JP5044280B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所等から発生する放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置に関する。

原子力発電所等から発生する放射性廃棄物、例えば加圧水型原子力発電施設で発生する使用済み炉水浄化系樹脂廃棄物は、硫酸などによる^６０Ｃｏ等の溶離処理が行なわれている。溶離処理が行なわれた硫酸は、水酸化ナトリウムで中和処理が行なわれた後、濃縮されて一時保管されている。この濃縮廃液はセメント系固型化材を用いたセメント固化等の固化処理を行なうことが検討されている。セメント固化による固化処理方法は安価で処理が容易なため、多くの廃棄物の固化に適用が想定されているが、放射性核種濃度の高い廃棄物をセメント固化により処理する場合、放射性核種からの放射線により、セメント固化体中に含まれる水などが分解、水素ガスが発生することが問題としてあげられている。

固化体容器からのガスの放出を押さえるため、容器を密閉するようなことも考えられるが、長期間の保管では内部圧力の上昇が懸念される。そのため、埋設処分後に容器内の圧力上昇を引き起こし、処分場の健全性に影響を及ぼすことも想定される。このため、放射性核種濃度の高い廃棄物である使用済み燃料被覆管の圧縮体を収納する容器内で発生したガスを放出可能なように上部にフィルタを取り付けたＣＳＤ−Ｃ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｃａｎｉｓｔｅｒが検討されている。しかしながら、このようなフィルタを取り付けた場合、内部にトリチウムを含む水が存在するとトリチウムガスが発生し容器外部へ放射性ガスが放出されることが懸念される。

放射性廃棄物を収容するキャニスター内に二酸化炭素の固定薬剤を配置する手法も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、この固定薬剤は二酸化炭素を吸収するものである。また、固定薬剤の寿命などが正常に機能しない要因が生じると、やはり圧力上昇を引き起こす可能性が否定できない。

粉体状の発泡樹脂を減容化するために、加熱して脱水する方法が試みられている（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、この方法は粉末状の発泡樹脂に適用されるが、固型化材による放射性廃棄物の固化体、特にドラム缶などに固化した一般的な放射性廃棄物セメント固化体では適用が困難である。

放射性廃棄物を収納した放射性廃棄物用ドラム缶内部を真空乾燥する方法も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。しかしながら、この方法は、加熱装置、真空排気装置などを備える必要があり、設備の大型化に伴う管理区域増大の懸念がある。また、セメント固化体の場合、廃棄物間の空隙をセメントが埋めてしまうために、単にドラム缶に廃棄物が入っているものと比較して、乾燥処理が著しく困難である。さらに、乾燥処理により生じる水分量が多いために、直接オフガス処理系に排出すると、オフガス処理系で結露して機能低下を起こす可能性がある。
特開２００１−２２８２９６号公報 特開２００４−３０６４６７号公報 特開２００４−３４０８１４号公報

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、容器内の圧力の上昇または発生水素による容器内の気体の可燃性化の傾向を抑制可能な放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様による放射性廃棄物の固化処理方法は、放射性核種を含有する放射性廃棄物と固型化材とを含む混合物を固化容器に収容する混合物収容工程と、前記混合物を前記固化容器に収容する前に、前記混合物の固化により得られる固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持する、コバルト、ニッケル、及びルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物である、水安定性向上剤を、前記混合物に添加し、又は前記混合物を前記固化容器に収容する前もしくは後に、前記水安定性向上剤を前記固化容器に添加する水安定性向上剤添加工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明の他の一態様による放射性廃棄物の固化処理装置は、放射性核種を含有する放射性廃棄物と固型化材とを含んで形成される固化体を収容する固化容器と、前記固化体中に配置され、前記固化体中のアルカリ条件下で水が安定に存在する電位を維持する、コバルト、ニッケル、及びルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物である、水安定性向上剤とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、容器内の圧力の上昇または発生水素による容器内の気体の可燃性化の傾向を抑制可能な放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供できる。

以下に、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理装置の一例の要部構成を示す断面図である。放射性廃棄物の固化処理装置１は、固型化材の主成分（例えばセメント）の貯槽２、放射性廃棄物（例えば放射性廃液）の貯槽３、固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持する水安定性向上剤（以下、「水安定性向上剤」とも称する。）の貯槽４、（細）骨材の貯槽５、混練水の貯槽６、混練機７及び固化容器８を備える。
この実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理装置１は、混和材を使用する場合には、混和材の貯槽（図示せず）を備えることもできる。これらの固型化材の主成分（例えばセメント）、放射性廃棄物、水安定化添加剤などは、例えばこれらの貯槽の後に設置された計量槽（図示せず）によりそれぞれ計量され、混練機７中に投入される。放射性廃棄物の固化処理装置１は、必要に応じて、水安定性向上剤と固型化材の主成分（例えばセメント）とを混合する水安定性向上剤・固型化材主成分混合槽９、水安定性向上剤と放射性廃棄物（例えば放射性廃液）とを混合する水安定性向上剤・放射性廃棄物混合槽１０などを備えることもできる。固型化材の構成成分として（細）骨材を含まない場合には、（細）骨材の貯槽５は省略可能である。また、放射性廃棄物が放射性廃液の場合であって、固型化材と放射性廃棄物（放射性廃液）との混練により得られる混合物（混練物）の調製に必要な水（混練水）を、放射性廃液中の水により全量供給できる場合には、混練水の貯槽６は省略可能である。なお、例えば固型化材としてアスファルトを使用するアスファルト固化の場合には、混練機７の代わりにエクストルーダを使用できる。セメント固化処理は室温での処理が可能なため、セメント系固型化材を使用する放射性廃棄物の固化処理装置が好ましい。なお、固型化材に加えて、又は固型化材の代わりに所定量の充填材を、充填材の貯槽（図示せず）から、固化容器８内に充填してもよい。

次に、この実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法について説明する。この実施形態における放射性核種を含有する放射性廃棄物としては放射性核種を含むものであればいずれのものも対象とすることができる。放射性核種を含む放射性廃棄物の形状としては、液体状、粉体状、粒子状、ペレット状、固体状などのいずれの形状でもよい。液体状の放射性廃棄物、すなわち放射性廃液としては、原子炉で使用された炉水浄化系イオン交換樹脂を処理した樹脂処理廃液（溶離廃液）、例えば硫酸で溶離した廃液、洗濯廃液、除染廃液、廃樹脂処理廃液あるいはこれらの濃縮廃液などが挙げられる。粉体状又は粒状の放射性廃棄物としては、例えば原子力発電所内で発生する放射性核種を含有する粉末状若しくはビーズ状の廃樹脂、炭化物、焼却灰、焼却炉の炉底灰、焼却炉のフィルタ逆洗灰、グラニュール、フィルタスラッジ、土砂、塵芥、はつり粉、廃樹脂処理残さ、その他処理スラッジなどが挙げられる。また、上記の放射性廃液を濃縮し、粉体状又は粒状に成形したものや、後述の固体状の放射性廃棄物を粉体状または粒状に粉砕したものなども含まれる。ペレット状の放射性廃棄物としては、上述の放射性廃液や粉体状又は粒状の放射性廃棄物をペレット状に成形したものなどが挙げられる。固体状の放射性廃棄物としては、原子力発電所内で発生する放射化金属、保温材、フィルタ、コンクリート片、プラスチック製品、塩化ビニル製品、ゴム製品、ガラス製品、その他固体状のもの、例えばブロック状のものなどが挙げられる。また、固体状の放射性廃棄物としては、溶融体などの雑固体なども含まれる。

これらの放射性核種を含有する放射性廃棄物のうち、高線量の放射性廃棄物の方が水の放射線分解をより起こしやすいため、本方式による固化処理の対象物としては好適である。ここで、高線量の放射性廃棄物とは、いわゆる低レベル放射性廃棄物のうち放射能濃度の高い廃棄物をいう。

放射性廃棄物が液体（放射性廃液）の場合には、放射性廃液を、放射性廃液の貯槽３より混練機７中に投入する。また、放射性廃液の貯槽３を使用せず、例えば放射性廃液の供給ライン（図示せず）から、バルブの開閉の調節などにより混練機７中に投入してもよい。また、放射性廃棄物が粉体状又は粒状である場合にも同様に放射性廃棄物の貯槽３より混練機７中に投入することができる。混練機７中に投入されたこのような放射性廃棄物は、後述の固型化材及び水安定性向上剤と混合、混練されて混合物が得られた後、固化容器８内に収容されて固化される。放射性廃棄物が固体状の放射性廃棄物（例えば放射化金属）である場合には、例えば放射性廃棄物投入装置（例えば固体状の放射性廃棄物を収容した容器（例えば、網目状容器）を固化容器内に投入するクレーン、図示せず）などを用いて固体状の放射性廃棄物を固化容器８中に投入（収容）できる。固体状の放射性廃棄物は、必要に応じて、固化容器８内で治具によって固定されてもよい。このような治具としては、バネ、ボルト、リベット、釘、板、バスケット、内蓋などを使用することができる。このように放射性廃棄物が固化容器８に収容される場合には、後述の固型化材と水安定性向上材とを混練機７中に投入して、混合し、上記の放射性廃棄物が収容された固化容器８に投入（充填）して、混合物とした後固化される。
なお、放射性廃棄物がペレット状の放射性廃棄物である場合には、放射性廃棄物の大きさに応じて、例えば小さなペレット状の放射性廃棄物の場合には、粉体状又は粒状の放射性廃棄物と同様に混練機７中に投入し、大きなペレット状の放射性廃棄物の場合には、固体状の放射性廃棄物と同様に固化容器８中に投入できる。

次に、この実施形態における固型化材について説明する。固型化材は、放射性廃棄物および後述の水安定性向上剤と混合物を形成し、固化されて固化体を形成する。セメント固化は室温における操作であり、簡易な処理が行えるため、セメント系固型化剤を使用することが好ましい。固型化材は、固型化材の主成分（例えばセメント）、および必要に応じて、（細）骨材、混和材、混練水などを含んで構成される。例えば、セメント系固型化材は、セメント、混練水および必要に応じて（細）骨材を含んで構成される。セメント系固型化材は、さらに、目的に応じて混和材、例えば無機流動化剤などを所望量で含んでもよい。

固型化材の主成分としては、例えば、セメント、アスファルト、プラスチック、ガラス、イオウ、セラミックなどが挙げられる。これらのうち、セメントが、室温における操作であり、簡単な処理が行えるセメント固化に用いることができるため好ましい。なお、これらの主成分を１種又は２種以上使用することも可能である。
例えば、セメントとしては、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする通常のポルトランドセメントや各種のポルトランドセメントのほか、アルミナセメント、高炉セメント、フライアッシュセメントなどの各種のセメントなどが挙げられる。これらのうちポルトランドセメント及び／又は高炉セメントを含むものがセメント固化後の品質が良好であるため好ましく、アルミナセメントを含むものが早強性が高く、耐食性が良好であるため好ましい。

充填材としては、例えば、セメント、アスファルト、プラスチック、ガラス、イオウ、セラミック、砂、骨材（粗骨材および／または細骨材）、ガラ（例えば、コンクリートガラ、アスファルトガラ）などが挙げられる。なおこれらの充填材も１種又は２種以上使用することができる。

骨材としては、砂、砂利、砕砂、砕石、スラグ骨材、その他これらに類似の材料などの骨材（粗骨材および／または細骨材）を使用できる。

混和材は、上記の固型化材の主成分および（細）骨材以外の材料であって、固型化材に特別の性質を与える材料をいい、例えばセメント系固型化材の流動性を改善する流動化剤や、減水剤、ＡＥ剤などが挙げられる。
この実施形態に用いられるセメント系固型化材は、必要に応じて混練水を含むことができる。混練水は通常の水を使用できる。混練水の配合量は、セメント系固型化材の粘度などの所望の物性に応じて適宜決められる。なお、上述のように放射性廃棄物が放射性廃液である場合には混練水の使用量の少なくとも一部又はその全量を省略することができる。

固型化材の構成成分、すなわち固型化材の主成分、並びに必要に応じて配合される（細）骨材、混練水及び混和材の配合比（重量比）は固型化材の主成分の種類に応じて適宜決めることができる。特に、セメント系固型化材では、（細）骨材の配合比（重量比）は、セメント１００重量部に対して、１５０重量部以下である。混練水の配合比（重量比）は、セメントの種類、骨材の種類などに応じて適宜決めることができるが、例えばセメント１００重量部に対して、４００〜６００重量部である。混和材を使用する場合には、例えばその配合比（重量比）は、固型化材の主成分１００重量部に対して５重量部以下である。また、固型化材（セメント系固型化材）及び放射性廃棄物の配合比（重量比）は、固型化材の種類、放射性廃棄物の種類（例えば放射性廃液の濃度）などに応じて適宜決められる。放射性廃棄物の配合比が高い場合には、一度に多量の放射性廃棄物を処理することができる。

固型化材（セメント系固型化材）は、後述の水安定性向上剤及び放射性廃棄物が混練機７に投入される場合には放射性廃棄物と、混練機７において混合、混練されて混合物を得た後、固化容器８内に投入（収容）される。放射性廃棄物が予め固化容器８内に収容されている場合には、固型化材は、後述の水安定性向上剤と、混練機７において混合、混練されて混合物を得た後、固化容器８内に収容（充填）されて混合物となる。
混練機７における混合、混練の条件は、固型化材の種類及び配合比、放射性廃棄物の有無、粘度および／または濃度、あるいは放射性廃液の濃度などに応じて適宜決められる。混練は、例えば常温において、１０分〜１時間行なうことができる。

この実施形態に用いられる水安定性向上剤について説明する。水安定性向上剤とは、固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持することができるものをいう。固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持することができるとは、固化体中のアルカリ性の条件下で、電気化学的な水の安定領域（水が安定状態に存在し得る領域）に近づけることができること、好ましくは電気化学的な水の安定領域とすることができることをいう。水安定性向上剤の添加により、固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持することができ、少なくとも水の安定領域（水が安定状態に存在し得る領域）に近づけることができるので、固化体からの水素の放出を抑制できる。この実施形態において、水素の発生の抑制とは、固化体中の水素の発生が密閉容器内の圧力の上昇にほとんど影響を与えない、すなわち問題とならない程度（レベル）にまで水素の発生を抑制することをいう。また、この実施形態において、水安定性向上剤は、特には、固化体中に存在する水（例えば間隙水や結晶水）の放射線分解による水素の発生を抑制または発生水素の水生成反応を促進する。この実施形態において、固化体中のアルカリ性の条件下とは、固化体中でのアルカリ性、すなわち、ｐＨが８以上、特にはｐＨが１０以上、さらにはｐＨが１０〜１３の条件下をいう。
このような水安定性向上剤としては、具体的には、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物、あるいはこれらの金属又はこれらの金属を含む混合物などが挙げられる。これらの金属の化合物としては、例えばこれらの金属の塩（例えば、硫酸塩、硝酸塩）、これらの金属を含む化合物を形成する合金（例えば、金属間化合物）、これらの金属を含む鉱物などが挙げられる。これらの金属の混合物としては、これらの金属の合金（例えば金属間化合物などの混合物）などが挙げられる。

このような水安定性向上剤のうち、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物が、より水を安定状態に維持することができるため好ましい。また、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）の塩（例えば硫酸塩）は、放射性廃液などに容易に溶解し、より均一に分散できるため好ましい。

さらに、水安定性向上剤の形状としては、液体状、粉体状、粒状および固体状のいずれの形状であってもよく、固化体中に分散される。また、水安定性向上剤は、例えば液状、霧状、粉体状、粒状および固体状の少なくともいずれかの形状で添加することができる。例えば水安定性向上剤を固体状の形状で添加する場合には添加操作が容易であり、液体として添加する場合には、添加量の調整が容易である。

次に、水安定性向上剤の添加方法について説明する。図２は、放射性廃棄物が放射性廃液である場合の固化処理方法の手順の概略を示すフロー図である。図３は、放射性廃棄物が固体状の放射性廃棄物である場合の固化処理方法の手順の概略を示すフロー図である。この実施形態において、水安定性向上剤の添加は、例えば放射性廃棄物が放射性廃液などであり、混練機７中に投入される場合には、図２（ａ）に示すように、水安定性向上剤を固型化材中、例えば固型化材の主成分（例えばセメント）中、（細）骨材中、あるいは混和材中などに添加して予め混合してもよく、また、図２（ｂ）に示すように、放射性廃液中に添加して予め混合してもよい。図２（ｂ）に示すように水安定性向上剤を、放射性廃液と予め混合する場合には、水安定性向上剤がより均一に分散されるため好ましい。また、放射性廃棄物が固体状の放射性廃棄物（例えば放射化金属）の場合には、図３に示すように、水安定性向上剤を固型化材中、例えば固型化材の主成分（例えばセメント）中、（細）骨材中、あるいは混和材中などに添加して予め混合することができる。さらに、放射性廃棄物（例えば放射性廃液）が放射性廃液供給ライン（図示せず）により混練機７中に投入される場合には、この供給ラインの任意の場所で放射性廃棄物（放射性廃液）と予め混合してから混練機７中に投入することもできる。また、固型化材が混和材などを含む場合には、混和材などと予め混合してから混練機７中に投入することもできる。また、水安定性向上剤は、放射性廃棄物もしくは放射性廃棄物と固型化材との混合物を収容した固化容器８中に加えることもできる。

上記のように、水安定性向上剤の添加により、固化容器８内に収容された固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持することができ、電気化学的な水の安定領域（水が安定状態に存在し得る領域）に少なくとも近づけることができるので、固化体中の水素の発生を抑制できると考えられる。水素の発生の抑制、特に水の放射線分解による水素の発生の抑制の機構はまだ完全にはわかっていないが、固化体中の水素の発生は、特に水の放射線分解による水素イオン（Ｈ^＋）及び／又は水素ラジカル（Ｈ・）の発生を経由して、水素が発生すると推測されるので、水安定性向上剤が、例えば水（例えば間隙水、結晶水）からの水素イオン（Ｈ^＋）及び／又は水素ラジカル（Ｈ・）の発生を抑制するような、水を安定状態に維持する電位の維持、すなわち電気化学的な水の安定領域に少なくとも近づけるというような電気化学的な機構によるものと推測される。
水安定性向上剤としてニッケル（Ｎｉ）を例として説明する。上記の固化体（例えばセメント固化体）は、固型化材の主成分（例えばセメント）由来の水酸基などによりｐＨが高くなる（例えばｐＨ１０以上）と考えられる。ここで、図６に示すニッケル（Ｎｉ）の電位−ｐＨ図（プールベ図）より、ニッケル及び／又はニッケルイオンの所定量の添加が、固化体中で想定されるアルカリ性条件下（例えば、ｐＨ＝１０．５）において、固化体中の環境を、電気化学的な水の安定領域に少なくとも近づけている、すなわち水が安定に存在する電位を維持していると考えられ、水素の発生を抑制すると推測される。図６では、破線（ａ）より下の領域が水素を発生する領域であり、破線（ｂ）より上が酸素を発生する領域であるので、破線（ａ）より上の領域、特に、破線（ａ）と破線（ｂ）の間の領域が、水が安定状態に維持される領域、すなわち水が安定に存在する電位を維持できる領域であると推測される。このような電位−ｐＨ図（プールベ図）により、固化体における高いｐＨ領域において、水を安定状態に維持することが可能な金属の種類が推測される。

次に、水安定性向上剤の添加量について説明する。ニッケルは、例えばセメント系固型化材により形成された固化体中で想定されるｐＨ１０以上（ｐＨ＝１０〜１３、例えばｐＨ１２．０）の状態で、その添加量がセメント１００重量部を基準として、４．８重量部以上（セメント１ｋｇ当たり、ニッケルのモル濃度として８．２ｘ１０^−１モル以上）、好ましくは、セメント１００重量部を基準として９．６重量部以上（セメント１ｋｇ当たり、ニッケルのモル濃度として１．６モル以上）の添加量で、固化体中の水を安定状態に維持すること（水が安定に存在する電位を維持すること）ができ、水素の発生を抑制できる。鉄（Ｆｅ）については、例えばセメント系固型化材により形成された固化体中で想定されるｐＨ１０以上、（ｐＨ＝１０〜１３、例えばｐＨ１２．０）の状態で、その添加量がセメント１００重量部を基準として、１．０重量部以上（セメント１ｋｇ当たり、鉄のモル濃度として１．８ｘ１０^−１モル以上）、好ましくは、セメント１００重量部を基準として５．３重量部以上（セメント１ｋｇ当たり、鉄のモル濃度として９．５ｘ１０^−１モル以上）の添加量で、固化体中の水を安定状態に維持すること（水が安定に存在する電位を維持すること）ができ、水素の発生を抑制できる。同様に、他の水安定性向上剤、すなわちコバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）および銅（Ｃｕ）などについても、ニッケル又は鉄と同様の添加量で、固化体中の水を安定状態に維持し、水素の発生を抑制できると推測される。

次に、固化体の作製について説明する。放射性廃棄物が例えば放射性廃液であり混練機７中に投入される場合には、混練機７内で、固型化材と水安定性向上剤と放射性廃棄物とを所定時間混練して混合物を調製し、得られた混合物（混練物）を固化容器８内に投入する。その後、所定時間、例えば１日間静置して養生し、固化体を作製する。放射性廃棄物が固体状の放射性廃棄物である場合には、混練機７内で、固型化材と水安定性向上剤とを所定時間混練して混合物を調製し、得られた混合物（混練物）を、放射性廃棄物を収容した固化容器８内に投入（充填）し、その後、所定時間、例えば１日間静置して養生し、固化体を作製する。
このようにして形成された固化体は、放射性廃棄物の放射性核種による水の放射性分解が抑制され、水素の発生を抑制することができる。

このように本実施の形態によれば、水安定性向上剤の添加により、放射性廃棄物と固型化材とを含んで形成された固化体中の水を安定状態に維持すること（水が安定に存在する電位を維持すること）ができ、水素の発生、特に水の放射線分解による水素の発生を抑制できる。よって、容器内の圧力の上昇または発生水素による容器内の気体の可燃性化の傾向を抑制可能な放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供できる。特に、放射性ガスを漏洩するおそれがなく、また、セメント系固化体が、固型化した形状のままで水素ガスの発生を抑制することができる。

以下に、本発明について、実施例を挙げてより具体的に説明するが、何ら実施例に限定されるものではない。

実施例１，２
実施例１では、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）を主成分とした模擬溶離廃液に、ニッケル（Ｎｉ）の添加量をパラメータとし、ニッケルの添加量がセメント１００重量部に対してそれぞれ１．１重量部、２．２重量部（すなわち、セメントに対するニッケルのモル濃度がそれぞれ１．９ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント）、３．７ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント））となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）を模擬溶離廃液に添加した。また、実施例２では、廃棄物埋設地の地下水等から硝酸が混入する場合を考慮し、ニッケルの添加量と当量の硝酸を添加し、さらに、この模擬溶離廃液にニッケルの添加量をパラメータとし、ニッケルの添加量がセメント１００重量部に対してそれぞれ２．２重量部、１０．０重量部（セメントに対するニッケルのモル濃度が、それぞれ３．７ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント）、１．７ｘ１０^−３（ｍｏｌ／ｇ−セメント））となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）を模擬溶離廃液に添加した。
これらの硫酸ニッケルが添加された模擬溶離廃液４７．８ｍｌと、アルミナセメント（東芝セラミックス株式会社製）１１．９ｇおよび、骨材として砂４４．７ｇとをそれぞれ混練機で２０分間混練した。この混練により得られた混練物を温度２５℃の環境下で１日間放置して養生し、セメント固化体をそれぞれ作製した。

このようにして得られたそれぞれのセメント固化体を粉砕機を用いて細かく粉砕し、γ線照射用試料とした。作製したγ線照射用試料１０ｇをそれぞれガラス製の密閉容器に封入し、外部よりＣｏ−６０のγ線源を用いて、２６５Ｃ／ｋｇ／ｈの照射条件で、１６時間照射した。
セメント固化体の含有水の放射線分解により発生した水素量を、γ線照射後の密閉容器中のガス層をサンプリングし、ガスクロマトグラフ（島津製作所製：ＧＣ−８Ａ）を用いて測定した。その測定結果を図４に示す。図４より、ニッケル（Ｎｉ）の添加量を増加させることで、水素発生量を抑制することが可能であることが確認された。

また、硝酸を添加した場合、硝酸を添加しない場合よりも水素発生量が増加したが、ニッケル（Ｎｉ）の添加量を増加させることにより、水素発生量の低減が可能であることが確認された。
従って、これらの実験結果から、セメント１００重量部に対して４．８重量部以上のニッケルの添加（すなわち、セメントに対するニッケルのモル濃度が８．２ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント）以上）で水素ガス発生の抑制効果、すなわち固化体内の水を安定状態に維持できる効果が期待できると考えられる。

実施例３
硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）のかわりに硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）を使用し、鉄（Ｆｅ）の添加量として、鉄の添加量がセメント１００重量部に対してそれぞれ０．９５重量部、５．３重量部（セメントに対する鉄のモル濃度が、それぞれ１．７ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント）、９．４ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント））となるように硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）を模擬溶離廃液に添加した以外は実施例１と同様にして実験を行なった。その測定結果を図５に示す。図５より、鉄（Ｆｅ）の添加量を増加させることで、水素発生量を抑制することが可能であることが確認された。また、セメント１００重量部を基準として１．０重量部以上の鉄の添加（すなわち、セメントに対する鉄のモル濃度が１．８ｘ１０^−４（ｍｏｌ／ｇ−セメント）以上）で水素ガス発生の抑制効果、すなわち固化体内の水を安定状態に維持できる効果が期待できると考えられる。

また、図６のニッケル（Ｎｉ）の電位−ｐＨ図（プールベ図）に基づいて、実施例１ないし３の結果を考えると、ニッケル（Ｎｉ）および鉄（Ｆｅ）の添加が、セメント固化体中の環境を、電気化学的な水の安定領域に近づけており、水が安定に存在する電位が維持されて、水素の発生が抑制されていると考えられる。これらのことから、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）と電気化学的に類似したコバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）などについても同様の効果が期待できる。図７にコバルト（Ｃｏ）の電位−ｐＨ図を示す。また、セメント固化体中という特殊な環境下では電気化学的な平衡がずれることも考えられ、銅（Ｃｕ）などの元素の添加についても同様に、セメント固化体中の環境を、電気化学的に水の安定領域に近づける効果が得られる可能性がある。

本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理装置の一例の要部構成を模式的に示す断面図である。 （a）および（ｂ）は、放射性廃液の固化処理方法の手順の概略を示すフロー図である。 固体状の放射性廃棄物の固化処理方法の手順の概略を示すフロー図である。 水素発生量抑制に関するニッケル（Ｎｉ）の添加量の効果を示すグラフである。 水素発生量抑制に関する鉄（Ｆｅ）の添加量の効果を示すグラフである。 ニッケル（Ｎｉ）−水系の電位−ｐＨ図である。 コバルト（Ｃｏ）−水系の電位−ｐＨ図である。

符号の説明

１…放射性廃棄物の固化処理装置、２…固型化材の主成分（セメント）の貯槽、３…放射性廃棄物（樹脂処理廃液）の貯槽、４…水安定性向上剤の貯槽、５…（細）骨材の貯槽、６…混練水の貯槽、７…混練機、８…固化容器、９…水安定性向上剤・固型化材混合槽、１０…水安定性向上剤・放射性廃棄物混合槽。

Claims (9)

1. 放射性核種を含有する放射性廃棄物と固型化材とを含む混合物を固化容器に収容する混合物収容工程と、
   前記混合物を前記固化容器に収容する前に、前記混合物の固化により得られる固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持する、コバルト、ニッケル、及びルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物である、水安定性向上剤を、前記混合物に添加し、又は前記混合物を前記固化容器に収容する前もしくは後に、前記水安定性向上剤を前記固化容器に添加する水安定性向上剤添加工程とを具備することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
2. 放射性核種を含有する放射性廃棄物は、液体状、粉体状及び粒状のうちの少なくともいずれかの形状の放射性廃棄物であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
3. 放射性核種を含有する放射性廃棄物を固化容器に収容する放射性廃棄物収容工程と、
   固型化材を、前記放射性廃棄物を収容した固化容器に投入する固型化材投入工程と、
   前記固型化材を前記固化容器に投入する前に、前記固型化材と前記放射性廃棄物とを含む混合物を固化して得られる固化体中のアルカリ性の条件下で水が安定に存在する電位を維持する、コバルト、ニッケル、及びルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物である、水安定性向上剤を、前記固型化材又は前記固化容器に添加する水安定性向上剤添加工程とを具備することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
4. 前記水安定性向上剤は、前記放射性廃棄物、前記固型化材及び前記固化容器のいずれかに添加されることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
5. 前記放射性廃棄物は、放射性廃液であり、
   前記水安定性向上剤は、前記放射性廃液に添加されることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
6. 前記放射性廃棄物は、粉体状、粒状、ペレット状及び固体状のうちの少なくともいずれかの形状の放射性廃棄物であり、
   前記水安定性向上剤は、前記固型化材であるセメント系固型化材に添加されることを特徴とする請求項１又は３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
7. 前記放射性廃棄物は、放射性廃液であり、
   前記水安定性向上剤は、ニッケルの塩であり、前記水安定性向上剤の添加量が、前記固型化材であるセメント系固型化材中のセメント１００重量部に対して、前記ニッケルとして４．８重量部以上であることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
8. 放射性核種を含有する放射性廃棄物と固型化材とを含んで形成される固化体を収容する固化容器と、
   前記固化体中に配置され、前記固化体中のアルカリ条件下で水が安定に存在する電位を維持する、コバルト、ニッケル、及びルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属又はこれらの金属の化合物である、水安定性向上剤とを具備することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理装置。
9. 前記固型化材は、セメント系固型化材であることを特徴とする請求項８記載の放射性廃棄物の固化処理装置。

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