JP2015081841A - 放射性ヨウ素吸着剤、及び放射性ヨウ素の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも効果的に放射性ヨウ素を吸着し、且つ、原子炉事故の原因の一つとなる水素を取り除くことを可能とする放射性ヨウ素吸着剤を提供する。
【解決手段】Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤であって、Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトを銀で置換することにより、当該Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてある。ここで、Ｘ型ゼオライトは、イオン交換サイトの９７％以上が、銀で置換され、Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトは、銀以外の物質で置換されていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤、及び原子力施設から排出される蒸気に含まれる放射性ヨウ素を処理する放射性ヨウ素の処理方法に関する。

従来、原子力発電所等の原子力施設には、放射性ヨウ素を除去するためのフィルターが設置されている。原子力施設で発生した放射性ヨウ素を含有する蒸気は、上記フィルターに通流されて放射性ヨウ素を吸着・除去した後、原子力施設外に排出される。この工程は非常に重要であるため、フィルターによる放射性ヨウ素のさらなる吸着効果について研究・開発が行われている。その一つとして、高湿度下においても放射性ヨウ素の除去効率が良好な吸着剤を提供するものがあった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、平均細孔径２００〜２０００Åの多数の細孔を有するアルミナに金属もしくはその化合物を担持させた吸着剤によって、放射性ヨウ素化合物であるヨウ化メチルの除去効率を向上させることが記載されている。

また、放射性ヨウ素吸着剤の担体としてゼオライトを用いたものがあった（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２は、アルミナに対するシリカのモル比が１５以上であるゼオライトに銀を担持させた放射性ヨウ素吸着剤である。この放射性ヨウ素吸着剤は、銀の担持量が少量で足りながら、放射性ヨウ素除去効率が高くなると記載されている。

特開昭５４−４８９０号公報 特開昭６０−２２５６３８号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されている吸着剤は、いずれもゼオライトの結晶構造を利用したものであり、孔のサイズによる分子篩効果を利用して放射性ヨウ素を選択的に吸着させている。両文献に開示されている吸着剤は、放射性ヨウ素の吸着について一定の効果はあると考えられる。しかし、放射性ヨウ素を確実に外部に漏洩させることがないよう、より高性能な放射性ヨウ素吸着剤を開発することが求められている。
また、原子力施設において、原子炉事故等の異常事態が発生すると、放射性ヨウ素を含む大量の放射性物質が広範囲に飛散するため、原子炉事故は未然に防止しなければならない。そこで、原子炉に異常事態が発生した場合、原子炉の内部圧力を減圧するフィルタベントを原子炉建屋に設置する計画が進められている。ところが、上記の特許文献１及び特許文献２に記載の放射性ヨウ素吸着剤は、フィルタベント等が必要な異常事態に対応することは想定していない。そのため、異常事態が発生した場合にも使用可能な放射性ヨウ素吸着剤や、そのような放射性ヨウ素吸着剤を用いた工程について、さらなる研究開発が必要である。また、原子炉事故は、原子炉内で発生する水素が原因の一つとされているが、この水素を低減することについて、特許文献１及び特許文献２では何ら記載されていない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも効果的に放射性ヨウ素を吸着し、且つ、原子炉事故の原因の一つとなる水素を取り除くことを可能とする放射性ヨウ素吸着剤を提供すること、さらには、フィルタベント等が必要となる異常事態にも対応可能な放射性ヨウ素の処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤の特徴構成は、
Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤であって、
前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトを銀で置換することにより、当該Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてあることにある。

本構成の放射性ヨウ素吸着剤によれば、基剤としてＸ型ゼオライトを造粒したものを使用する。ゼオライトには多用な種類のものが存在し、その結晶構造は夫々異なるが、結晶構造ごとに極めて均一な細孔径を有するという特性がある。この特徴的な細孔径により、ゼオライトは分子篩（モレキュラーシーブ）や分子の選択的な吸着等に利用されている。
本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤では、ゼオライトの中でも比較的大きな細孔径を有するＸ型ゼオライトを用いており、Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトに存在するナトリウムを銀で置換する。これによって、放射性ヨウ素をヨウ化銀として吸着することができる。従って、原子炉事故のような異常事態が起こった場合であっても、放射性ヨウ素の原子炉外部への飛散を防止できる。
また、Ｘ型ゼオライトのナトリウムを銀で置換することにより、Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させることができるため、水素を効率的に捉えることができるようになる。これにより、原子炉事故等で水素が発生する事態となっても、本発明の放射性ヨウ素吸着剤を用いれば水素を除去することが可能となり、原子炉事故を未然に回避することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤において、
前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトの９７％以上が、銀で置換されていることが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素吸着剤によれば、Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトであるナトリウムの９７％以上が、銀で置換されるため、放射性ヨウ素を高効率で効果的に吸着することができる。また、水素の除去効率も向上するため、原子炉の異常事態を未然に回避することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤において、
前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトは、銀以外の物質で置換されていないことが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素吸着剤によれば、Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトであるナトリウムは銀以外の物質では置換されない。そのため、放射性ヨウ素の吸着能が長期に亘って持続する。

上記課題を解決するための本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法の特徴構成は、
原子力施設から排出される蒸気に含まれる放射性ヨウ素を処理する放射性ヨウ素の処理方法であって、
上記の何れか一に記載の放射性ヨウ素吸着剤を、通気性を備えたケースに充填する充填工程と、
前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケースに、前記原子力施設から排出される蒸気を通流させる通流工程と、
を包含することにある。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、上記の２つの工程を行うことにより、高効率で効果的な放射性ヨウ素の吸着、及び水素の除去を行うことができる。
放射性ヨウ素の処理方法を実行するタイミングとして、例えば、フィルタベントによる処理後が挙げられる。フィルタベントとは、原子炉に異常事態が発生し、原子炉事故や、それに伴う放射性ヨウ素の漏洩・飛散を未然に防止するため、原子炉内の高圧の蒸気を原子炉建屋外へ排出する操作である。フィルタベントの後に本発明に係る放射性ヨウ素処理方法を行えば、フィルタベントによって排出された高圧蒸気中の放射性ヨウ素や水素を吸着し、確実に除去することが可能となる。これによって、放射性ヨウ素の飛散や原子炉事故の危険性を未然に回避することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記原子力施設から排出される蒸気は、水素を含むことが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、原子力施設から排出される蒸気は水素を含む。そのため、上記の通流工程において、本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤を使用すれば、蒸気に含まれる水素を除去することができる。これにより、原子炉事故が起こる危険性を回避することが可能となる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記原子力施設から排出される蒸気は、１００℃以上の温度を有する過熱蒸気であることが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、上記のような非常に高温状態の蒸気であっても、上記の通流工程において、本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤を使用すれば、蒸気に含まれる水素を効率良く吸着することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記充填工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤の充填密度を１．０ｇ／ｍｌ以上に調整することが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、放射性ヨウ素吸着剤の充填密度を１．０ｇ／ｍｌ以上に調整することにより、放射性ヨウ素及び水素を高効率で効果的に吸着及び除去することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記通流工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケース内における前記蒸気の滞留時間を０．０６秒以上に設定することが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、滞留時間を０．０６秒以上という非常に短い時間であっても、放射性ヨウ素吸着剤が放射性ヨウ素及び水素を高効率で効果的に捕集し、除去することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記通流工程において、前記蒸気の圧力は３９９ＫＰａ以上であることが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、蒸気の圧力が３９９ＫＰａ以上という高圧力下であっても、通流工程において放射性ヨウ素吸着剤が放射性ヨウ素及び水素を高効率で効果的に吸着及び除去することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素の処理方法において、
前記通流工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケース内の湿度は９５％以上であることが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケース内の湿度が９５％以上という高湿度下においても、本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤を用いることができる。従来、高湿度下における放射性ヨウ素の吸着は困難であったが、本構成の放射性ヨウ素の処理方法であれば、高湿度下における放射性ヨウ素の吸着を実現しながら水素の除去も可能であり、高い安全性を実現することができる。

図１は、本発明の放射性ヨウ素吸着剤として用いるＸ型ゼオライトに関する説明図である。 図２は、原子炉設備の概略構成図である。 図３は、第一実施形態に係る放射性ヨウ素吸着剤を沸騰水型炉に配置したときの概略構成図である。 図４は、第二実施形態に係る放射性ヨウ素吸着剤を沸騰水型炉に配置したときの概略構成図である。 図５は、第三実施形態に係る放射性ヨウ素吸着剤を沸騰水型炉に配置したときの概略構成図である。 図６は、第四実施形態に係る放射性ヨウ素吸着剤を加圧水型炉に配置したときの概略構成図である。 図７は、放射性ヨウ素吸着剤の温度上昇変化を示すグラフである。

以下、本発明の放射性ヨウ素吸着剤、及び放射性ヨウ素の処理方法に関する実施形態を図１〜図７を参照して説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。

＜放射性ヨウ素吸着剤＞
初めに、本発明の放射性ヨウ素吸着剤に使用するＸ型ゼオライトについて説明する。図１は、本発明の放射性ヨウ素吸着剤を構成するゼオライトに関する説明図である。図１（ａ）は、ゼオライトの結晶構造の模式図であり、図１（ｂ）は、１３Ｘ型ゼオライトのナトリウムサイトが銀で置換される反応の説明図である。図１（ｃ）は、１３Ｘ型ゼオライトのナトリウムサイトを銀で置換した結果、細孔径のサイズが小さくなることの説明図である。
図１（ａ）に示すように、ゼオライトはケイ酸塩の一種で、構造の基本単位は四面体構造の（ＳｉＯ_４）^４−及び（ＡｌＯ_４）^５−であり、この基本単位が次々と三次元的に連結して結晶構造を形成する。基本単位の連結の形式によって種々の結晶構造が形成され、形成される結晶構造ごとに固有の均一な細孔径を有する。この均一な細孔径を有するため、ゼオライトには分子篩や吸着、イオン交換能といった特性が備わることとなる。

本発明の放射性ヨウ素吸着剤においては、Ｘ型ゼオライトの一種である１３Ｘ型ゼオライトを用いる。１３Ｘ型ゼオライトは工業的に広く用いられているゼオライトであり、その組成は、Ｎａ_８６［（ＡｌＯ_２）_８６（ＳｉＯ_２）_１０６］・２７６Ｈ_２Ｏである。図１（ｂ）に示すように、１３Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトであるナトリウムサイトを銀でイオン交換することにより、本発明の放射性ヨウ素吸着剤を調製する。放射性ヨウ素吸着剤の銀イオン交換率は９７％以上、好ましくは９８％以上とする。さらに、Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトは、銀以外の物質ではイオン交換されないことが好ましい。つまり、本発明の放射性ヨウ素吸着剤は、実質的に１３Ｘ型ゼオライト中の略全てのナトリウムサイトが銀とイオン交換される。このような高いイオン交換率であるため、本発明の放射性ヨウ素吸着剤は従来の放射性ヨウ素吸着剤よりも非常に優れた吸着能を有するものとなる。
ところで、１３Ｘ型ゼオライト中のナトリウムサイトが銀でイオン交換されると、元の１３Ｘ型ゼオライトよりも細孔径のサイズが小さくなるが、本発明者らは鋭意研究の結果、細孔径のサイズが小さくなるように調整した１３Ｘ型ゼオライトは、水素の吸着に有効であることを見出し、これを放射性ヨウ素吸着剤として利用することに想到した。すなわち、図１（ｃ）に示すように、銀でイオン交換される前のナトリウムサイトを有する１３Ｘ型ゼオライトの細孔径（約０．４ｎｍ）は、水素分子（分子径：約０．２９ｎｍ）を捕捉するには大き過ぎるサイズであるが、ナトリウムサイトを銀でイオン交換すると、水素分子がぴったりと収まる最適な細孔径（約０．２９ｎｍ）となる。その結果、銀でイオン交換された１３Ｘ型ゼオライトは、放射性ヨウ素だけでなく、水素分子についても高効率で効果的に吸着することが可能となることが判明した。

本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤は、上記のイオン交換率の他に、銀成分の割合は乾燥状態下で３６％以上、粒子のサイズは１０×２０ｍｅｓｈ（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−６）、硬度は９４％以上（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−７）、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量は１２％以下となるように調製することが好ましい。このような条件で放射性ヨウ素吸着剤を調製すれば、上記の優れた水素分子吸着能をより効果的に発揮することができる。

＜放射性ヨウ素処理方法＞
上記のように調製した放射性ヨウ素吸着剤を用いた放射性ヨウ素処理方法について説明する前に、代表的な原子力発電の構造を図２に基づいて説明する。図２は、原子炉設備の概略構成図であり、図２（ａ）は、沸騰水型炉（ＢＷＲ）１００の概略構成図であり、図２（ｂ）は、加圧水型炉（ＰＷＲ）２００の概略構成図である。日本国内には原子炉施設として沸騰水型炉（ＢＷＲ）、及び加圧水型炉（ＰＷＲ）の２種類の型式が採用されている。原子炉設備は、主に、原子炉建屋、原子炉格納容器、原子炉圧力容器、タービン、及び発電機から構成されている。沸騰水型炉１００は、図２（ａ）に示すように、原子炉建屋１０、原子炉格納容器１１、原子炉圧力容器１２、タービン１３、及び発電機１４から構成されている。沸騰水型炉１００では、原子炉圧力容器１２で水を沸騰させ、発生した蒸気は図２中に実線矢印で示すようにタービン１３に送られ、原子炉の水は破線矢印で示すように再循環される。そして、この蒸気が直接タービン１３を回し、発電機１４で電気を発生させる。一方、加圧水型炉２００は、図２（ｂ）に示すように、原子炉格納容器２０が、原子炉圧力容器２１、加圧器２２、及び蒸気発生器２３から構成されており、加圧器２２によって原子炉格納容器２０内の水を常に高圧にして高温でも沸騰しないように制御している。そして、蒸気発生器２３を使って原子炉内を流れる水（図２（ｂ）の破線矢印）とは別の水を蒸気（図２（ｂ）の実線矢印）にして、この蒸気によってタービン２４を回して発電機２５によって電気を発生させる。以下の第一実施形態においては、図２（ａ）に示した沸騰水型炉について、放射性ヨウ素吸着剤を用いた放射性ヨウ素の処理方法を説明する。

[第一実施形態]
〔充填工程〕
図３は、本発明の第一実施形態に係る放射性ヨウ素吸着剤Ｋを収納した放射性ヨウ素処理部１を沸騰水型炉１００に配置したときの概略構成図である。第一実施形態においては、原子炉が事故等による異常事態が起こった場合を想定した放射性ヨウ素処理方法について説明する。原子炉に事故が起こり、原子炉格納容器１１が損傷した場合に備えて原子炉建屋１０の外側にフィルタベント１５が設置されている。フィルタベント１５は、例えば、原子炉格納容器１１が事故により損傷した場合、内部圧力を下げるために原子炉格納容器１１からの蒸気が図３の実線矢印で示すように、配管１６を通じてフィルタベント１５へと送られ、蒸気中の放射性ヨウ素を捕集し微量化して、原子炉建屋１０の外へ排気するための設備である。放射性ヨウ素処理部１は、図３に示すように、放射性ヨウ素吸着剤Ｋを収納するケース２から構成されており、フィルタベント１５に接続するように配置される。後に詳述するが、ケース２は原子炉格納容器１１やフィルタベント１５を通過した蒸気やガスが通流するため、耐熱性や耐蝕性を有する材料で構成することが好ましい。ケース２の材質として、例えば、ステンレス鋼が挙げられ、その他にアルミニウム合金等を使用することも可能である。ケース２は、蒸気やガスが放射性ヨウ素吸着剤Ｋを通流できるよう、通気性を備えておく必要がある。そのため、ケース２には微小な孔が複数設けられている。このようなケース２の中に放射性ヨウ素吸着剤Ｋを充填密度が１．０ｇ／ｍｌ以上、好ましくは１．２ｇ／ｍｌ以上となるように調整して充填する（充填工程）。このような充填密度であれば、放射性ヨウ素吸着剤Ｋの吸着効果が最適に発揮される。また、原子炉施設は安全面に最大限の注意が必要であるため、人による作業は出来る限り簡単且つ短時間で行うことが望まれる。この点、放射性ヨウ素処理部１は上記のとおり簡単な構成であるから、放射性ヨウ素吸着剤Ｋの吸着効果が弱くなってきたとき、ケース２から放射性ヨウ素吸着剤Ｋを取り出して新品の放射性ヨウ素吸着剤Ｋに取り替えるだけという単純な作業で済ませることができる。そのため、作業員の負担を軽減することができ、安全性を確保することができる。

〔通流工程〕
上記のように、フィルタベント１５によって放射性ヨウ素の量を低減することはできるが、放射性ヨウ素は人体や環境に重大な悪影響を及ぼすため、確実に除去した状態で原子炉建屋１０から排気する必要がある。そこで、本発明の放射性ヨウ素吸着剤Ｋを用いて確実に放射性ヨウ素の除去を行う。図３に示すように、フィルタベント１５によって処理された蒸気は、図３の実線矢印で示すように、配管１６を通じて放射性ヨウ素処理部１に送られる。そして、放射性ヨウ素処理部１のケース２に充填されている放射性ヨウ素吸着剤Ｋに蒸気が通流する（通流工程）。放射性ヨウ素吸着剤Ｋは、前述したように水素分子に適した細孔径を有しており、通気性を備えたケース２に充填されているため、放射性ヨウ素処理部１を通流する蒸気に含まれる水素を効果的に除去する。そして、放射性ヨウ素の吸着、及び水素が除去された後の蒸気は、排気筒から原子炉施設外へ排気される。ここで、放射性ヨウ素処理部１を通流する蒸気は、１００℃以上の温度を有する過熱蒸気であり、その圧力が３９９ＫＰａ以上であり、さらにケース２内の湿度が９５％以上という苛酷な状況下であっても、放射性ヨウ素吸着剤Ｋによって放射性ヨウ素及び水素が除去される。さらに、本発明の放射性ヨウ素処理方法では、放射性ヨウ素処理部１を通流する蒸気がケース２内に滞留する滞留時間は０．０６秒以上に設定されている。原子炉格納容器１１が損傷したとき、放射性ヨウ素の漏洩・飛散や原子炉事故が起こらないように一刻も早く対処しなければならない。そのため、フィルタベント１５による処理や、放射性ヨウ素の処理をできるだけ短時間で完了させることが必要である。ここで、本発明においては、上記のようにケース２内における蒸気の滞留時間が非常に短時間であるため、緊急事態に対して従来の放射性ヨウ素処理方法よりもはるかに早く放射性ヨウ素の吸着、及び水素の除去を完了させることができ、安全性の確保に非常に有効な方法となる。

[第二実施形態]
上記の第一実施形態では、放射性ヨウ素処理部１を沸騰水型炉１００に対し、原子炉格納容器１１とは直接隣接しないように配置した。これに対し、第二実施形態では、図４に示すように、放射性ヨウ素処理部１をフィルタベント１５と原子炉格納容器１１との間に設置する。この場合、原子炉格納容器１１から排出される蒸気は、図４の実線矢印で示すように、配管１６を通じて放射性ヨウ素処理部１に送られる。つまり、フィルタベント１５による処理の前に、放射性ヨウ素及び水素の吸着を放射性ヨウ素処理部１にて行う。本発明の放射性ヨウ素吸着剤Ｋは、ケース２内を通流する蒸気の温度が１００℃以上になるまで過熱された過熱蒸気である等の苛酷な条件の蒸気であっても、放射性ヨウ素及び水素を効果的に吸着及び除去することができる。このため、原子炉格納容器１１から排出された蒸気を直接放射性ヨウ素処理部１に送り、効果的に処理することができる。このように、フィルタベント１５へ蒸気を送る前に放射性ヨウ素処理部１にて、放射性ヨウ素の吸着、及び水素の除去を行うことにより、この後のフィルタベント１５での負担を軽減するとともに、フィルタベント１５による処理をスムーズに行うことが可能となる。また、フィルタベント１５は多額の費用を掛けて建設されるものであるから、酷使すると老朽化を早めてしまう虞がある。そのため、フィルタベント１５の前段階において、本発明に係る放射性ヨウ素処理方法を予め実行しておけば、フィルタベント１５の使用期間が延長され、長期間に亘って稼動し続けることが可能となる。

［第三実施形態］
上記の第一実施形態及び第二実施形態では、原子炉施設（沸騰水型炉１００）が事故等に遭った場合の緊急事態を想定した実施形態であったが、本発明の放射性ヨウ素吸着剤Ｋ及び放射性ヨウ素処理方法は、緊急事態の場合以外においても用いることができる。特に沸騰水型炉１００は、上記のとおり、原子炉圧力容器１２の蒸気が直接タービン１３に送られるため、放射性ヨウ素や水素の量を厳重に管理し、確実に安全な状態にしておかなければならない。そこで、図５に示すように、原子炉圧力容器１２とタービン１３との間に放射性処理部１を設置し、タービン１３に蒸気を送る前に放射性ヨウ素の吸着、及び水素の除去を放射性ヨウ素吸着剤Ｋによって行うことができる。このように設置することで、安全な状態の蒸気によりタービン１３を回すことができ、放射性ヨウ素や水素に起因する危険性を回避することが可能となる。

［第四実施形態］
上記の第一実施形態ないし第三実施形態は、いずれも沸騰水型炉についての実施形態であったが、本発明の放射性ヨウ素吸着剤Ｋ及び放射性ヨウ素処理方法は、加圧水型炉（ＰＷＲ）においても適用可能である。図２（ｂ）に示すように、加圧水型炉２００は、放射性物質を含む水がタービン２４に直接送られないため、沸騰水型炉よりも安全でありメンテナンス性が向上している原子炉である。しかし、原子炉は核燃料という非常に危険な物質を扱う設備であるため、危機管理は厳重に行う必要がある。そのため、この加圧水型炉に対しても、放射性ヨウ素吸着剤Ｋを用いれば緊急事態に対応できる。加圧水型炉２００に放射性ヨウ素吸着剤Ｋを用いる場合、例えば、図６に示すように、蒸気発生器２３からタービン２４に蒸気を送る途中の位置に放射性処理部１を設置することができる。また、沸騰水型炉と同様に、事故等で原子炉が損傷した場合の対策として、放射性ヨウ素処理部１をフィルタベントにのみ隣接するように設置することや、原子炉格納容器とフィルタベントとの間に設置することもできる（図示せず）。

[実施例１]
実施例１として、本発明の放射性ヨウ素処理方法により、放射性ヨウ素の吸着試験を行った。

先ず、１３Ｘ型ゼオライトにおけるナトリウムサイトの９７％を銀とイオン交換し、銀成分が３６％、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈ（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−６）、１５０℃下において３時間乾燥した後の水分含有量が１２％となるように造粒し、通気性のケースの中に充填密度が１．０ｇ／ｍｌになるように充填し、放射性ヨウ素吸着剤を調製した。このように調製した放射性ヨウ素吸着剤の硬度は９４％（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−７）であった。次いで、湿度を９５％に設定し、温度が１３０℃、圧力が３９９ＫＰａ、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、線速度を２０ｃｍ／秒、及び４１ｃｍ／秒に設定し、種々の放射性ヨウ素吸着剤の厚みについて、ケース内における蒸気の滞留時間とヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表１に示す。

表１の結果から、線速度４１ｃｍ／秒に設定した場合でもヨウ化メチルの吸着率が高いことが分かった。特に、滞留時間が０．０６１秒という非常に短時間の場合でも、ヨウ化メチルの吸着率は９７．９８９％と良好な結果であった。

［実施例２］
実施例２では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤の厚みを５．０ｃｍとし、圧力が１０１ＫＰａ、１７ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３Ｉ）を含む蒸気に対し、線速度を４６ｃｍ／秒に設定したときの各温度におけるヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表２に示す。

表２の結果から、蒸気の温度が１００℃以上の高温下であっても、ヨウ化メチルの吸着率は９９％以上と高い吸着率であることが分かった。

［実施例３］
実施例３では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、１００ｃｍ×８３ｃｍ、放射性ヨウ素吸着剤厚みが２６ｍｍ、質量が２６ｋｇであるようにフィルター加工し、圧力が１０１ＫＰａ、０．６０８ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３Ｉ）を含む蒸気に対し、線速度を２０ｃｍ／秒に設定したときの各温度におけるヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表３に示す。

実施例３では、実施例１及び実施例２とは異なり、放射性ヨウ素吸着剤のサイズや質量を実際に使用するときの形態に近い形態にして吸着率の測定を行った。表３の結果から、このような形態において、蒸気の温度が上昇して１５０℃の高温下であっても依然としてヨウ化メチルの吸着率は高いことが分かり、本発明の放射性ヨウ素吸着剤が実用性を有するものであることが示された。

［実施例４］
実施例４では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、圧力が１０３ＫＰａ、温度が６６℃、線速度が２０．３ｃｍ／秒であり、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、湿度が７０％のとき、放射性ヨウ素吸着剤の厚みごとのヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表４に示す。

［実施例５］
実施例５では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、圧力が１０３ＫＰａ、線速度が２０．３ｃｍ／秒であり、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、湿度が９５％のとき、放射性ヨウ素吸着剤の厚みと温度に関するヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表５に示す。

表４の結果から、湿度が７０％のとき、いずれの場合もヨウ化メチルの吸着率が９９．９９９％以上であり、非常に高い吸着率であることが分かった。一方、表５の結果から、湿度が９５％という高湿度下においても、ヨウ化メチルの吸着率が高いことが示された。従って、本発明の放射性ヨウ素吸着剤は、高湿度下においても優れた吸着効果を有することが分かった。

［実施例６］
実施例６では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、圧力が１０１ＫＰａ、線速度が２０ｃｍ／秒、放射性ヨウ素吸着剤の厚みが５．０ｃｍ、滞留時間が０．２５秒であり、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、乾燥状態下の各温度におけるヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表６に示す。

表６の結果から、温度が１５０℃の高温の場合でもヨウ化メチルの吸着率が高いことが分かった。

［実施例７］
実施例７では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、圧力が１０１ＫＰａ、線速度が２０ｃｍ／秒、放射性ヨウ素吸着剤の厚みが５．０ｃｍ、滞留時間が０．２５秒であり、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、温度が８０℃のときの各湿度におけるヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表７に示す。

表７の結果から、温度が８０℃のとき湿度が９０％の高湿度であってもヨウ化メチルの吸着率が高いことが分かった。

［実施例８］
実施例８では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、圧力が１０４ＫＰａ、線速度が２０ｃｍ／秒であり、７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ素（^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、乾燥大気圧下において、放射性ヨウ素吸着剤の厚みと温度に関するヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表８に示す。

表８の結果から、乾燥大気圧下ではいずれの場合でもヨウ素の吸着率が１００％となり、非常に高性能な放射性ヨウ素吸着剤であることが示された。

［実施例９］
実施例９では、実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤について、放射性ヨウ素吸着剤の厚みが５ｃｍであるときの水素の吸着効果について測定した。測定結果を表９に示す。

表９の結果から、温度が１００℃以上の高温下の場合、放射性ヨウ素吸着剤の通流後の水素含有率は０．５％以下、つまり約８３％以上の水素が吸着されていることが示された。また、温度が１３７℃、あるいは１３６℃のとき、夫々１５℃、１７℃の温度上昇が確認されたが、この場合であっても放射性ヨウ素吸着剤の通流後の水素含有率は０．５％以下であった。このことから、本発明の放射性ヨウ素吸着剤は、高温下であっても安定した状態で水素を吸着できる高性能な吸着剤であることが分かった。

［実施例１０］
実施例１０では、水素含有率が３％である蒸気に対し、温度を１３６℃に設定し実施例１で調製した放射性ヨウ素吸着剤を通流させて、通流後の水素含有率が０．５％以下であったときの放射性ヨウ素吸着剤の温度上昇について測定した、測定結果を図７のグラフに示す。

図７のグラフに示すように、放射性ヨウ素吸着剤は大きくは温度上昇が起こらず、安定した状態で水素を吸着することが分かった。

上記の実施例１〜実施例８の結果から、本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤、及び本構成の放射性ヨウ素処理方法は、高温、高圧、高湿度の蒸気に対しても非常に優れた吸着効果を発揮することが示された。また、短時間で高効率の吸着効果を有することも示された。さらに、実施例９、及び実施例１０の結果から、放射性ヨウ素だけではなく水素をも高効率且つ効果的に吸着することが判明した。

本発明の放射性ヨウ素吸着剤、及び放射性ヨウ素処理方法は、原子炉施設において放射性ヨウ素の漏洩・飛散や原子炉事故等の危険性を回避することに大いに有効である。

１ 放射性ヨウ素処理部
２ ケース
１０ 原子炉建屋
１１、２０ 原子炉格納容器
１２、２１ 原子炉圧力容器
１００ 沸騰水型炉
２００ 加圧水型炉
Ｋ 放射性ヨウ素吸着剤

上記課題を解決するための本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤の特徴構成は、
Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤であって、
前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトを銀で置換することにより、当該Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてあり、
銀成分の割合が乾燥状態下で３６％以上であり、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈであり、硬度が９４％以上であり、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量が１２％以下であることにある。

本構成の放射性ヨウ素吸着剤によれば、基剤としてＸ型ゼオライトを造粒したものを使用する。ゼオライトには多用な種類のものが存在し、その結晶構造は夫々異なるが、結晶構造ごとに極めて均一な細孔径を有するという特性がある。この特徴的な細孔径により、ゼオライトは分子篩（モレキュラーシーブ）や分子の選択的な吸着等に利用されている。
本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤では、ゼオライトの中でも比較的大きな細孔径を有するＸ型ゼオライトを用いており、Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトに存在するナトリウムを銀で置換する。これによって、放射性ヨウ素をヨウ化銀として吸着することができる。従って、原子炉事故のような異常事態が起こった場合であっても、放射性ヨウ素の原子炉外部への飛散を防止できる。
また、Ｘ型ゼオライトのナトリウムを銀で置換することにより、Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてあり、銀成分の割合が乾燥状態下で３６％以上であり、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈであり、硬度が９４％以上であり、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量が１２％以下であるため、水素分子を効率的に捉えることができるようになる。これにより、原子炉事故等で水素が発生する事態となっても、本発明の放射性ヨウ素吸着剤を用いれば水素を除去することが可能となり、原子炉事故を未然に回避することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤において、
前記原子力施設から排出される蒸気は、水素分子を含むことが好ましい。

本構成の放射性ヨウ素の処理方法によれば、原子力施設から排出される蒸気は水素分子を含む。そのため、上記の通流工程において、本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤を使用すれば、蒸気に含まれる水素分子を除去することができる。これにより、原子炉事故が起こる危険性を回避することが可能となる。

上記課題を解決するための本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤の特徴構成は、
Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤であって、
前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトを銀で置換することにより、当該Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてあり、
銀成分の割合が乾燥状態下で３６重量％以上であり、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈであり、硬度が９４％以上であり、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量が１２重量％以下であることにある。

本構成の放射性ヨウ素吸着剤によれば、基剤としてＸ型ゼオライトを造粒したものを使用する。ゼオライトには多用な種類のものが存在し、その結晶構造は夫々異なるが、結晶構造ごとに極めて均一な細孔径を有するという特性がある。この特徴的な細孔径により、ゼオライトは分子篩（モレキュラーシーブ）や分子の選択的な吸着等に利用されている。
本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤では、ゼオライトの中でも比較的大きな細孔径を有するＸ型ゼオライトを用いており、Ｘ型ゼオライトのイオン交換サイトに存在するナトリウムを銀で置換する。これによって、放射性ヨウ素をヨウ化銀として吸着することができる。従って、原子炉事故のような異常事態が起こった場合であっても、放射性ヨウ素の原子炉外部への飛散を防止できる。
また、Ｘ型ゼオライトのナトリウムを銀で置換することにより、Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてあり、銀成分の割合が乾燥状態下で３６重量％以上であり、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈであり、硬度が９４％以上であり、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量が１２重量％以下であるため、水素分子を効率的に捉えることができるようになる。これにより、原子炉事故等で水素が発生する事態となっても、本発明の放射性ヨウ素吸着剤を用いれば水素を除去することが可能となり、原子炉事故を未然に回避することができる。

本発明に係る放射性ヨウ素吸着剤は、上記のイオン交換率の他に、銀成分の割合は乾燥状態下で３６重量％以上、粒子のサイズは１０×２０ｍｅｓｈ（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−６）、硬度は９４％以上（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−７）、１５０℃下において３時間乾燥減量したときの水分含有量は１２重量％以下となるように調製することが好ましい。このような条件で放射性ヨウ素吸着剤を調製すれば、上記の優れた水素分子吸着能をより効果的に発揮することができる。

先ず、１３Ｘ型ゼオライトにおけるナトリウムサイトの９７％を銀とイオン交換し、銀成分が３６重量％、粒子のサイズが１０×２０ｍｅｓｈ（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−６）、１５０℃下において３時間乾燥した後の水分含有量が１２重量％となるように造粒し、通気性のケースの中に充填密度が１．０ｇ／ｍｌになるように充填し、放射性ヨウ素吸着剤を調製した。このように調製した放射性ヨウ素吸着剤の硬度は９４％（ＪＩＳ Ｋ １４７４−４−７）であった。次いで、湿度を９５％に設定し、温度が１３０℃、圧力が３９９ＫＰａ、１．７５ｍｇ／ｍ^３のヨウ化メチル（ＣＨ_３ ^１３１Ｉ）を含む蒸気に対し、線速度を２０ｃｍ／秒、及び４１ｃｍ／秒に設定し、種々の放射性ヨウ素吸着剤の厚みについて、ケース内における蒸気の滞留時間とヨウ化メチルの吸着効果について測定した。測定結果を表１に示す。

Claims (10)

1. Ｘ型ゼオライトを造粒してなる放射性ヨウ素吸着剤であって、
   前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトを銀で置換することにより、当該Ｘ型ゼオライトの微細孔のサイズを水素分子のサイズに適合させてある放射性ヨウ素吸着剤。
2. 前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトの９７％以上が、銀で置換されている請求項１に記載の放射性ヨウ素吸着剤。
3. 前記Ｘ型ゼオライトが有するイオン交換サイトは、銀以外の物質で置換されていない請求項１又は２に記載の放射性ヨウ素吸着剤。
4. 原子力施設から排出される蒸気に含まれる放射性ヨウ素を処理する放射性ヨウ素の処理方法であって、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の放射性ヨウ素吸着剤を、通気性を備えたケースに充填する充填工程と、
   前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケースに、前記原子力施設から排出される蒸気を通流させる通流工程と、
   を包含する放射性ヨウ素の処理方法。
5. 前記原子力施設から排出される蒸気は、水素を含む請求項４に記載の放射性ヨウ素の処理方法。
6. 前記原子力施設から排出される蒸気は、１００℃以上の温度を有する過熱蒸気である請求項４又は５に記載の放射性ヨウ素の処理方法。
7. 前記充填工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤の充填密度を１．０ｇ／ｍｌ以上に調整する請求項４〜６の何れか一項に記載の放射性ヨウ素の処理方法。
8. 前記通流工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケース内における前記蒸気の滞留時間を０．０６秒以上に設定する請求項４〜７の何れか一項に記載の放射性ヨウ素の処理方法。
9. 前記通流工程において、前記蒸気の圧力は３９９ＫＰａ以上である請求項４〜８の何れか一項に記載の放射性ヨウ素の処理方法。
10. 前記通流工程において、前記放射性ヨウ素吸着剤が充填されたケース内の湿度は９５％以上である請求項４〜９の何れか一項に記載の放射性ヨウ素の処理方法。

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