JP2009276203A

JP2009276203A - 廃棄体パッケージの製造方法

Info

Publication number: JP2009276203A
Application number: JP2008127665A
Authority: JP
Inventors: Taku Ishii; 卓石井; Mitsunobu Okihara; 光信沖原; Akira Saito; 亮斉藤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: JP5071862B2

Abstract

【課題】防護体と緩衝体との間の隙間を小さくすることができる廃棄体パッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】廃棄体１０と、廃棄体１０の周囲に設けられ、土質材料２２からなる緩衝体２０と、緩衝体２０を覆う防護体３０とを備えて構成される廃棄体パッケージ１００の製造方法であって、容器状に形成した防護体３０内の中心部に廃棄体１０が、さらにその廃棄体１０の周囲に予め圧縮成形された土質材料２２が取り囲む形で防護体３０内に設置されている状態の後において、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間、もしくは、土質材料２２と廃棄体１０との間の隙間の少なくとも一方に、スラリー状の土質材料を充填するようにする。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、廃棄体パッケージの製造方法に関し、特に原子力発電から発生する放射性廃棄物を含む廃棄体の周囲をベントナイトなどの土質材料からなる緩衝体で包囲し、この外側を防護体で被覆して構成される廃棄体パッケージの製造方法に関する。

従来、原子力発電から発生する放射性廃棄物は、環境に影響を与えることを防止するため、溶融したガラスに混ぜ合わせて固体の廃棄体とされ、緩衝体を介してトンネルなどの埋設施設に埋設されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

緩衝体は、所定の弾性および遮水性を有するように、例えばベントナイトと砂とを混合して形成した土質材料を締め固めて構築される。緩衝体は、地下水が廃棄体に接触することを防止する一方で、地震等の外力に伴うトンネルの変形に応じて緩衝体が変形することで、内包する廃棄体に加わる外力を低減するように機能する。

この緩衝体を介して廃棄体を埋設施設に埋設する場合には、工場において、例えば、上記土質材料を圧縮して、円板状の緩衝ブロック、および中央に廃棄体の外径に対応する孔を有する円板状の緩衝ブロックを形成しておき、その後、トンネルの内部に円板状の緩衝ブロックを配置してから、中央に孔を有する円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に複数配置し、上記孔によって廃棄体を収納する収納領域を形成した後、その収納領域に廃棄体を入れてから、収納領域を塞ぐ態様で円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に配置することが考えられていた（例えば、特許文献１参照）。

一方、工場において、廃棄体と、廃棄体の周囲に構築する円盤型の緩衝ブロックであって、予め圧縮成形されたベントナイト系土質材料からなる緩衝ブロックと、緩衝ブロックを覆う防護体とを備えて成る廃棄体パッケージを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

他方、こうした廃棄体パッケージを製造する他の方法として、例えば、図１８−１に示される方法が知られている。この方法は、図１８−１に示すように、防護体としての円筒型容器を半割り分割した半円筒状容器の一方を横置き状態にし、この容器内へ複数の略半円板状の緩衝ブロックを装填する。次いで、装填した緩衝ブロックによって中央に形成された凹部に円柱状の廃棄体を嵌め込んで、その上方に複数の略半円板状の緩衝ブロックを載置してから他方の半円筒状容器を被せることにより、円柱状の廃棄体パッケージを製造するものである。また、図１９−１に示すように、防護体としての円筒型容器を縦置きしておき、その中に廃棄体と緩衝ブロックを装填する方法で円柱状の廃棄体パッケージを製造することもできる。

また、上記の放射性廃棄物を地中埋設処分する方法あるいは構成に関して、放射性廃棄物を埋設処分する際に用いられる円筒型遮水層（例えば、特許文献３および４参照）、緩衝材ブロックの定置施工法（例えば、特許文献５参照）が知られている。さらに、埋設施設に構築される緩衝体の締め固め方法（例えば、特許文献６参照）、緩衝体の密度を均一にする締め固め方法（例えば、特許文献７参照）、粘土系難透水性材料の圧縮成形方法（例えば、特許文献８参照）、ベントナイト固状体を高密度にする方法（例えば、特許文献９参照）、ベントナイト固状体の締め固め方法（例えば、特許文献１０参照）が知られている。また、埋設廃棄物の充填材としてベントナイトスラリーを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１１および１２参照）。さらに、地盤内にエタノールを配合したベントナイトスラリーを充填する方法が知られている（例えば、特許文献１３、１４および１５参照）。

特開２００７−６９１１２号公報特開２００７−２３２４８２号公報特開２００７−１０５６３４号公報特開２００７−６９１１１号公報特開２００７−７１６５６号公報特開２００７−２４０１５３号公報特開２００８−３０３３号公報特開２００６−３２７０９２号公報特開２００３−２７９６８９号公報特開２００３−２５５０８７号公報特開２００７−３１９７３２号公報特開２００３−２１１１１３号公報特開２００３−９６７６３号公報特開２００３−９６４５０号公報特開２００１−３２３４５３号公報

ところで、上記の従来の廃棄体パッケージの製造方法は、図１８−１あるいは図１９−１に示すように、緩衝体としての緩衝ブロックと防護体の容器内面との間に隙間が生じてしまう。この場合、廃棄体パッケージを搬送する際の振動や衝撃によって、廃棄体パッケージ内の緩衝体が破損したり、廃棄体が位置ズレするおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、防護体と緩衝体との間の隙間を小さくすることができる廃棄体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、スラリー状の土質材料を充填することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記スラリー状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記スラリー状の土質材料は、エタノール水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項３において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥し、前記充填したスラリー中のエタノール成分を前記防護体外に放出させることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１から請求項４のいずれか一つにおいて、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１から請求項５のいずれか一つにおいて、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記スラリーの液相成分が前記防護体内に設置された前記土質材料に吸収されるのを待ち、前記スラリーの体積が減少した後で、再度、スラリー状の土質材料を充填することを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１から請求項６のいずれ一つにおいて、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥して、充填した前記スラリーの体積を収縮させるとともに、再度、前記防護体内にスラリー状の土質材料を注入する工程を含み、該工程を繰り返すことにより前記防護体内における前記緩衝体の充填密度を増大させることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１から請求項７のいずれか一つにおいて、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、一定時間にわたって水を前記防護体内に注入し、前記防護体内に設置した前記土質材料および前記隙間に充填した前記スラリー状の土質材料を吸水膨潤させることにより前記隙間を小さくすることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、スラリー状の土質材料は、先行設置されてある圧縮成形された不飽和状態の土質材料から吸水されることにより体積が収縮する。一方、先行設置されてある土質材料がこのスラリーの収縮体積と同程度の体積だけ吸水膨張する。この結果、防護体内面と設置済み土質材料との間の隙間、もしくは、土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方が小さくなる。さらに、吸水されて体積が収縮したスラリー状の土質材料は、隙間の所々に固結状態で介在するようになり、防護体と土質材料との間、もしくは、土質材料と廃棄体との間の支持体のように機能して隙間を埋めるように作用する。したがって、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。

本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面もしくは廃棄体と先行設置されてある土質材料との間の隙間に充填されるスラリー状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料である。ベントナイトは吸水膨潤性が著しいことから、先行設置されている不飽和状態の土質材料によってスラリーの液相成分が吸水されることにより固結状態になる程度が一層大きくなり、隙間をより一層小さくすることができる。

本発明の請求項３に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、エタノール水を使用することにより、より高濃度のベントナイトスラリーで、水を使用した場合と同等の粘性のスラリーを作ることができる。このため、隙間に注入した後のベントナイト密度を高密度にでき、隙間をより一層小さくすることができる。

本発明の請求項４に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面もしくは廃棄体と先行設置されてある土質材料との間の隙間に、スラリー状の土質材料を充填した後において、防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥し、充填したスラリー中のエタノール成分を防護体外に放出するので、廃棄体パッケージ内部にエタノール成分が残らないようにすることができる。この結果、廃棄体パッケージ内部における長期間の化学反応や微生物作用などに対する懸念事項を解消することができる。

本発明の請求項５に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内を真空あるいは負圧状態とすることにより、スラリーの充填性を妨げる空気がなくなるので、スラリー状の土質材料は、防護体内に生じている隙間全体により迅速かつ確実に行き渡って充填される。このため、隙間をさらに小さくすると同時に、防護体内の緩衝体の平均密度をより高密度に高めることができる。

本発明の請求項６に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面もしくは廃棄体と先行設置されてある土質材料との間の隙間にベントナイトスラリーを充填した後において、スラリーの液相成分が圧縮成形した土質材料に吸収されるのを待ち、スラリー体積が減少した後で、再度、ベントナイトスラリーを充填するので、隙間に固結形成されるベントナイト固状体の大きさを、スラリーを充填する度毎に大きくすることができる。隙間に介在するベントナイト固状体の体積を大きくすることで、隙間をより小さくすることができる。

本発明の請求項７に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面もしくは廃棄体と先行設置されてある土質材料との間の隙間に、スラリー状の土質材料を充填した後において、防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥して、充填したスラリーの体積を収縮させるとともに、再度、防護体内にスラリー状の土質材料を注入する工程を含み、該工程を繰り返すことにより防護体内における緩衝体の充填密度を増大させるので、隙間のベントナイト密度がさらに高密度となり、隙間をより一層小さくすることができる。このため、廃棄体パッケージの搬送中におけるガタツキ発生をより一層低減することができる。

本発明の請求項８に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面もしくは廃棄体と先行設置されてある土質材料との間の隙間に、スラリー状の土質材料を充填した後において、一定時間にわたって水を防護体内に注入し、防護体内に先行設置されてある土質材料および隙間に充填したスラリー状の土質材料を吸水膨潤させることにより、防護体内の隙間を小さくするので、防護体内における廃棄体の移動をより確実に拘束することができる。このため、廃棄体パッケージの搬送中におけるガタツキ発生による廃棄体や緩衝体の破損や位置ズレのおそれをより一層低減させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の好適な実施の形態（実施例１〜６）を詳細に説明する。図１−１は、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の横型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図１８−２は、横型製造方式による廃棄体パッケージの製造方法の概念図である。図１−２は、縦型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図１９−２は、縦型製造方式による製造方法の概念図である。

（実施例１：請求項１および２に対応）
図１−１および図１８−２、あるいは図１−２および図１９−２に示すように、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体１０と、廃棄体１０の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体２０と、緩衝体２０を覆う防護体３０とを備えて成る廃棄体パッケージ１００を製造する方法である。本発明は、横型製造方式の場合には、図１−１および図１８−２に示すように、半割り容器状に形成した防護体３０内の下半部に、予め圧縮成形された緩衝体２０としての土質材料２２を設置する。ついで、防護体３０内に設置された土質材料２２の内部に廃棄体１０を設置する。続いて、容器状の防護体３０内の上半部に土質材料２２を設置し、半割り容器状の防護体３０の上半部を被せて、下半部の半割り容器状防護体３０と連結する。この後、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間に、スラリー状の土質材料を充填するものである。
また、後者の縦型製造方式の場合には、図１−２および図１９−２に示すように、まず、縦置きした円筒容器状の防護体３０内の底部に緩衝体２０としての土質材料２２を設置し、ついで、廃棄体１０とその周囲の土質材料２２を設置する。続いて、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間および廃棄体１０と土質材料２２との間の隙間にスラリー状の土質材料を充填する。この後、防護体３０内の上部に土質材料２２を設置し、隙間にスラリー状の土質材料を充填してから防護体３０の上部蓋を設置して連結することで廃棄体パッケージ１００を製造する。

廃棄体１０は、例えば溶融したガラスと放射性廃棄物とを混ぜ合わせて図示せぬ円筒状金属容器に注入することにより円柱状のガラス固化体を形成してから、そのガラス固化体を円筒状の不図示のオーバーパックに入れて構成してある。

緩衝体２０は、例えばベントナイトと砂とを混合したベントナイト系の土質材料であり、その土質材料を締め固めて圧縮することで所定の弾性および遮水性を有しており、例えば図１８−２に示すように、複数枚の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ（緩衝ブロック）で構成される。２枚の半円板状ブロック２２ｂを対向配置して構成した円板は、円柱状の廃棄体１０の両端に同心状に配置される。廃棄体１０の外周を挟んで対向配置した２枚の半円環状ブロック２２ａによって構成される円環は、廃棄体１０の外周に同心状に配置される。こうすることで、円柱状の廃棄体１０は、複数枚のブロック２２ａ、２２ｂで構成される略円柱状の緩衝体２０の内部に収容される。

防護体３０は、例えば図１８−２に示すように、廃棄体１０および緩衝体２０を被覆して防護する円筒容器であり、例えば、剛性を有し水の侵入を遮断することができる鉄等の金属材料で構成される。円筒容器は、円の中心軸を通る面で半割りされた２つの半円筒容器３０ａ、３０ｂで構成されてある。

上記構成の動作および作用について図１８−２の横型製造方式を例にとり説明する。
図１８−２に示すように、半円筒容器３０ａを中心軸方向が水平になるように横置きする。そして、複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを半円筒容器３０ａ内に設置する。これらブロック２２ａ、２２ｂによって略中央に形成された凹部２６に円柱状の廃棄体１０を嵌め込む。次いで、これらの上方に複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを載置する。この上方に半円筒容器３０ｂを被覆することで円柱状の廃棄体パッケージが製造される。

この廃棄体パッケージには、緩衝体２０と容器３０内壁との間に隙間５０が形成されている。そこで、図２に示すように、上側の半円筒容器３０ｂに設けたスラリー注入口４０から、水とベントナイトの混合からなるスラリーを容器３０内に注入する。これにより、容器３０内壁と緩衝体２０との間の隙間５０にはスラリーが充填される。この場合、緩衝体２０としての不飽和状態の圧縮土質材料２２は、スラリー中の液相成分を吸収するとともに若干量膨張することで体積が増す。一方、スラリーは圧縮土質材料２２に吸水されて体積が縮小する。この結果、スラリー中のベントナイト密度が高まる。このため、隙間５０には固結状態とされて力学特性が高められたベントナイトが充填されることとなって、緩衝体２０と容器３０内壁との間の隙間５０を小さくすることができる。したがって、こうして製造された本発明の廃棄体パッケージ１００を埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ１００内の緩衝体２０および廃棄体１０の破損や位置ズレ発生を防止することができる。また、横方向に並置された複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ同士の隙間にスラリーが充填されることにより、この隙間も小さくすることができる。これにより、搬送時等におけるブロック２２同士のガタツキによる破損を防止することができる。図１９−２に示す縦型製造方式においても同様である。

（実施例２：請求項５に対応）
次に、実施例２について説明する。スラリーを注入する工程３の前または最中の少なくとも一方において、図３に示すように、半円筒容器３０ｂに設けた排気口を兼ねた吸引口４２から真空引きまたは負圧吸引をしながら、容器３０内部にスラリーを注入する。こうすることで、隙間５０の隅々までスラリーを行き渡らせることができる。

（実施例３：請求項６および７に対応）
次に、実施例３について説明する。図４に示すように、スラリーを充填した後、スラリーの液相成分が圧縮土質材料２２に吸収されるのを待ち、スラリーの体積が減少した後で再度スラリーを充填する。この場合、スラリー注入時に真空または負圧吸引してもよいし、スラリー充填後の待ち時間に真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方を行い、容器３０内部を加熱乾燥して水分を蒸発させ、充填したスラリーの体積の収縮を促進させてもよい。このように複数回に分けてスラリーを注入することで、前回のスラリー充填後に残った若干の隙間を、力学特性がより高められた高密度なベントナイト固状体で充填することができる。また、このようなスラリー注入を２回以上繰り返して行うことにより、隙間がより高密度なベントナイト固状体で満たされるようになるので、搬送時におけるガタツキ発生を防止することができる。

（実施例４：請求項３に対応）
次に、実施例４について説明する。水の代わりにエタノール水を用いてベントナイトスラリーを形成する。この場合、より高濃度のベントナイトスラリーで、水を使用した場合と同等の粘性のスラリーが得られることから、隙間５０に注入した後のベントナイト密度をより高密度にでき、隙間５０をより一層小さくすることができる。

（実施例５：請求項４に対応）
次に、実施例５について説明する。図５に示すように、水の代わりにエタノール水を用いてベントナイトスラリーを形成し、このスラリーを充填した後で、容器３０内を真空または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥する。この場合、６０℃程度の加熱乾燥によってエタノールを蒸発してもよく、負圧吸引によって蒸発を加速させてもよい。また、７０℃程度の加熱乾燥によって水分を蒸発してもよく、負圧吸引によって蒸発を加速させてもよい。このように乾燥することで、スラリー中のエタノール成分が容器３０外に放出されるので、廃棄体パッケージ１００内部にエタノール成分が残らない。このため、廃棄体パッケージ１００内部におけるエタノールに関する長期間の化学的影響や微生物の影響のおそれを低くすることができる。

（実施例６：請求項８に対応）
次に、実施例６について説明する。図６に示すように、スラリーの充填後において、注入口４０に注水装置４４を接続し、容器３０内への注水を継続することでベントナイトの吸水膨張を促進し、隙間５０をほぼゼロにすることもできる。

次に、本発明の効果を検証するために行ったスラリー注入模型実験について図および写真を用いて説明する。
図７は、透明な模擬円筒容器３０内に模擬緩衝体２０が配置された実験装置の概略斜視図であり、図８は、実験状況を示す写真である。図７および図８に示すように、実験は、真空引き状態で容器３０内に１回目のスラリーを注入・充填して３日間経過させ、スラリー中の液相成分（水分）が模擬緩衝体２０に吸収されることによるスラリーの密度上昇および体積縮小を待ち、２回目のスラリーを注入することによって行う。ここで、実験に用いた模擬緩衝体は、配合率（ベントナイト／ベントナイト＋砂）＝１００％、乾燥密度ρｄ＝１６００ｋｇ／ｍ³、水分飽和度Ｓｒ＝８８％（含水比２３．４％）の円盤状ブロックを３個横方向に並置したものを用いている。円盤状ブロックの寸法は、直径１６０ｍｍ、厚さ８０ｍｍであり、３個並置した厚さは２４０ｍｍである。

模擬円筒容器３０の寸法は、直径１８０ｍｍ、胴長２６０ｍｍであり、円筒の中心軸方向を水平に横置きされる。模擬円筒容器３０と緩衝体２０との間には最大で２０ｍｍの隙間５０が容器３０の上方および両側にそれぞれ形成される。模擬円筒容器３０の左端面下側にはベントナイトスラリー注入口４０ａが、左端面上端には２回目用ベントナイトスラリー注入口４０ｂが、右端面上端には排気口を兼ねた真空引き用吸引口４２が設けられる。充填するスラリーは、ベントナイト濃度（乾燥密度）１００ｋｇ／ｍ³の水ベントナイトスラリーである。

図９（ａ）は、１回目の充填スタートの状況を示す写真である。図９（ａ）および図７に示すように、模擬円筒容器３０の内部を、排気口を兼ねた真空引き用吸引口４２を通じて真空引きした後で、注入口４０ａから水ベントナイトスラリーを容器３０内に吸引させて注入している。

図９（ｂ）は、１回目の充填直後の状況を示す写真である。図９（ｂ）に示すように、充填した直後の水ベントナイトスラリーには負圧の影響により一時的に気泡が発生したが、大気圧に戻した時点で均一に隙間を満たすことが観察された。

図９（ｃ）は、充填後３日間経過後の状況を示す写真である。図９（ｃ）に示すように、充填した水ベントナイトスラリーは、模擬緩衝体２０に液相成分が吸引され、体積が縮小する。一方、模擬緩衝体２０が吸水膨張することによって、隙間５０のスラリー濃度が上昇する。

図９（ｄ）は、２回目のスラリー充填の状況を示す写真である。図９（ｄ）に示すように、模擬円筒容器３０の内部を吸引口４２を通じて真空引きした後で、２回目用ベントナイトスラリー注入口４０ｂから容器３０内の上側の隙間５０に水ベントナイトスラリーを吸引させて注入する。

図１０（ａ）〜（ｆ）は、２回目の充填終了後２週間経過後の実験装置の外観を示す写真である。図１０（ａ）は、横置きされた模擬円筒容器３０を斜め上方から、（ｂ）（ｃ）は端面側から、（ｄ）は上面側から、（ｅ）は側面側から、（ｆ）は下面側からそれぞれ撮影した写真である。

図１０（ａ）の写真に示すように、模擬緩衝体２０は吸水するとともに若干量膨張しており、充填された水ベントナイトスラリーの濃度が上昇していることが伺える。また、図１０（ｂ）、（ｃ）の端面側の写真に示すように、充填された水ベントナイトスラリーは模擬緩衝体２０と模擬円筒容器３０との間の隙間５０を満たしていることが判る。図１０（ｄ）の上面側の写真に示すように、２回目に充填された水ベントナイトスラリーには充填時に残った気泡が見られるが、ゲル化している。図１０（ｆ）の下面側の写真に示すように、模擬緩衝体２０に液相成分を吸収されたスラリーは、液相成分の減少に伴うひび割れが発生している。このひび割れの発生はスラリーが固結状態となっていることを示すものである。とくに、この容器３０下側に充填されたスラリーには、上面側などの他の隙間５０に充填されたスラリーと比較して多くのひび割れが発生しており、固結状態が進行していることが伺える。

図１１は、スラリー充填後の模擬円筒容器３０を上下逆さまに横置きした場合の外観写真である。図１１に示すように、上下を逆転しても容器３０内の模擬緩衝体２０は沈下移動しないことから、隙間５０に充填され、固結状態となった水ベントナイトスラリーは、模擬緩衝体２０の移動を拘束し、模擬緩衝体２０を円筒容器３０に支持固定できるほどの強度を有することが伺える。

図１２は、充填後のスラリーの乾燥密度分布の一例を示す図であり、充填後２４日経過した時点で模擬緩衝体２０の直径方向左右外縁付近のスラリーを上中下の３箇所でそれぞれ取り出し、その密度を測定したものである。注入時におけるスラリーの乾燥密度は１００ｋｇ／ｍ³であったが、図１２に示すように、充填後の平均乾燥密度は４００〜８００ｋｇ／ｍ³程度に上昇することが判る。また、乾燥密度は下側ほど高いことが判る。

図１３は、有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度の関係の一例を示す図である（参考文献：カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性 −膨潤圧、透水係数、一軸圧縮強度及び弾性係数−、動力炉・核燃料開発事業団東海事務所、１９９８年３月）。図１３に示すように、有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度は、次式の関係にある。
（数１）
ｌｏｇ₁₀ｑｕ＝１．７３１ρｄ−２．４７５

ここで、ｑｕは一軸圧縮強度（ＭＰａ）であり、ρｄは有効ベントナイト乾燥密度（ｇ／ｃｍ³）である。これにより、乾燥密度４００ｋｇ／ｍ³（０．４ｇ／ｃｍ³）〜８００ｋｇ／ｍ³（０．８ｇ／ｃｍ³）の一軸圧縮強度は、０．０１６〜０．０８１ＭＰａと推算される。

次に、本発明の注入・乾燥の繰り返しによる密度上昇の効果を確認するために行った模型実験について図を用いて説明する。図１４は、実験装置の概略斜視図であり、図１５は、実験概念図である。図１４に示すように、縦置きにした円筒容器３０の上端面に、ベントナイトスラリー注入口４０と真空引き用吸引口４２が設けられている。

本実験は、図１５に示すように、吸引口４２から真空引きしながら、注入口４０からベントナイトスラリーを注入し、１回目のスラリー充填を行う。次いで、容器３０内を乾燥してスラリーを収縮させるとともに密度を上昇させる。次いで、２回目のスラリー充填を行い、再び乾燥してスラリーを収縮させるとともに密度をさらに上昇をさせる。次いで、３回目のスラリー充填を行い、さらに乾燥してスラリーを収縮させ、密度を上昇させる。このような工程を繰り返すことで、均質な充填密度のベントナイト固状体を得ることができる。

表１に実験条件を示す。試験は、ケースＡ〜Ｄの４ケース行い、注入するスラリーの濃度は０．１、０．４、０．６Ｍｇ／ｍ³とし、エタノール濃度は０％、５８％とした。乾燥時の温度は８０℃、１１０℃とした。スラリー注入回数はいずれも３回とした。

図１６は、注入・乾燥の繰り返しに伴う容器内のスラリーの乾燥密度の変化を示す図である。図１６に示すように、全ケースＡ〜Ｄとも、注入・乾燥の繰り返し回数を増やすとスラリーの乾燥密度が上昇することが判る。また、注入するスラリーの濃度が高いほど密度および密度上昇率が大きく、乾燥時の温度が高いほど密度が大きくなることが判る。

表２は、注入・乾燥の繰り返しにより形成されたベントナイト固状体の力学特性（一軸圧縮試験結果）である。都合上、ケースＡ〜Ｃに関する結果について示してある。なお、試験体は吸水させて均一化と一体化を促進させてから載荷試験を行っている。

図１７は、注入・乾燥の繰り返しにより形成されたベントナイト固状体の応力ひずみ曲線図である。表２および図１７に示すように、密度が上昇することによりベントナイト固状体の一軸圧縮強度が上昇し、その力学特性が向上することが判る。

以上、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の実施形態について、模型による効果の確認実験を交えながら説明した。本発明によれば、容器状の防護体内にスラリーを注入することにより防護体内壁と緩衝体との間の隙間または土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に力学特性が高められたベントナイト固状体を充填することができる。これにより緩衝体と容器内壁との間の隙間または土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方を小さくすることができる。このため、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。

本発明の一例を示すフローチャート図であり、横型製造方式の場合の図である。本発明の一例を示すフローチャート図であり、縦型製造方式の場合の図である。本発明によるスラリー充填状況の一例を示す概略斜視図である。本発明による真空引きまたは負圧吸引の一例を示す概略斜視図である。本発明によるスラリー充填を繰り返す一例を示す概略斜視図である。本発明による真空乾燥または高温乾燥の一例を示す概略斜視図である。本発明による注水継続状況の一例を示す概略斜視図である。本発明の効果を確認する実験装置の概念図である。本発明の効果を確認する実験状況を示す写真である。実験におけるスラリー充填状況を示す写真である。実験におけるスラリー充填完了後の状況を示す写真である。実験における上下倒立した実験装置の状況を示す写真である。実験における充填されたスラリーの乾燥密度分布図である。有効ベントナイト乾燥密度と一軸圧縮強度の関係図である。本発明の注入・乾燥繰り返し効果を確認する実験装置の概略斜視図である。本発明の注入・乾燥繰り返し効果を確認する実験の概念図である。本発明の注入・乾燥繰り返しに伴う乾燥密度の変化を示す図である。本発明の注入・乾燥繰り返しにより形成されたベントナイト固状体の応力ひずみ曲線図である。従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。

符号の説明

１０廃棄体
２０緩衝体
２２土質材料
３０防護体
５０隙間
１００廃棄体パッケージ

Claims

廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、
容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、スラリー状の土質材料を充填することを特徴とする廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記スラリー状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記スラリー状の土質材料は、エタノール水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥し、前記充填したスラリー中のエタノール成分を前記防護体外に放出させることを特徴とする請求項３に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記スラリーの液相成分が前記防護体内に設置された前記土質材料に吸収されるのを待ち、前記スラリーの体積が減少した後で、再度、スラリー状の土質材料を充填することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、前記防護体内を真空乾燥または高温乾燥の少なくとも一方により乾燥して、充填した前記スラリーの体積を収縮させるとともに、再度、前記防護体内にスラリー状の土質材料を注入する工程を含み、該工程を繰り返すことにより前記防護体内における前記緩衝体の充填密度を増大させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の廃棄体パッケージの製造方法。
前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、前記スラリー状の土質材料を充填した後において、一定時間にわたって水を前記防護体内に注入し、前記防護体内に設置した前記土質材料および前記隙間に充填した前記スラリー状の土質材料を吸水膨潤させることにより前記隙間を小さくすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の廃棄体パッケージの製造方法。