JP6746922B2 - 放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置に関する。

原子力発電所等から排出される燃料デブリ等の放射性廃棄物は、例えば、キャニスタと呼ばれる金属製の容器に収容した状態で、鉄筋コンクリート製の建屋内に貯蔵され、崩壊熱を除くために所定期間にわたり冷却される。

この種の放射性廃棄物の貯蔵方法に関する一般的技術水準を示す文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

特開平１１−２１１８９３号公報

放射性廃棄物は一般に水冷により一時的な保管を行っている。前記放射性廃棄物を貯蔵する際には、貯蔵に先立って乾燥等の処理を行うが、放射性廃棄物が水分や有機物を含んでいる場合には水素が発生する。特に、燃料デブリには被覆管を構成する素材等が様々な状態で溶け込んでおり、被覆管が溶け込んだ燃料デブリは、長い期間にわたって水素を発生し続ける。燃料デブリは貯蔵のために粉砕を行うが、粉砕した部位によっては水素の発生量が多い部分と少ない部分が存在する。そして、水素の発生量が多い場合には、貯蔵に際して水素濃度を低減する措置を取る必要がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、放射性廃棄物の周囲の水素濃度を低く保ち得る放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、
放射性廃棄物を、蓋の内側に水素と酸素を結合させる再結合触媒を備えた開放構造のキャニスタ内に密封しない状態で収容し、
前記キャニスタを、該キャニスタを収納する主管と、該主管内に外気を給気する入口ポンプを備えた入口管と、前記主管内の気体を外部に排気する出口ポンプを備えた出口管とを備えてなる収納管内に収納して貯蔵し、
貯蔵にあたり、前記収納管内の気体を定期的にサンプリングし、該気体内の水素濃度に応じて前記収納管内の気体を前記出口管から外部に排気すると共に、外気を前記入口管から前記収納管内に給気することで該収納管の掃気の工程を実行する放射性廃棄物の貯蔵方法にかかるものである。

本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法において、前記出口ポンプは、前記収納管内を陰圧に保つ役割を兼ねることが好ましい。

又、本発明は、
蓋の内側に水素と酸素を結合させる再結合触媒を備え、放射性廃棄物を密封しない状態で内部に収容する開放構造のキャニスタと、
該キャニスタを内部に収納する主管と、該主管内に外気を給気する入口ポンプを備えた入口管と、前記主管内の気体を外部に排気する出口ポンプを備えた出口管とを備えてなる収納管とを備え、
前記収納管内の気体を定期的にサンプリングし、該気体内の水素濃度に応じて前記収納管内の気体を前記出口管から外部に排気すると共に、外気を前記入口管から前記収納管内に給気する掃気の工程を実行するよう構成された放射性廃棄物の貯蔵装置にかかるものである。

本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置によれば、放射性廃棄物の周囲の水素濃度を低く保ち得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置の実施例を示す全体概要図である。 本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置の実施例における収納管を示す図である。 本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置の実施例におけるキャニスタの内部に配設される中性子吸収材を示す概略図であって、（Ａ）はキャニスタの内壁面を覆うように中性子吸収材を配設した例を示す側断面図及び平断面図、（Ｂ）はキャニスタの内壁面から径方向へ張り出すよう中性子吸収材を配設した例を示す側断面図及び平断面図である。 本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の実施による放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置の形態の一例を示すものである。本実施例においては、図１に示す如く、放射性廃棄物１を収容したキャニスタ２を収納管３内に上下方向に複数収納し、該収納管３を建屋４内に貯蔵し、該建屋４内に自然通気することで放射性廃棄物１を収容したキャニスタ２ないし収納管３を空冷するようにしている。

建屋４は、収納管３の貯蔵部の下方に外部と連通する流路を形成する入口シャフト５、上方に外部と連通する出口シャフト６を備えており、入口シャフト５から外気を取り入れ、出口シャフト６から熱を含んだ空気を排出するようになっている。すなわち、建屋４内の空気は放射性廃棄物１から発生する崩壊熱によって温められて建屋４内の空間を上昇し、出口シャフト６から自然に排気される一方、下方の入口シャフト５からは、出口シャフト６からの排気に伴って温度の低い外気が流入する。入口シャフト５に流入した外気は崩壊熱により温められて上昇し、出口シャフト６から排出される。こうして、キャニスタ２ないし収納管３は、建屋４内における貯蔵の過程で、崩壊熱によって生じる外気のドラフト力により自然空冷されるようになっている。

そして、本実施例の場合、各収納管３は、図２に示す如く、キャニスタ２を収納する主管７の下方に入口管８、上方に出口管９を備えており、内部の気体を出口管９から排出すると共に、入口管８から外部の空気を取り入れることで、内部を掃気できるように構成されている。

入口管８は、プレフィルタとＨＥＰＡフィルタ（High-Efficiency Particulate Air Filter）を有してなる入口フィルタ１０と、該入口フィルタ１０を通して外気を主管７内に引き込む入口ポンプ１１を備えている。又、入口フィルタ１０と入口ポンプ１１の間には逆止弁１２を備えている。

同様に、出口管９には、プレフィルタとＨＥＰＡフィルタを有してなる出口フィルタ１３と、該出口フィルタ１３を通して主管７内の気体を外部に排気する出口ポンプ１４を備えている。又、出口管９には、出口ポンプ１４の上流側の位置に逆止弁１５を備え、逆止弁１５と出口ポンプ１４の間に内部の気圧を計測する圧力計１６を備えている。

主管７は、上部開口７ａからキャニスタ２を上下方向に積み重ねるようにして内部に収納できるようになっており、上部開口７ａは、ガスケット構造を備えた遮蔽プラグ１７で封じることができるようになっている。尚、出口管９は、上部開口７ａからのキャニスタ２の出入りを妨げることのないよう、主管７の側面に備えられている。

収納管３内に収納されるキャニスタ２は、例えば、図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示す如き構造を備えている。本実施例の場合、キャニスタ２は、燃料デブリ等である放射性廃棄物１を密封しない状態で内部に収容するようになっている。すなわち、キャニスタ２に備えた蓋１８は、放射性廃棄物１をキャニスタ２内に隔離するものであるが、本実施例の蓋１８は、キャニスタ２の気密性を保つガスケットをもたず、漏洩可能な開放構造となっている。このような開放構造のキャニスタ２により、放射性廃棄物１から発生する気体は収納管３内の空間へ逃げることができるようになっている。つまり、本明細書中におけるキャニスタ２を「密封しない状態」とは、キャニスタ２内部から少なくとも気体が漏洩可能な状態を指す。したがって、例えば蓋１８にフィルタを備え、固体の放射性廃棄物１は漏洩しないようキャニスタ２内部に保持しつつ、気体は蓋１８を通して外部に漏出できるように構成しても良い。

蓋１８の内側には、水素と酸素を結合させる再結合触媒１９を備えている。この再結合触媒１９により、水の放射線分解等によってキャニスタ２内に発生した水素を酸素と再結合させて水に戻し、収納管３ないしキャニスタ２内における水素濃度の上昇を極力抑えるようになっている。尚、蓋１８ないしキャニスタ２を開放構造としたことにより、軽い水素がキャニスタ２から選択的に放出される結果、キャニスタ２内部の水素濃度を問題にならないレベルに維持できる場合には、再結合触媒１９は必要ないこともある。

又、キャニスタ２の内部には、中性子吸収材２０を配設してある。中性子吸収材２０は、例えば図３（Ａ）に示す如く、キャニスタ２の内壁面を覆うように配設することができる。又、例えば、図３（Ｂ）に示す如く、キャニスタ２の内壁面から径方向へ張り出し且つキャニスタ２の周方向へ等間隔をあけて配設されるようにしても良い。尚、中性子吸収材２０としては、中性子を吸収する性質をもつ各種の素材を使用できるが、例えば、アルミニウム合金粉末に酸化ホウ素を添加して加熱処理した焼結材を用いることができる。

次に、上記した本実施例の作動を図４のフローチャートをも参照しながら説明する。

本実施例の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置は、キャニスタ２ないし収納管３の内部を掃気できるようになっており、放射性廃棄物１からの水素の発生量が比較的多い場合に好適である。すなわち、上述の如く燃料デブリ等である放射性廃棄物１の性質はまちまちであり、被覆管の溶け込みによる水素の含有量、あるいは含水量や放射線の発生量その他の条件により、保管中の水素の発生量も異なってくる。ここで、放射性廃棄物１からの水素の発生量が十分に小さいと見込まれる場合には、本発明によらずに、放射性廃棄物１を密封状態で収容することも可能であるが、水素の発生量が比較的多い場合には、放射性廃棄物１を密封しない状態で貯蔵し、発生する水素を掃気によって適宜排出することが、発火を防止するために効果的である。具体的には、空気中の水素濃度が４％以上となると発火の虞があるので、密封して貯蔵することを仮定した際に雰囲気中の水素濃度がその数値に達することが予想される場合には、本実施例の如き貯蔵方法ないし装置により放射性廃棄物１を保管することが望ましい。例えば、貯蔵に先立ち、放射性廃棄物１の一部をサンプリングして放射線を照射し、水素の発生量を確認する試験を行う。その結果、再結合触媒１９の能力等も勘案して、密閉貯蔵すれば空間内の水素濃度が４％に達する可能性があると判断された場合に、本実施例の如きキャニスタ２や収納管３による貯蔵を選択すれば良い。

貯蔵にあたっては、まずステップＳ１として（図４参照）、放射性廃棄物１を図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示す如きキャニスタ２内に収容する。キャニスタ２の開口を密封しないように蓋１８で塞いだ後、ステップＳ２として（図４参照）、図２に示す如く、キャニスタ２を収納管３の主管７に収納し、上部開口７ａを遮蔽プラグ１７で封じる。そして、ステップＳ３として（図４参照）、キャニスタ２を収納した収納管３を、図１に示す如く建屋４内で貯蔵する。

貯蔵の間、放射性廃棄物１からは水の放射線分解等により水素が発生する。発生した水素は、ある程度は再結合触媒１９により酸素と結合して水に戻されるが、再結合触媒１９の能力を上回る速度で水素が発生すると、放射性廃棄物１の雰囲気中の水素濃度が上昇していく。キャニスタ２は気体が漏洩可能な状態であるので、発生した水素はキャニスタ２から漏れ出し、収納管３内に徐々に充満していく。

そこで、発火を防止するために、ステップＳ４として収納管３内の水素を排出する（図４参照）。本実施例では、出口ポンプ１４を作動させることにより、収納管３内の気体を出口管９から外部に排気することができる（図２参照）。ここで、水素は軽いために収納管３内で上方に分布しやすく、主管７の上方に備えた出口管９から効率良く排気されていく。この際、出口管９には出口フィルタ１３を備えているため、収納管３内の放射性物質が外部へ漏洩することはない。又、出口ポンプ１４は、放射性物質の封じ込めのため、収納管３内を陰圧に保つ役割をも兼ねている。

ここで、収納管３内における水素濃度を低く保つためには、出口管９からの排気だけでは不十分である。このため、本実施例では、ステップＳ４での出口管９からの排気に併せ、ステップＳ５として入口管８から収納管３内に外気を給気し、収納管３内の掃気を行うようにしている（図４参照）。このステップＳ４，Ｓ５からなる掃気の工程により、収納管３内の水素濃度を効果的に低減することができる。

尚、この掃気の工程において、ステップＳ４とステップＳ５との時間的な関係は特に限定されない。出口管９からの排気を先に実行しても良いし、入口管８からの給気を先に実行しても良い。又、出口管９からの排気と入口管８からの給気を並行して実行することもできる。ここで、いずれにしても、この掃気の工程を通し、収納管３の内部を陰圧に保っておくことが望ましいことは勿論である。

ステップＳ４，Ｓ５の掃気の工程は、例えば一定期間置きに実行しても良いし、又、収納管３内の気体を定期的にサンプリングし、水素濃度が所定の値まで上昇したことを検知したタイミングで実行しても良い。あるいは、圧力計１６の値が所定値に達したタイミングで実行することもできる。

上述の如く、建屋４での貯蔵中、キャニスタ２ないし収納管３は、崩壊熱によって生じるドラフト力により自然空冷される（図１参照）。この空冷は、入口シャフト５から取り入れた空気が収納管３の周囲を通過することによって行われ、通過した空気は出口シャフト６から建屋４の外部に排出される。この際、収納管３は主管７の上部開口７ａを遮蔽プラグ１７により封じられ、入口管８と出口管９には入口フィルタ１０と出口フィルタ１３が設置されて気体のみが通過するようになっているので、建屋４内を通過する空気に放射性物質が漏洩することはない。このように、崩壊熱の冷却のための空気の流れと、掃気のための空気の流れは、収納管３の外部と内部とに分離されるようになっている。

こうして、上記本実施例によれば、放射性廃棄物１の周囲の水素濃度を低く保ち得る。

又、本実施例では、出口ポンプ１４が収納管３内を陰圧に保つ役割をも兼ねている。このように構成すると、放射性物質を収納管３内に確実に封じ込めることができる。

更に又、収納管３内の気体を定期的にサンプリングし、該気体内の水素濃度に応じて前記収納管３の掃気の工程を実行するようにすれば、水素濃度の上昇による発火を確実に回避することができる。

尚、本発明の放射性廃棄物の貯蔵方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 放射性廃棄物
２ キャニスタ
３ 収納管
７ 主管
８ 入口管
９ 出口管
１１ 入口ポンプ
１４ 出口ポンプ

Claims (3)

1. 放射性廃棄物を、蓋の内側に水素と酸素を結合させる再結合触媒を備えた開放構造のキャニスタ内に密封しない状態で収容し、
   前記キャニスタを、該キャニスタを収納する主管と、該主管内に外気を給気する入口ポンプを備えた入口管と、前記主管内の気体を外部に排気する出口ポンプを備えた出口管とを備えてなる収納管内に収納して貯蔵し、
   貯蔵にあたり、前記収納管内の気体を定期的にサンプリングし、該気体内の水素濃度に応じて前記収納管内の気体を前記出口管から外部に排気すると共に、外気を前記入口管から前記収納管内に給気することで該収納管の掃気の工程を実行する放射性廃棄物の貯蔵方法。
2. 前記出口ポンプは、前記収納管内を陰圧に保つ役割を兼ねる請求項１に記載の放射性廃棄物の貯蔵方法。
3. 蓋の内側に水素と酸素を結合させる再結合触媒を備え、放射性廃棄物を密封しない状態で内部に収容する開放構造のキャニスタと、
   該キャニスタを内部に収納する主管と、該主管内に外気を給気する入口ポンプを備えた入口管と、前記主管内の気体を外部に排気する出口ポンプを備えた出口管とを備えてなる収納管とを備え、
   前記収納管内の気体を定期的にサンプリングし、該気体内の水素濃度に応じて前記収納管内の気体を前記出口管から外部に排気すると共に、外気を前記入口管から前記収納管内に給気する掃気の工程を実行するよう構成された放射性廃棄物の貯蔵装置。
   

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