JP2013096976A - 放射性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射性廃棄物を迅速に溶融化し、溶融した放射性廃棄物を確実に閉じ込めることができる放射性廃棄物の処理方法を提供する。
【解決手段】 外側に配置されたジルコニアを主成分とする外側坩堝と該外側坩堝の内側に配置されたシリカを主成分とする内側坩堝との二重構造からなる溶融容器内にジルコニアを主成分とする上下が開口した筒状坩堝を配置し、前記内側坩堝と前記筒状坩堝との間に形成される隙間に放射性廃棄物を投入し、前記隙間に投入された前記廃棄物と前記内側坩堝とを加熱すると共に、前記筒状坩堝を介して前記廃棄物を加熱し、溶融したシリカ内に前記廃棄物を捕獲して固形化するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融シリカ内に放射性廃棄物を閉じ込めて固化する放射性廃棄物の処理方法に関するものである。

放射性廃棄物を坩堝からなる溶融容器に収納して溶融・固化する放射性廃棄物処理方法として、坩堝内の放射性廃棄物をバーナーにより加熱する方法、高周波を利用して加熱する方法等が知られている。また、溶融容器には一個の坩堝からなるものの他に、二重構造に形成されているものが知られている。

前記バーナーにより加熱する方法として、坩堝内の被加熱物を直接加熱するために浸漬バーナーの加熱ヘッドを坩堝内に挿入する構成とした坩堝炉が提案されており（例えば、特許文献１参照）、また、前記高周波加熱方法として、坩堝の外周に誘導加熱コイルを配置して該コイルに高周波電流を流して坩堝内の廃棄物を溶融する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、坩堝にひび割れが生じて内容物が染み出しても炉周囲が汚染されないように、外容器と該容器の中に配置された坩堝との間に隙間を設け、当該隙間を砂で満たして染み出した内容物を砂に染み込ませるようにした炉が知られており、例えば、溶融炉の底を開口し、キャニスタ台がキャニスタを溶融炉にセットするときに底の開口を塞いで溶融炉の壁とキャニスタとの間に砂状物質を収納する空隙部を形成して溶融時にはキャニスタの外側に砂状物質を充填して廃棄物の溶融を行い、溶融後は砂状物質を排出するようにした高周波溶融炉が提案され（特許文献３参照）、放射性廃棄物処理用の減容容器をキャニスタを外容器に嵌めた二重複合容器構造として加熱溶融物がキャニスタから漏れ出た場合にはキャニスタと外容器の二重複合容器を単位として後処理を行い、加熱溶融物が漏洩しなかった場合には外容器からキャニスタを取り出してキャニスタを単位として後処理を行う放射性廃棄物処理方法が提案されている（特許文献４参照）。

特開平１−１８１０８８号公報 特開平６−２７３５９１号公報 特開２００４−７７２１８号公報 特開２００９−５２９７９号公報

従来の放射性廃棄物の溶融に使用される溶融炉はいずれも放射性廃棄物を収納した坩堝が破損・ひび割れしているか否かを判断し、ひび割れ等していない場合としている場合とで異なる工程が選択される構造となっているため、処理工程が複雑であってロボット制御による単純作業化を図ることができず、時間の短縮、処理工程数の削減、及び処理量の増加を実現できないという問題点があった。

そこで、本発明は、放射性廃棄物を迅速に溶融化し、溶融した放射性廃棄物を確実に閉じ込めることを技術的課題として、その具現化をはかるべく研究・実験を重ねた結果、坩堝を放射性廃棄物が溶融する温度で溶融する内側の坩堝と、放射性廃棄物が溶融する温度では溶融しない外側の坩堝とからなる二重構造とすれば、内側の溶融した坩堝により溶融した放射性廃棄物を閉じ込めることができ、しかも外側の坩堝ごとドラム缶等に封印するようにすればよいという刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成したものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

即ち、本発明に係る放射性廃棄物の処理方法は、外側に配置されたジルコニアを主成分とする外側坩堝と該外側坩堝の内側に配置されたシリカを主成分とする内側坩堝との二重構造からなる溶融容器内にジルコニアを主成分とする上下が開口した筒状坩堝を配置し、前記内側坩堝と前記筒状坩堝との間に形成される隙間に放射性廃棄物を投入し、前記隙間に投入された前記廃棄物と前記内側坩堝とを加熱すると共に、前記筒状坩堝を介して前記廃棄物を加熱し、溶融したシリカ内に前記廃棄物を捕獲して固形化するようにしたものである。

また、本発明は、前記放射性廃棄物の処理方法において、外側坩堝を介して内側坩堝と放射性廃棄物とを加熱すると共に、筒状坩堝を介して前記廃棄物の下方より前記廃棄物を加熱するようにしたものである。

また、本発明は、前記放射性廃棄物の処理方法において、外側坩堝の上からの下向き火炎と、外側坩堝と放射性廃棄物との溶融にしたがって溶融容器内を上昇する筒状坩堝内の下向き火炎とにより、内側坩堝と放射性廃棄物とを上下から溶融するようにしたものである。

また、本発明は、前記いずれかの放射性廃棄物の処理方法において、外側坩堝と筒状坩堝とを放射性廃棄物の溶融する温度では溶融しない耐火性坩堝とし、内側坩堝を放射性廃棄物の溶融する温度で溶融する耐火性坩堝としてものである。

さらに、本発明は、前記いずれかの放射性廃棄物に処理方法において、外側坩堝のジルコニア含有量を９５ｗｔ％以上とし、内側坩堝のシリカ含有量を６０ｗｔ％以上とし、筒状坩堝のジルコニア含有量を９５ｗｔ％以上としたものである。

本発明によれば、放射性廃棄物を溶融する溶融容器を外側のジルコニア含有坩堝と該外側坩堝の内側に配置されたシリカ含有坩堝との二重構造とし、溶融容器の内側坩堝内に筒状坩堝を配置して内側坩堝と筒状坩堝との間の隙間に放射性廃棄物を投入し、放射性廃棄物と内側坩堝とを溶融して溶融したシリカによって溶融した放射性廃棄物を閉じ込めるようにしたので、外側の坩堝ごとドラム缶等に封印することができるから、ロボット制御による単純作業化を図ることができ、時間短縮、単純工程の実現によってサイクル数が増え、放射性廃棄物の処理量を増加させることができる。

本発明の放射性廃棄物の処理方法を説明する放射性廃棄物処理装置の概略縦断面図である。 本発明の放射性廃棄物の処理方法を説明する放射性廃棄物処理装置の概略縦断面図である。 溶融固形物の斜視図である。 本発明の放射性廃棄物の処理方法における放射性廃棄物処理装置の概略部分縦断面図である。 本発明の放射性廃棄物の処理方法を説明する放射性廃棄物処理装置の概略縦断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

実施例１．

図１において、１は放射性廃棄物処理装置であり、処理装置１は、溶融容器２と、溶融容器２内を上下動する、上下が開口したジルコニアを主成分とする筒状坩堝３と、溶融容器２を加熱する第一バーナー４と、筒状坩堝３を加熱する第二バーナー５と、第一バーナー４と溶融容器２とを上下動させる昇降装置６とから構成されている。

溶融容器２は、外側に配置されたジルコニアを主成分とする外側坩堝７と、外側坩堝７の内側に配置されたシリカを主成分とする内側坩堝８との二重構造からなり、溶融容器２内には内側坩堝８との間に放射性廃棄物９を収納する隙間１０を形成して筒状坩堝３が配置される。第一バーナー４は複数本を溶融容器２の上方において円周軌跡上に配置されており、火炎を隙間１０内に投入された廃棄物９に向かって放射し、廃棄物９と内側坩堝８とを溶融する。第二バーナー５は筒状坩堝３内に向かって火炎を放射して筒状坩堝３を加熱して筒状坩堝３を介して隙間１０内の廃棄物９を溶融させると共に、筒状坩堝３の下端から隙間１０内の廃棄物９を溶融させる。

外側坩堝７と筒状坩堝３とは廃棄物９が溶融する温度では溶融しない耐火性能の坩堝であり、内側坩堝８は廃棄物９が溶融する温度で溶融する耐火性能の坩堝である。このような関係の耐火性を実現するには、外側坩堝７のジルコニア含有量を９５ｗｔ％以上とし、内側坩堝８のシリカ含有量を６０ｗｔ％以上とし、筒状坩堝３のジルコニア含有量を９５ｗｔ％以上とすればよい。これによれば、廃棄物９は１，０００℃までの高温で溶融するから、外側坩堝７、筒状坩堝３は２，５００℃までの耐火性能を有し、内側坩堝８は８００℃までの耐火性能を有する。なお、廃棄物９にシリカ成分を添加して投入するようにしてもよい。

本実施例における処理装置１では、先ず、溶融容器２内に筒状坩堝３を配置し、内側坩堝８と筒状坩堝３との間に形成される隙間１０に廃棄物９を投入し、次に、第一バーナー４の火炎放射によって、隙間１０内の廃棄物９と内側坩堝８とを上部位から加熱して廃棄物９と内側坩堝８とを共に溶融させ、第二バーナー５により筒状坩堝３内に火炎を放射し、筒状坩堝３を加熱すると共に、廃棄物９を下部位置から加熱して溶融させると共に、加熱された筒状坩堝３を介して廃棄物９を溶融させる。

図２に示すように、内側坩堝８と廃棄物９とが上部位と下部位とから溶融するに従って、昇降装置６を上下動制御して溶融容器２を下降させ、加えて、第一バーナー４を下降させることにより常に内側坩堝８と廃棄物９との上部位を溶融するようになっている。

これによって、図３に示すように、溶融容器２内の内側坩堝８と廃棄物９とが共に溶融され、溶融したシリカ内に溶融した廃棄物９が捕獲される。また、溶融しなかった不溶融廃棄物９は溶融したシリカ中に包含される。その後、固形化して外側坩堝７と共にその固形物１１をドラム缶等にいれて密封する。

本実施例では、廃棄物９を溶融する溶融容器２を外側のジルコニア含有坩堝７と該外側坩堝７の内側に配置されたシリカ含有坩堝８との二重構造とし、溶融容器２の内側坩堝８内に筒状坩堝３を配置して内側坩堝８と筒状坩堝３との間の隙間１０に放射性廃棄物９を投入し、放射性廃棄物９と内側坩堝８とを溶融し、溶融したシリカによって溶融した放射性廃棄物９を閉じ込めるようにしたので、外側の坩堝７ごとにドラム缶等で封印することができるから、ロボット制御による単純作業化を図ることができ、時間短縮、単純工程の実現によってサイクル数が増え、放射性廃棄物の処理量を増加させることができる。

実施例２．

本実施例は前記実施例１における溶融容器２内の内側坩堝８と筒状坩堝３との間に火炎によって発生する燃焼ガスを逃がすための開口部１１を無数に形成したガス抜き筒体１３を配置したものであり（図４参照）、筒体１３は溶融容器２と共に、上下動するようになっている。筒体１３と筒状坩堝３との間に形成された隙間１４に放射性廃棄物９を投入するようにしたものである。なお、筒体１２は外側坩堝７や筒状坩堝３と同様に放射性廃棄物９が溶融する温度では溶融しない耐火性能のジルコニア含有セラミック製のものを使用すればよい。

本実施例においても、外側に配置されたジルコニア含有坩堝７と該ジルコニア含有坩堝７の内側に配置されたシリカ含有坩堝８との二重構造からなる溶融容器２内にジルコニアからなる上下が開口する筒状坩堝３を配置し、筒体１３と筒状坩堝３との間に形成される隙間１４に放射性廃棄物９を投入し、ジルコニア含有坩堝７を介して隙間１４に投入された廃棄物９の上方より廃棄物９とシリカ含有坩堝８とを加熱すると共に、筒状坩堝３を介して廃棄物９の下方より筒状坩堝３と廃棄物９とを加熱してシリカ含有坩堝８と廃棄物９とを溶融しながらシリカ溶融物内に廃棄物９を捕獲して固形化するようにしたので、前記実施例１と同様の作用・効果を奏する。

なお、前記実施例１及び２において、第一バーナー４が溶融容器２の外周に配置されて外側坩堝７を介して内側坩堝８と廃棄物９とを加熱・溶融するようにしてもよい。また、内側坩堝８と廃棄物９とからなる固形物１１を外側坩堝７から取り出してドラム缶等に封印するようにしてもよい。

実施例３．

本実施例は前記実施例１におけるバーナーに代えて高周波加熱装置を使用したものであり、図５に示すように、溶融容器２の外周に外側誘導加熱コイル１５を配置すると共に、筒状坩堝３内周に内側誘導加熱コイル１５を配置して筒状坩堝３の上下動に伴って内側誘導加熱コイル１６を上下動するようにしたものである。

本実施例においても実施例１と同様の作用・効果を奏することができる。

本発明によれば、放射性廃棄物を坩堝ごと溶融・固形化してドラム缶等で封印することができるから、ロボット制御による単純作業化を図ることができ、時間短縮、単純工程の実現によってサイクル数が増え、放射性廃棄物の処理量を増加させることができから、原子炉での使用燃料の廃棄処理に利用できる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

１ 放射性廃棄物処理装置
２ 溶融容器
３ 筒状坩堝
４ 第一バーナー
５ 第二バーナー
６ 昇降装置
７ 外側坩堝
８ 内側坩堝
９ 放射性廃棄物
１０、１４ 隙間
１１ 固形物
１２ 開口部
１３ 筒体
１５ 外側誘導加熱コイル
１６ 内側誘導加熱コイル

Claims (5)

1. 外側に配置されたジルコニアを主成分とする外側坩堝と該外側坩堝の内側に配置されたシリカを主成分とする内側坩堝との二重構造からなる溶融容器内にジルコニアを主成分とする上下が開口した筒状坩堝を配置し、前記内側坩堝と前記筒状坩堝との間に形成される隙間に放射性廃棄物を投入し、前記隙間に投入された前記廃棄物と前記内側坩堝とを加熱すると共に、前記筒状坩堝を介して前記廃棄物を加熱し、溶融したシリカ内に前記廃棄物を捕獲して固形化することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。
2. 外側坩堝を介して内側坩堝と放射性廃棄物とを加熱すると共に、筒状坩堝を介して前記廃棄物の下方より前記廃棄物を加熱する請求項１記載の放射性廃棄物の処理方法。
3. 外側坩堝の上からの下向き火炎と、外側坩堝と放射性廃棄物との溶融にしたがって溶融容器内を上昇する筒状坩堝内の下向き火炎とにより、内側坩堝と放射性廃棄物とを上下から溶融する請求項１記載の放射性廃棄物の処理方法。
4. 外側坩堝と筒状坩堝とが放射性廃棄物の溶融する温度では溶融しない耐火性坩堝であり、内側坩堝が放射性廃棄物の溶融する温度で溶融する耐火性坩堝である請求項１乃至３記載の放射性廃棄物に処理方法。
5. 外側坩堝のジルコニア含有量が９５ｗｔ％以上であり、内側坩堝のシリカ含有量が６０ｗｔ％以上であり、筒状坩堝のジルコニア含有量が９５ｗｔ％以上である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放射性廃棄物の処理方法。

Images