JP2005283415A - 放射性廃棄物の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多量の二次廃棄物を発生することなしに少ない量の超臨界二酸化炭素によって放射性廃棄物から放射性元素を分離して放射性廃棄物の量を低減する放射性廃棄物の処理方法および装置を提供する
【解決手段】放射性廃棄物１と超臨界状態の二酸化炭素５とを接触させて放射性廃棄物１から放射性元素を抽出する抽出槽２と、抽出槽２に超臨界状態の二酸化炭素５を供給する超臨界二酸化炭素供給装置３と、抽出槽２から排出された放射性元素を含む超臨界二酸化炭素７を減圧させる減圧器８と、この減圧器８で減圧された放射性元素を含む二酸化炭素を水１０と接触させ放射性元素６を水１０に移行させて二酸化炭素と分離する放射性元素回収器９とを備えている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超臨界二酸化炭素を用いて放射性廃棄物から放射性元素を分離する放射性廃棄物の処理方法および装置に関する。

原子力発電所では、放射性の不燃物や難燃物が発生し、これらは焼却処理が困難であることから、セメントなどで固化され処分される。放射性廃棄物の量を低減させるためには、放射性廃棄物の中から放射性元素を分離し、放射性元素を含む廃棄物と、放射性元素を含まない廃棄物とに分別するのが一つの有力な方法である。

例えば、放射性固体廃棄物から放射性元素を分離する手段としては、酸を用いて放射性元素を溶解分離する方法が一般的である。さらに、放射性元素を溶解した酸性の廃液から、抽出法、イオン交換法あるいは沈殿法を用いて放射性元素を分離する。また、固体を処理した廃液だけでなく、原子力発電所から排出される廃液の処理も、同様に、抽出法、イオン交換法あるいは沈殿法を用いて放射性元素を分離する。ただし、廃液中の酸濃度や塩濃度が高いと、放射性元素を分離するために多量の有機溶剤、イオン交換樹脂、沈殿剤等が必要になり多量の二次廃棄物が発生するという問題がある。

超臨界二酸化炭素は、有機物をよく溶解する性質があることから、有機物の抽出・分離媒体として開発が進められてきた。主に1970年代に食品や医療の分野で開発が進み、西ドイツやアメリカでコーヒーの脱カフェイン、ホップエッセンス抽出等の商業プロセスが稼動している。このように超臨界二酸化炭素は、有機物とよく混ざり合い有機物を溶解する性質があるが、無機物は溶解し難い。しかしながら、近年、無機物を有機金属錯体として抽出分離する方法が試みられている。

原子力分野で超臨界二酸化炭素を用いて無機物（放射性物質）の分離を日本で始めて検討したのは、日本原子力研究所である。日本原子力研究所では硝酸ウラニル溶液に、リン酸トリブチル（ＴＢＰ）を溶解した超臨界二酸化炭素を接触させて、ウランを抽出することに成功した（下記特許文献１参照）。また、三菱重工業（株）と名古屋大学は共同で、酸化ウランにＴＢＰ硝酸錯体を溶解した超臨界二酸化炭素を接触させ、ウランを抽出した（下記特許文献２参照）。

これらは、いずれも次世代の燃料再処理方法として検討がなされているものであり、使用済みウラン燃料からのウランの回収を目的としたものである。使用済み燃料からのウランの回収方法として超臨界二酸化炭素を用いた方法は、ウランを含む有機廃棄物の低減、工程の削減などのメリットがある。しかしながら、ＴＢＰとウランとの有機金属錯体（ＴＢＰ−ウラニル錯体）の超臨界二酸化炭素中への溶解度が小さいため、多量の超臨界二酸化炭素が必要になるなどの問題がある。
特開平８−８２６９６号公報 特開平１１−１７４１９４号公報

本発明は、多量の二次廃棄物を発生させることなしに少ない量の超臨界二酸化炭素によって放射性廃棄物から放射性元素を分離して放射性廃棄物の量を低減させる放射性廃棄物の処理方法および装置を提供することを目的とする。

請求項１から請求項１２までの発明は放射性廃棄物の処理装置であり、請求項１の発明は、放射性廃棄物と超臨界状態の二酸化炭素とを接触させて前記放射性廃棄物に含まれる放射性元素を前記超臨界状態の二酸化炭素に移行させる抽出槽と、前記抽出槽に超臨界状態の二酸化炭素を供給する超臨界二酸化炭素供給装置と、前記抽出槽から排出された放射性元素を含む超臨界二酸化炭素を減圧する減圧器と、減圧された放射性元素を含む二酸化炭素を水と接触させ放射性元素を水に移行させて二酸化炭素と分離する放射性元素回収器とを備えている。

請求項２の発明は、前記超臨界二酸化炭素供給装置と前記抽出槽の間に超臨界二酸化炭素を加温する予熱器を備えている構成とする。
請求項３の発明は、前記放射性元素回収器において分離した二酸化炭素を、水分除去器で水分を除去した後に前記超臨界二酸化炭素供給装置の入口に戻すラインを備えている構成とする。

請求項４の発明は、前記抽出槽と前記減圧器の間に放射性元素を含む超臨界二酸化炭素と水を接触させて放射性元素を水の中に回収する回収槽を備えている構成とする。
請求項５の発明は、前記回収槽の出口から水分を含む超臨界二酸化炭素を前記抽出槽の入口に戻す循環ラインを備えている構成とする。

請求項６の発明は、前記超臨界二酸化炭素供給装置と前記抽出槽の間に放射性廃棄物から放射性元素を抽出する抽出剤を供給する抽出剤供給装置を備えている構成とする。
請求項７の発明は、前記抽出剤は、炭素、窒素、水素および酸素から選ばれた元素で構成されている構成とする。

請求項８の発明は、前記抽出槽内の温度および前記回収槽内の温度は３０〜９０℃の範囲である構成とする。
請求項９の発明は、前記抽出槽および前記回収槽に超臨界二酸化炭素を導入するラインは下部に接続され、超臨界二酸化炭素を排出するラインは上部に接続されている構成とする。

請求項１０の発明は、前記抽出槽および前記回収槽は鉛直に設置された円筒型であり、内部水平方向に整流板が設けられている構成とする。
請求項１１の発明は、前記抽出槽および前記回収槽は、耐圧構造の外側容器と、前記外側容器の中に設けられた内側容器とを備え、前記内側容器は開口部を有し、内側容器の内側と外側は実質的に同じ圧力である構成とする。

請求項１２の発明は、前記内側容器はポリエチレン樹脂またはふっ素樹脂またはアクリル樹脂またはチタンからなり、前記外側容器は低炭素鋼またはステンレス鋼からなる構成とする。
請求項１３から請求項１７までの発明は放射性廃棄物の処理方法であり、請求項１３の発明は、放射性廃棄物を超臨界二酸化炭素に接触させ前記放射性廃棄物に含まれる放射性元素を前記超臨界二酸化炭素に移行させて放射性元素含有超臨界二酸化炭素を生成し、前記放射性元素含有超臨界二酸化炭素を水に接触させて前記放射性元素含有超臨界二酸化炭素に含まれる放射性元素を水に移行させる方法とする。

請求項１４の発明は、前記水に水酸化ナトリウムまたは還元剤を添加する方法とする。
請求項１５の発明は、前記放射性元素を移行した水に含まれる有機成分を、空気または酸素またはオゾンまたは過酸化水素または紫外線によって分解する方法とする。

請求項１６の発明は、前記放射性元素は、コバルトまたはヨウ素または炭素またはテクネチウムを含む方法とする。
請求項１７の発明は、前記放射性廃棄物は、放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液で汚染されている廃棄物、または硫酸ナトリウムもしくは塩化ナトリウムを多量に含むスクラバー廃液、またはアスファルト固化体、または煙探知器である方法とする。

本発明によれば、多量の二次廃棄物を発生することなしに少ない量の超臨界二酸化炭素によって放射性廃棄物から放射性元素を分離して放射性廃棄物の量を低減する放射性廃棄物の処理方法および装置を提供することができる。

以下、本発明の第１ないし第４の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態の放射性廃棄物の処理装置は、図１に示すように、放射性廃棄物１と超臨界状態の二酸化炭素５とを接触させ、放射性廃棄物１に含まれる放射性元素を超臨界状態の二酸化炭素５に移行させる抽出槽２と、放射性廃棄物１を収容した抽出槽２内に超臨界状態の二酸化炭素５を連続的に供給する超臨界二酸化炭素供給装置３と、超臨界二酸化炭素５を暖める予熱器１３と、抽出槽２から排出された放射性元素含有超臨界二酸化炭素７を減圧する減圧器８と、減圧した放射性元素含有超臨界二酸化炭素７を水１０と接触させて放射性元素６を水１０に回収して二酸化炭素と分離する放射性元素回収器９とを備えた構成である。予熱器１３と抽出槽２は恒温槽１２内に設けられている。

放射性廃棄物１を予め抽出槽２内にセットし、超臨界二酸化炭素供給装置３を用いて、二酸化炭素４を７MPa以上の圧力（超臨界状態）に昇圧して連続的に抽出槽２内に供給して放射性廃棄物１と超臨界二酸化炭素５とを接触させ、放射性廃棄物１から放射性元素６を抽出する。放射性元素含有超臨界二酸化炭素７は、抽出槽２から連続的に排出し減圧器８で大気圧まで減圧した後、ただちに放射性元素回収器９に導入し、放射性元素６と二酸化炭素４を水１０の中に吹き込んで接触させ、放射性元素６を水１０に溶解させて回収する。水１０に溶解できない二酸化炭素（水分含有）１１は水１０と分離した後、系外に排出される。

超臨界二酸化炭素５は予熱器１３で予熱して抽出槽２内の温度が一定の温度となるようにコントロールする。抽出槽２内の温度は３０〜９０℃の範囲とする。抽出槽２内の温度を３０〜９０℃の範囲で保持して放射性元素の抽出を行うと、抽出槽２を構成する材料は、高温で強度のあるインコネルなどの高価な材料を用いることなく、ステンレス鋼等の安価な材料で構成することが可能になり、コストダウンが図れる。また、圧力は、槽内の二酸化炭素を超臨界状態にするため、７MPa以上にする。

超臨界二酸化炭素供給装置３と抽出槽２と減圧器８は、負圧に制御されたフードあるいは箱の中に設置する。これらの機器は、放射性元素を取り扱うため、負圧に制御された箱の中に設置すると、系外への漏洩がなく安全な処理が可能である。装置の全部を負圧に制御された箱の中に設置することも可能であるが、高圧の機器である超臨界二酸化炭素供給装置３と、抽出槽２と、減圧器８の少なくとも３つは負圧に制御された箱の中に設置することが必要である。また、負圧に制御された箱は、具体的にはグローブボックス、フードなどを用いる。

放射性廃棄物１は例えば、放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液で汚染されている廃棄物である。このような放射性廃棄物１（ポリビン、ガラスビンなど）を想定して、本実施の形態の作用ならびに効果を説明する。

液体シンチレーションカウンターはα線、β線のエネルギーを蛍光体に吸収させて蛍光を発生させ、その数を計測することにより測定を行う。放射性元素を含むサンプルは、蛍光体とともにガラスビンの中に入れて測定を行うため、測定後廃液を含む多量のガラスビンが発生する。廃液の組成は、蛍光体の他に、界面活性剤などを含む有機廃液である。放射性元素としては、α線、β線を出す放射性元素、例えばC-14などを含む。廃棄物を処分する場合には、ガラスビンから廃液を取り出しガラスビンと分別する。ガラスビンに付着した廃液は、有機溶剤などで溶解し、C-14を除去する処置を講じる。その結果、廃棄物の処理には、多量の有機溶剤が必要になる。

廃液が付着したガラスビンを抽出槽２にセットし、超臨界二酸化炭素中に有機物を溶解させ、ガラスビンから廃液を除去すると、新たに有機溶剤を添加することなくガラスビンから廃棄物を除去することができる。また、有機溶剤を含む超臨界二酸化炭素を水の中に吹き込むことにより、有機溶剤や放射性元素を気相へ飛散させることなく安全に処理することができる。

図２に、液体シンチレーションカウンターに用いる有機溶剤を添加した紙から、有機溶剤を分離除去した結果を示す。紙に有機溶剤１mlを加え、温度40℃、圧力15MPa、二酸化炭素流量２ml/minの条件で20分間抽出した。抽出前の初期サンプル量は0.2617ｇで、その内訳は紙0.1617ｇ、溶剤0.1ｇである。試験終了後、容器内のサンプル量は0.1691ｇとなり、紙の重量0.1617ｇとほぼ同じ値であった。以上のことから、超臨界二酸化炭素を用いて廃棄物から有機溶剤をほぼ全量回収することができた。

本実施の形態の放射性廃棄物の処理装置によれば、放射性廃棄物１から放射性元素６を除去することが可能であるため、放射性廃棄物１の量を大幅に低減させることができる。また装置各部を負圧に管理された箱の中に設置し、放射性元素を飛散させることなく分離処理することができる。また放射性元素を高温で処理する必要がないため、高温で強度のある高価な材料は必要なく、安価な材料で分離処理を構成することが可能である。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。本実施の形態の放射性廃棄物の処理装置は、放射性元素回収器９において分離した二酸化炭素（水分含有）１１を、水分除去器１４で水分を除去した後、超臨界二酸化炭素供給装置３の入口に戻すラインを備えている。他の構成は図１に示した第１の実施の形態と同じである。

二酸化炭素４は、二酸化炭素ボンベから供給するため、図１に示した第１の実施の形態のように二酸化炭素をワンスルーで流す構成では、二酸化炭素が多量に必要になる。そのため、放射性元素回収器９において分離した二酸化炭素を回収した後、超臨界二酸化炭素供給装置３の入口に戻し、繰り返し使用する。こうすることによって、二酸化炭素の使用量を低減することができる。水分の除去方法としては、冷却して水を凝縮させ除去する方法や、膜を利用して水を分離する方法などを用いることが好ましい。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置は、図４に示すように、抽出槽２と減圧器８の間に、放射性元素を含む超臨界二酸化炭素７と高圧水１５を接触させ放射性元素６を高圧水１５中に回収する回収槽１６を備えている。

回収槽１６から排出される超臨界流体は、放射性元素含有超臨界二酸化炭素７から大部分の放射性元素を除去した流体である。この流体は、回収槽１６内の水（高圧）１５と接触したあとであるため、超臨界二酸化炭素は水分を含む。水分含有超臨界二酸化炭素１７は減圧器８で減圧した後、放射性元素回収器９で完全に放射性物質を除去する。なお、回収槽１６で放射能を除去した水分含有超臨界二酸化炭素１７は循環ライン１８を用いて予熱器１３の前段に戻し、再び抽出槽２で放射性元素６を抽出するようにしてもよい。

抽出槽２と回収槽１６の温度は３０〜９０℃とする。抽出槽２と回収槽１６内の温度を３０〜９０℃の範囲で保持して抽出と回収を行うと、抽出槽２や回収槽１６を構成する材料は、高温で強度のあるインコネルなどの高価な材料を用いることなく、安価な材料で構成することが可能になり、コストダウンが図れる。また、圧力は、槽内の二酸化炭素を超臨界状態にするため、７MPa以上にする。

また、超臨界二酸化炭素供給装置３と、抽出槽２と、回収槽１６と、減圧器８の少なくとも４つは負圧に制御された箱の中に設置する。放射性元素を取り扱うため、これらの装置等は負圧に制御された箱の中に設置すると、系外への漏洩がなく安全な処理が可能である。装置の全部を負圧に制御された箱の中に設置することも可能であるが、高圧の機器である超臨界二酸化炭素供給装置３と、抽出槽２と、回収槽１６と、減圧器８の少なくとも４つは負圧に制御された箱の中に設置することが必要である。また、負圧に制御された箱は、具体的にはグローブボックス、フードなどを用いる。

本実施の形態によれば、減圧器８で減圧する前に放射性元素を予め回収槽１６で回収するため、放射性元素回収器９の負担を低減することができる。また、回収槽１６で放射性元素含有超臨界二酸化炭素７から放射性元素を除去しているため、水分含有超臨界二酸化炭素１７を抽出槽２の前段に戻すことができ、二酸化炭素の使用量を大幅に低減することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置は、図５に示すように、放射性元素６を抽出する抽出剤１９を供給する抽出剤供給装置２０を備え、抽出剤１９を投入するラインは超臨界二酸化炭素供給装置３と抽出槽２の間に設けた構成である。他の構成は図４に示した第３の実施の形態と同じである。

放射性元素は無機物のため、超臨界二酸化炭素中への溶解度が低いが、有機溶剤からなる抽出剤と有機金属錯体を生成すると、超臨界二酸化炭素中への溶解度が上昇し、超臨界二酸化炭素中へ抽出することが可能になる。放射性元素としてテクネチウムを例とし、抽出剤としてリン酸トリブチル（ＴＢＰ）を用いた場合の抽出の原理を以下に示す。
下記(1)式は、テクネチウムとＴＢＰとの有機金属錯体の生成式を示す。
Ｈ⁺ ＋ ＴｃＯ₄ ^- ＋ ３ＴＢＰ ＝ ＨＴｃＯ₄ ・ ３ＴＢＰ …(1)

(1)式に示されているように、水の中に存在するテクネチウムは、過テクネチウム酸イオン（ＴｃＯ₄ ^-）の形態で存在し、ＴＢＰが存在すると、テクネチウムＴＢＰ錯体（ＨＴｃＯ_４・３ＴＢＰ）を生成し、水から分離される。水から分離されたテクネチウムＴＢＰ錯体は超臨界二酸化炭素へ溶解し、水の中からテクネチウムを抽出除去することができる。また、(1)式の平衡は、酸濃度が低いと左に傾き、過テクネチウム酸イオンの生成割合が大きくなり、その結果テクネチウムの抽出量が減少する。そのため、酸濃度を変化させることにより、ＴＢＰの抽出ならびに逆抽出を制御することができる。

放射性元素としてテクネチウムを例とし、抽出剤としてリン酸トリブチルを用いた場合の抽出の機構を図６に示す。図６に示すように、抽出槽２の中に、過テクネチウム酸イオン２１を含んだ放射性廃液２２を供給し、超臨界二酸化炭素５とＴＢＰ２３を抽出槽２に連続的に供給するとテクネチウムＴＢＰ錯体２４が超臨界二酸化炭素５中に抽出される。そして、テクネチウムＴＢＰ錯体２４を含む超臨界二酸化炭素５を、回収槽１６に供給し、放射性廃液２０に比べて酸濃度を低下させた回収液２５と接触させると、過テクネチウム酸イオン２１を回収することができる。放射性廃液２２や回収液２５中の酸濃度を変化させることは、抽出槽２と回収槽１６の運転温度ならびに圧力をそれぞれ異ならせることにより達成される。

二酸化炭素は下記(2)式、(3)式に示すように、水の中に溶解すると水素イオンを生成し、溶液は酸性となる。
ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂Ｏ → Ｈ⁺ ＋ ＨＣＯ₃ ^- …(2)
ＨＣＯ₃ ^- → Ｈ⁺ ＋ ＣＯ₃ ^2- …(3)

水溶液の水素イオン濃度は、水中に溶解する二酸化炭素量に比例する。水中に溶解する二酸化炭素量は、水と接触している物質すなわち超臨界二酸化炭素の密度に比例して大きくなる傾向がある。(1)式に示した平衡を右に傾けるためには、溶液の酸濃度を増加させる必要があるが、このような条件の場合には、温度を下げ、かつ圧力を上げて超臨界二酸化炭素の密度を増加させ、水中に溶解する二酸化炭素量を増やすことで達成できる。

他方、(1)式に示した平衡を左に傾けるためには、溶液の酸濃度を低下させる必要があるが、このような条件の場合には、温度を上げ、かつ圧力を下げて超臨界二酸化炭素の密度を低下させ、水中に溶解する二酸化炭素量を減少させることで達成できる。そのため、図６に示した抽出槽２の運転条件は高圧でかつ温度を低下させた条件で運転する。また、回収槽１６の運転条件は低圧でかつ温度を上昇させた条件で行う。こうすることによって、新たに酸やアルカリを添加せず、抽出、回収条件をコントロールすることができる。二酸化炭素は、常温常圧下では、容易に水と分離し、系外に排出できるため、二次廃棄物を発生することなく、処理を行うことが可能となる。

抽出剤１９は炭素、窒素、水素、酸素から選ばれた元素で構成されていると、使用済み抽出剤の廃棄物量を低減することができる。ＴＢＰはウランの再処理工場などで利用されている抽出剤であるが、燐を含むため、廃ＴＢＰを処理すると燐を含む二次廃棄物が生成する。抽出剤が炭素、窒素、水素、酸素などで構成されていれば、抽出剤を分解処理しても二酸化炭素、窒素、水などとなり、二次廃棄物を発生することがない。抽出剤としては、例えばテクネチウムやヨウ素を抽出する場合にはトリイソオクチルアミンなどが望ましい。

抽出槽２や回収槽１６内の温度は３０〜９０℃の範囲で保持して抽出と回収を行うと、抽出槽２や回収槽１６を構成する材料は、高温で強度のあるインコネルなどの高価な材料を用いることなく、安価な材料で構成することが可能になり、コストダウンが図れる。また、圧力は、槽内の二酸化炭素を超臨界状態にするため、７MPa以上にする。

本実施の形態の放射性廃棄物の処理装置は、放射性元素を取り扱うため、装置の各部を負圧に制御した箱の中に設置すると、系外への漏洩がなく安全な処理が可能である。装置の全部を負圧に制御した箱の中に設置することも可能であるが、高圧の機器である超臨界二酸化炭素供給装置３と、抽出槽２と、回収槽１６と、減圧器８と、抽出剤供給装置２０の少なくとも５つは負圧に制御された箱の中に設置することが必要である。また、負圧に制御された箱は、具体的にはグローブボックス、フードなどを用いる。

放射性廃棄物１に含まれる放射性元素としては、コバルト、ヨウ素、炭素、テクネチウムを含む。また放射性廃棄物１の具体例としては、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウムを多量に含むスクラバー廃液、アスファルト固化体、煙探知器などがある。
以上のように本実施の形態によれば、抽出剤１９を添加して放射性廃棄物１から放射性元素６を抽出することにより、二次廃棄物を低減することができる。

（上記第１ないし第４の実施の形態に共通する事項）
上記第１ないし第４の実施の形態において、抽出槽２または回収槽１６に超臨界二酸化炭素５または放射性元素含有超臨界二酸化炭素７を導入するラインは抽出槽２または回収槽１６の下部に設置し、放射性元素含有超臨界二酸化炭素７または水分含有超臨界二酸化炭素１７を排出するラインは、抽出槽２または回収槽１６の上部に接続した構成とするのがよい。

この構成を抽出槽２について示すと図７のようになる。超臨界二酸化炭素５を導入する導入ライン２６は抽出槽２の下部に接続され、放射性元素含有超臨界二酸化炭素７を排出する排出ライン２７は、抽出槽２の上部に接続されている。超臨界二酸化炭素の密度は30℃以上では１ｇ/mlより低い値を示す。例えば、４０℃、10MPaでは0.56ｇ/mlである。そのため、超臨界二酸化炭素５を放射性廃棄物１の下部から投入し、重力を利用して上部に移行させ、放射性廃棄物１から放射性元素を抽出することによって、効率よく放射性廃棄物を処理できる。回収槽１６においても同様である。

さらに、抽出槽２および回収槽１６は鉛直に設置した円筒型とし、整流板を円筒型の長手方向（水平方向）に交互に設置した構成とするのがよい。図７に示すように、抽出槽２を円筒型とし、整流板２８を円筒型の長手方向に交互に設置すると、超臨界二酸化炭素流体が抽出槽２内で分岐し、また合流することにより、効率的に放射性廃棄物１から放射性元素６を抽出することができる。回収槽１６においても同様である。

また上記第１ないし第４の実施の形態において、抽出槽２および回収槽１６は、耐圧構造の外側容器の中に内側容器を設置した二重構造とし、内側容器には開口部を設け、内側容器の中と外の圧力が実質的に同じである構成とするのがよい。この構成を抽出槽２について示すと図８のようになる。抽出槽２は、耐圧構造の外側容器２９ａの中に内側容器２９ｂを設置した二重構造とし、内側容器２９ｂには開口部３０を設け、この開口部３０を通して内側容器２９ｂの中と外が実質的に同じ圧力となるようにしている。

放射性廃棄物１の中には、酸濃度が高く腐食性の高いものも想定される。そのため、内側容器２９ｂを耐食性の高い材料とし、定期的に取り替える方式とすることにより、コストダウンを達成することができるとともに装置を安定に運転できる。なお、内側容器２９ｂの材料は、ポリエチレン樹脂、ふっ素樹脂、アクリル樹脂あるいはチタンとし、外側容器２９ａの材料は低炭素鋼あるいはステンレス鋼とすることが好ましい。

また上記第１ないし第４の実施の形態において、抽出槽２、回収槽１６および放射性元素回収器９に放射線を測定する測定器を設置した構成とする。この構成を抽出槽２について示すと図９のようになる。放射性廃棄物１の放射線を測定するための放射線測定器３１ａを抽出槽２の外部に設置し、抽出した放射性物質の放射線を測定する放射線測定器３１ｂを超臨界二酸化炭素排出ライン２７の外部に設置する。この構成によって、放射性廃棄物１から放射性元素を完全に除去できたかどうかをリアルタイムで把握することができる。

また上記第１ないし第４の実施の形態において、放射性元素回収器９で使用する水１０または回収槽１６で使用する高圧水１５の中に予め水酸化ナトリウムを添加するのがよい。例えば放射性元素回収器９の水１０の中に予め、水酸化ナトリウムを添加すると、気相へ移行しやすい放射性元素を除去することができる。テクネチウム、ヨウ素などは気相へ移行しやすい性質があるが、アルカリと接触すると水１０の中に回収することができる。二酸化炭素１１は系外に排出する場合、テクネチウム、ヨウ素の放出基準を満たす必要があるため、これら元素が放出基準濃度以下になるようにアルカリ性の水１０にテクネチウム、ヨウ素を回収すると、安全な処理が可能になる。

また上記第１ないし第４の実施の形態において、放射性元素回収器９で使用する水１０の中に予め還元剤を添加するのがよい。放射性元素回収器９の水１０の中に予め還元剤を添加すると、気相へ移行しやすい放射性元素を除去することができる。放射性元素としてルテニウムを例にとり説明すると、ルテニウムの酸化物は、四酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）、二酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）が存在するが、常温常圧下では四酸化ルテニウムはガス状で存在する。一方、四酸化ルテニウムが還元して生成する二酸化ルテニウムは常温常圧下では固体状である。還元剤が存在すると、ガス状の四酸化ルテニウムを固体状の二酸化ルテニウムに変換することが可能である。二酸化炭素１１は系外に排出する場合、ルテニウムの放出基準を満たすことが必要であるが、水１０に還元剤を添加すると、ルテニウムを水１０に回収でき、系外にルテニウムを放出することなく安全な処理が可能になる。また、図４、図５に示した回収槽１６の中の高圧水１５に還元剤を添加しても同様の効果が得られる。

また上記第１ないし第４の実施の形態において、放射性元素回収器９で放射性元素を回収した水に含まれる有機成分は、空気、酸素、オゾン、過酸化水素、紫外線などで分解するのがよい。放射性元素回収器９から回収される水１０には、放射性廃棄物１に含まれる放射性元素の他に、放射性廃棄物１から回収された有機成分が存在する。これら有機物は、空気、酸素、オゾン、過酸化水素、紫外線などで分解して有機成分を分解除去すると、放射能を除去した後、海洋に放出することが可能である。水の中の有機物濃度が低く、分解が容易である場合には、100℃以下の温度で、オゾン、過酸化水素、紫外線などを用いて有機成分を分解除去することが望ましい。一方、水の中の有機物濃度が高く分解が困難な場合には、水を超臨界水条件として空気、酸素を投入して分解する方法が望ましい。

また、放射性元素回収器９で放射性元素を回収した水に含まれる放射性元素の分離回収はイオン交換法、沈殿法などで行うことが好ましい。放射能の濃度が低い場合には、水を濃縮することも好ましい。放射性元素回収器９から排出される水をこのような方法で処理することにより、廃棄物を安定に処理しかつ減容することができる。

本発明の第１の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の機器構成および流体の流れを示す図。 本発明の第１の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の作用効果を説明する表。 本発明の第２の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の機器構成および流体の流れを示す図。 本発明の第３の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の機器構成および流体の流れを示す図。 本発明の第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の機器構成および流体の流れを示す図。 本発明の第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置の動作を説明する図。 本発明の第１ないし第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置に備えられる抽出槽の構成を示す図。 本発明の第１ないし第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置に備えられる抽出槽の構成を示す図。 本発明の第１ないし第４の実施の形態の放射性廃棄物の処理装置に備えられる抽出槽の構成を示す図。

符号の説明

１…放射性廃棄物、２…抽出槽、３…超臨界二酸化炭素供給装置、４…二酸化炭素、５…超臨界二酸化炭素、６…放射性元素、７…放射性元素含有超臨界二酸化炭素、８…減圧器、９…放射性元素回収器、１０…水、１１…水分含有二酸化炭素、１２…恒温槽、１３…予熱器、１４…水分除去器、１５…高圧水、１６…回収槽、１７…水分含有超臨界二酸化炭素、１８…循環ライン、１９…抽出剤、２０…抽出剤供給装置、２１…過テクネチウム酸イオン、２２…放射性廃液、２３…ＴＢＰ、２４…ＴＢＰ錯体、２５…回収液、２６…導入ライン、２７…排出ライン、２８…整流板、２９ａ…外側容器、２９ｂ…内側容器、３０…開口部、３１ａ，３１ｂ…放射線測定器。

Claims (17)

1. 放射性廃棄物と超臨界状態の二酸化炭素とを接触させて前記放射性廃棄物に含まれる放射性元素を前記超臨界状態の二酸化炭素に移行させる抽出槽と、この抽出槽に超臨界状態の二酸化炭素を供給する超臨界二酸化炭素供給装置と、前記抽出槽から排出された放射性元素を含む超臨界二酸化炭素を減圧させる減圧器と、この減圧器で減圧された放射性元素を含む二酸化炭素を水と接触させ放射性元素を水に移行させて二酸化炭素と分離する放射性元素回収器とを備えていることを特徴とする放射性廃棄物の処理装置。
2. 前記超臨界二酸化炭素供給装置と前記抽出槽の間に超臨界二酸化炭素を加温する予熱器を備えていることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理装置。
3. 前記放射性元素回収器において分離した二酸化炭素を、水分除去器で水分を除去した後に前記超臨界二酸化炭素供給装置の入口に戻すラインを備えていることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理装置。
4. 前記抽出槽と前記減圧器の間に放射性元素を含む超臨界二酸化炭素と水を接触させて放射性元素を水の中に回収する回収槽を備えていることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理装置。
5. 前記回収槽の出口から水分を含む超臨界二酸化炭素を前記抽出槽の入口に戻す循環ラインを備えていることを特徴とする請求項４記載の放射性廃棄物の処理装置。
6. 前記超臨界二酸化炭素供給装置と前記抽出槽の間に放射性廃棄物から放射性元素を抽出する抽出剤を供給する抽出剤供給装置を備えていることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の処理装置。
7. 前記抽出剤は、炭素、窒素、水素および酸素から選ばれた元素で構成されていることを特徴とする請求項６記載の放射性廃棄物の処理装置。
8. 前記抽出槽内の温度および前記回収槽内の温度は３０〜９０℃の範囲であることを特徴とする請求項１または４記載の放射性廃棄物の処理装置。
9. 前記抽出槽および前記回収槽に超臨界二酸化炭素を導入するラインは下部に接続され、超臨界二酸化炭素を排出するラインは上部に接続されていることを特徴とする請求項１または４記載の放射性廃棄物の処理装置。
10. 前記抽出槽および前記回収槽は鉛直に設置された円筒型であり、内部水平方向に整流板が設けられていることを特徴とする請求項１または４記載の放射性廃棄物の処理装置。
11. 前記抽出槽および前記回収槽は、耐圧構造の外側容器と、前記外側容器の中に設けられた内側容器とを備え、前記内側容器は開口部を有し、内側容器の内側と外側は実質的に同じ圧力であることを特徴とする請求項１または４記載の放射性廃棄物の処理装置。
12. 前記内側容器はポリエチレン樹脂またはふっ素樹脂またはアクリル樹脂またはチタンからなり、前記外側容器は低炭素鋼またはステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１１記載の放射性廃棄物の処理装置。
13. 放射性廃棄物を超臨界二酸化炭素に接触させ前記放射性廃棄物に含まれる放射性元素を前記超臨界二酸化炭素に移行させて放射性元素含有超臨界二酸化炭素を生成し、前記放射性元素含有超臨界二酸化炭素を水に接触させて前記放射性元素含有超臨界二酸化炭素に含まれる放射性元素を水に移行させることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
14. 前記水に水酸化ナトリウムまたは還元剤を添加することを特徴とする請求項１３記載の放射性廃棄物の処理方法。
15. 前記放射性元素を移行した水に含まれる有機成分を、空気または酸素またはオゾンまたは過酸化水素または紫外線によって分解することを特徴とする請求項１３記載の放射性廃棄物の処理方法。
16. 前記放射性元素は、コバルトまたはヨウ素または炭素またはテクネチウムを含むことを特徴とする請求項１３記載の放射性廃棄物の処理方法。
17. 前記放射性廃棄物は、放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液で汚染されている廃棄物、または硫酸ナトリウムもしくは塩化ナトリウムを多量に含むスクラバー廃液、またはアスファルト固化体、または煙探知器であることを特徴とする請求項１３記載の放射性廃棄物の処理方法。
    
    

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