JP2013205359A

JP2013205359A - ゲル状中性子吸収材及び炉心溶融物回収方法

Info

Publication number: JP2013205359A
Application number: JP2012077360A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Fujita; 敏之藤田; Yoshinori Katayama; 義紀片山; Yutaka Ishiwatari; 裕石渡; Kenichi Yoshioka; 研一吉岡; Yamato Hayashi; 大和林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】炉心溶融物等の放射化した物質の再臨界を確実に防止できること。
【解決手段】ゲル状中性子吸収材１０は、熱中性子吸収断面積が１００バーン以上の元素を含む熱中性子吸収物質とゲル状物質とが複合されて構成されたゲル状の複合物で、このゲル状の複合物に、この複合物に含まれる熱中性子吸収物質と同一または異なる種類の熱中性子吸収物質の粉末または小片が添加されて構成され、炉心溶融物１１の表面に塗布されて被膜を形成可能に構成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射化した物質に塗布されて被膜を形成し、この放射化した物質の再臨界を防止するゲル状中性子吸収材、及びこのゲル状中性子吸収材を用いた炉心溶融物回収方法に関する。

炉心溶融事故を起こした原子炉の炉心溶融物を切断して回収し、安定に貯蔵する工程では、燃料溶融物は、切断により減速材との接触状態が大きく変化しているため、再臨界になる可能性を排除できない。

炉心溶融物の再臨界防止のためには、炉心溶融物の表面に中性子吸収材を用いて被覆することが有効である。この中性子吸収材は、原子炉制御棒の素材となる熱中性子吸収断面積の大きな元素（ホウ素、ハフニウム等）やその化合物（炭化ホウ素、ハフニア等）の使用が望ましい。

ところで、特許文献１及び２には、炭化ホウ素や窒化ホウ素などを含有するゲル状の放射線遮蔽材を用いて、放射線源を格納する建物などの構造物の壁に生じた亀裂を補修する技術が開示されている。

特開２０１０−１２１３００号公報特開２０１０−１２１３０１号公報

前述の炉心溶融物の回収時に、熱中性子吸収断面積の大きな元素や化合物から構成された前記中性子吸収材を固形状態のまま使用したのでは、複雑な形状で固化している炉心溶融物の表面を被覆することが困難である。また、炉心溶融物が水没している場合には、固形状態の中性子吸収材を炉心溶融物の表面に均一に被覆することはより一層困難である。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、炉心溶融物等の放射化した物質の再臨界を確実に防止できるゲル状中性子吸収材及び炉心溶融物回収方法を提供することにある。

本発明に係るゲル状中性子吸収材は、熱中性子吸収断面積が１００バーン以上の元素を含む熱中性子吸収物質とゲル状物質とが複合されて構成されたゲル状の複合物であって、放射化した物質の表面に塗布されて被膜を形成可能に構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る炉心溶融物回収方法は、炉心溶融事故で原子炉に生じた炉心溶融物を回収する際に、上記ゲル状中性子吸収材を上記炉心溶融物の表面に塗布し、この表面に上記ゲル状中性子吸収材の被膜を形成した状態で、上記炉心溶融物を回収することを特徴とするものである。

本発明に係るゲル状中性子吸収材及び炉心溶融物回収方法によれば、例えば表面が不定形な炉心溶融物などの放射化した物質であっても、この放射化した物質の表面をゲル状中性子吸収材により被覆することで、放射化した物質の再臨界を確実に防止できる。

本発明に係るゲル状中性子吸収材の一実施形態が炉心溶融物の表面を被覆した状態を示す断面図。図１のゲル状中性子吸収材を構成する熱中性子吸収物質に含有される熱中性子吸収断面積が１００バーン以上の元素を示す図表。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るゲル状中性子吸収材の一実施形態が炉心溶融物の表面を被覆した状態を示す断面図である。この図１に示すゲル状中性子吸収材１０は、炉心溶融物１１等の不定形な核燃料含有固形物の臨界を制御する熱中性子吸収材である。

ここで、炉心溶融物１１は、炉心溶融事故で原子炉の原子炉圧力容器に生じた放射化した物質である。この炉心溶融物１１は、核燃料と燃料被覆管などの炉内機器とが溶融し、不定形状に固化したものであり、再臨界の可能性を否定できない。

前記ゲル状中性子吸収材１０は、ゲル状（スライム状）の半固形状態にあり、炉心溶融物１１の表面に塗布されてこの炉心溶融物１１の表面に被膜を形成するものであり、熱中性子吸収物質及びゲル状物質を有して構成される。

熱中性子吸収物質は、図２に示すように、熱中性子吸収断面積が１００バーン以上の元素を含み、この元素の単体または化合物である。例えば、熱中性子吸収物質は、ホウ素Ｂ、炭化ホウ素Ｂ４Ｃ、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、ガドリニウムＧｄ、ガドリニアＧｄ２Ｏ３、ハフニウムＨｆまたはハフニアＨｆＯ２等である。この熱中性子吸収物質が炉心溶融物１１の表面に付着して熱中性子を吸収することで、炉心溶融物１１の再臨界を防止する。

ゲル状物質は、ポリビニルアルコール若しくは片栗粉やコーンスターチ中のデンプンなどの高分子材料、またはケイ酸ナトリウム水溶液を加熱して得られる水ガラスなどであり、撹拌により粘着性が生じて半固形状態（ゲル状態）になる。このうち、高分子材料は、中性子線により高分子内の２重結合に欠損が生ずるが、例えば炉心溶融物１１などの回収に必要な時間内であれば半固形状態が維持される。

ゲル状中性子吸収材１０は、熱中性子吸収物質とゲル状物質とを混合して複合され、撹拌して得られたゲル状複合物で十分であるが、本実施形態では、このゲル状複合物に更に、このゲル状複合物中の熱中性子吸収物質と同一または異なった種類の熱中性子吸収物質の粉体を追添加し、撹拌して練り込まれた（混練された）ゲル状混合物である。このように熱中性子吸収物質の粉体を追添加することで、ゲル状中性子吸収材１０の熱中性子吸収断面積が増大する。

具体的には、ゲル状中性子吸収材１０は、まず、熱中性子吸収物質であるホウ砂の水溶液と高分子材料であるポリビニルアルコールとを混合して撹拌し、ポリビニルアルコールをホウ砂を介して架橋結合することで、ゲル状半固形物としてのホウ素含有のゲル状複合物を得る。次に、このホウ素含有のゲル状複合物に、熱中性子吸収物質としてのホウ砂の粉末を追添加し、撹拌し混練してゲル状混合物を得ることで、ゲル状中性子吸収材１０が製造される。

このようにして製造されたゲル状中性子吸収材１０を用いて、炉心溶融事故で原子炉圧力容器内に生じた炉心溶融物１１を切断して回収する際に、切断面も含めて炉心溶融物１１の表面にゲル状中性子吸収材１０を塗布する。このとき、炉心溶融物１１が水没しているときには、水中の上部からゲル状中性子吸収材１０を下降させて、切断面を含めた炉心溶融物１１の表面にゲル状中性子吸収材１０を沈着させる。

このようにして、不定形で凹凸のある炉心溶融物１１の表面にゲル状中性子吸収材１０の被膜を形成する。この被膜の膜厚は、ビデオカメラなどの光学的手段を用い、光の屈折率の相違などによって確認する。このように炉心溶融物１１の表面にゲル状中性子吸収材１０の被膜が形成された状態で、炉心溶融物１０を原子炉圧力容器内から回収する。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）半固形状態のゲル状中性子吸収材１０を用いることで、不定形で凹凸形状の炉心溶融物１１の表面を被覆し、容易に被膜を形成することができる。この結果、表面に付着したゲル状中性子吸収材１０によって、炉心溶融物１１の再臨界を確実に防止することができる。

（２）ゲル状中性子吸収材１０は、ゲル状の半固形状態であるため、微粒子状の化合物を溶射して被膜を形成する場合に比べ、被膜の膜厚が厚くなるのでこの膜厚の確認を容易に実施できると共に、水中での被膜の形成も可能になる。

（３）ゲル状中性子吸収材１０は、有害物質を含有していないため、比較的安全な環境で製造することができる。また、余剰に製造されたゲル状中性子吸収材１０を廃棄処理する際にも、加熱処理や加水処理を組み合わせることによって、ゲル状中性子吸収材１０を容易に廃棄処理することができる。

以上実施形態について説明してきたが、本発明は、上述のような実施形態の具体的構成に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、本実施形態では、追添加すべき熱中性子吸収物質が粉体の場合を述べたが、外形の最大寸法が数ｃｍ程度（例えば１ｃｍ程度）の小片であってもよい。

また、本実施形態のゲル状中性子吸収材１０は、炉心溶融物１１の表面に塗布されて被膜を形成するものを述べたが、回収された炉心溶融物１１を移送または貯蔵する際に、再臨界を防止するための移送用容器または貯蔵用容器の構成材料として使用してもよい。更に、短時間の臨界試験用の制御棒を構成する材料として、ゲル状中性子吸収材１０を使用してもよい。

１０ゲル状中性子吸収材
１１炉心溶融物（放射化した物質）

Claims

熱中性子吸収断面積が１００バーン以上の元素を含む熱中性子吸収物質とゲル状物質とが複合されて構成されたゲル状の複合物であって、
放射化した物質の表面に塗布されて被膜を形成可能に構成されたことを特徴とするゲル状中性子吸収材。
前記熱中性子吸収物質は、ホウ素、炭化ホウ素、ホウ砂、ガドリニウム、ガドリニア、ハフニウムまたはハフニアであることを特徴とする請求項１に記載のゲル状中性子吸収材。
前記ゲル状物質は、ポリビニルアルコール若しくはデンプン等の高分子材料または水ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載のゲル状中性子吸収材。
前記ゲル状の複合物に、この複合物に含まれる熱中性子吸収物質と同一または異なる種類の熱中性子吸収物質の粉末または小片が添加されて構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゲル状中性子吸収材。
炉心溶融事故で原子炉に生じた炉心溶融物を回収する際に、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のゲル状中性子吸収材を前記炉心溶融物の表面に塗布し、この表面に前記ゲル状中性子吸収材の被膜を形成した状態で、前記炉心溶融物を回収することを特徴とする炉心溶融物回収方法。