JP5751413B2

JP5751413B2 - 放射性廃棄物処分容器、その製造方法及びその容器を用いた放射性廃棄物の封入方法

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Publication number: JP5751413B2
Application number: JP2011141901A
Authority: JP
Inventors: 元中山; 川上　進; 進川上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: JP2013007711A

Description

本発明は、放射性廃棄物処分容器、その製造方法及びその容器を用いた放射性廃棄物の封入方法に係り、特に、高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ廃棄物）や長半減期低発熱放射性廃棄物（ＴＲＵ廃棄物）等の放射性廃棄物を封入する放射性廃棄物処分容器、その製造方法及びその容器を用いた放射性廃棄物の封入方法に関する。

使用済み燃料の再処理工程で排出されるＨＬＷ廃棄物やＴＲＵ廃棄物等の放射性廃棄物を深地層中に埋設して地層処分することが検討されている。放射性廃棄物は、金属製の放射性廃棄物処分容器に収納されて深地層中に埋設処分される。例えば、放射性廃棄物は、強度層である炭素鋼の周囲にチタン材を耐食層として設けた複合型の放射性廃棄物処分容器に収納される。そして、放射性廃棄物処分容器は、その周囲に緩衝材（けい砂を含む圧縮ベントナイト等）が設けられてコンクリート内部に設置される。

特許文献１には、金属製容器の腐食発生現象の発生そのものを抑制し、地層処分における長期健全性を確保することを可能とする放射性廃棄物処分容器が記載されている。放射性廃棄物処分容器は、有底筒状の容器本体と、容器本体の開口端を閉塞する密封蓋とを備えた金属製容器からなり、金属製容器の外表面には、腐食防止のためにチタン層またはチタン合金層が設けられている。そして、金属製容器内には、ＨＬＷ廃棄物やＴＲＵ廃棄物等の放射性廃棄物が収容され、密封蓋によって密封されている。

特開２００９−９２４６６号公報

ところで、従来の放射性廃棄物処分容器では、放射性廃棄物を収容した容器本体と蓋とは、容器本体と蓋との間のシール性を高めるために、お互いの外表面のチタン同士をレーザ溶接加工して密封される。しかし、レーザ溶接加工する場合には、容器本体と蓋との間のルートギャップの許容幅が小さいので、容器本体と蓋との組み付けが複雑になる。更に、放射性廃棄物を容器本体に収容した後に蓋を取り付ける最終封入時には、放射線管理下で封入作業を行うために、放射性廃棄物の封入作業に支障をきたす可能性がある。

そこで、本発明の目的は、放射性廃棄物をより簡易に封入することができる放射性廃棄物処分容器、その製造方法及びその容器を用いた放射性廃棄物の封入方法を提供することである。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器は、放射性廃棄物が封入される放射性廃棄物処分容器であって、外表面がチタン材で形成され、有底筒状の容器本体と、外表面がチタン材で形成され、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体と、を備え、前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させて、前記容器本体と前記蓋体とにβ変態温度で固相拡散接合させて封止するために、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられ、チタン材で形成される封止部材を有し、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層が形成され、前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面には、チタン水素化物層が形成されており、前記水素含有層と、前記チタン水素化物層とは、同じチタン水素化合物で形成されていることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記封止部材は、輪状に形成されることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記封止部材は、チタン材で形成されたベルトを巻回して形成されることを特徴とする。本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記封止部材は、前記蓋体の周縁に突出させて設けられており、チタン材で形成され、前記容器本体と嵌合する鍔部からなることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記水素含有層の水素含有率は、０ａｔ％より大きく３９ａｔ％以下であることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記水素含有層の水素含有率は、７ａｔ％以上３９ａｔ％以下であることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器において、前記水素含有層の水素含有率は、７ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器の製造方法は、放射性廃棄物が封入される放射性廃棄物処分容器の製造方法であって、外表面がチタン材からなり、有底筒状の容器本体を形成する工程と、外表面がチタン材からなり、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体を形成する工程と、前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させて、前記容器本体と前記蓋体とにβ変態温度で固相拡散接合させて封止するために、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられる封止部材をチタン材で形成する工程と、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層を形成すると共に、前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面に、チタン水素化合物層を形成する工程と、を備え、前記水素含有層と前記チタン水素化合物層とは、同じチタン水素化合物で形成されていることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物処分容器の製造方法において、前記水素含有層を形成する工程は、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材を電解液に浸漬させて、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材を陰極とし、対極を陽極として通電し、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層を形成することを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物の封入方法は、放射性廃棄物を放射性廃棄物処分容器へ封入する放射性廃棄物の封入方法であって、前記放射性廃棄物処分容器は、外表面がチタン材で形成され、有底筒状の容器本体と、外表面がチタン材で形成され、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体と、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられ、チタン材で形成され、前記容器本体と前記蓋体とを封止する封止部材と、を備え、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層が形成されており、前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面に、チタン水素化合物層が形成されており、前記水素含有層と前記チタン水素化合物層とは、同じチタン水素化合物からなり、前記容器本体に前記放射性廃棄物を収容して、前記容器本体の開口部を前記蓋体で塞ぐ工程と、前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させると共に、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに前記封止部材を当てて取り付ける工程と、前記封止部材が当てられた部位を加熱加圧して、前記容器本体と前記蓋体とに前記封止部材をβ変態温度で固相拡散接合させる工程と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、放射性廃棄物を収容した容器本体と、蓋体とに封止部材を当てて固相拡散接合により封止できるので、放射性廃棄物をより簡易に封入することが可能となる。

本発明の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態において、封止部材が当てられた部位の拡大断面図である。本発明の実施の形態において、Ｔｉ（チタン）−Ｈ（水素）系の２元系状態図である。本発明の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の製造方法のフローチャートである。本発明の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の分解組立図である。本発明の実施の形態において、クラッド鋼シートを用いた胴部の成形方法を示す模式図である。本発明の実施の形態において、放射性廃棄物の封入方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態において、容器本体に放射性廃棄物を収容した状態を示す断面図である。本発明の実施の形態において、容器本体の開口部を蓋体で塞いだ状態を示す断面図である。本発明の実施の形態において、封止部材を取り付けた状態を示す断面図である。本発明の実施の形態において、封止部材が当てられた部位を加熱加圧して固相拡散接合している状態を示す断面図である。本発明の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器へ放射性廃棄物を封入した状態を示す断面図である。本発明の実施の形態において、固相拡散接合後の封止部材を当てた部位を示す拡大断面図である。本発明の他の実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の構成を示す側面図である。本発明の別な実施の形態において、放射性廃棄物処分容器の構成を示す断面図である。本発明の別な実施の形態において、鍔部が設けられた部位を示す拡大断面図である。本発明の別な実施の形態において、容器本体と蓋体とを固相拡散接合して封止した状態を示す断面図である。本発明の別な実施の形態において、固相拡散接合後における鍔部が設けられた部位を示す拡大断面図である。本発明の別な実施の形態において、別な構成の蓋体を備えた放射性廃棄物処分容器を示す断面図である。本発明の別な実施の形態において、鍔部が設けられた部位を示す拡大断面図である。本発明の別な実施の形態において、容器本体と蓋体とを固相拡散接合して封止した状態を示す断面図である。本発明の別な実施の形態において、固相拡散接合後における鍔部が設けられた部位を示す拡大断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、放射性廃棄物処分容器１０の構成を示す斜視図である。図２は、放射性廃棄物処分容器１０の構成を示す断面図である。

放射性廃棄物処分容器１０は、放射性廃棄物１２が収容される有底筒状の容器本体１４と、容器本体１４の開口部１５を塞ぐ蓋体１６と、容器本体１４と蓋体１６とを封止する封止部材１８とを備えている。放射性廃棄物処分容器１０の大きさは、例えば、外径４００ｍｍから７００ｍｍ、高さ１４００ｍｍから２０００ｍｍである。

容器本体１４は、円筒状等に形成された筒状の胴部２０と、胴部２０の下端に設けられた底部２２とを有している。胴部２０と底部２２とは、炭素鋼等で形成された強度層２０ａ、２２ａと、強度層２０ａ、２２ａに設けられており、チタン材で形成された耐食層２０ｂ、２２ｂとから構成されている。

炭素鋼には、ＳＧＶ４１０、ＳＦ３４０Ａ等の炭素鋼が用いられる。チタン材には、工業用純チタン（Ｔｉ−Ｇｒ.1）,Ｔｉ−Ｐｄ合金（Ｔｉ−Ｇｒ.１７）等が用いられる。強度層２０ａ、２２ａの厚みは、例えば、１５ｍｍから２５ｍｍである。耐食層２０ｂ、２２ｂの厚みは、例えば、５ｍｍから１５ｍｍである。

胴部２０における強度層２０ａの下端側には、底部２２の強度層２２ａを嵌合させるための下側嵌合溝２４が周方向に沿って形成されている。胴部２０における強度層２０ａの上端側には、蓋体１６を嵌合させるための上側嵌合溝２６が周方向に沿って形成されている。胴部２０の外周面には、放射性廃棄物処分容器１０を把持するために、チタン材で形成された複数の把持突起２８が設けられている。

底部２２の強度層２２ａは、下側嵌合溝２４に嵌合させて設けられており、胴部２０の強度層２０ａと溶接等で固着されている。底部２２の耐食層２２ｂは、強度層２２ａを覆うようにして強度層２２ａの外側に設けられており、胴部２０の耐食層２０ｂと溶接等で固着されている。なお、胴部２０と底部２２とは、上記のように別体として形成されるだけでなく、一体で形成されていてもよい。

蓋体１６は、炭素鋼等で形成された強度層としての内蓋１６ａと、内蓋１６ａを覆い、チタン材で形成された耐食層としての外蓋１６ｂとから構成されている。内蓋１６ａは、容器本体１４の強度層２０ａ、２２ａを形成する炭素鋼等と同じ材質、同じ厚みで形成されていることが好ましく、外蓋１６ｂは、容器本体１４の耐食層２０ｂ、２２ｂを形成するチタン材と同じ材質、同じ厚みで形成されていることが好ましい。

内蓋１６ａは、胴部２０の上側嵌合溝２６に嵌合させて容器本体１４に取り付けられる。内蓋１６ａは、放射性廃棄物の封入時に、溶接等で上側嵌合溝２６に固着される。また、内蓋１６ａは、内蓋１６ａの外周面と上側嵌合溝２６の内周面とのどちらか一方にネジ山を設け、他方にネジ溝を設けて螺合させて取り付けられるようにしてもよい。

外蓋１６ｂは、内蓋１６ａを外側から覆うようにして容器本体１４に取り付けられる。外蓋１６ｂは、外蓋１６ｂの周縁が胴部２０の外周縁と略同じ位置となるように形成されている。なお、内蓋１６ａと外蓋１６ｂとは、上記のように別体で形成されるだけでなく、一体として形成されていてもよい。

封止部材１８は、容器本体１４の外周面と、蓋体１６の外周面とに当てられ、容器本体１４と蓋体１６とを封止する機能を有している。封止部材１８は、容器本体１４の胴部２０における封止部材１８との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおける封止部材１８との当接面と、封止部材１８の内周面とからなる各々封止面を固相拡散接合して、容器本体１４と蓋体１６とを封止するために設けられている。

封止部材１８は、チタン材で輪状（リング状）に形成されている。封止部材１８は、容器本体１４の耐食層２０ａ、２０ｂや、蓋体１６の外蓋１６ｂを形成するチタン材と同じ材質で形成されることが好ましい。例えば、封止部材１８の幅は２０ｍｍから５０ｍｍであり、封止部材１８の厚みは５ｍｍから１５ｍｍである。封止部材１８は、一体で形成されているだけでなく、２分割や３分割等の複数に分割して形成されていてもよい。

図３は、封止部材１８が当てられた部位の拡大断面図である。容器本体１４、蓋体１６及び封止部材１８における各々封止面には、水素を含む水素含有層３０が形成されている。容器本体１４の胴部２０における封止部材１８との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおける封止部材１８との当接面と、封止部材１８の内周面とからなる各々封止面に水素含有層３０を形成することにより、チタンのβ変態温度で固相拡散接合するときの拡散接合温度をより低くすることができる。

水素含有層３０は、チタン水素化合物（ＴｉＨやＴｉＨ_２）等から形成されている。容器本体１４の胴部２０における封止部材１８との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおける封止部材１８との当接面と、封止部材１８の内周面とからなる各々封止面には、略同じ膜厚の水素含有層３０が形成されていることが好ましい。水素含有層３０の厚みは、例えば、５０μｍから５００μｍであり、好ましくは１００μｍから２００μｍである。

図４は、Ｔｉ（チタン）−Ｈ（水素）系の２元系状態図である。図４に示す状態図の横軸は、水素の原子％（ａｔ％）または重量％（ｗｔ％）を示しており、縦軸は温度（℃）を示している。純チタンは、室温から８８２℃の間ではαＴｉ相であり、８８２℃以上の温度ではβＴｉ相へ変態する。αＴｉ相の結晶構造は稠密六方晶であり、βＴｉ相の結晶構造は体心立方晶である。

固相拡散接合を行う場合には、接合強度を高めるために、お互いの接合面をより密着させて接合させることが必要となる。そのため、接合面の結晶構造をαＴｉ相より変形が容易なβＴｉ相にして固相拡散接合することが好ましい。したがって、容器本体１４、蓋体１６及び封止部材１８の固相拡散接合は、β変態温度で加圧して固相拡散接合が行われる。

図４に示す状態図から明らかなように、チタンに含まれる水素量が多くなると、β変態温度が低下する。チタンに水素を添加しない場合（水素添加量が０ａｔ％の場合）には、β変態温度が８８２℃であるが、チタンに水素を３９ａｔ％添加することによりβ変態温度を３００℃まで下げることができる。

このように、容器本体１４、蓋体１６及び封止部材１８の各々封止面に水素含有層３０を形成することにより、水素含有層３０が形成されている部位のβ変態温度を水素含有層３０が形成されていない基材のβ変態温度より下げることができるので、固相拡散接合をより低い接合温度で行うことができる。

水素含有層３０の水素含有量は、０ａｔ％より大きく、３９ａｔ％以下であることが好ましい。水素含有量が０ａｔ％より大きいのは、上述したように、接合面である封止面のβ変態温度を下げることができるからである。水素含有量が３９ａｔ％以下であるのは、図４の状態図に示されるように、水素含有量を３９ａｔ％より多くしてもβ変態温度が３００℃よりも低下しないと共に、水素のチャージ時間が長くなり生産性が低下するからである。

水素含有層３０の水素含有量は、７ａｔ％以上３９ａｔ％以下であることがより好ましい。水素含有層３０の水素含有量が７ａｔ％以上であるのは、水素含有層３０の水素含有量が７ａｔ％より少ないとβ変態温度が８００℃より高くなるために、炭素鋼等で形成された強度層２０ａ、２２ａ及び内蓋１６ａの強度が応力除去等で低下する可能性があるからである。また、放射性廃棄物処分容器１０に封入される放射性廃棄物１２への熱影響を抑える点からも、接合温度であるβ変態温度が８００℃以下となるようにすることが好ましいからである。

水素含有層３０の水素含有量は、７ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることが更に好ましい。水素含有層３０の水素含有量が２０ａｔ％以下であるのは、後述するように固相拡散接合の好ましい接合温度は６００℃から８００℃であるので、β変態温度６００℃のときの水素含有量２０ａｔ％を添加すればよく、水素のチャージ時間をより短縮することができるからである。

また、容器本体１４の外表面（胴部２０の外周面と底部２２の外表面）、蓋体１６の外表面（外蓋１６ｂの外表面）及び封止部材１８の外周面には、チタン水素化物層を形成することが好ましい。予め、容器本体１４の外表面、蓋体１６の外表面及び封止部材１８の外周面にチタン水素化物層を形成しておくことにより、放射性廃棄物処分容器１０の埋設後における耐食層であるチタン層の内部に水素化物が拡散及び生成することが抑制され、地層処分における放射性廃棄物処分容器１０の長期健全性が確保される。チタン水素化物層は、チタン水素化合物（ＴｉＨやＴｉＨ_２）等から形成されている。チタン水素化物層の膜厚は、例えば、２０μｍから５０μｍである。

次に、放射性廃棄物処分容器１０の製造方法について説明する。

図５は、放射性廃棄物処分容器１０の製造方法のフローチャートである。図６は、放射性廃棄物処分容器１０の分解組立図である。

容器本体形成工程（Ｓ１０）は、外表面がチタン材からなり、有底筒状の容器本体１４を形成する工程である。出発材料として、炭素鋼シートの表面にチタンシートを貼り合せたクラッド鋼シートを使用する。例えば、炭素鋼シートの厚みは１９ｍｍであり、チタンシートの厚みは６ｍｍである。外周面側がチタンシート（内周面側が炭素鋼シート）となるようにクラッド鋼シートを曲げ加工し、クラッド鋼シートの一端縁と他端縁とを溶接して筒状の胴部２０を成形する。図７は、クラッド鋼シート３１を用いた胴部２０の成形方法を示す模式図である。

図７（ａ）に示すように、クラッド鋼シート３１の溶接位置のチタンシート３１ｂを除去した後、クラッド鋼シート３１を曲げ加工する。そして、炭素鋼シート３１ａの一端縁と他端縁とをＴＩＧ溶接して溶接部３２を形成する。クラッド鋼シート３１の曲げ加工やＴＩＧ溶接には、一般的な金属材料のプレス等による曲げ加工装置やＴＩＧ溶接装置が用いられる。

次に、図７（ｂ）に示すように、チタンシート３１ｂを除去した部位にチタン材からなるスペーサ３４を嵌め込む。そして、図７（ｃ）に示すように、スペーサ３４が嵌め込まれた部位に、チタン材で形成された当て板３６を当てる。なお、当て板３６は、封止部材１８が取り付けられる位置を除いて当てられることが好ましい。その後、当て板３６の長手方向の両側縁をレーザ溶接で溶接する。レーザ溶接には、一般的な金属材料のレーザ溶接に使用するレーザ溶接装置が用いられる。なお、スペーサ３４と当て板３６とは、容器本体１４や蓋体１６に用いられる耐食層のチタン材と同じ材質であることが好ましい。

胴部２０の長手方向における上端と下端とには、上側嵌合溝２６と下側嵌合溝２４とが切削加工等で形成される。また、胴部２０の外周面には、チタン材で形成された把持突起２８がレーザ溶接等で取り付けられる。

次に、底部２２の強度層２２ａとなる炭素鋼底板を形成し、底部２２の耐食層２２ｂとなるチタン底板を形成する。炭素鋼底板とチタン底板とは、一般的な金属材料の切削加工やプレス加工で形成される。胴部２０の下側嵌合溝２４に炭素鋼底板を嵌合してＴＩＧ溶接等で溶接する。次に、炭素鋼底板の外側にチタン底板を被せて、チタン底板の外周縁と胴部２０の外周縁とをレーザ溶接等で溶接する。以上により、容器本体１４が形成される。

なお、容器本体１４は、上記のようにクラッド鋼シート３１を用いないで形成することも可能である。例えば、容器本体１４は、胴部２０の強度層２０ａと底部２２の強度層２２ａとを炭素鋼ブロックから削り出すことにより一体として形成した後、外表面にチタンシートを貼り合わせて形成されてもよい。

蓋体形成工程（Ｓ１２）は、外表面がチタン材からなり、容器本体１４の開口部１５を塞ぐ蓋体１６を形成する工程である。内蓋１６ａは、炭素鋼シートから切削加工やプレス加工等で加工して形成される。外蓋１６ｂは、チタンシートから切削加工やプレス加工等で加工して形成される。また、内蓋１６ａを上側嵌合溝２６に螺合して取り付ける場合には、内蓋１６ａの外周面と、上側嵌合溝２６の内周面とにネジ加工が施される。

封止部材形成工程（Ｓ１４）は、容器本体１４と蓋体１６とを封止する封止部材１８を形成する工程である。

封止部材１８は、例えば、チタンテープ（チタン帯板）の一端と他端とをレーザ溶接等で溶接して輪状（リング状）に形成される。また、封止部材１８は、切削加工やプレス加工等により輪状に一体として形成されてもよい。

水素含有層形成工程（Ｓ１６）は、容器本体１４、蓋体１６及び封止部材１８の各々封止面に、水素を含む水素含有層３０を形成する工程である。容器本体１４の胴部２０における封止部材１８との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおける封止部材１８との当接面と、封止部材１８の内周面とからなる各々封止面に、水素を含ませた水素含有層３０を形成する。

チタンに水素を添加する方法には、例えば、陰極チャージ法を用いることができる。次に、陰極チャージ法で水素含有層３０を形成する場合について説明する。

容器本体１４と、蓋体１６の外蓋１６ｂと、封止部材１８とを電解液を入れた処理槽に入れて電解液に浸漬させる。このとき、容器本体１４、蓋体１６の外蓋１６ｂ及び封止部材１８において、水素含有層３０を形成しない部位については予め合成樹脂等でマスキングしておくことが好ましい。電解液には、例えば、１％から５％［Ｈ_２ＳＯ_４］の希硫酸水溶液等が用いられる。そして、容器本体１４、蓋体１６の外蓋１６ｂ及び封止部材１８を陰極（カソード）とし、白金等からなる対極を陽極（アノード）として、ポテンショガルバノスタット等を用いて通電する。

容器本体１４、蓋体１６及び封止部材１８の各々封止面等で発生した水素が各々封止面に入り込み、拡散して水素含有層３０が形成される。水素含有層３０の厚みと、水素含有層３０中の水素含有量とは、電流密度や通電時間を変えることにより制御される。例えば、電流密度は５０Ａ/ｍ^２から２０００Ａ/ｍ^２であり、通電時間は１時間から１５０時間である。

また、容器本体１４の外表面、蓋体１６の外表面、封止部材１８の外周面にチタン水素化物層を形成する場合には、チタン水素化物層と水素含有層３０とは略同じチタン水素化物で形成されることから、水素含有層３０の形成と同一工程で行うことが生産性向上等の点から好ましい。次に、例えば、１００μｍの水素含有層３０と、２０μｍのチタン水素化物層を形成する場合について説明する。

まず、容器本体１４の胴部２０における封止部材１８との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおける封止部材１８との当接面と、封止部材１８の内周面とからなる各々封止面を除いて、その他の部位を合成樹脂等でマスキングする。容器本体１４、外蓋１６ｂ及び封止部材１８を電解液に浸漬させて通電し、各々封止面に水素含有層３０を８０μｍ形成する。

次に、容器本体１４の外表面、蓋体１６の外蓋１６ｂの外表面、封止部材１８の外周面のマスキングを除去して、チタン水素化物層を形成する部位を露出させる。再び、容器本体１４、外蓋１６ｂ及び封止部材１８を電解液に浸漬させて通電し、更に、各々封止面に２０μｍの水素含有層３０を形成し、容器本体１４の外表面、蓋体１６の外蓋１６ｂの外表面、封止部材１８の外周面に２０μｍのチタン水素化物層を形成する。そして、処理槽から容器本体１４、外蓋１６ｂ及び封止部材１８を取り出し、残りのマスキングを除去する。

この方法により水素含有層３０とチタン水素化物層とを同一工程で形成することにより、放射性廃棄物処分容器１０の生産性が向上する。更に、チタン水素化物層を形成した後に、チタン水素化物層に合成樹脂等のマスキングをする必要がないので、チタン水素化物層の剥離が防止される。以上により、放射性廃棄物処分容器１０の製造が完了する。

次に、放射性廃棄物処分容器１０へ放射性廃棄物１２を封入する方法について説明する。図８は、放射性廃棄物１２の封入方法を示すフローチャートである。

放射性廃棄物収容工程（Ｓ２０）は、容器本体１４に放射性廃棄物１２を収容して、容器本体１４の開口部１５を蓋体１６で塞ぐ工程である。図９Ａは、容器本体１４に放射性廃棄物１２を収容した状態を示す断面図である。放射性廃棄物１２は、容器本体１４の開口部１５から入れられて収容される。

容器本体１４に放射性廃棄物１２を収容した後、容器本体１４の開口部１５を蓋体１６で塞ぐ。図９Ｂは、容器本体１４の開口部１５を蓋体１６で塞いだ状態を示す断面図である。まず、蓋体１６の内蓋１６ａを上側嵌合溝２６に嵌合させて、内蓋１６ａと、胴部２０の強度層２０ａとをＴＩＧ溶接等で溶接する。また、内蓋１６ａと上側嵌合溝２６とを螺合する場合には、例えば、内蓋１６ａを回しながら上側嵌合溝２６に取り付ける。そして、内蓋１６ａで塞がれた容器本体１４の上端面に外蓋１６ｂを被せる。

封止部材取付工程（Ｓ２２）は、容器本体１４の外周面と、蓋体１６の外周面とに封止部材１８を当てて取り付ける工程である。図９Ｃは、封止部材１８を取り付けた状態を示す断面図である。封止部材１８は、容器本体１４における胴部２０の外周面と、蓋体１６の外蓋１６ｂの外周面とに当てられて、胴部２０と外蓋１６ｂとを挟むようにして取り付けられる。なお、容器本体１４の胴部２０には、封止部材１８の位置決めを容易に行うために、周方向に沿って複数の位置決め突起を設けることが好ましい。

また、次工程の固相拡散接合工程（Ｓ２４）では、接合面を所定圧力で加圧した状態で固相拡散接合するため、封止部材１８は、加圧治具等（図示せず）で封止部材１８の外側から所定圧力で押圧された状態で取り付けられる。なお、加圧治具を用いないで、焼き嵌めや冷やし嵌め等により封止部材１８を取り付けて、封止部材１８により胴部２０の外周面と外蓋１６ｂの外周面とを所定圧力で押圧するようにしてもよい。所定圧力は、後述するように、５ＭＰａから１０ＭＰａである。

固相拡散接合工程（Ｓ２４）は、封止部材１８で当てられた部位を加熱加圧して、容器本体１４と蓋体１６とに封止部材１８をβ変態温度で固相拡散接合する工程である。図９Ｄは、封止部材１８が当てられた部位を加熱加圧して固相拡散接合している状態を示す断面図である。

封止部材１８で当てられた部位は、真空中または不活性雰囲気中で加熱加圧して固相拡散接合される。加熱装置４０には、一般的な真空炉や雰囲気炉等を用いることができる。なお、放射性廃棄物１２の熱影響を抑制するために、ヒータ４２は、封止部材１８で当てられた部位を局所的に加熱可能な位置に設けられることが好ましい。また、熱間等方圧加圧装置（ＨＩＰ装置）を用いることにより、前工程の封止部材取付工程（Ｓ２２）における加圧治具による押圧作業、または焼き嵌めや冷やし嵌め等の作業を省略することができる。

封止部材１８で当てられた部位の加熱温度は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。加熱温度が６００℃以上であるのは、次の理由により接合強度をより大きくすることができるからである。チタン材の表面には酸化被膜が形成されているが、チタンは酸素を多く固溶することができるので、真空中等で６００℃以上に加熱すると酸化被膜を構成する酸素がチタン母材中に溶解する。それにより、封止面である接合面に形成されていた酸化被膜が低減し、接合面を清浄にすることができるので接合強度をより大きくすることができる。また、チタンの拡散速度の点からも、加熱温度が６００℃以上であることが好ましい。

加熱温度が８００℃以下であるのは、上述したように、炭素鋼等で形成された強度層２０ａ、２２ａ及び内蓋１６ａの強度が応力除去等で低下する可能性があるからである。また、放射性廃棄物処分容器１０に封入される放射性廃棄物１２への熱影響を抑える点からも、８００℃以下となるようにすることが好ましいからである。

なお、封止部材１８で当てられた部位の加圧条件は、例えば、加圧力５ＭＰａから１０ＭＰａであり、保持時間は、例えば、０．６ｋｓから１．８ｋｓである。

図９Ｅは、放射性廃棄物処分容器１０へ放射性廃棄物１２を封入した状態を示す断面図である。図９Ｆは、固相拡散接合後の封止部材１８を当てた部位を示す拡大断面図である。容器本体１４と封止部材１８との接合面と、蓋体１６と封止部材１８との接合面とに固相拡散接合層４４が形成されており、容器本体１４と蓋体１６とが封止されている。以上により、放射性廃棄物処分容器１０への放射性廃棄物１２の封入が完了する。

以上、上記構成によれば、放射性廃棄物を収容した容器本体と、蓋体とに封止部材を当ててβ変態温度で固相拡散接合させて封止できるので、レーザ溶接のように容器本体と蓋体との複雑な組み付け作業が必要なく、放射性廃棄物をより簡易に封入することが可能となる。また、容器本体、蓋体及び封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層が形成されていることから、更に低いβ変態温度で固相拡散接合させて封止できるので、放射性廃棄物処分容器に封入される放射性廃棄物の熱影響等を抑制することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１０は、放射性廃棄物処分容器５０の構成を示す側面図である。放射性廃棄物処分容器５０は、上記の放射性廃棄物処分容器１０と封止部材の構成が相違している。なお、同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

封止部材は、チタン製のベルト５２を巻回して形成される。ベルト５２は、例えば、上述した封止部材１８と同じ材質のチタン材で形成される。例えば、ベルト５２の幅は２０ｍｍから５０ｍｍであり、ベルト５２の厚みは５ｍｍから１５ｍｍである。

そして、容器本体１４の胴部２０におけるベルト５２との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおけるベルト５２との当接面と、ベルト５２の内周面とからなる各々封止面には、上述した陰極チャージ法等により水素を含む水素含有層３０が形成されている。

固相拡散接合時には、容器本体１４と蓋体１６とに巻回されたベルト５２の一端と他端とに引張荷重を負荷することにより、容器本体１４の胴部２０におけるベルト５２との当接面と、蓋体１６の外蓋１６ｂにおけるベルト５２との当接面とをベルト５２により押圧して、上述した固相拡散接合時の加圧力５ＭＰａから１０ＭＰａが付与されるように調節される。そして、容器本体１４、蓋体１６及びベルト５２の各々封止面である接合面に上記加圧力が負荷された状態でβ変態温度で加熱することにより固相拡散接合されて、容器本体１４と蓋体１６とがベルト５２により封止される。

次に、本発明の別な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１１Ａは、放射性廃棄物処分容器６０の構成を示す断面図である。放射性廃棄物処分容器６０は、上記の放射性廃棄物処分容器１０と封止部材の構成が相違している。なお、同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

放射性廃棄物処分容器６０は、放射性廃棄物１２を収容する容器本体１４と、容器本体１４の開口部１５を塞ぐ蓋体６２とを備えている。蓋体６２は、炭素鋼等で形成された内蓋１６ａと、チタン材で形成された外蓋１６ｂとを有している。蓋体６２は、外蓋１６ｂの周縁に突出させて設けられており、容器本体１４の胴部２０と嵌合する鍔部６４を有している。

鍔部６４は、チタン材で形成されており、容器本体１４と蓋体６２とを封止するための封止部材としての機能を有している。鍔部６４は、外蓋１６ｂと一体として形成されてもよいし、外蓋１６ｂと別体として形成され、外蓋１６ｂの周縁にレーザ溶接等で溶接してもよい。例えば、鍔部６４の高さは２５ｍｍから５０ｍｍであり、鍔部６４の厚みは５ｍｍから１５ｍｍである。

図１１Ｂは、鍔部６４が設けられた部位を示す拡大断面図である。容器本体１４の胴部２０における鍔部６４との当接面と、鍔部６４の内周面とは、上述した陰極チャージ法等により水素含有層３０が形成されており、封止面としての機能を有している。

固相拡散接合時には、容器本体１４に蓋体６２を被せた後、ＨＩＰ装置等によりβ変態温度で加熱加圧して容器本体１４と蓋体６２とを固相拡散接合する。図１１Ｃは、容器本体１４と蓋体６２とを固相拡散接合して封止した状態を示す断面図である。図１１Ｄは、固相拡散接合後における鍔部６４が設けられた部位を示す拡大断面図である。胴部２０の外周面と、鍔部６４の内周面との間には固相拡散接合層４４が形成されて、容器本体１４と蓋体６２とが封止される。

また、図１２Ａは、別な構成の蓋体７２を備えた放射性廃棄物処分容器７０を示す断面図である。蓋体７２は、図１１Ａに示す蓋体６２と鍔部の構成が相違している。蓋体７２の鍔部７４には、その先端から周方向に沿って切り込まれた切り込み溝が形成されている。また、胴部２０の上端側には、切り込み溝が形成された鍔部７４を嵌合させるために、周方向に沿って耐食層２０ｂを切り欠いた切り欠き部が形成されている。なお、胴部２０の耐食層２０ｂの厚みは、例えば、７ｍｍである。

例えば、鍔部７４の高さは２５ｍｍから５０ｍｍであり、鍔部７４の厚みは１０ｍｍから２０ｍｍである。また、切り込み溝の溝幅は、胴部２０の耐食層２０ｂを切り込み溝に嵌合させるために、胴部２０の耐食層２０ｂの厚みと同じ溝幅か若しくはそれ以上の溝幅で形成される。切り込み溝の溝幅は、胴部２０の耐食層２０ｂの厚みと同じ溝幅であることが好ましく、胴部２０の耐食層２０ｂの厚みが７ｍｍの場合は、切り込み溝の溝幅は７ｍｍである。切り込み溝の深さは、例えば、２０ｍｍである。鍔部７４は、例えば、外蓋１６ｂの周縁に、切り込み溝が設けられたチタン製の帯板をレーザ溶接等で溶接して形成される。勿論、外蓋１６ｂと鍔部７４とは、チタンブロック等から削り出して一体として形成されていてもよい。

図１２Ｂは、鍔部７４が設けられた部位を示す拡大断面図である。容器本体１４の胴部２０における鍔部７４の切り込み溝との当接面と、鍔部７４における切り込み溝の内周面とは、上述した陰極チャージ法等により形成された水素含有層３０を備えており、封止面としての機能を有している。

固相拡散接合時では、容器本体１４に蓋体７２を被せた後、ＨＩＰ装置等によりβ変態温度で加熱加圧して、容器本体１４の胴部２０における鍔部７４の切り込み溝との当接面と、鍔部７４における切り込み溝の内周面とを固相拡散接合する。また、加熱前にチタン材の降伏応力以上破断応力以下の圧力で加圧してチタン材を塑性変形させることにより、容器本体１４の胴部２０における鍔部７４の切り込み溝との当接面と、鍔部７４における切り込み溝の内周面とをより密着させることが好ましい。チタン材に工業用純チタンＴｉ−Ｇｒ．１を使用した場合には、降伏応力以上破断応力以下の圧力は、例えば、３００ＭＰａである。次に、チタンのβ変態温度で加熱加圧して、容器本体１４と外蓋との当接面を固相拡散接合する。加熱時は、例えば、５ＭＰａから１００ＭＰａで加圧される。

図１２Ｃは、容器本体１４と蓋体７２とを固相拡散接合して封止した状態を示す断面図である。図１２Ｄは、固相拡散接合後における鍔部７４が設けられた部位を示す拡大断面図である。胴部２０の外周面と、鍔部６４における切り込み溝の内周面との間には固相拡散接合層４４が形成されて、容器本体１４と蓋体７２とが封止される。

１０、５０、６０、７０放射性廃棄物処分容器、１２放射性廃棄物、１４容器本体、１５開口部、１６、６２、７２蓋体、１８封止部材、２０胴部、２２底部、２４上側嵌合溝、２６下側嵌合溝、２８把持突起、３０水素含有層、３１クラッド鋼シート、３２溶接部、３４スペーサ、３６当て板、４０加熱装置、４２ヒータ、４４固相拡散接合層、５２ベルト。

Claims

放射性廃棄物が封入される放射性廃棄物処分容器であって、
外表面がチタン材で形成され、有底筒状の容器本体と、
外表面がチタン材で形成され、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体と、
を備え、
前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させて、前記容器本体と前記蓋体とにβ変態温度で固相拡散接合させて封止するために、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられ、チタン材で形成される封止部材を有し、
前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層が形成され、
前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面には、チタン水素化物層が形成されており、
前記水素含有層と、前記チタン水素化物層とは、同じチタン水素化合物で形成されていることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項１に記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記封止部材は、輪状に形成されることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項１に記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記封止部材は、チタン材で形成されたベルトを巻回して形成されることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項１に記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記封止部材は、前記蓋体の周縁に突出させて設けられており、チタン材で形成され、前記容器本体と嵌合する鍔部からなることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項１から４のいずれか１つに記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記水素含有層の水素含有率は、０ａｔ％より大きく３９ａｔ％以下であることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項５に記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記水素含有層の水素含有率は、７ａｔ％以上３９ａｔ％以下であることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
請求項６に記載の放射性廃棄物処分容器であって、
前記水素含有層の水素含有率は、７ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
放射性廃棄物が封入される放射性廃棄物処分容器の製造方法であって、
外表面がチタン材からなり、有底筒状の容器本体を形成する工程と、
外表面がチタン材からなり、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体を形成する工程と、
前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させて、前記容器本体と前記蓋体とにβ変態温度で固相拡散接合させて封止するために、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられる封止部材をチタン材で形成する工程と、
前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層を形成すると共に、前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面に、チタン水素化合物層を形成する工程と、
を備え、
前記水素含有層と前記チタン水素化合物層とは、同じチタン水素化合物で形成されていることを特徴とする放射性廃棄物処分容器の製造方法。
請求項８に記載の放射性廃棄物処分容器の製造方法であって、
前記水素含有層を形成する工程は、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材を電解液に浸漬させて、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材を陰極とし、対極を陽極として通電し、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層を形成することを特徴とする放射性廃棄物処分容器の製造方法。
放射性廃棄物を放射性廃棄物処分容器へ封入する放射性廃棄物の封入方法であって、
前記放射性廃棄物処分容器は、外表面がチタン材で形成され、有底筒状の容器本体と、外表面がチタン材で形成され、前記容器本体の開口部を塞ぐ蓋体と、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに当てられ、チタン材で形成され、前記容器本体と前記蓋体とを封止する封止部材と、を備え、前記容器本体、前記蓋体及び前記封止部材の各々封止面に、水素を含む水素含有層が形成されており、前記容器本体の外表面、前記蓋体の外表面及び前記封止部材の外周面に、チタン水素化合物層が形成されており、前記水素含有層と前記チタン水素化合物層とは、同じチタン水素化合物からなり、
前記容器本体に前記放射性廃棄物を収容して、前記容器本体の開口部を前記蓋体で塞ぐ工程と、
前記容器本体の外表面のチタン材と、前記蓋体の外表面のチタン材とを接触させると共に、前記容器本体の外周面と、前記蓋体の外周面とに前記封止部材を当てて取り付ける工程と、
前記封止部材が当てられた部位を加熱加圧して、前記容器本体と前記蓋体とに前記封止部材をβ変態温度で固相拡散接合させる工程と、
を備えることを特徴とする放射性廃棄物の封入方法。