JP4565124B2

JP4565124B2 - オゾン水を用いた放射性核種の分離回収方法

Info

Publication number: JP4565124B2
Application number: JP2001268447A
Authority: JP
Inventors: 貴美夫藤井
Original assignee: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリチウム（³Ｈ）及び／又は炭素（¹⁴Ｃ）の放射性核種を吸着した放射性汚染材料をオゾン水中に浸漬することにより、³Ｈ及び／又は¹⁴Ｃを分離回収するものである。特に、本発明は、黒鉛構造物又は放射性汚染物中からのトリチウム（³Ｈ）及び／又は炭素（¹⁴Ｃ）をオゾン水を用いることにより湿式酸化で選択的に分離する方法である。
【０００２】
また、本発明は、原子力施設から発生する気体状のトリチウム（³Ｈ）及び／又は炭素（¹⁴Ｃ）の放射性核種に対しても同様な処理を施すことより³Ｈ及び／又は¹⁴Ｃを分離回収するものである。
【０００３】
【従来の技術】
マグナックス炉、改良型ガス冷却炉、又は高温ガス炉の炉心構造物に使用されている黒鉛材料には、トリチウム（³Ｈ）、炭素（¹⁴Ｃ）等の放射性核種が生じる。黒鉛材料は多孔質材料であり、加工性が良いために、複雑な形状を有する構造物や部品に利用される。この結果、複雑な形状の黒鉛部品の内部にまで放射性核種が吸着されることになり、分離除去は極めて困難になる。
【０００４】
また、燃料再処理プラントでは、原子炉燃料の溶解時に³Ｈ、¹⁴Ｃ等を含む気体状放射性核種が発生し、これらの施設、装置を汚染する。この放射性核種によって汚染された再処理プラント等の原子力施設の装置、金属・セラミックス製部品又はそのデコミッショニングに伴って発生する汚染物から、これらの放射性核種の選択的な分離、回収が必要である。
【０００５】
更に、原子力施設から発生するトリチウム（³Ｈ）、炭素１４（¹⁴Ｃ）等の放射性核種は、半減期が長く、かつ生体の健康に影響する核種であることから、局所的放出であっても環境中を拡散し、世界的規模で人類に被曝被害を与える恐れがあり、対策を講じる必要がある。したがって、これら気体状になり、生体に影響を与える放射性核種の回収、処理及び輸送に関する研究は、重要度が高い分野である。
【０００６】
従来、ガス冷却型原子炉の廃炉に伴う黒鉛構造物中に含まれる³Ｈ、¹⁴Ｃ等の放射性核種を回収除去する方法は、現在各国において研究段階にあり、確固たる方法が定まっていないが、トリチウムは³Ｈガスとして回収し、¹⁴Ｃは黒鉛を燃焼し、¹⁴ＣＯ₂の化学形に転換してから、不溶性のＣａ¹⁴ＣＯ₃、Ｂａ¹⁴ＣＯ₃（沈殿物）を生成させて固定化する方法が考えられている。
【０００７】
しかし、燃焼法では黒鉛構造物の全量をガス化するため、³Ｈ、¹⁴Ｃ以外に黒鉛中に含まれる放射性核種まで回収することになり、大量かつ、放射能レベルの高い放射性廃棄物となる。なお、再処理プラントの溶解槽で発生するオフガスも同様に、³Ｈ、¹⁴ＣＯ₂の化学形を有していることから上記と同様の処理方法が取られることが多い。
【０００８】
また、炭素系材料の湿式酸化には、主に分析化学の分野において黒鉛の溶解法の一つとして、過マンガン酸カリ、亜塩素酸、塩素酸及び過塩素酸のナトリウム塩、クロム酸カリウム、硫酸と重クロム酸カリウム等が使用されている。しかし、この方法も黒鉛全体を溶解することになるため、大量かつ、放射能レベルの高い放射性廃棄物となる。また、それら化合物が環境に対して有害な薬品である等の欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決する方法として、オゾン水を使用する場合は、オゾン濃度で酸化性が調整でき、上記の酸類のように酸化性が高すぎないため溶解ではなく、³Ｈ、¹⁴Ｃ等の放射性核種を環境に大きな影響を与えずに選択的に酸化し、分離回収することができる。即ち、オゾン水は適度な酸化性を有し、オゾン濃度の調整で酸化性が容易に調節できるので、目的とする放射性核種のみを酸化し、分離することが可能である。
【００１０】
これに対し、³Ｈ、¹⁴Ｃ等を含む黒鉛構造物を燃焼させる方法で処理しようとすると、１，０００トン以上にのぼる大量の黒鉛から生ずるＣＯ₂ガスの全てが放射性廃棄物の対象となるので、大量で放射能レベルの高い気体廃棄物は扱いにくい。もし、³Ｈ、¹⁴Ｃを、³Ｈ₂、¹⁴ＣＯ₂の気体状の化学形だけでなく、水溶液の状態でも回収できれば、次の段階である減容処理、濃縮処理法を検討するのに有効である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オゾン水の持つ酸化性を利用するもので、酸化の程度は燃焼法と比較すると小さく、一方、¹⁴Ｃのように黒鉛の表面及び内部の気孔表面にある放射性核種については、選択的に酸化することによって分離、回収することが可能である。本発明においては、オゾン水による酸化を用いることにより³Ｈ、¹⁴Ｃ等の放射性核種だけを選択的に分離することができる。
【００１２】
即ち、本発明は、マグノックス炉、改良型ガス冷却炉、高温ガス炉の廃炉に伴って生ずる黒鉛構造物に含まれる³Ｈ、¹⁴Ｃ等の放射性核種を、室温でオゾン水中に浸し、湿式酸化することで液体中に分離し回収する方法である。
【００１３】
また、本発明は、稼動中の再処理プラントを始とした原子力施設において生ずる放射性核種で汚染された部品等に同様な処理を施して放射性核種を分離、回収するものである。
【００１４】
更にまた、原子力施設から発生する気体状のトリチウム（³Ｈ）及び／又は炭素（¹⁴Ｃ）の放射性核種に同様な処理を施すことにより放射性核種を分離、回収するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において、オゾン発生装置から発生したオゾンを純水中に吹き込み、オゾン濃度を高めたオゾン水中に、室温において、³Ｈ、¹⁴Ｃ等の放射性核種を含有した黒鉛を一定時間浸すことによって、³Ｈ、¹⁴Ｃをそれぞれ³Ｈ₂Ｏ、¹⁴ＣＯ₂に選択的に酸化し、³Ｈ₂Ｏはオゾン水中に溶解し、炭酸ガスは吸収剤に吸収分離することができる。余分なオゾンは、触媒を通して酸素に転換することによって環境に悪影響を及ぼすことはない。
【００１６】
オゾン水の濃度は、黒鉛中に含有される³Ｈ或いは¹⁴Ｃの濃度によって調整され、１５〜４０ｍｇ／ｌ、好ましくは２０〜４０ｍｇ／ｌ、最も好ましくは３０〜４０ｍｇ／ｌに調整される。
【００１７】
【実施例】
本発明の、一実施例を図１により説明する。図１は、予め一定濃度のオゾン水を精製してから、６のロートより、照射黒鉛を入れた４のセパラブルフラスコに導入及び補給する湿式酸化装置を示したものである。６のロート部を交換して直接オゾンを供給することもできる。照射黒鉛中の¹⁴Ｃは、オゾンによって酸化され、炭酸ガスに転換され、不溶性のＣａ¹⁴ＣＯ₃、Ｂａ¹⁴ＣＯ₃（沈殿物）を生成する吸収剤に捕集される。
【００１８】
更に具体的に説明すると、照射黒鉛試料がフラスコ台３上に配置されたセパラブルフラスコ４に入れられた後、濃度調整された精製オゾン水がオゾン水補給ロート６から冷却管５経てセパラブルフラスコ４に供給される。その後、空気が脱湿カラム１及び流量計２を経てフラスコのオゾン水中に供給され、フラスコ中のオゾン水を撹拌する。
【００１９】
照射黒鉛試料に吸着されている³Ｈ、¹⁴Ｃは、空気撹拌されるオゾン水中で選択的に酸化され、気体状の³Ｈ₂Ｏ、¹⁴ＣＯ２が生成する。生成した気体状の³Ｈ₂Ｏはオゾン水層に移され、¹⁴ＣＯ２は、フラスコから冷却管を経て脱水剤７に導入されて脱水処理された後、吸収管８及び９のＣａ（ＯＨ）₂又はＢａ（ＯＨ）₂水溶液と反応して不溶性のＣａ¹⁴ＣＯ₃、Ｂａ¹⁴ＣＯ₃（沈殿物）として分離回収される。
【００２０】
吸収処理された後の残ガスは、活性炭カラム１０中に導入されて吸着処理された後、残留するオゾンは、吸引ポンプ１１により吸引され、Ｏ₂転換触媒中に導入されて酸素に還元される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、照射黒鉛を加熱酸化してガス化しなくても、オゾン水による選択的酸化によって¹⁴Ｃが不溶性のＣａ¹⁴ＣＯ₃、Ｂａ¹⁴ＣＯ₃（沈殿物）の化学形で固定化できる、という本発明に特有の顕著な効果を有する。
【００２２】
また、本発明は、核燃料再処理施設から発生する³Ｈ、¹⁴Ｃ等を含む気体状放射性核種について適用でき、また、放射性核種によって汚染された再処理プラント等の原子力施設の装置材料、金属―セラミックス製部品、又は原子炉の解体処理に伴って発生する汚染物にても、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１：脱湿カラム
２：流量計
３：フラスコ台
４：セパラブルフラスコ
５：冷却管
６：オゾン水補給口
７：脱水剤
８：吸収管
９：吸収管
１０：活性炭カラム
１１：吸引ポンプ

Claims

トリチウム（³Ｈ）及び炭素（¹⁴Ｃ）の放射性核種を吸着した汚染材料を１５〜４０ｍｇ／ｌ濃度のオゾン水中に浸漬することにより、³Ｈ及び¹⁴Ｃをそれぞれ³Ｈ₂Ｏ及び¹⁴ＣＯ₂へ湿式酸化し、発生した³Ｈ₂Ｏをオゾン水層に移し、発生した¹⁴ＣＯ₂を吸収剤により分離回収することからなる、オゾン水を用いたトリチウム（ ³ Ｈ）及び炭素（ ¹⁴ Ｃ）の分離回収方法。
前記汚染材料が、マグナックス炉、改良型ガス冷却炉、又は高温ガス炉の炉心構造物に使用された黒鉛材料である、請求項１記載の方法。
前記汚染材料が、再処理プラント等の原子力施設の装置材料、その金属・セラミックス製部品、又は原子炉の解体処理に伴って発生する汚染物である、請求項１記載の方法。
原子力施設から発生するトリチウム（³Ｈ）及び炭素（¹⁴Ｃ）の放射性核種を１５〜４０ｍｇ／ｌ濃度のオゾン水中に導入することにより、³Ｈ及び¹⁴Ｃをそれぞれ³Ｈ₂Ｏ及び¹⁴ＣＯ₂へ湿式酸化し、発生した³Ｈ₂Ｏを水吸収管に移し、発生した¹⁴ＣＯ₂を炭酸ガス吸収管により分離回収することからなる、オゾン水を用いたトリチウム（ ³ Ｈ）及び炭素（ ¹⁴ Ｃ）の分離回収方法。