JP2013142618A - 放射能汚染コンクリートの減容方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的で人体に安全な放射能汚染コンクリートの減容方法と装置を提供する。
【解決手段】放射能汚染されたコンクリート７を鋼製タンク４に貯められた水中に設置して、これに正極側高圧電極２から高電圧パルスを印加して破砕し、コンクリート７の容積を減少させるようにする。このようにすることで、効率的にコンクリート７の減容化を図ることができる。なお、放射能汚染されたコンクリート７を水中に設置する代わりに絶縁油中に設置して高電圧パルスを印加して破砕してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射能汚染されたコンクリートの効率的で人体に安全な減容方法と装置に関するものである。

従来、原子力発電所が地震・津波などで損傷し、それに伴って水素爆発等の事故が発生すると、原子炉建屋などが崩壊することによって放射能汚染されたコンクリートガラが大量に発生する。

このような放射能汚染されたコンクリートは、防護服を纏った作業員が自動あるいは遠隔操作重機を用いて適当なサイズに切断してから１．５ｍ×３．０ｍ×１．０ｍ程度の大きさの鋼製筐体に収納され、サイト内に保管しているのが現状である。

放射能汚染コンクリートはサイズが不揃いでさらに鉄筋と一体のものもあることから、鋼製筐体に収納しても容積効率が悪く、そのままでは膨大な保管スペースが必要となってしまうという問題があった。

また、鋼製筐体は放射線を完全に遮断できるものではなく、さらに耐食性上十年以上にも及ぶ収納期間に耐えられる構造ではないことから、鋼製筐体外部への放射能漏れが懸念されるという問題もある。

こうした放射能汚染コンクリートの減容化を図る従来の技術としては、例えば特許文献１、２に示される方法が知られているが、必ずしも効率的な方法といえるものではない。また、一般的なコンクリートの破砕方法としては、高電圧パルスを用いる方法（例えば特許文献３〜７や非特許文献１を参照）が知られているが、この方法を放射能汚染コンクリートの破砕に適用する場合には作業者等に対する放射線防護対策を講じる必要がある。

特開平７−３５９００号公報 特開２０１０−１７６５６号公報 米国特許第５８４５８５４号明細書 米国特許第６０３９２７４号明細書 米国特許第６１６４３８８号明細書 特許第２８９８０９９号公報 特許第２７９５８３６号公報

「高電圧パルス放電を利用したコンクリート表面のはつり方法の開発」、木村博他、コンクリート工学年次論文集 Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．１、ｐｐ．１３４３〜１３４８、２０１０年

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的で人体に安全な放射能汚染コンクリートの減容方法と装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る放射能汚染コンクリートの減容方法は、放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る放射能汚染コンクリートの減容方法は、上述した請求項１において、放射能汚染されたコンクリートを水中に設置する代わりに絶縁油中に設置して高電圧パルスを印加して破砕することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る放射能汚染コンクリートの減容方法は、上述した請求項１または２において、放射能汚染されたコンクリートを破砕後、予め計算した所定の厚みを有するコンクリート製筐体内に密閉し、この筐体外部へ漏洩する放射線のエネルギーを１／１００以下に減衰させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る放射能汚染コンクリートの減容方法は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、放射能汚染されたコンクリートは鉄筋を含むコンクリートであり、このコンクリートから鉄筋を分離するように高電圧パルスを印加して破砕することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る放射能汚染コンクリートの減容装置は、放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させる放射能汚染コンクリートの減容装置であって、印加する高電圧パルスの二次側出力電圧を５００ｋＶ、出力エネルギーを１００００Ｊ、放電幅を１μｓ、放電繰り返し頻度数を１秒間に２回程度としたことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る放射能汚染コンクリートの減容装置は、上述した請求項５において、放射能汚染されたコンクリートが設置される水を浄化する浄化装置と、アルカリ濃度を調整するアルカリ濃度調整装置と、破砕に伴う粉塵の飛散を防ぐ飛散防止装置の少なくとも一つを有することを特徴とする。

本発明によれば、放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させるので、コンクリートに付着した放射性物質を大気中に飛散させることなく、効率的に減容することができる。このため、周辺の作業者等の放射線被曝のおそれがなくなり、効率的で人体に安全な減容化技術を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る放射能汚染コンクリートの減容装置を示す概念図である。 図２は、本発明により破砕されたコンクリート塊の一例を示す写真である。

以下に、本発明に係る放射能汚染コンクリートの減容方法と装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係る放射能汚染コンクリートの減容装置は、高電圧パルス発生電源１と、正極側高圧電極２と、負極側高圧電極３と、ホッパー状の鋼製タンク４とからなる。

鋼製タンク４の上方には、鋼製タンク４内に水を投入するための水投入口５が設けてある。鋼製タンク４の傾斜部下方には、鋼製タンク４内の水を外部に排出するための水排出口６が設けてある。

正極側高圧電極２は、鋼製タンク４の略中央に鉛直方向に延設された棒状のものである。負極側高圧電極３は、地中に埋設してある。また、鋼製タンク４内面の傾斜部に沿って、負極を兼ねた鋼製ネット１２が設けてある。

鋼製タンク４内に水を張って、適当に裁断された鉄筋９を含む人頭大の放射能汚染コンクリート７を水没させる。これにより、後工程の破砕処理でコンクリート７に付着した放射性物質は大気中に飛散しなくなる。

この構成において、正極側高圧電極２から高電圧パルス放電を負極側高圧電極３に放電する。電極２、３間のコンクリート７は水中で破壊、粉砕されるが、放射能汚染された粉塵が大気中に飛散することはない。またこの場合、鉄筋９は電気伝導性であるから単に電気を通す導体として働いて負極側高圧電極３に繋がって破砕を受けず、コンクリート７の破砕に従って形状を保ったままコンクリート７から分離される。

ここで、一般に水は電気を通すが、通電、この場合はパルス状で極短時間放電を行うと、パルス幅が短ければ短いほど、水は大きな電気抵抗を示し、電気は固体絶縁物、この場合はコンクリートの中を流れ、プラズマ状態となり、固体絶縁物を破壊する。こうした現象は古くから知られており、特にロシアの研究などで学術的にも解明されている。

人頭大のコンクリート７は、高電圧パルス放電の繰り返しにより次第に細かくなって究極的には微粉末になるが、５ｃｍ角程度の小片（いわゆるガラ）に細分化され、一部は水に溶けたスラリー状のものとなる。この細分化されたガラ、スラリー８は鋼製タンク４の底部に溜まっていく。

鉄筋９と分離されて鋼製タンク４の底部に溜まったガラ、スラリー８は、排出シャッター１０の開放により鋼製タンク４から落下し、下方のコンクリート製有底筒１１（コンクリート製筐体）内に収納される。

このコンクリート製有底筒１１は放射線遮蔽強度が十分なように、予め計算した所定の厚みを有するように設計してあり、その厚さは、筒１１外部へ漏洩する放射線のエネルギーを現有放射線のエネルギーの１／１００以下に減衰させるようにしてある。筒１１上面の開口部は同様の厚さのコンクリート蓋で密封される。

なお、鉄筋９は高電圧パルス放電繰り返し工程の後、図外のロボットアーム等で鋼製タンク４内から取り除かれ、水洗後溶解されて再使用に供される。

このコンクリート破砕を通して、コンクリートの嵩は破砕前の例えば１／４以下に効率的に減容することができる。また、コンクリート製有底筒１１内への収納後、筒１１外部へ漏洩する放射線のエネルギーを１／１００以下程度にまで減衰させることが可能である。このため、周辺の作業者や一般人の放射線被曝のおそれがなくなり、効率的で人体に安全な減容化技術を提供することができる。なお、ガラ、スラリーが収納されたコンクリート製有底筒１１は例えば１０年以上の長期間、野積み等により安全に保管される。

上記の実施の形態において、高電圧パルス放電に用いる発電機としては、スイッチング機能を有する高電圧トランス法の発電機を使用可能であるが、コンクリートの形状が大きく、多量に処理する場合にはマルクス型発電機の使用が望ましい。

また、上記の実施の形態において、放射能汚染コンクリートを水中に設置する代わりに絶縁油中に設置して高電圧パルスを印加して破砕してもよい。また、印加する高電圧パルスの二次側出力電圧を５００ｋＶ、出力エネルギーを１００００Ｊ、放電幅を１μｓ、放電繰り返し頻度数を１秒間に２回程度としてもよい。

また、上記の実施の形態において、放射能汚染コンクリートが設置される水を浄化する浄化装置と、アルカリ濃度を調整するアルカリ濃度調整装置と、破砕に伴う粉塵の飛散を防ぐ飛散防止装置の少なくとも一つを有するように構成してもよい。

次に、本発明の効果を検証するために行った実施例について説明する。

（実施例）
まず、高電圧パルス供給源としてマルクス型発電機を用いる。このマルクス型発電機は、印加する高電圧パルスの二次側出力電圧を５００ｋＶ、出力エネルギーを１００００Ｊ、放電幅を１μｓ、放電繰り返し頻度数を１秒間に２回程度として製作したものである。

負極接地を行った鋼製タンク内に１０^４Ω・ｃｍの抵抗を有する通常の上水を満たし、３０ｃｍ角のＪＩＳ１級コンクリートを入れ、高電圧パルス放電電極から放電を１回、３回、１０回と繰り返したところ、コンクリートが破砕されるのを確認した。図２（１）、（２）、（３）に１回、３回、１０回の破砕状況を示した写真を示す。

同様の条件で１ｍ角の鋼製タンクに概ね４０ｃｍ角（人頭大）のコンクリート塊を無作為に投入した。投入できたコンクリート塊は６個であった。これに放電を加えて最大径が概ね５ｃｍになるまで放電パルスを繰り返したところコンクリート嵩は鋼製タンク容積の１／４以下になった。

実験用原子炉を使用してコンクリートに中性子を照射し、放射線量が４００ｍＳｖ／ｈになるようにして、同上の破砕実験を行った。破砕後、破砕ガラ、スラリーを厚さが３０ｃｍのコンクリート製筐体に投入し密閉したところ、筐体外部へ漏洩する放射線量は４ｍＳｖ／ｈに減衰した。

次に、本発明と比較するために行った比較例について説明する。

（比較例）
出力電圧３５０ｋＶ、エネルギー６００Ｊ、パルス幅３００ｎｓ、パルス繰り返し速度１０Ｈｚの高電圧トランス型電源を使用してコンクリートの破砕を試みたところ、コンクリート表面から２０ｍｍ程度のはつりは確認できたが、コンクリートの破砕は確認できなかった。

また、コンクリート製筐体の厚さを１０ｃｍにしたところ、内部の放射線量が４００ｍＳｖ／ｈの場合、筐体外部へ漏洩する放射線量は２００ｍＳｖ／ｈであった。

以上説明したように、本発明によれば、放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させるので、コンクリートに付着した放射性物質を大気中に飛散させることなく、効率的に減容することができる。このため、周辺の作業者等の放射線被曝のおそれがなくなり、効率的で人体に安全な減容化技術を提供することができる。

以上のように、本発明に係る放射能汚染コンクリートの減容方法と装置は、放射能汚染されたコンクリートを人体に安全な態様で効率的に減容するのに有用であり、特に、原子力発電所などで大量発生した放射能汚染コンクリートガラを効率的に減容するのに適している。

１ 高電圧パルス発生電源
２ 正極側高圧電極
３ 負極側高圧電極
４ 鋼製タンク
５ 水投入口
６ 水排出口
７ 破砕前の鉄筋を含む放射能汚染コンクリート
８ 高電圧パルス放電で破砕されたガラ、スラリー
９ 鉄筋
１０ 排出シャッター
１１ コンクリート製有底筒（コンクリート製筐体）
１２ 鋼製ネット

Claims (6)

1. 放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させることを特徴とする放射能汚染コンクリートの減容方法。
2. 放射能汚染されたコンクリートを水中に設置する代わりに絶縁油中に設置して高電圧パルスを印加して破砕することを特徴とする請求項１に記載の放射能汚染コンクリートの減容方法。
3. 放射能汚染されたコンクリートを破砕後、予め計算した所定の厚みを有するコンクリート製筐体内に密閉し、この筐体外部へ漏洩する放射線のエネルギーを１／１００以下に減衰させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の放射能汚染コンクリートの減容方法。
4. 放射能汚染されたコンクリートは鉄筋を含むコンクリートであり、このコンクリートから鉄筋を分離するように高電圧パルスを印加して破砕することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放射能汚染コンクリートの減容方法。
5. 放射能汚染されたコンクリートを水中に設置してこれに高電圧パルスを印加して破砕し、前記コンクリートの容積を減少させる放射能汚染コンクリートの減容装置であって、
   印加する高電圧パルスの二次側出力電圧を５００ｋＶ、出力エネルギーを１００００Ｊ、放電幅を１μｓ、放電繰り返し頻度数を１秒間に２回程度としたことを特徴とする放射能汚染コンクリートの減容装置。
6. 放射能汚染されたコンクリートが設置される水を浄化する浄化装置と、アルカリ濃度を調整するアルカリ濃度調整装置と、破砕に伴う粉塵の飛散を防ぐ飛散防止装置の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項５に記載の放射能汚染コンクリートの減容装置。