。これにより、金属粉７を再度回収することができる。また、Ｓ極により吸着できる金属粉７に対しては、操作ロープ１０を引っ張ったままで、Ｓ極を磁石収納容器９底部に位置させておき、金属粉７を回収後、回収用容器４の上部で操作ロープ１０を戻せば、回収及び再利用が可能である。
【００３６】
（参考例１）図１１〜図１２は本発明の参考例1を示している。本参考例では、回収用ガイド８先端の磁石チャック８Ａに棒状または板状の磁石３０が係止されている。また、磁石チャック８Ａには操作ロープ１０が取り付けられ、この操作ロープ１０を引っ張り上げると、磁石チャック８Ａの磁石３０の係止を解除するようになっている。
【００３７】
上記構成において、金属粉７が堆積した場所で、回収用ガイド８を図１１の矢印のように操作して磁石３０に金属粉７を吸着させる。その状態で、磁石３０を回収用容器４の上方に持っていき、操作ロープ１０を引っ張り上げると、磁石チャック８Ａは磁石３０の係止を解除し、磁石３０は金属粉７を吸着したまま回収用容器４内へ落下する。これによって、金属粉７を回収用容器４内に回収することができる。
【００３８】
本実施の形態では、磁石３０に金属粉７を直接接触させるため、磁石３０は１回毎に使い捨てとなるが、磁石３０のみで回収部分が構成されているので、狭隘部に堆積した金属粉７を回収するのに便利である。
【００３９】
（参考例２）図１３〜図１６は本発明の参考例２を示している。本参考例では、円筒形状の磁石４０が設けられ、この磁石４０の両端にはタイヤ４１が取り付けられている。タイヤ４１の中心軸には支持部材４２が取り付けられ、タイヤ４１は支持部材４２に支持されて回転し、このタイヤ４１の回転に伴って磁石４０も回転する。さらに、支持部材４２には回収用ガイド８の先端が固定されている。
【００４０】
また、磁石４０の円筒面に対向して、箱形の回収用容器４３が設けられ、この回収用容器４３はタイヤ４１の回転軸に支持されている。回収用容器４３の開口部は磁石４０の円筒面に対向しており、また、回収用容器４３の開口部上部には、先端部が常に磁石４０の円筒面に接触している剥ぎ取り部材４４が取り付けられている。回収用容器４３には、小径のタイヤ４５が回転自在に取り付けられている。
【００４１】
上記構成において、金属粉回収装置を作業ピット１５の底部に設置して、図１５のように回収用ガイド８を水平方向に操作すると、タイヤ４１が作業ピット１５の底部上を回転しながら移動し、これによって磁石４０が回転する。このとき、作業ピット１５の底部に金属粉７が堆積していれば、磁石４０はその円筒面に金属粉７を吸着しながら回転する。そして、円筒面に吸着された金属粉７は、剥ぎ取り部材４４によって磁石４０の円筒面から剥ぎ取られ、回収用容器４３に回収される。
【００４２】
一定量の金属粉７を回収すると剥ぎ取り部材４４及びその周辺にのみ金属粉７が堆積して回収用容器４３へ取り込まれず、容器外へこぼれる恐れがある。その場合は、図１６のように回収用ガイド８を上方へ引き上げて、回収用容器４３を縦向きにすることで、回収用容器４３の底部へ金属粉７は落下し、再度回収作業が可能となる。
【００４３】
本実施の形態によれば、切断部が広範囲で金属粉７が作業ピット１５の底部の広い範囲に飛散しても、金属粉７を容易に回収することができる。
【００４４】
（実施の形態３）図１７は本発明を実施の形態３を示している。本実施の形態は、構造物１の切断時に水中に拡散した粒径の小さい金属粉７を回収するためのもので、取水口５０、吸引ポンプ５１、回収用容器５２および浄化フィルタ５３を備えている。また、回収能容器５２の内部には棒状または板状の磁石５４が複数個設置されている。
【００４５】
上記構成において、金属粉７は水と共に取水口５０から吸引され、配管５５を介して回収用容器５２内に導入される。回収用容器５２の内部には複数個の磁石５４が設置されているので、水の中の金属粉７は回収用容器５２を通過する間に、磁石５４に吸着される。回収用容器５２を通過した水は、浄化フィルタ５３に導入され、ここで、残存する金属粉７が回収される。一般的には、吸引ポンプ５１から直接浄化フィルタ５３へ導入するが、本実施の形態のように、浄化フィルタ５３の前段に回収用容器５２を設置しておくことにより、浄化フィルタ５３へ導入される金属粉濃度が大きく低減されるため、浄化フィルタ５３の消費量が大きく低減され、ひいては廃棄物の発生を大幅に抑制できる。
【００４６】
本実施の形態によれば、上方に拡散する粒径の小さい金属粉７も、下部に堆積する粒径の大きいもの金属粉７と同様、容易に回収することが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非磁性金属材料がプラズマガス切断で磁性化することを利用して、原子炉構造物等の非磁性金属材料の切断時に発生する金属粉を、放射性廃棄物を増加させることなく回収することができる。
【００４８】
また、金属粉回収装置の構造も簡単であり、回収作業が終了したときに廃棄しても無駄にはならない。そのため、作業者の被ばくを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による金属粉回収装置に金属粉を吸着させている様子を示した図である。
【図２】図１における磁石取付部分の拡大斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１による金属粉回収装置で金属粉を回収用容器に回収している様子を示した図である。
【図４】図３における磁石取付部分の拡大斜視図である。
【図５】磁石取付部分を回収用ガイドから分離したときの様子を示した斜視図である。
【図６】原子炉内構造物の搬出作業手順を示したフローチャートである。
【図７】ラマンスペクトル測定結果に示した図である。
【図８】本発明の実施の形態２による金属粉回収装置に金属粉を吸着させる様子を示した斜視図である。
【図９】図８の金属粉回収装置に吸着させた金属粉を回収用容器に回収する様子を示した図である。
【図１０】磁石収納容器内の磁石の挙動を説明した図である。
【図１１】本発明の参考例１による金属粉回収装置に金属粉を吸着させる様子を示した斜視図である。
【図１２】図１１の金属粉回収装置に吸着させた金属粉を回収用容器に回収する様子を示した図である。
【図１３】本発明の参考例２による金属粉回収装置に金属粉を吸着させる様子を示した斜視図である。
【図１４】図１３の金属粉回収装置のうち金属粉を吸着する部分の拡大斜視図である。
【図１５】金属粉回収装置を水平方向に移動させて金属粉を回収している様子を示した図である。
【図１６】金属粉回収装置を上方向に移動させて金属粉を回収している様子を示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による金属粉回収装置の構成を示した図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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