JP2635876B2 - 放射性ガス固定化処理装置 - Google Patents

放射性ガス固定化処理装置

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JP2635876B2
JP2635876B2 JP33219791A JP33219791A JP2635876B2 JP 2635876 B2 JP2635876 B2 JP 2635876B2 JP 33219791 A JP33219791 A JP 33219791A JP 33219791 A JP33219791 A JP 33219791A JP 2635876 B2 JP2635876 B2 JP 2635876B2
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晋一郎 林
良 吉 五十嵐
英 治 関
池 章 菊
田 幹 雄 和
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Toshiba Corp
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Toshiba Corp
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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば核燃料再処理工
場等から発生する放射性ガスをイオン化してそのガスイ
オンをスパッタ金属層中に注入固定化する放射性ガス固
定化処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、使用済核燃料からウランとプル
トニウムを回収する核燃料再処理工場では、使用済核燃
料の剪断工程や溶解工程等において、核分裂生成物を含
む放射性ガスが発生する。このうち、最も問題となる可
能性のある放射性ガスは、クリプトン85(以下Kr−85
と略称する)であり、このKr−85は、半減期が約10.7
年と非常に長いため、これを長期間安全に貯蔵できるよ
うにした技術の開発が進められている。
【0003】現在までに開発されている前記放射性ガス
の貯蔵方法としては、放射性ガスを高圧ボンベ等の圧力
容器に封入貯蔵して永久保存するようにした高圧ボンベ
貯蔵法、Kr−85をゼオライトに吸着させるようにした
ゼオライト吸着法、放射性ガスをイオン化してスパッタ
金属層中に注入固定化するようにしたイオン注入法等が
一般に知られている。
【0004】しかし、前記高圧ボンベ貯蔵法は、放射性
の高圧ガスを充てんする場合、貯蔵容器の耐圧試験等の
容器検査を定期的に行なうことが法令で義務づけられて
いるため、容器検査の度毎に隣接する貯蔵ガス容器の貯
蔵ガスをその都度別の容器に移し替える必要がある。こ
の為このガスの移し替えに繁雑な作業が要求される。ま
た、ゼオライト吸着法は、Kr−85等の放射性ガスを高
温・高圧下で処理しなければならないため、高圧ガス設
備としての管理方法等の数多くの改善すべき問題があ
る。
【0005】これに対して、イオン注入法は、常温・低
圧下で放射性ガスを処理することができるばかりでな
く、経済性や安定性の面でも他の方法に比べ優れてい
る。
【0006】図2は、上述したイオン注入法により放射
性ガスを固定化処理する従来の一般的な放射性ガス固定
化処理装置を示す断面図である。
【0007】同図において、符番1は放射性ガスをイオ
ン化するイオン化室で、このイオン化室1は、上方に開
口した円筒容器状のイオン注入電極2と、このイオン注
入電極2の上端開口部を気密的に閉塞する上部陽極電極
としての陽極蓋3とから形成されている。
【0008】前記陽極蓋3には、イオン化室1内に放射
性ガスを導入するための吸気管4とイオン化室1内を排
気するための排気管5が接続されている。そして、排気
管5には、真空ポンプ等の排気装置(図示せず)が接続
されており、この排気装置によりイオン化室1内の圧力
を一定の低圧力に保持するようなされている。
【0009】また、前記イオン注入電極2に対向して、
円筒状のスパッタ電極6がイオン化室1の中央に配置さ
れている。このスパッタ電極6は、絶縁材からなるハー
メチックシール7を介して陽極蓋3に支持されており、
スパッタ電源8から高電圧が印加されるようになってい
る。
【0010】一方、イオン注入電極2は、イオン注入電
源9に接続されており、このイオン注入電源9から負の
電圧が印加されるようになっている。なお、イオン注入
電極2と陽極蓋3とは、絶縁リング10により電気的に
絶縁されている。
【0011】このように構成された放射性ガス固定化処
理装置においては、イオン化室1内のガス圧力とイオン
注入電極2及びスパッタ電極6に印加される電圧が適当
な条件を満たすとイオン化室1内でグロー放電が発生
し、このグロー放電によってイオン化室1内に導入され
た放射性ガスがイオン化することが知られている。
【0012】例えば、イオン化室1内のガス圧力を10-1
〜10-3Torr に維持した状態で、イオン注入電極2に−
1KV以下の電圧を、スパッタ電極6に−1KV以上の
電圧をそれぞれ連続的に印加すると、イオン化室1内に
導入された放射性ガスはグロー放電によってイオン化さ
れ、図3に示すようにガスイオン11となる。
【0013】このガスイオン11は、イオン注入電極2
よりスパッタ電極6に印加される電圧の方が相対的に高
いことからスパッタ電極6の電界に沿って加速され、ス
パッタ電極6の表面に衝突して該スパッタ電極6をスパ
ッタリングさせる。これにより、スパッタ電極6からは
ガスイオン11との衝突によって生じたスパッタリング
金属12が飛び出し、対向するイオン注入電極2の内周
面に付着してスパッタ金属層13が累積形成される。
【0014】また、これと同時に一部のガスイオン11
は、図4に示すように、イオン注入電極2の電界の方に
直接加速され、イオン注入電極2の内周面に形成された
スパッタ金属層13内に打ち込まれる。これにより、イ
オン化室1で発生したガスイオン11は、最終的にイオ
ン注入電極2の表面に累積形成されるスパッタ金属層1
3の中に注入されて固定化される。
【0015】従って、このような操作をイオン化室1内
の放射性ガスがなくなるまで行なうことにより、Kr−
85等の放射性ガスをイオン化し、そのガスイオンをイオ
ン注入電極2の表面に累積形成されたスパッタ金属層1
3の中に注入固定化して、これを長期間安全に貯蔵する
ことが可能となる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、イオン注入電極2に対するスパッタ金
属層13の密着力が弱いと、ガス処理運転中にスパッタ
金属層13がイオン注入電極2から剥れ落ちてしまい、
この剥れ落ちたスパッタ金属層13が電界の歪みを招
き、異常放電に繋がってしまうといった問題点があっ
た。
【0017】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
もので、イオン注入・固定化率を高め、しかもスパッタ
金属層がイオン注入電極から剥れ落ちて異常放電が生じ
ても、安定したガス処理運転を再起動できるようにした
放射性ガス固定化処理装置を提供することを目的とす
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、負の電圧が印加されるイオン注入電極とこ
のイオン注入電極と電気的に絶縁された陽極電極とで形
成されるイオン化室内に、負の高電圧が印加されるスパ
ッタ電極を前記イオン注入電極と対向させて配置し、こ
れらスパッタ電極及びイオン注入電極間にグロー放電を
発生させて前記イオン化室内に導入された放射性ガスを
イオン化させ、このガスイオンで前記スパッタ電極をス
パッタリングさせて前記イオン注入電極の表面にスパッ
タ金属層を累積形成しながら前記ガスイオンを前記スパ
ッタ金属層中に注入固定化する放射性ガス固定化処理装
置において、前記イオン注入電極の上下両端に2つの陽
極電極をそれぞれ絶縁状態で連接するとともに、イオン
化室の下部の前記スパッタ電極の下方に配置したイオン
分離室を介して該イオン化室を大電流を流せる3極管の
働きをする中間イオン化室と、小電流を流せる2極管の
働きをする下部イオン化室とに区分し、更に前記イオン
分離室を通過させて放射性ガスをイオン化室内に導入す
るようにしたものである。
【0019】
【作用】上記のように構成した本発明によれば、スパッ
タ電極、イオン注入電極及び陽極電極の3極管により構
成される中間イオン化室でのスパッタリング頻度を高
め、イオン注入する割合を大きくして、ここでより多く
の注入固化体が形成されるようになすことができる。し
かも、イオン分離室内を通過させて放射性ガスをイオン
化室内に導入することにより、放射性ガスの移動距離を
長くして放射性ガスのイオン化の確立を高め、放電の火
種となる確率を高めて該火種をイオン分離室内に内蔵さ
せ、これによって異常放電が生じても、イオン分離室内
に内蔵させた火種により再起動を容易となすことができ
る。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例を示す放射性ガス固定
化処理装置の断面図であり、上記図2に示す従来例と同
一部材には同一符号を付して説明する。
【0021】即ち、イオン化室1は、円筒状の上下に連
通したイオン注入電極2と、このイオン注入電極2の上
端開口部を気密的に閉塞する上部陽極電極としての陽極
蓋3と、下端開口部を気密的に封止する下部陽極電極1
4とから構成されている。
【0022】前記イオン注入電極2は、イオン注入電源
9に接続されており、このイオン注入電源9から負の電
圧が印加されるようになっている。なお、イオン注入電
極2と陽極蓋(上部陽極電極)3とは絶縁リング10に
よって、イオン注入電極2と下部陽極電極14とは絶縁
リング15によって夫々電気的に絶縁されている。
【0023】前記下部陽極電極14には、イオン化室1
内に放射性ガスを導入するための吸気管4が接続され、
陽極蓋(上部陽極電極)3には、イオン化室1内を排気
するための排気管5が接続されている。そして、この排
気管5には、真空ポンプ等の排気装置(図示せず)が接
続されており、この排気装置によりイオン化室1内の圧
力を一定の低圧力に保持するようになされている。
【0024】また、上記イオン注入電極2に対向して、
円筒状のスパッタ電極6がイオン化室1の中央に配置さ
れている。このスパッタ電極6は、絶縁材からなるハー
メチックシール7を介して陽極蓋3に支持されていお
り、スパッタ電源8から負の高電圧が印加されるように
なっている。
【0025】前記イオン化室1は、上部にあってイオン
注入・固定化率を向上させるため大電流を流せる3極管
としての働きをする中間イオン化室1aと、下部にあっ
て小電流を流せる2極管としての働きをする下部イオン
化室1bとに区分されるている。即ち、中間イオン化室
1aは、スパッタ電極6の側方に位置し、該スパッタ電
極6、イオン注入電極2及び上下の両陽極電極3,14
より3極管としての働きをなすよう、また下部イオン化
室1bは、スパッタ電極6の下方に位置し、該スパッタ
電極6と下部陽極電極14より2極管としての働きをな
すようなされている。
【0026】ここに、3極管である中間イオン化室1a
と2極管である下部イオン化室1bとは、その働きが大
いに相違するため、両者1a,1bを分離し、両イオン
化室1a,1b間の相互の干渉を防止して、イオン化作
用を持続させて安定運転に寄与するために、陽極電極と
して働きを持たせたイオン分離室16が前記スパッタ電
極6の下方に位置してイオン化室1の下部に設けられて
いる。
【0027】このイオン分離室16は、円筒体17によ
って周囲を区画することによって構成され、この円筒体
17の下部には、前記吸気管4に連通するガス入口部1
7aが、上部にはガス出口管17bが夫々設けられて、
放射性ガスがこのイオン分離室16を通過してイオン化
室1内に導入されるよう構成されている。
【0028】これにより、イオン化の際に放出する電子
を吸引する陽極電極としての働きを持つイオン分離室1
6内を通過する放射性ガスの移動距離を長くなして、イ
オン化する確率を高めることにより、放電の火種をイオ
ン分離室16の内部に内蔵できるようなされている。
【0029】このように構成された放射性ガス固定化処
理装置においては、中間イオン化室1a、即ちスパッタ
電極6側方は、スパッタ電極6、イオン注入電極2及び
上下の陽極電極3,14で3極管の働きを持つように構
成され、3極管の場合、大電流を通電することが可能で
あるので、スパッタリング頻度を大きくして、イオン注
入する割合を大きくなし、これによってより多くの注入
固化層を形成するようにすることができる。
【0030】また、下部イオン化室1b、即ちスパッタ
電極6の下方は、スパッタ電極6及び下部陽極電極20
で2極管の働きを持つよう構成され、2極管の場合、小
電流しか流せないので、スパッタリング頻度を小さくし
て、イオン注入する割合を小さくなし、殆ど注入固化層
が形成されないようにすることができる。
【0031】このように、中間イオン化室1aと下部イ
オン化室1bにおけるスパッタリング現象が異なるの
で、イオン化室1の下部にイオン分離室16を設けて、
3極管である中間イオン化室1aと2極管である下部イ
オン化室1bとを分離し、両イオン化室の干渉を防止し
てイオン化作用を持続させ、安定運転に寄与するように
なされている。
【0032】また、放射性ガスを該ガスのイオン化の際
に放出する電子を吸引する下部陽極電極としての働きを
持つイオン分離室16内を通過させてイオン化室1内に
導くことにより、このイオン分離室29内を通過する放
射性ガスの移動距離を長く取ることができ、これによっ
てイオン化する確率を高めて放電を維持し易くなすとと
もに、放電の火種をイオン分離室29に内蔵することが
できるので、ガス処理運転中に異常放電が生じても、ガ
ス処理運転の再起動を容易に行うようにすることができ
る。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電流を流せる3極管としての働きをなす中間イオン化
室を設けることにより、この中間イオン化室でのイオン
注入・固定化率を高めることができる。しかも、イオン
分離室内に放電の火種を内蔵することができるので、ガ
ス処理運転中に異常放電が生じても、ガス処理運転の再
起動を容易に行うことができ、効率の良い安定したガス
処理運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す放射性ガス固定化処理
装置の全体縦断正面図。
【図2】従来例の放射性ガス固定化処理装置の全体縦断
正面図。
【図3】放射性ガス固定化処理装置の作用の説明に付す
る横断面図。
【図4】放射性ガス固定化処理装置の作用の説明に付す
る横断面図。
【符号の説明】
1 イオン化室 2 イオン注入電極 3 陽極蓋(上部陽極電極) 4 吸気管 5 排気管 6 スパッタ電極 8 スパッタ電源 9 イオン注入電源 10 絶縁リング 11 ガスイオン 13 スパッタ金属層 14 下部陽極電極 15 絶縁リング 16 イオン分離室 17 円筒体 17a ガス入口部 17b ガス出口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 英 治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 菊 池 章 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会 社東芝 本社事務所内 (72)発明者 和 田 幹 雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負の電圧が印加されるイオン注入電極とこ
    のイオン注入電極と電気的に絶縁された陽極電極とで形
    成されるイオン化室内に、負の高電圧が印加されるスパ
    ッタ電極を前記イオン注入電極と対向させて配置し、こ
    れらスパッタ電極及びイオン注入電極間にグロー放電を
    発生させて前記イオン化室内に導入された放射性ガスを
    イオン化させ、このガスイオンで前記スパッタ電極をス
    パッタリングさせて前記イオン注入電極の表面にスパッ
    タ金属層を累積形成しながら前記ガスイオンを前記スパ
    ッタ金属層中に注入固定化する放射性ガス固定化処理装
    置において、前記イオン注入電極の上下両端に2つの陽
    極電極をそれぞれ絶縁状態で連接するとともに、イオン
    化室の下部の前記スパッタ電極の下方に配置したイオン
    分離室を介して該イオン化室を大電流を流せる3極管の
    働きをする中間イオン化室と、小電流を流せる2極管の
    働きをする下部イオン化室とに区分し、更に前記イオン
    分離室を通過させて放射性ガスをイオン化室内に導入す
    るようにしたことを特徴とする放射性ガス固定化処置装
    置。
JP33219791A 1991-12-16 1991-12-16 放射性ガス固定化処理装置 Expired - Lifetime JP2635876B2 (ja)

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