JP4811951B2 - 放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば原子炉等で照射され高度に放射化した高レベル放射性金属材料及び放射性ガスを含む密封容器を、マニプレータ等を用いて遠隔操作で切断する際に、同金属材料及び密封容器の切断と共に同金属材料及び密封容器から放出される放射性ガスを回収しやすい形態に変換して、外部への漏えいがないように安全に回収することが出来る放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置に関する。
照射試験用原子炉等を利用した原子炉用燃料や材料の各種試料の中性子照射試験やラジオアイソトープの製造等における材料の照射方法として、一般的に照射する材料を密封容器に封入して実施している。照射後の材料は、密閉容器中に入れられたまま遮へいされたホットセルに移送され、同ホットセル内で遠隔操作により密封容器を切断し、放射性を帯びた照射済み材料を取り出している。
このような放射性を帯びた照射済み材料の取り出しのために行われている従来の密封容器の切断は、比較的低レベル放射能を含む密閉容器である場合、既存の旋盤等をホットセル内で遠隔操作できるように改造した装置を用いて密封容器から照射試験片を取り出していた。
例えば、ウランやMOX（ウランとプルトニウムの混合酸化燃料）などの原子力発電用燃料や核融合炉用燃料材料（リチウムを含んだ化合物であるトリチウム増殖材や中性子を増倍させるベリリウム等を含んだ化合物である中性子増倍材料）の照射試験では、中性子照射により高レベル放射能を有する放射性ガスが生成するため、密封容器を解体する際に放射性ガスがホットセル内に放出され、セル内を汚染させるという問題があった。
さらに、密閉容器内部に熱電対や配管等を備えた内部構造が複雑な密閉容器の場合や、密閉容器の形状や寸法が一定でない場合、さらに充填されている材料の形状がこぼれ易いようなものの場合は、旋盤等での切断が困難であった。
特開２００５−３４５２９６号公報
特開平１１−３５２２９３号公報
特開平０９−２３６６９３号公報
特開平０５−１９０９８号公報
従来の切断方法は、高レベル放射能を有する物質の場合では汚染の懸念があり、さらに密閉容器の形状や内部構造、充填物の形状により切断が困難な場合があった。本発明は、従来の密封容器の切断方法における前述の課題に鑑み、原子炉等で中性子照射により放射化した密封容器を開封する時に発生する放射性ガスを密封架台の中に閉じこめ、この放射性ガスを簡素な方法で効率よく捕集し、回収することにより、密封容器の解体を安全且つ効率的に行えるようにすることを目的とする。
本発明では、放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器１を切断した際に放出される放射性ガスを外部に漏えいしないように気密にシールされた密閉架台９中で、前記金属材料及び密閉容器１を切断工具２により切断すると共に、前記金属材料及び密閉容器１から放出された放射性ガスを回収する機能を持たせるものである。
本発明による放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置は、その切断・開封作業時に放出される放射性ガスが外部に漏えいしないように適切に処理するものである。すなわち、放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器１の下端を支えて同金属材料及び密閉容器１を上下移動させる上下移動機構部６と、前記金属材料及び密閉容器１の切断位置のそれぞれ上下部を挟んで固定する上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４と、切断工具スライド移動機構部７により切断工具２を任意の速度で前後に移動させて、前記金属材料及び密閉容器１を前記上部クランプ機構部５と下部クランプ機構部４とで固定された位置の間の部分で切断する切断工具２と、前記金属材料及び密閉容器１をその切断位置より下で固定し、支える前記下部クランプ機構部４及び前記上下移動機構部６を任意の角度に傾けるための回転機構部３と、前記金属材料及び密閉容器１を切断した際に放出される放射性ガスを外部に漏えいしないように気密にシールされた密閉架台９とを有する。
この切断・開封装置では、前記上下移動機構部６の受部に前記金属材料及び密閉容器１をセットする際、前記回転機構部３により前記下部クランプ機構部４及び前記上下移動機構部６を任意の角度に傾けてセットすることができる。この上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４により、様々な形状・寸法の前記金属材料及び密閉容器１をしっかり固定し、さらに前記上下移動機構部６により異なる長さの前記金属材料及び密閉容器１の任意の切断位置を決定できる。また切断後も前記下部クランプ機構部４及び前記上下移動機構部６で固定し、支えられた切断後の金属材料及び密閉容器１の下部分を、前記回転機構部３により任意の角度に傾けて、その取出時の傾きを決定できる。
金属材料及び密閉容器１を切断した際に、同金属材料及び密閉容器１から前記密閉架台９中に放出される放射性ガスを回収する手段として、放射性物質形態変換器１１及び放射性ガス回収器１２と、この放射性ガス回収手段の前後段における放射性ガス濃度を測定するための放射性ガスモニタ１０及び１３とを備え、ポンプ１４にてガスを循環及び排気する。
加えて、金属材料及び密閉容器１を切断した際に、同金属材料及び密閉容器１から生じる放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物の飛散を防止する手段である飛散防止トレイ８を有する。
加えて、金属材料及び密閉容器１を切断した際に、同金属材料及び密閉容器１から生じる放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物の飛散を防止する手段である飛散防止トレイ８を有する。
本発明によれば、原子炉等で中性子照射により高度に放射化した高レベル放射性金属材料及び放射性ガスを含む密封容器１の内部構造が複雑である場合や、同金属材料及び密閉容器１が様々な形状・寸法の場合でも、本放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置により汎用的に解体することができる。また、同金属材料及び密封容器１の開封と共に同金属材料及び密封容器１から放出される放射性ガスを気密にシールされた密閉架台９の中に閉じ込め、この放射性ガスを放射性ガス回収手段により回収することにより、同金属材料及び密封容器１の解体を安全且つ効率的に行えるようになる。
本発明では、放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器１を切断した際に放出される放射性ガスを外部に漏えいしないように気密にシールされた密閉架台９中で、前記金属材料及び密閉容器１を切断工具２により切断・開封すると共に、前記金属材料及び密閉容器１から放出された放射性ガスを回収する機能を持たせることにより、所期の目的を達成するものである。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
図１に示すように、原子炉等で中性子照射により高度に放射化した金属材料及び密閉容器１を切断・開封した時に同金属材料及び密閉容器１から密閉架台９内に放出される放射性ガスを回収する放射性ガス回収手段は、放射性物質形態変換器１１及び放射性ガス回収器１２と、この放射性ガス回収手段の前後段における放射性ガス濃度を測定するための放射性ガスモニタ１０及び１３と、ガスを循環及び排気するためのポンプ１４により構成される。これにより、前記金属材料及び密閉容器１から前記密閉架台９へ放出された放射性ガスに含まれる放射性物質の形態を変換しながら回収することが出来る。
また、前記密閉架台９の中には、前記金属材料及び密閉容器１を切断・開封した時に同金属材料及び密閉容器１から生じる放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物の飛散を防止する手段である飛散防止トレイ８を備えることで、前記放射性ガス回収手段は、放射性ガスのみを回収すればよく、固体である放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物は前記密閉架台９から完全に放射性ガスを回収した後、別途回収することが出来る。
前記切断工具２は、ベルト上のノコギリの歯が常に一方向に回転することで材料を切断する切断工具を遠隔操作できるように改造したものであり、これを任意の速度で前後に移動させる切断工具スライド移動機構部７により前進・後退させながら金属材料及び密閉容器１を少しずつ切断する。これにより、密閉容器内部に熱電対や配管等を備えた内部構造が複雑な密閉容器であっても前後移動速度を調節することで切断可能である。さらに、密閉容器の形状が円筒状や角棒状等一定でない場合や、充填されている材料の形状がこぼれ易いような場合であっても、問題なく切断・開封することが可能である。
また、前記金属材料及び密閉容器１が様々な形状・寸法であっても、上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４により、前記金属材料及び密閉容器１をしっかり固定することができ、さらに上下移動機構部６により異なる長さの金属材料及び密閉容器１の任意の切断位置を決定することが出来るので、放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置の汎用性を高くすることが出来る。
本発明による放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置は、放射性物質を扱う、遮へいされたホットセル内において、ウランやＭＯＸなどの原子力発電用燃料や核融合炉用燃料材料の照射試験後の密封容器を解体・開封するときなどに適用可能である。
以下、核融合炉用燃料材料の内、トリチウム増殖材である粒径２ｍｍ程度のリチウムセラミックスを充填した密閉容器の照射試験後の切断・開封を例に、図面を参照しながらより詳しく説明する。
図１に本発明による放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置の一実施例を概略構成図として示す。また、図２に前記切断装置をホットセル内に設置したときの配置例を示す。
図１に本発明による放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置の一実施例を概略構成図として示す。また、図２に前記切断装置をホットセル内に設置したときの配置例を示す。
照射済みの放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器１の切断準備として、同金属材料及び密閉容器１を上下移動機構部６の受部にセットする際、マニプレータＦを用いて密閉架台９の挿入口から容易に同金属材料及び密閉容器１がセットできるように、回転機構部３にて下部クランプ機構部４及び上下移動機構部６をセットしやすい角度に傾ける。前記金属材料及び密閉容器１を上下移動機構部６の受部にセットしたら、下部クランプ機構部４にて同金属材料及び密閉容器１を固定し、回転機構部３にて同金属材料及び密閉容器１を垂直に立てる。一度、下部クランプ機構部４を緩め、前記金属材料及び密閉容器１の切断位置を上下移動機構部６により決定し、上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４にて切断位置上下部を挟んでしっかり固定する。
前記密閉架台９内にセットした金属材料及び密閉容器１の切断は、切断工具２により、これを任意の速度で前後に移動させる切断工具スライド移動機構部７により前進・後退させながら少しずつ行う。金属材料及び密閉容器１の切断の際に、同金属材料及び密閉容器１から生じる放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物が密閉架台９内で飛散しないようにするため、装置下部には飛散防止トレイ８を備えている。
金属材料及び密閉容器１を切断する前記切断工具２は、切断する金属材料及び密閉容器１の材質、形状等で適宜のものが採用されるが、図１の例ではベルト上のノコギリの歯が常に一方方向に回転することで材料を切断することを特徴とするバンドソーを遠隔操作できるように改造して用いている。バンドソーを用いることで、様々な形状や寸法の金属材料及び密閉容器１の切断が可能であり、歯の回転速度を制御することで切断面が摩擦熱により高温になることもない。
切断された金属材料及び密閉容器１を取り出す際は、一度、下部クランプ機構４を緩めて上下移動機構６により位置を下げてから、再び下部クランプ機構４にて前記金属材料及び密閉容器１を固定し、回転機構部３により取り出しやすい角度に調節した上でマニプレータＦにて金属材料及び密閉容器１を取り出す。
密閉架台９には、前記金属材料及び密閉容器１から放出される放射性ガスを回収するための放射性ガス回収手段として、放射性物質形態変換器１１、放射性ガス回収器１２と、この放射性ガス回収手段の前後段における放射性ガス濃度を測定するための放射性ガスモニタ１０及び１３と、ガスを循環・排気させるポンプ１４が接続されている。照射試験後のリチウムセラミックスを充填した密閉容器を開封する場合、放射性物質形態変換器１１は例えばトリチウム形態変換器であり、放射性ガス回収器１２はトリチウム回収器、放射性ガスモニタ１０及び１３はトリチウムモニタである。
切断工具２による金属材料及び密閉容器の切断が終了した後、放射性ガスの回収に用いるキャリアガスＥを密閉架台９内に供給し、ポンプ１４にて開封室内のガスを循環させる。循環するガスは、図１により前述した放射性物質形態変換器１１及び放射性ガス回収器１２を通過することにより、密閉架台９内のトリチウム濃度を低減できる機構となっている。ガスの循環中は放射性ガスモニタ１０及び１３にてトリチウム濃度を監視し、トリチウム濃度が基準値以下であることを確認した上で、放射性ガスをガス排気系１５へ排気する。
前記密閉架台９は、図２に示すように外部へ放射性物質が漏洩しないように高レベル放射性物質を取り扱う施設であるホットセルＢに設置し、操作室Ａにて装置の制御や運転、前記金属材料及び密閉容器１の切断状況の確認、放射性ガスの移送・回収に用いるキャリアガスＥの供給、マニプレータＦによる前記金属材料及び密閉容器１の出し入れ等を遠隔操作できる構造となっている。また、放射性ガス回収系ＩはアイソレーションルームＣ内のグローブボックスＨ内に収納している。
図３は図１により前述した切断工具２及び切断工具スライド移動機構部７の要部を示している。図１により前述した金属材料及び密閉容器１は図３では符号ａで、この金属材料及び密閉容器ａを切断する切断工具２は図３に符号ｂで示している。切断工具ｂは、モータｃの駆動によりを任意の速度で送り機構ｄ上を前後移動する。また、切断工具ｂの歯の回転速度は、操作室Ａより遠隔操作で調節することが出来る。
以上のように、本発明では、原子炉等で照射された金属材料及び密閉容器の内部構造が複雑である場合や内部に充填物がある場合、同金属材料及び密閉容器が様々な形状・寸法であっても、マニュピレータ等にて遠隔操作で解体する際に放出される放射性ガスを捕集しながら安全に密封容器を切断・開封できる機能を有する遠隔操作型切断・開封装置の開発を確立することができ、その後の放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封作業を容易にすることができる。
１ 放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器
２ 切断工具
３ 回転機構部
４ 下部クランプ機構部
５ 上部クランプ機構部
６ 上下移動機構部
７ 切断工具スライド移動機構部
８ 飛散防止トレイ
９ 密閉架台
１０ 放射性ガスモニタ１
１１ 放射性物質形態変換器
１２ 放射性ガス回収器
１３ 放射性ガスモニタ２
１４ ポンプ
１５ ガス排気系
Ａ 操作室
Ｂ ホットセル
Ｃ アイソレーションルーム
Ｄ 電源ボックス
Ｅ キャリアガス
Ｆ マニプレータ
Ｇ 切断・開封装置
Ｈ グローブボックス
Ｉ 放射性ガス回収系
ａ 放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器
ｂ 切断工具
ｃ モータ
ｄ 送り機構
２ 切断工具
３ 回転機構部
４ 下部クランプ機構部
５ 上部クランプ機構部
６ 上下移動機構部
７ 切断工具スライド移動機構部
８ 飛散防止トレイ
９ 密閉架台
１０ 放射性ガスモニタ１
１１ 放射性物質形態変換器
１２ 放射性ガス回収器
１３ 放射性ガスモニタ２
１４ ポンプ
１５ ガス排気系
Ａ 操作室
Ｂ ホットセル
Ｃ アイソレーションルーム
Ｄ 電源ボックス
Ｅ キャリアガス
Ｆ マニプレータ
Ｇ 切断・開封装置
Ｈ グローブボックス
Ｉ 放射性ガス回収系
ａ 放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器
ｂ 切断工具
ｃ モータ
ｄ 送り機構
Claims (4)
- 放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器を切断・開封すると共に、その作業時に放出される放射性ガスが外部に漏えいしないように適切に処理する放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置であって、放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器１の下端を支えて同金属材料及び密閉容器１を上下移動させる上下移動機構部６と、前記金属材料及び密閉容器１の切断位置のそれぞれ上下部を挟んで固定する上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４と、切断工具スライド移動機構部７により切断工具２を任意の速度で前後に移動させて、前記金属材料及び密閉容器１を前記上部クランプ機構部５と下部クランプ機構部４とで固定された位置の間の部分で切断する切断工具２と、前記金属材料及び密閉容器１をその切断位置より下で固定し、支える前記下部クランプ機構部４及び前記上下移動機構部６を任意の角度に傾けるための回転機構部３と、前記金属材料及び密閉容器１を切断した際に放出される放射性ガスを外部に漏えいしないように気密にシールされた密閉架台９とを有することを特徴とする放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置。
- 金属材料及び密閉容器１を切断した際に、同金属材料及び密閉容器１から前記密閉架台９中に放出される放射性ガスを回収する手段である放射性物質形態変換器１１及び放射性ガス回収器１２と、この放射性ガス回収手段の前後段における放射性ガス濃度を測定するための放射性ガスモニタ１０及び１３とを備え、ポンプ１４にてガスを循環及び排気することを特徴とする請求項１に記載の放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置。
- 金属材料及び密閉容器１を切断した際に、同金属材料及び密閉容器１から生じる放射性を帯びた切屑若しくは密閉容器内充填物の飛散を防止する手段である飛散防止トレイ８を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置。
- 上部クランプ機構部５及び下部クランプ機構部４により、様々な形状・寸法の前記金属材料及び密閉容器１をしっかり固定し、さらに前記上下移動機構部６により異なる長さの前記金属材料及び密閉容器１の任意の切断位置を決定できることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の放射化された金属材料及び放射性ガスを含む密閉容器の切断・開封装置。
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