JP2008202972A

JP2008202972A - 廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法

Info

Publication number: JP2008202972A
Application number: JP2007036715A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Saito; 宣久斉藤; Yumiko Abe; 由美子阿部; Masaru Komatsubara; 勝小松原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】本発明の目的は、埋設体を利用し、実環境において腐食データを採取することのできる廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法を提供することにある。
【解決手段】廃棄物処分容器１の外表面に容器本体と絶縁３し電気化学センサーとなる金属電極２を設置し、この金属電極と廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し、廃棄物処分容器外部の腐食環境及び容器の腐食速度をモニターすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力施設から発生する放射性廃棄物の埋設処分において使用する廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法に関する。

放射性廃棄物はその放射能レベルにより処分の方法が異なるが、低レベル廃棄物は炭素鋼等の容器に収納し地中に埋設処分することが決まっている。放射性核種は容器、コンクリート、ベントナイト、岩盤等のバリアにより生活圏から隔離されるが、長時間の後には減衰後の極微量放射能がこれらのバリアを通過して生活圏に達する可能性を想定して安全性の評価を行っている。種々のケースごとに安全性を評価しているが、いずれも容器の保護性はあまり期待せず、地下水が浸水すると同時に腐食孔が貫通するような想定となっている。
特開２００３−３４４５８６号公報

炭素鋼といえども、ｐHの高いセメント飽和水や酸素を消費した還元雰囲気では腐食速度は極めて低く長期間の保護性が期待できる。処分容器に対し過度の保守性のもとに耐食性を低く見積もって評価を行うと他のバリアに対する期待を高める必要がある。処分容器については埋設環境での腐食速度を評価し適切な保護性能を想定し評価することにより、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。しかしながら、実環境における腐食データは存在せず、実験室試験のデータによる評価に基づいて設計を行うのが実情である。

本発明は、上記課題を鑑み初期の埋設体を利用し、実環境において腐食データを採取することのできる廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法を得ることにある。

本発明に係る廃棄物処分容器腐食モニタリング装置は、廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して配置し電気化学センサーとなる金属電極と、この金属電極と廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し廃棄物処分容器外部の腐食環境及び廃棄物処分容器の腐食速度をモニターするモニター装置とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る廃棄物処分容器腐食モニタリング方法は、廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して設置された電気化学センサーとなる金属電極と前記廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し、廃棄物処分容器外部の腐食環境及び容器の腐食速度をモニターすることを特徴とする。

本発明においては、電位変動の形から腐食の形態を知ることができる。また、電位と電流を同時に測定することにより腐食抵抗、即ち腐食速度を推定することができる。

（第１の実施形態）
発明の第１の実施形態を図１を参照して説明する。図１は廃棄物処分容器１の外表面例えば容器全体が浸水した時点で測定を開始するとした場合はその容器上部１aに容器１と同一材料の炭素鋼電極２を絶縁部材３を介して取り付けたものである。この炭素鋼電極２と廃棄物処分容器１との間の電気抵抗をリード線４，５を介して測定することにより導電率が測定される。

処分容器１周辺の導電率を測定することにより、処分容器１埋設後どの時点で地下水が浸水したかを知ることができる。導電率は2電極間の電気抵抗を測定することにより求められる。浸水前は、大気中なので絶縁された2電極間の抵抗はほぼ無限大と考えてよい。浸水後2電極は電解質溶液に浸された状態すなわち電気抵抗は所定値以下となる。電解質溶液の中にはイオン(プラスの電気を持った陽イオンとマイナスの電気を持った陰イオン)が存在する。1対の金属板を電解質溶液中に入れ電池をつなぐと、陽イオンは電池のマイナス側へ、陰イオンは電池のプラス側へ動き溶液中に電流が生じ、導電率は以下の１式で求められる。

導電率＝（電流／電圧）×（電極間距離／面積）・・・・・・・(1)
処分容器１を一方の電極５とし、本発明で設置した電極４を対電極として両者の間の抵抗を連続的に測定することにより、浸水の時期を知ることが可能となる。

この場合、電極と対極容器の間の面積効果は1式のように単純な形では表せないが、正確な導電率を測定する必要はなく、抵抗の急激な低下から浸水したことを検知することが重要なので、電極同士を対抗させたような形にせず、平面状に並べたような形で十分である。

図２に廃棄物処分施設１０の全体図を示す。処分容器１は、充填材１５、コンクリートピット１６、ベントナイト１６等のバリアにより囲まれており、このベントナイト１６の外部には処分空洞構築１７を介して岩盤１４により囲まれており、埋設後短時間で浸水することは考えられない。

処分容器１と図１に示した電極２間の電気化学的な信号は、リード線４、５から信号ケーブル１９を介して処分体管理ビル１８等に設置された測定器１１およびデータ収集用コンピュータ１２に取り込まれ、必要に応じて遠隔の図示しない管理センター等に送られる。

処分容器１周辺の導電率を測定することにより、処分容器埋設後どの時点で地下水が浸水したかを知ることができる。浸水した後には炭素鋼電極２と処分容器１の相対的な電位および炭素鋼電極２と処分容器１間の電流を測定することにより、容器の腐食傾向を知ることができる。

ここで炭素鋼電極２と処分容器１の相対的な電位の測定について説明する。

腐食している金属の表面を微視的に捉えると、局部的に溶解反応に寄与するアノード部と、酸化剤が還元され電子を捕らえる反応に寄与するカソード部に分けることができる。このアノード、カソード対は常に揺らいでいることから、腐食している材料の電位はミクロ的に変動しており、この変動を電気化学的ノイズとして解析することにより、腐食の状態を推定することができる。図３に、温度80℃、3.5%NaCl溶液に浸漬したSUS304鋼の時間を横軸で示した腐食電位（mVSCE）の変化の例を示す。図３に示すように鋭角的な卑方向の電位振動は微小な損傷発生を捉えており、急激な電位低下は損傷が定常的に進行していることを示している。このように電位振動を観察することにより、腐食の形態や進行の様子、処分容器の溶出速度を推定することができる。

電位変動の形からは、図３に示すように腐食の形態を知ることができる。また、電位と電流を同時に測定することにより腐食抵抗、即ち腐食速度を推定することができる。

次に、炭素鋼電極２と処分容器１間の電流の測定について説明する。

上記電位の測定においても説明したように、局部的なアノード、カソード対は常に揺らいでいることから、炭素鋼電極２と処分容器１間に流れる腐食電流を測定すると、電流ノイズが得られる。この変動を電気化学的ノイズとして解析することにより、腐食の状態を推定することができる。また、電位変動と電流変動を同時に測定することにより、２式で腐食抵抗Rpを求めることができる。

Rp=DE／Di ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
ここで、DE：電位変動の偏差値、Di：電流変動の偏差値である。

以上に示したように、浸水の時期と実環境における容器の腐食速度または、処分容器の溶出速度を知ることにより、放射性核種の溶出や拡散を過度の保守性を排して見積もることができ、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。

また、上記前記電位または電流の測定間隔を10秒以下とする。これは測定間隔を10秒以下にすることによって処分容器の腐食の形態として示される電気化学的ノイズである電位振動または電流振動を正確に測定することができるからである。

さらに、検出した電気化学信号を処分場内の計算機であるデータ収集用コンピュータ１２に取り込み、データ収集用コンピュータ１２から有線または無線にて遠隔監視施設に送信することによって、常に容易に遠隔監視施設で廃棄物処分容器の腐食をモニタリングすることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図４に示す。なお、図４において図１と同一部分には同一符号を付しその構成の説明を省略する。

この図４に示す本発明の第２の実施形態は廃棄物処分容器１の上部１aに不活金属電極、たとえば白金電極６を絶縁して取り付けたものであり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

不活金属である例えば白金を電極として用いることにより、高温環境、水没した環境においても腐食がなく長時間での安定した情報を取得することができる。

この実施例では不活金属として白金の例を示したが金で構成してよいのはもちろんである。

よって上記本発明の第２の実施形態においては例え水没したとしても腐食の恐れも無く浸水の時期と実環境における容器の腐食速度を知ることができ、放射性核種の溶出や拡散を過度の保守性を排して見積もることにより、合理的な廃棄物埋設システムの設計を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に使用する廃棄物処分容器を示す斜視図。本発明の実施の形態に係る廃棄物処分容器腐食モニタリング装置及びモニタリング方法を示す概略図。 3.5％NaCl溶液中ステンレス鋼の腐食電位の変動を示す特性図。本発明の第２の実施の形態に使用する廃棄物処分容器を示す斜視図。

符号の説明

１・・・廃棄物処分容器
２・・・炭素鋼電極
３・・・絶縁部材
４、５・・・リード線
６・・・白金電極
１０・・・廃棄物処分施設
１１・・・計測器
１２・・・データ収集用コンピュータ
１３・・・コンクリートピット
１４・・・岩盤
１５・・・充填材
１６・・・ベントナイト
１７・・・処分空洞構築
１８・・・管理ビル
１９・・・信号ケーブル

Claims

廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して配置し電気化学センサーとなる金属電極と、この金属電極と廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し廃棄物処分容器外部の腐食環境及び廃棄物処分容器の腐食速度をモニターするモニター装置とを有することを特徴とする廃棄物処分容器腐食モニタリング装置。
前記廃棄物処分容器に設置する電極材料が不活金属であることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング装置。
前記廃棄物処分容器に設置する電極材料がこの廃棄物処分容器と同一材料であることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング装置。
前記検出した電気化学信号を処分場内の計算機に取り込み、有線または無線にて遠隔監視することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング装置。
廃棄物処分容器の外表面に容器本体と絶縁して設置された電気化学センサーとなる金属電極と前記廃棄物処分容器間の電気化学信号を検出し、廃棄物処分容器外部の腐食環境及び容器の腐食速度をモニターすることを特徴とする廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記検出する電気化学信号が廃棄物処分容器と金属電極の間の電気抵抗であり、この検出する電気抵抗の値が所定値以下となった場合、容器周辺が浸水したことを検知することを特徴とする請求項５記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記検出する電気化学信号が廃棄物処分容器と金属電極の間の電位差または前記検出する電気化学信号が廃棄物処分容器と金属電極の間に流れる電流またはその両方であることを特徴とする請求項５記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記検出する電気化学信号がその電位または電流の振動を電位または電流ノイズとして検出し、腐食速度を推定することを特徴とする請求項７記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記電位振動と電流振動の値から腐食抵抗を算出し、腐食速度を推定することを特徴とする請求項８記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記電位または電流の測定間隔を10秒以下とすることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。
前記検出した電気化学信号を処分場内の計算機に取り込み、有線または無線にて遠隔監視することを特徴とする請求項５から１０のいずれか１項記載の廃棄物処分容器腐食モニタリング方法。