JP2019095287A - 廃棄物収容容器及び廃棄物監視システム - Google Patents
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Abstract
【課題】長期間に亘る監視を可能としながら、容器の機能低下を抑制する。【解決手段】廃棄物収容容器１は、ガラス固化体３００を密封し、炭素鋼により形成されたキャニスタ２と、キャニスタ２における外周面２ｃを覆い、モンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成された人工バリア３と、を備える。人工バリア３は、モンモリロナイトの層間陽イオンとしてユウロピウムを含むＥｕブロックＢ１と、モンモリロナイトの層間陽イオンとしてナトリウムを含むＮａブロックＢ２と、を有する。【選択図】図４
Description
本発明は、廃棄物収容容器及び廃棄物監視システムに関する。
特許文献１は、埋蔵廃棄物収容容器とその異常検知方法とを開示する。この埋蔵廃棄物収容容器は、放射性廃棄物を密封状態に収容する鋼製容器と、当該容器を覆うコンクリート製容器と、を有する。鋼製容器の内面には、希土類元素層が設けられる。
近年、埋設された廃棄物の保管状態を数十年から数百年といった長期間に亘って監視し続けることが望まれている。例えば、特許文献１の埋蔵廃棄物収容容器とその異常検知方法では、コンクリート製容器に設けられたドレンラインから水のサンプリングを行うことにより、希土類元素成分が水に溶解しているか否かを検出する。この検出動作によって、鋼製容器におけるバリア機能の低下を検知する。
しかし、埋蔵廃棄物収容容器を構成する土類元素層が容器外部へ流出した場合、当該埋蔵廃棄物収容容器の遮蔽性は、埋設当初の埋蔵廃棄物収容容器の遮蔽性に比べて低下するおそれが生じる。
そこで、本発明は、長期間に亘る監視を可能としながら、容器の機能低下を抑制することが可能な廃棄物収容容器及び廃棄物監視システムを提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る廃棄物収容容器は、放射性物質を含む被収容物を密封し、鉄系材料により形成された容器部と、容器部の外面を覆い、モンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成されたバリア部と、を備え、バリア部は、モンモリロナイトの層間陽イオンとして希土類元素を含む第１の部分と、モンモリロナイトの層間陽イオンとしてナトリウム又はカルシウムを含む第２の部分と、を有する。
この廃棄物収容容器において、バリア部はモンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成される。そして、バリア部は、層間陽イオンとして希土類元素を含む第１の部分と、層間陽イオンとしてナトリウム又はカルシウムを含む第２の部分と、を有する。いま、バリア部に対して二価陽イオンが提供されると、第１の部分では、層間陽イオンが希土類元素から提供された二価陽イオンへ置換され、希土類元素が流出する。廃棄物収容容器が埋設される土中では、希土類元素の存在割合が低いうえに、存在割合を変化させる要因が少ない。そうすると、廃棄物収容容器が埋設される土中における希土類元素の存在割合の増加が確認された場合、それは、廃棄物収容容器から希土類元素が流出したことを意味し、さらには、廃棄物収容容器の状態に何らかの変化が生じたことを示すことができる。また、層間陽イオンが置換された場合であっても、バリア部の機能には影響を及ぼさないので、容器の機能低下を抑制することができる。
上記の形態において、希土類元素は、ユウロピウムであり、第２の部分に含まれる層間陽イオンは、ナトリウムであってもよい。希土類元素は、ユウロピウムであり、第２の部分に含まれる層間陽イオンは、ナトリウムであってもよい。この構成によれば、層間陽イオンとして希土類元素を含む第１の部分を容易に形成することができる。
上記の形態において、容器部は、両端が閉鎖された円筒形状を呈し、バリア部は、容器部が配置される空間を画成する両端が閉鎖された円筒形状を呈し、第１の部分は、容器部の直径方向に沿って、容器部を挟むように形成されてもよい。この構成によれば、廃棄物収容容器が埋設された周囲の変化を確実に捉えることができる。
上記の形態において、第１の部分は、容器部が挿通される貫通穴を有する円板形状を呈してもよい。この構成によれば、廃棄物収容容器が埋設された周囲の変化をさらに確実に捉えることができる。
上記の形態において、第１の部分は、容器部の外面に接する接触面を有してもよい。この構成によれば、希土類元素を含む第１の部分が容器部に接触する。そうすると、水がバリア部に滲みこみ、鉄系材料により形成された容器部に到達すると、二価陽イオンとしての鉄イオンが生じる。この鉄イオンは、容器部に接する第１の部分において、第１の部分の層間陽イオンである希土類元素と置換する。置換された希土類元素は、廃棄物収容容器の外部へ流出する。従って、この構成によれば、水が容器部に達したことを速やかに示すことができる。
上記の形態において、第２の部分は、容器部が挿通される貫通穴を有する円板形状を呈し、第１の部分は、第２の部分が配置される貫通穴を有する円板形状を呈してもよい。この構成によれば、希土類元素を含む第１の部分が廃棄物収容容器の外周面を形成する。そうすると、廃棄物収容容器の外周面と接触した部分から二価陽イオンが提供されると、速やかに、第１の部分において第１の部分の層間陽イオンである希土類元素と置換する。置換された希土類元素は、廃棄物収容容器の外部へ流出する。従って、この構成によれば、廃棄物収容容器の周囲において二価陽イオンが生じるような変化が生じたことを速やかに示すことができる。
本発明の別の形態に係る廃棄物監視システムは、上記の廃棄物収容容器と、地下において、廃棄物収容容器が埋設される処分領域部と、処分領域部の近傍に設けられ、廃棄物収容容器におけるバリア部の第１の部分から土中に排出された希土類元素を検出する検出部と、を備える。このシステムによれば、上記の廃棄物収容容器を備えるので、期間に亘る監視を可能としながら、容器の機能低下を抑制することができる。
本発明によれば、長期間に亘る監視を可能としながら、容器の性能低下を抑制することが可能な廃棄物収容容器及び廃棄物監視システムが提供される。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態では、高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）（放射性物質）を収容した廃棄物収容容器を地層処分施設に埋設する形態を例示する。
第１実施形態では、高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ）（放射性物質）を収容した廃棄物収容容器を地層処分施設に埋設する形態を例示する。
＜地層処分施設＞
図１に示されるように、地層処分施設１００（廃棄物監視システム）は、廃棄物収容容器１を安定した地層に埋設処分する。地層処分施設１００は、廃棄物収容容器１と、地面Ｇ上に設けられた建屋Ｆと、埋設されたコンクリート構造物１１０と、坑道１２０と、採水施設１３０（検出部）と、を有する。建屋Ｆは、地層処分施設１００の入り口である。建屋Ｆは、コンクリート構造物１１０に通じる坑道１２０と接続される。コンクリート構造物１１０は、廃棄物収容容器１を収容する。コンクリート構造物１１０は、廃棄物収容容器１を収容するトンネル１１１を有する。
図１に示されるように、地層処分施設１００（廃棄物監視システム）は、廃棄物収容容器１を安定した地層に埋設処分する。地層処分施設１００は、廃棄物収容容器１と、地面Ｇ上に設けられた建屋Ｆと、埋設されたコンクリート構造物１１０と、坑道１２０と、採水施設１３０（検出部）と、を有する。建屋Ｆは、地層処分施設１００の入り口である。建屋Ｆは、コンクリート構造物１１０に通じる坑道１２０と接続される。コンクリート構造物１１０は、廃棄物収容容器１を収容する。コンクリート構造物１１０は、廃棄物収容容器１を収容するトンネル１１１を有する。
このような地層処分施設１００にあっては、数十年から数百年程度の管理期間が定められる。そして、この管理期間中は、地層処分施設１００の性能が設計どおりに推移していることをモニタリングする。地層処分施設１００の性能とは、例えば、放射性核種を閉じ込め続ける能力である。従って、廃棄物収容容器１によって閉じ込めた放射性核種の周囲への漏出の有無をチェックすることにより、地層処分施設１００の性能を確認することが可能となる。そこで、コンクリート構造物１１０の近傍に、採水施設１３０の取水穴１３１を設ける。採水施設１３０は、コンクリート構造物１１０が設けられた領域を流れる地下水を採取するためのものである。採取された地下水に放射性核種が含まれているか否かを確認する。
図２に示されるように、トンネル１１１は、安定した地層を形成する岩盤に設けられる。トンネル１１１の内面には、例えば、コンクリートやベントナイトにより形成された処理層１１２が形成されてもよい。廃棄物収容容器１は、トンネル１１１の床面に設けられた縦穴Ｈ１に埋め込まれる。また、廃棄物収容容器１は、トンネル１１１の壁面に設けられた横穴Ｈ２に埋め込まれることもある。さらに、廃棄物収容容器１は、トンネル１１１の床面上に載置されることもある。そして、廃棄物収容容器１を配置した後に、トンネル１１１には、コンクリート等が充填されて埋め戻される。従って、廃棄物収容容器１が配置されて埋め戻されたトンネル１１１には、再び作業者等が立ち入ることはない。
図３に示されるように、トンネル１１１は、廃棄物収容容器１Ｕ，１Ｄ，２００が埋め込まれる設置坑道１１３と、設置坑道１１３同士を結ぶ連結坑道１１４と、を有する。設置坑道１１３は、処分領域エリアＳ１（処分領域部）に設けられる。設置坑道１１３に配置された廃棄物収容容器１は、平面視すると二次元状に配置される。ここで、設置坑道１１３には、矢印Ａ１に示される方向に地下水が流れるとする。この環境において、採水施設１３０の取水穴１３１は、設置坑道１１３に対して地下水の流れる方向（矢印Ａ１）における下流側に設置される。この位置によれば、廃棄物収容容器１が配置された処分領域エリアＳ１を通過した地下水を好適に捉えることができる。また、設置坑道１１３に配置される廃棄物収容容器は、そのすべてが本実施形態に係る廃棄物収容容器１であってもよいし、それらの一部が廃棄物収容容器１であってもよい。
例えば、上流側のみに廃棄物収容容器１Ｕを配置し、その他の箇所には別の廃棄物収容容器２００を配置してもよい。この配置によれば、上流側に配置された廃棄物収容容器１Ｕが早くに地下水の影響を受ける。従って、地層処分施設１００における廃棄物収容容器１Ｕの変化をいち早く検知できる。なお、別の廃棄物収容容器２００とは、後述するＥｕブロックＢ１を備えず、人工バリア３がＮａブロックＢ２によって構成された容器である。
一方、下流側のみに廃棄物収容容器１Ｄを配置し、その他の箇所には廃棄物収容容器２００を配置してもよい。この配置によれば、下流側に配置された廃棄物収容容器１Ｄは、最も遅くに地下水の影響を受ける。そうすると、廃棄物収容容器１Ｄが地下水の影響を受けるということは、その上流側に配置された廃棄物収容容器２００も地下水の影響を受けていると予想できる。従って、地層処分施設１００における廃棄物収容容器１Ｄ，２００の全体が地下水の影響を受けていることを検知できる。
＜廃棄物収容容器＞
図４に示されるように、廃棄物収容容器１は、円柱形状を呈する。廃棄物収容容器１は、キャニスタ２（容器部）と、人工バリア３（バリア部）と、を有する。キャニスタ２は、放射性廃棄物を密封する金属容器である。キャニスタ２は、放射性廃棄物とガラスとが混ぜ合わされたガラス固化体３００（被収容物）を封入する。ガラス固化体３００は、ステンレス鋼製キャスクに充填されている。ガラス固化体３００は、放射性核種を均一かつ安全に固定すると共に、熱や放射線に対する安定性を有する。さらに、ガラス固化体３００は、高い化学的耐久性により地下水への放射性核種の溶出を抑制する。
図４に示されるように、廃棄物収容容器１は、円柱形状を呈する。廃棄物収容容器１は、キャニスタ２（容器部）と、人工バリア３（バリア部）と、を有する。キャニスタ２は、放射性廃棄物を密封する金属容器である。キャニスタ２は、放射性廃棄物とガラスとが混ぜ合わされたガラス固化体３００（被収容物）を封入する。ガラス固化体３００は、ステンレス鋼製キャスクに充填されている。ガラス固化体３００は、放射性核種を均一かつ安全に固定すると共に、熱や放射線に対する安定性を有する。さらに、ガラス固化体３００は、高い化学的耐久性により地下水への放射性核種の溶出を抑制する。
キャニスタ２は、例えば、炭素鋼（ＦｅＣ）により形成される。キャニスタ２は、いわゆるオーバーパックであり、ガラス固化体３００の発熱や放射能が高い期間に、地下水とガラス固化体３００との接触を阻止する。また、キャニスタ２は、地下水との反応によりガラス固化体３００の近傍における還元性を維持する。さらに、キャニスタ２は、放射性核種の腐食生成物へ吸着する。キャニスタ２は、上端及び下端が閉鎖された円筒形状のキャニスタ２は、上端面２ａと、下端面２ｂと、外周面２ｃと、を有する。これら上端面２ａ、下端面２ｂ及び外周面２ｃは、キャニスタ２の外面を構成する。
人工バリア３は、粘土を主成分とする材料により形成され、具体的には、モンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成される。モンモリロナイトは、高い膨潤性と、著しく低い透水性とを有する。従って、人工バリア３は、岩盤から提供され得る地下水がキャニスタ２に到達することを抑制する。人工バリア３は、低透水性を有し、キャニスタ２と地下水との接触を抑制する。また、人工バリア３は、物質移動速度が小さく、放射性核種の移行を遅延させる。さらに、人工バリア３は、化学的緩衝性を発揮すると共に、空隙水中において低い溶解度を有する。そして、人工バリア３は、コロイド、微生物、有機物の移動に対するフィルターとしての効果を奏する。
人工バリア３は、キャニスタ２の外面の全体を覆う。つまり、人工バリア３は、キャニスタ２の上端面２ａと、下端面２ｂと、外周面２ｃと、を覆う。人工バリア３は、上端及び下端が閉鎖された円筒形状を呈する。人工バリア３は、円筒形状の本体部４と、本体部４の両端に配置される一対の蓋部６と、を有する。本体部４は、軸線方向に貫通する穴４ａを有する。この穴４ａはキャニスタ２の外径とほぼ同じ内径を有する。
本体部４、蓋部６は、それぞれユウロピウム含有ブロック（以下「ＥｕブロックＢ１」」と呼ぶ）と、ナトリウム含有ブロック（以下「ＮａブロックＢ２」と呼ぶ）とを有する。つまり、人工バリア３は、ＥｕブロックＢ１により構成された筒状のＥｕバリア７（第１の部分）と、ＮａブロックＢ２により構成された筒状のＮａバリア８（第２の部分）と、により構成される。つまり、筒形状の本体部４では、同心円状に内側からＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２の順に設けられる。Ｅｕバリア７は、両端が閉鎖された円筒状を呈し、内周面７ａと外周面７ｂとを有する。内周面７ａには、キャニスタ２の外周面２ｃが接触する。Ｎａバリア８は、両端が閉鎖された円筒状を呈し、内周面８ａと外周面８ｂとを有する。内周面８ａには、Ｅｕバリア７の外周面７ｂが接触する。また、Ｎａバリア８の外周面８ｂは、人工バリア３の外周面を構成する。
ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２は、それぞれのベントナイト系材料が含む層間陽イオンが互いに異なる。ＥｕブロックＢ１は、層間陽イオンとしてユウロピウム（Ｅｕ）を含む。ＮａブロックＢ２は、層間陽イオンとしてナトリウム（Ｎａ）を含む。
ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２を積み上げたとき、ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２同士、ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２とキャニスタ２との間、ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２と岩盤面との間に隙間があったとしても、ＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２を構成するモンモリロナイトの膨潤性によって、水を含むことにより隙間が埋まり、低い透水性を発揮することができる。従って、人工バリア３を容易に構成することができる。
一般にベントナイトは、層間陽イオンとしてナトリウム又はカルシウムを含む。従って、ＥｕブロックＢ１を形成する場合には、層間陽イオンがユウロピウムに置換されたベントナイトを用意する必要がある。例えば、まず、水にユウロピウムを溶解させる。この理由から、ＥｕブロックＢ１に含まれる希土類元素としては、水に溶けやすい元素を用いてもよい。当該水溶液と、ナトリウムイオン又はカルシウムイオンを含むベントナイトとを混ぜ合わせる。この混合によって層間陽イオンがユウロピウムに置換される。続いて、水をエタノールで置換する。排出されるエタノールには、ナトリウム又はカルシウムが含まれる。エタノールに含まれるこれらのイオン濃度を確認しながら、ユウロピウムへの置換の進行度合いを確認する。そして、固化処理を行うことにより、層間陽イオンとしてユウロピウムを含む材料が得られる。
上述の工程により得られた層間陽イオンとしてユウロピウムを含むベントナイト系材料（Ｅｕ化モンモリロナイト）は、人工バリア３を構成する材料として十分な性質を有する。例えば、図５の（ａ）部は、Ｅｕ化モンモリロナイトの膨潤圧の経時変化を示すグラフである。Ｅｕ化モンモリロナイトは、数日間で５０００ｋＰａの膨潤圧に到達した。そして、約１３０日間の測定期間において、おおむね５０００ｋＰａの膨潤圧を維持し続けた。また、図５の（ｂ）部は、Ｅｕ化モンモリロナイトの膨潤率の経時変化を示すグラフである。Ｅｕ化モンモリロナイトは、数日間で４５％の膨潤率に到達した。そして、約１１０日間の測定期間において、おおむね４５％以上５０％以下の膨潤率を維持し続けた。さらに、図５の（ｃ）部は、Ｅｕ化モンモリロナイトの透水係数（ｍ／ｓ）の経時変化を示すグラフである。Ｅｕ化モンモリロナイトは、約１００日間の測定期間において、おおむね１×１０−１４から１×１０−１３の透水係数を維持し続けた。
次に、廃棄物収容容器１に対して地下水が滲みこんだ場合に生じる現象について詳細に説明する。図６及び図７は、廃棄物収容容器１の断面を拡大して示すと共に、廃棄物収容容器１を構成する各部位における原子の様子を模式的に示す。図６の（ａ）部に示されるように、キャニスタ２は、炭素鋼により形成されているので鉄原子（Ｆｅ）を含む。Ｅｕバリア７は、ユウロピウム（Ｅｕ２＋）を含む。Ｎａバリア８は、ナトリウム（Ｎａ＋）を含む。
いま、図６の（ｂ）部に示されるように、岩盤Ｇｓから水Ｗが人工バリア３の一部分に滲みこんだとする。そして、滲みこんだ水Ｗは、Ｎａバリア８及びＥｕバリア７を通過して、キャニスタ２の外周面２ｃに到達する。キャニスタ２に水Ｗが触れると、水と鉄との間で化学反応が生じる。その結果、鉄が二価陽イオンである鉄イオン（Ｆｅ２＋）となって水Ｗ（すなわちＥｕバリア７）に移動する。
Ｅｕバリア７に移動した鉄（Ｆｅ２＋）は、Ｅｕバリア７において層間陽イオンとして存在していたユウロピウム（Ｅｕ２＋）と置換される。置換されたユウロピウム（Ｅｕ２＋）は、水Ｗの移動に伴って、Ｅｕバリア７からＮａバリア８に移動し、最終的に人工バリア３から岩盤Ｇｓへ流出する。
また、Ｅｕバリア７における置換の後に、さらに鉄（Ｆｅ２＋）の供給が続いた場合、図７の（ａ）部に示されるように、Ｎａバリア８においても層間陽イオンの交換（Ｎａ＋→Ｆｅ２＋）が生じることもある。そうすると、図７の（ｂ）部に示されるように、人工バリア３において最終的に水Ｗが滲みこんだ領域では、層間陽イオンが鉄（Ｆｅ２＋）であるベントナイトに変化する。
以下、上述の廃棄物収容容器１を利用する地層処分施設１００の動作について説明する。
まず、廃棄物収容容器１を作成する。具体的には、高レベル放射戦廃棄物処分施設のベントナイト系の人工バリア３の母材であるベントナイトの層間陽イオンを事前に人為的にレアメタルであるユウロピウム（Ｅｕ）に陽イオン交換させたＥｕ型ベントナイトを準備する。そして、当該Ｅｕ型ベントナイトを所定の乾燥密度になるまで締め固めた状態で、ベントナイト系の人工バリア３内に設ける。
この状態で、地層処分施設１００が冠水し、Ｅｕ型ベントナイト部分が飽和すると、間隙水の組成に応じて、ユウロピウムと間隙水に含まれる陽イオン（例えば鉄イオン）が陽イオン交換を生じる。そして、ユウロピウムは間隙水に放出される。この間隙水内のユウロピウムは、ベントナイト系の人工バリア３を通過して最終的には地下水によって移動する。地層処分施設１００には、放射性核種が溶出していないことを確認するための採水ボーリングを行う。この際に、採取した地下水を用いてユウロピウムの増減の有無を確認する。この確認により、地層処分施設１００内の浸潤状態を把握することができる。
ここで、この方法を実施するとき、事前に地下水に含まれるレアメタル（希土類元素）の存在割合を、図８に示されるようなＭａｓｕｄａ−Ｃｏｒｙｅｌｌプロットを用いて把握する。Ｅｕは、還元的な環境では二価となり、他の希土類元素と異なる挙動を示す。このため、Ｍａｓｕｄａ−Ｃｏｒｙｅｌｌプロットに示される曲線からずれることがあり得る。
事前に得たＭａｓｕｄａ−ＣｏｒｙｅｌｌプロットにおけるＥｕ異常の変化が確認できれば、地層処分施設１００内のＥｕ型ベントナイトの設置位置に地下水が浸潤して陽イオン交換が発生していることがわかる。従って、地層処分施設１００内の状態を知ることができる。
廃棄物収容容器１において、人工バリア３はモンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成される。そして、人工バリア３は、層間陽イオンとしてユウロピウムを含むＥｕバリア７と、層間陽イオンとしてナトリウムを含むＮａバリア８と、を有する。いま、人工バリア３に対して二価陽イオンとなった鉄が提供されると、Ｅｕバリア７では、層間陽イオンがユウロピウムから提供された鉄へ置換され、ユウロピウムが流出する。廃棄物収容容器１が埋設される土中では、ユウロピウムの存在割合が低いうえに、存在割合を変化させる要因が少ない。そうすると、廃棄物収容容器１が埋設される土中におけるユウロピウムの存在割合の増加が確認された場合、それは、廃棄物収容容器１からユウロピウムが流出したことを意味し、さらには、廃棄物収容容器１の状態に何らかの変化が生じたことを示すことができる。また、層間陽イオンが置換された場合であっても、人工バリア３の機能には影響を及ぼさないので、廃棄物収容容器１の機能低下を抑制することができる。
ここで、希土類元素の分布は、地球の形成過程で決定づけられることが知られている。従って、管理期間内において地層処分施設１００の周囲環境では、希土類元素の分布が概ね一定であるとみなせる。これに対して、人類の活動による短期的な擾乱が発生すると、希土類分布に変化が生じる。特に、希土類分布を特徴づけるＥｕ異常を利用したモニタリングは変化が顕著であるので、容易に把握できる。そして、Ｅｕ型ベントナイトは、別の個所（例えばバリア外周部）のベントナイトと同程度の性質（図５の（ａ）部、（ｂ）部および（ｃ）部参照）を有する。従って、高レベル放射性廃棄物処分施設内に設置しても遮蔽性能などに与える影響は極めて小さい。そして、電源が不要であり長期間にわたって存在しつつけることが可能であるので、数百年単位を対象とするモニタリング方法として好適である。
また、廃棄物収容容器１には、センサやセンサに付随するケーブルといった部品を設ける必要がない。従って、廃棄物収容容器１及び地層処分施設１００の性能を損なう可能性を生じさせることもない。
Ｅｕバリア７に含まれる層間陽イオンである希土類元素は、ユウロピウムである。Ｎａバリア８に含まれる層間陽イオンは、ナトリウムである。この構成によれば、層間陽イオンとしてユウロピウムを含むＥｕバリア７を容易に形成することができる。
キャニスタ２は、両端が閉鎖された円筒形状を呈する。人工バリア３は、キャニスタ２が配置される空間を画成する両端が閉鎖された円筒形状を呈する。Ｅｕバリア７は、キャニスタ２の直径方向に沿って、キャニスタ２を挟むように形成される。この構成によれば、廃棄物収容容器１が埋設された周囲の変化を確実に捉えることができる。
Ｅｕバリア７は、キャニスタ２が挿通される穴７ｈを有する円板形状を呈する。この構成によれば、廃棄物収容容器１が埋設された周囲の変化をさらに確実に捉えることができる。
上記の形態において、Ｅｕバリア７は、キャニスタ２の外周面２ｃに接する内周面７ａを有する。この構成によれば、ユウロピウムを含むＥｕバリア７がキャニスタ２に接触する。そうすると、水が人工バリア３に滲みこみ、鉄系材料により形成されたキャニスタ２に到達すると、二価陽イオンとしての鉄イオンが生じる。この鉄イオンは、キャニスタ２に接するＥｕバリア７において、Ｅｕバリア７の層間陽イオンであるユウロピウムと置換する。置換されたユウロピウムは、廃棄物収容容器１の外部へ流出する。従って、この構成によれば、水がキャニスタ２に達したことを速やかに示すことができる。
地層処分施設１００は、上記の廃棄物収容容器１と、地下において、廃棄物収容容器１が埋設される処分領域エリアＳ１と、処分領域エリアＳ１の近傍に設けられ、廃棄物収容容器１における人工バリア３のＥｕバリア７から土中に排出されたユウロピウムを検出する採水施設１３０と、を備える。この地層処分施設１００によれば、上記の廃棄物収容容器１を備えるので、期間に亘る監視を可能としながら、廃棄物収容容器１の機能低下を抑制することができる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る廃棄物収容容器について説明する。第２実施形態に係る廃棄物収容容器は、人工バリアの構成が、第１実施形態に係る廃棄物収容容器１と相違する。
第２実施形態に係る廃棄物収容容器について説明する。第２実施形態に係る廃棄物収容容器は、人工バリアの構成が、第１実施形態に係る廃棄物収容容器１と相違する。
図９に示されるように、廃棄物収容容器１Ａは、キャニスタ２と、人工バリア３Ａと、を有する。そして、人工バリア３Ａは、ＥｕブロックＢ１により構成されるＥｕバリア７Ａと、ＮａブロックＢ２により構成されるＮａバリア８Ａと、を有する。ここで、第１実施形態では、Ｅｕバリア７がＮａバリア８に対して内側に配置され、Ｎａバリア８がＥｕバリア７に対して外側に配置されていた。一方、第２実施形態では、Ｅｕバリア７ＡがＮａバリア８Ａに対して外側に配置され、Ｎａバリア８ＡがＥｕバリア７Ａに対して内側に配置される。この構成によれば、Ｅｕバリア７Ａは、モルタル層１１５に接触する。
次に、廃棄物収容容器１Ａに対して地下水が滲みこんだ場合に生じる現象について詳細に説明する。図１０は、廃棄物収容容器１Ａの断面を拡大して示すと共に、廃棄物収容容器１Ａを構成する各部位における原子の様子を模式的に示す。第２実施形態では、廃棄物収容容器１Ａを囲むモルタル層１１５の変化を検知する。具体的には、岩盤Ｇｓからモルタル層１１５に地下水がしみ込んだとする。そうすると、モルタルに含まれるカルシム（Ｃａ）が溶け出す。このカルシウムを含む水がＥｕバリア７Ａにしみ込むと、カルシウムが、ユウロピウムと置換される。置換されたユウロピウムは、水を通じて岩盤Ｇｓに到達し、地下水の流れによって移動する。
上記の形態において、Ｎａバリア８Ａは、キャニスタ２が挿通される穴８ｈを有する円筒状を呈する。Ｅｕバリア７Ａは、Ｎａバリア８が配置される穴７ｈを有する円筒形状を呈する。この構成によれば、ユウロピウムを含むＥｕバリア７Ａが廃棄物収容容器１Ａの外周面を形成する。そうすると、廃棄物収容容器１Ａの外周面と接触したモルタル層１１５から二価陽イオンとなったカルシウムが提供されると、速やかに、Ｅｕバリア７ＡにおいてＥｕバリア７Ａの層間陽イオンであるユウロピウムと置換する。置換されたユウロピウムは、廃棄物収容容器１Ａの外部へ流出する。従って、この構成によれば、廃棄物収容容器１Ａの周囲において二価陽イオンとなったカルシウムが生じるような変化（つまり、モルタル層１１５への地下水の浸潤）が生じたことを速やかに示すことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。
上記実施形態では、人工バリア３は、Ｅｕバリア７及びＮａバリア８を有していた。例えば、図１１に示されるように、廃棄物収容容器１Ｂの人工バリア３Ｂは、Ｎａバリア８Ｂによって形成された１層構造であり、そのうちの一部分にＥｕブロックＢ１Ａが嵌め込まれた構成としてもよい。
上記実施形態では、ＥｕブロックＢ１に含まれる希土類元素は、ユウロピウムとは別の元素を用いてもよい。例えば、ＥｕブロックＢ１に含まれる希土類元素としては、還元的な環境（酸素が希薄な環境）において二価となる元素を用いてもよい。例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）であってもよい。
また、上記実施形態では、ナトリウムを層間陽イオンとして含むベントナイト系材料を例示した。例えば、ベントナイト系材料として、カルシウムを層間陽イオンとして含むベントナイト系材料を用いてもよい。
また、希土類元素を層間陽イオンとして含むベントナイト系材料として含む部分は、上記実施形態の配置に限定されない。例えば、Ｅｕバリアは、キャニスタ２に接触する内周面と、モルタル層１１５に接触する外周面と、を有するドーナツ形状（環状）の構成であってもよい。また、人工バリア３における所望の部分に形成することができる。換言すると、人工バリア３を構成する方法は、上記のようにＥｕブロックＢ１及びＮａブロックＢ２を積み上げる方法に限定されない。原位置締固め、ペレット充填、吹き付けといった方法によって形成されてもよい。
また、廃棄物収容容器１に収容される廃棄物は、高レベル放射性廃棄物に限定されない。例えば、収容される廃棄物は、低レベル放射性廃棄物（ＬＬＷ）や超ウラン元素を含む放射性廃棄物（ＴＲＵ）であってもよい。従って、地層処分施設１００は、低レベル放射性廃棄物を処分する施設や超ウラン元素を含む放射性廃棄物を処分する施設であってもよい。
１，１Ａ，１Ｕ，１Ｄ…廃棄物収容容器、２…キャニスタ（容器部）、２ａ…上端面、２ｂ…下端面、２ｃ…外周面、３…人工バリア（バリア部）、４…本体部、４ａ…穴、６…蓋部、７，７Ａ…Ｅｕバリア（第１の部分）、７ａ…内周面、７ｂ…外周面、８，８Ａ，８Ｂ…Ｎａバリア（第２の部分）、８ａ…内周面、８ｂ…外周面、１００…地層処分施設、１１０…コンクリート構造物、１１１…トンネル、１１２…処理層、１１３…設置坑道、１１４…連結坑道、１１５…モルタル層、１２０…坑道、１３０…採水施設、１３１…取水穴、３００…ガラス固化体（被収容物）、Ｂ１，Ｂ１Ａ…Ｅｕブロック、Ｂ２…Ｎａブロック、Ｇ…地面、Ｆ…建屋、Ｇｓ…岩盤、Ｓ１…処分領域エリア、Ｗ…水。
Claims (7)
- 放射性物質を含む被収容物を密封し、鉄系材料により形成された容器部と、
前記容器部の外面を覆い、モンモリロナイトを含むベントナイト系材料により形成されたバリア部と、を備え、
前記バリア部は、
前記モンモリロナイトの層間陽イオンとして希土類元素を含む第１の部分と、
前記モンモリロナイトの層間陽イオンとしてナトリウム又はカルシウムを含む第２の部分と、を有する、廃棄物収容容器。 - 前記希土類元素は、ユウロピウムであり、
前記第２の部分に含まれる前記層間陽イオンは、ナトリウムである、請求項１に記載の廃棄物収容容器。 - 前記容器部は、両端が閉鎖された円筒形状を呈し、
前記バリア部は、前記容器部が配置される空間を画成する両端が閉鎖された円筒形状を呈し、
前記第１の部分は、前記容器部の直径方向に沿って、前記容器部を挟むように形成される、請求項１又は２に記載の廃棄物収容容器。 - 前記第１の部分は、前記容器部が挿通される貫通穴を有する円板形状を呈する、請求項３に記載の廃棄物収容容器。
- 前記第１の部分は、前記容器部の外面に接する接触面を有する、請求項４に記載の廃棄物収容容器。
- 前記第２の部分は、前記容器部が挿通される貫通穴を有する円板形状を呈し、
前記第１の部分は、前記第２の部分が配置される貫通穴を有する円板形状を呈する、
請求項３に記載の廃棄物収容容器。 - 請求項１〜６の何れか一項に記載の廃棄物収容容器と、
地下において、前記廃棄物収容容器が埋設される処分領域部と、
前記処分領域部の近傍に設けられ、前記廃棄物収容容器におけるバリア部の第１の部分から土中に排出された希土類元素を検出する検出部と、を備える、廃棄物監視システム。
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2017
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Patent Citations (6)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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