JP2014153068A - 放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度と放射線遮蔽能力に優れた放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の箱型容器は、容器本体と蓋が、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を混合し加熱溶融し型枠に投入して冷却固化させた硫黄コンクリートからなる。本発明の箱型構造物は、前後左右の壁と天井と底部が、前記硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、矩形パネルを保持する柱と枠と桟からなる鋼材と、で構成される。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の箱型容器は、容器本体と蓋が、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を混合し加熱溶融し型枠に投入して冷却固化させた硫黄コンクリートからなる。本発明の箱型構造物は、前後左右の壁と天井と底部が、前記硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、矩形パネルを保持する柱と枠と桟からなる鋼材と、で構成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物及びその製造方法に係り、より詳しくは、遮蔽能力の高く放射線の漏れ出る量が少なく、数１００年以上の耐用年数を有する、放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物及びその製造方法に関する。
原子力発電所の事故の影響で、放射性物質に汚染された土壌や焼却灰などを仮置く中間貯蔵施設が求められている。放射性廃棄物を貯蔵する金属容器はコストが高い。一方、通常のコンクリートでは、厚さを十分に厚くしないと遮蔽効果が出ないので容器が大型化し、長期の保管ではヒビ割れなどを生じるおそれもある。
特許文献１には、製鋼ダスト、鉄鋼スラグ及び硫黄の配合物を混合し、混融加熱後、冷却固化して硫黄コンクリートを成形し、その表面に亜鉛、アルミ、クロム等の金属板で覆った容器が提案されている。硫黄コンクリートは、放射線遮蔽効果に優れるが、その表面を金属板で覆わないでも済むように、硫黄コンクリートの強度を向上させることが望まれる。
本発明の目的は、強度と放射線遮蔽能力に優れた放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物を提供することにある。
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型容器は、容器本体と蓋が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなることを特徴とする。
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型構造物は、前後左右の壁と天井と底部が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、前記矩形パネルを保持する柱と枠と桟からなる鋼材と、で構成されることを特徴とする。
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物の製造方法は、放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物を構成する矩形パネルが、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物の平均粒径を２ｍｍ以下の粉末にする段階と、１１５℃から１５０℃で加熱し、前記配合物を混練する段階と、鉄枠の型に流し込み、固化させる段階と、を経て製造されることを特徴とする。
本発明による箱型容器及び箱型構造物、本発明による箱型容器及び箱型構造物の製造方法によれば、（１）硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、焼却灰が３０重量％及び固化剤が１０重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートを使用したので、強度と放射線遮蔽能力に優れた容器または構造物を得ることができる。（２）特に、固化剤のジシクロペンタジエンは、溶融してポリマー化され網目状に結合するので、強度を向上できる。（３）また、固化剤に硫酸バリウムを使用した場合、骨材として作用するので強度を向上できる。（４）タングステンと鉛は、放射線を遮蔽するので、硫黄コンクリートの放射線遮蔽効果をさらに向上できる。この硫黄コンクリートは強度があるので、従来のような外側に金属板で覆う必要がない。
以下、本発明による箱型容器及び箱型構造物について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による箱型容器１の斜視図である。箱型容器１は硫黄コンクリートからなる容器で、容器本体１ａと蓋１ｂからなり、放射性廃棄物を収容する。容器本体１ａには、底部に脚が設けられ、フォークリフトでの運搬が容易である。蓋１ｂの上面は平坦で、箱型容器１を積み重ねることができる。厚さは１０ｃｍ、横幅が２．２ｍ、奥行きが２、２ｍ、高さが２．５ｍとした。横幅と高さはトラックに積載可能な寸法から算出した。厚さは、実験によれば１０ｃｍは必要で、これより厚くすれば漏れ出る放射線量を少なくできるが、容器としては２０ｃｍ以下の厚さが好ましい。
図２は、箱型容器１が地中貯蔵穴１０に設置された場合の説明図である。地中貯蔵穴１０の深さは、例として１０ｍである。この深さでは箱型容器１を１０段積みすることができる。放射性廃棄物が中間貯蔵庫に保管される期間は、例えば３０年とされる。その後、最終処分される。
図３は、本発明による箱型構造物２の正面図である。箱型構造物２は、高さが２．７ｍで、横幅が５．４ｍである。横幅方向には１．８ｍごとにＨ鋼の柱２ｂが立設されている。鋼材の桟２ｃが柱２ｂ間に掛け渡されている。必要な箇所には筋交い２ｅが設けられる。硫黄コンクリートからなる矩形パネル２ａが柱２ｂと桟２ｃで支持され、正面の壁を形成する。正面側の矩形パネル２ａは、横が１．８ｍ、縦が０．９ｍである。板厚は１０ｃｍと１５ｃｍのものを製作した。
図４は、箱型構造物２の右側面図である。奥行き（側面の長さ）は、この寸法に限られるものではないが９ｍである。奥行き方向には１．８ｍごとにＨ鋼の柱２ｂが立設され、鋼材の桟２ｃが柱２ｂ間に掛け渡されている。必要な箇所には筋交い２ｅが設けられる。硫黄コンクリートからなる矩形パネル２ａが柱２ｂと桟２ｃで保持され、側面の壁を形成する。側面側の矩形パネル２ａは、横が１．８ｍ、縦が０．９ｍである。このように箱型構造物２の（横、奥行き、高さ）は、（５．４ｍ、９ｍ、２．７ｍ）の箱型であり、棒などの長い放射性廃棄物を収容できる。
図５は、箱型構造物２の平面図である。蓋となる天井壁は、幅が５、４ｍ、奥行きが９ｍで、鋼材の枠２ｄで縁取りされている。縦に２本、横に４本からなる鋼材の桟２ｃが、枠２ｄの内側に掛け渡される。硫黄コンクリートからなる矩形パネル２ａは、横が１．８ｍ、縦が１．８ｍの正方形である。なお、図示しないが、箱型構造物２の底面も同様に構成することができる。
図６は、箱型構造物２が地中貯蔵穴１０に設置された場合を示す。地中貯蔵穴１０が深い場合、箱型構造物２を積み増しすることもできる。これによらず、箱型構造物２を地中貯蔵穴１０の寸法に合わせて構築してもよい。
図７は、矩形パネル２ａの連結箇所を示す図であり、（ａ）は矩形パネル２ａが段部で連結される場合を示す。（ｂ）は矩形パネル２ａがＨ鋼の柱２ｂに差し込まれて連結される場合を示す。なお、矩形パネル２ａと、柱２ｂや桟２ｃとの隙間は、別に用意された硫黄コンクリートでシールされることが望ましい。
図７は、矩形パネル２ａの連結箇所を示す図であり、（ａ）は矩形パネル２ａが段部で連結される場合を示す。（ｂ）は矩形パネル２ａがＨ鋼の柱２ｂに差し込まれて連結される場合を示す。なお、矩形パネル２ａと、柱２ｂや桟２ｃとの隙間は、別に用意された硫黄コンクリートでシールされることが望ましい。
図８は、本発明の硫黄コンクリートを構成する配合物の割合を図である。硫黄コンクリートは、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を混合し、加熱溶融し、型枠に投入して冷却固化させる。ポルトランドセメントのコンクリートより５倍程度の強度がある。そのため内部に鉄筋などの補強材はない。加熱溶融する時の温度は１１５〜１５０度である。１５０度以上ではゴム化して元に戻らなくなる。そのため１１５〜１５０度の温度を保って混練する。なお、１１５度以下では固まり、自然冷却で固化する時間は５時間程度である。
この硫黄コンクリートは、疎水性で海水は浸透せず、酸などの薬品にも強く化学的に安定である。耐用年数は２０００年が可能である。実験から算出すると箱型容器１の厚さを１０ｃｍとした場合、透過率は０．２％で、遮蔽率は９９．８％であった。例えば、放射線量が２．３μＳｖ／ｈの廃棄物を収納した場合、箱型容器１の外部に漏れる量は０．０４６μＳｖ／ｈである。放射能汚染土壌の場合、１．１μＳｖ／ｈ程度であるから、外部に漏れる量は０．００２２μＳｖ／ｈとなり、安全基準の０．１μＳｖ／ｈを十分に満たしている。μＳｖ／ｈは、被ばくエネルギーの時間当たりの単位でマイクロシーベルトと呼ぶ。なお、致死量は２０００ｍＳｖ／ｈとされる。
高炉スラグは、コークスと鉄鉱石から銑鉄を造る溶鉱炉から排出される。主な成分は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が３３．６％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が４２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が１．９％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が７．３％などなっている。石炭の焼却灰には、ボイラの底部に落下したクリンカアッシュと、燃焼ガスの中の粒子を電気集塵機で集めたフライアッシュがある。主な成分は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が６０〜６３％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が１７〜２０％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が３〜８％、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）４〜１３％などとなっている。
図９は、箱型容器または箱型構造物の製造方法を示すフローチャートである。Ｓ１は、硫黄、高炉スラグ、石炭の焼却灰、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤からなる配合物が、平均粒径２ｍｍ以下の粉末にされる段階である。Ｓ２は、この配合物が１１５〜１５０に加熱された状態で混練される段階である。Ｓ３は、配合物が鉄枠の型に流し込まれ、数時間の自然冷却の後、固化したら型から取り出される段階を示す。型には、箱型容器を成形する型、あるいは箱型構造物の矩形パネルを成形する型がある。鉄枠の型は、型に掘り込んだマークにより成形物に刻印ができる。
本実施例に示す箱型構造物２に使用した矩形パネル２ａは、放射能で汚染された建物全体を遮蔽する遮蔽板としても使用することもできる。トンネルの形にして危険な場所を通過する回廊にすることもできる。
本発明は、強度があり、放射線の漏れ出る量が少なく遮蔽能力の高い放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物、その製造方法として好適である。
１ 箱型容器
１ａ 容器本体
１ｂ 蓋
１ｃ 脚
２ 箱型構造物
２ａ 矩形パネル
２ｂ 柱
２ｃ 桟
２ｄ 枠
２ｅ 筋交い
１０ 地中貯蔵穴
１ａ 容器本体
１ｂ 蓋
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１０ 地中貯蔵穴
Claims (3)
- 容器本体と蓋が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなることを特徴とする放射性廃棄物を収容する箱型容器。
- 前後左右の壁と天井と底部が、１０〜２０ｃｍの厚さを有し、硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、前記矩形パネルを保持する柱と枠と桟からなる鋼材と、で構成されることを特徴とする放射性廃棄物を収容する箱型構造物。
- 放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物を構成する矩形パネルが、
硫黄が３０重量％、高炉スラグが３０重量％、石炭の焼却灰が３０重量％、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が１０重量％からなる配合物の平均粒径を２ｍｍ以下の粉末にする段階と、
１１５℃から１５０℃で加熱し、前記配合物を混練する段階と、
鉄枠の型に流し込み、固化させる段階と、を経て製造されることを特徴とする放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物の製造方法。
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