JP6089685B2

JP6089685B2 - 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: JP6089685B2
Application number: JP2012279987A
Authority: JP
Inventors: 元中山
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Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP2014122854A

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、前記容器本体は、開口部側に延伸し、チタン材で形成された筒状延伸部を有し、前記蓋体は、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材で形成された筒状嵌合部を有し、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とには、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させるために、水素を含む水素含有層が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において、前記容器本体の外表面と、前記蓋体の外表面とには、チタン水素化物層が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と共に、開口部側に延伸し、チタン材からなる筒状延伸部を形成する容器本体形成工程と、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と共に、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材からなる筒状嵌合部を形成する蓋体形成工程と、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とに、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させるために水素を含む水素含有層を形成する水素含有層形成工程と、を備え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、前記水素含有層形成工程は、前記容器本体、前記蓋体を電解液に浸漬させて、前記容器本体及び前記蓋体を陰極とし、対極を陽極として通電し、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とに、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、を備え、前記容器本体は、開口部側に延伸し、チタン材で形成された筒状延伸部を有し、前記蓋体は、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材で形成された筒状嵌合部を有し、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とには、お互いの面をβ変態温度で固相拡散接合するために、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放射性廃棄物収容工程と、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とを加熱加圧して、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させる固相拡散接合工程と、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、蓋体とを固相拡散接合して封止できるので、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、容器本体の筒状延伸部及び蓋体の筒状嵌合部を含む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、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、容器本体の形成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、固相拡散接合方法を示す図である。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。

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、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（図示せず）が設けられていることが好ましい。

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、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。

容器本体１４は、開口部１５側に延伸し、チタン材で形成された筒状延伸部２８を有している。筒状延伸部２８は、胴部２０における開口部１５の外周縁に突出して設けられ、円筒状等の筒状にチタン材で形成されている。筒状延伸部２８の周方向の大きさは、胴部２０の周方向の大きさと略同じ大きさであり、筒状延伸部２８の厚みは、胴部２０の耐食層２０ｂの厚みと略同じ厚みである。筒状延伸部２８の高さは、例えば、２０ｍｍから３０ｍｍである。筒状延伸部２８は、例えば、胴部２０の耐食層２０ｂと溶接等で固着されている。筒状延伸部２８と、胴部２０の耐食層２０ｂとは、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。筒状延伸部２８は、胴部２０の耐食層２０ｂと同じ材質のチタン材で形成されていることが好ましい。

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１２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。なお、内蓋１６ａと外蓋１６ｂとは、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。

蓋体１６は、容器本体１４の筒状延伸部２８の内周面２８ａに嵌合され、円筒状等の筒状にチタン材で形成された筒状嵌合部３０を有している。筒状嵌合部３０の周方向の大きさは、外蓋１６ｂの周方向の大きさと略同じ大きさであり、筒状嵌合部３０の厚みは、外蓋１６ｂの厚みと略同じ厚みである。筒状嵌合部３０の高さは、例えば、２０ｍｍから３０ｍｍである。筒状嵌合部３０は、筒状嵌合部３０の外周面３０ａが筒状延伸部２８の内周面２８ａと当接するように嵌合されていることが好ましい。筒状嵌合部３０は、例えば、外蓋１６ｂと溶接等で固着されている。筒状嵌合部３０と外蓋１６ｂとは、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。筒状嵌合部３０は、外蓋１６ｂや筒状延伸部２８と同じ材質のチタン材で形成されていることが好ましい。

図３は、容器本体１４の筒状延伸部２８及び蓋体１６の筒状嵌合部３０を含む部位の拡大断面図である。筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとには、水素を含む水素含有層３２が形成されている。筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとに水素含有層３２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固相拡散接合温度をより低くすることができる。

水素含有層３２は、チタン水素化合物（ＴｉＨｘ、Ｘ＝１〜２、例えば、ＴｉＨやＴｉＨ_２等）から形成されている。筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとには、略同じ膜厚の水素含有層３２が形成されていることが好ましい。水素含有層３２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及び蓋体１６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、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとに水素含有層３２を形成することにより、水素含有層３２が形成されている部位のβ変態温度を水素含有層３２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固相拡散接合温度で行うことが可能となる。

水素含有層３２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３２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３２の水素含有量が７ａｔ％以上であるのは、水素含有層３２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、固相拡散接合温度である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３２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３２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固相拡散接合温度は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。

容器本体１４の外表面及び蓋体１６の外表面には、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の外表面及び蓋体１６の外表面にチタン水素化物層を形成しておくことにより、埋設後における放射性廃棄物処分容器１０の外表面の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からである。チタン水素化物層は、チタン水素化合物（ＴｉＨｘ、Ｘ＝１〜２、例えば、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の製造方法を示す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。放射性廃棄物処分容器１０の製造方法は、容器本体１４を形成する容器本体形成工程（Ｓ１０）と、蓋体１６を形成する蓋体形成工程（Ｓ１２）と、水素含有層３２を形成する水素含有層形成工程（Ｓ１４）と、を備えている。

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を形成すると共に、開口部１５側に延伸し、チタン材からなる筒状延伸部２８を形成する工程である。図７は、容器本体１４の形成方法を示す模式図である。出発材料として、炭素鋼シート３４ａの表面にチタンシート３４ｂを貼り合せたクラッド鋼シート３４を用いる場合について説明する。例えば、クラッド鋼シート３４における炭素鋼シート３４ａの厚みは１９ｍｍであり、チタンシート３４ｂの厚みは６ｍｍである。

図７（ａ）に示すように、クラッド鋼シート３４の溶接位置のチタンシート３４ｂを除去した後、外周面側がチタンシート３４ｂ（内周面側が炭素鋼シート３４ａ）となるようにクラッド鋼シート３４を曲げ加工する。そして、炭素鋼シート３４ａの一端縁と他端縁とをＴＩＧ溶接して溶接部３６を形成する。クラッド鋼シート３４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３４ｂを除去した部位にチタン材からなるスペーサ３８を嵌め込み、スペーサ３８が嵌め込まれた部位に、チタン材で形成された当て板４０を当てる。その後、当て板４０の長手方向の両側縁をレーザ溶接等で溶接して筒体が形成される。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３８や当て板４０は、容器本体１４や蓋体１６に用いられるチタン材と同じ材質であることが好ましい。そして、筒体の長手方向における上端と下端とに、上側嵌合溝２６と下側嵌合溝２４とを切削加工等で各々形成して胴部２０が成形される。

次に、図７（ｃ）に示すように、胴部２０の上端の外周縁に、チタンシートを筒状に成形したものをレーザ溶接等で溶接して筒状延伸部２８を形成する。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をレーザ溶接等で取り付けることが好ましい。

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。そして、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３４を用いないで形成することも可能である。例えば、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、胴部２０及び底部２２の耐食層２０ｂ、２２ｂと、筒状延伸部２８とを形成してもよい。

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を形成すると共に、容器本体１４の筒状延伸部２８の内周面２８ａに嵌合され、チタン材からなる筒状嵌合部３０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。

外蓋１６ｂの外周縁に、チタンシートを筒状に成形したものをレーザ溶接等で溶接して筒状嵌合部３０を形成する。なお、外蓋１６ｂと筒状嵌合部３０とを、チタンブロックから削り出すことにより一体として形成してもよい。

水素含有層形成工程（Ｓ１４）は、容器本体１４の筒状延伸部２８の内周面２８ａと、蓋体１６の筒状嵌合部３０の外周面３０ａとに、水素を含む水素含有層３２を形成する工程である。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３２を形成する場合について説明する。

容器本体１４と蓋体１６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と蓋体１６とにおいて、水素含有層３２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と蓋体１６とを陰極（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。

発生した水素が筒状延伸部２８の内周面２８ａ及び蓋体１６の筒状嵌合部３０の外周面３０ａに入り込み、拡散して水素含有層３２が形成される。水素含有層３２の厚みと、水素含有層３２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の外表面及び蓋体１６の外表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３２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３２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３２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、筒状延伸部２８の内周面２８ａ及び筒状嵌合部３０の外周面３０ａ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及び蓋体１６を電解液に浸漬させて通電し、筒状延伸部２８の内周面２８ａ及び筒状嵌合部３０の外周面３０ａに水素含有層３２を８０μｍ形成する。

次に、容器本体１４の外表面、蓋体１６における外蓋１６ｂの外表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及び蓋体１６を電解液に浸漬させて通電し、更に、筒状延伸部２８の内周面２８ａ及び筒状嵌合部３０の外周面３０ａに２０μｍの水素含有層３２を形成し、容器本体１４の外表面及び蓋体１６の外表面に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及び蓋体１６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３２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。なお、上記構成では、筒状延伸部２８を胴部２０に設けた後、筒状嵌合部３０を外蓋１６ｂに設けた後に、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとに水素含有層３２の形成を行っているが、予め筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとに水素含有層３２の形成を行った後に、筒状延伸部２８を胴部２０に取り付け、筒状嵌合部３０を外蓋１６ｂに取り付けることも可能である。

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１２の封入方法は、放射性廃棄物収容工程（Ｓ２０）と、固相拡散接合工程（Ｓ２２）とを備えている。

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９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で塞いだ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。そして、容器本体１４に放射性廃棄物１２を収容した後、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を被せると共に、筒状延伸部２８の内周面２８ａに筒状嵌合部３０の外周面３０ａを嵌合させる。また、筒状延伸部２８の内周面２８ａに筒状嵌合部３０を嵌合させるときには、予め筒状嵌合部３０を冷却して冷やし嵌めすることにより、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとをより密着させることができる。

固相拡散接合工程（Ｓ２２）は、容器本体１４の筒状延伸部２８の内周面２８ａと、蓋体１６の筒状嵌合部３０の外周面３０ａとを加熱加圧して、チタンのβ変態温度で固相拡散接合する工程である。図１０は、固相拡散接合方法を示す図であり、図１０（ａ）は、固相拡散接合方法を示す平面図であり、図１０（ｂ）は、固相拡散接合方法を示す拡大断面図である。

まず、固相拡散接合するための加熱加圧装置４２について説明する。加熱加圧装置４２は、容器本体１４の筒状延伸部２８の外側に配置されており、筒状延伸部２８の外周面を加熱加圧するための例えば４分割された外側加熱加圧体４４と、蓋体１６の筒状嵌合部３０の内側に配置されており、筒状嵌合部３０の内周面を加熱加圧するための例えば４分割された内側加熱加圧体４６と、を備えている。外側加熱加圧体４４と、内側加熱加圧体４６とは、例えば、ヒータ等を備えた金属体で構成されている。

外側加熱加圧体４４には、外側加熱加圧体４４を矢印方向へ移動可能とするためのアクチュエータ４５が取り付けられており、内側加熱加圧体４６には、内側加熱加圧体４６を矢印方向へ移動可能とするためのアクチュエータ４７が取り付けられている。これらのアクチュエータ４５、４７は、例えば、モータや油圧等で駆動される。

加熱加圧装置４２には、図示されない熱電対等の温度計測手段と、圧力計等の圧力計測手段と、アクチュエータ４５、４７等を制御する制御手段とが設けられている。制御手段には、例えば、一般的なコンピュータシステムが用いられる。

外側加熱加圧体４４で筒状延伸部２８の外周面を加熱加圧すると共に、内側加熱加圧体４６で筒状嵌合部３０の内周面を加熱加圧することにより、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとを加熱加圧して固相拡散接合面に応力付与することが可能となる。また、このように筒状延伸部２８と筒状嵌合部３０とを局所的に加熱することにより、放射性廃棄物１２への熱影響をより低減することができる。

なお、加熱加圧装置４２で加熱加圧する場合には、蓋体１６を取り付けた容器本体１４をピット（穴）等に配置して、容器本体１４の胴部２０の外周面を支持した状態で行われることが好ましい。また、加熱加圧装置４２の加熱手段として、ヒータ等に代えて高周波コイルを設けることにより、局所的に高周波加熱を行うことも可能である。更に、加熱加圧媒体として溶融塩等の流動性材料を有する加熱加圧体を用いてもよい。

次に、固相拡散接合方法について説明する。まず、固相拡散接合温度に加熱する前に、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとにチタン材の降伏応力以上破断応力以下の圧力を付与してチタン材を塑性変形させることにより、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとをより密着させることが好ましい。例えば、加熱加圧装置４２の外側加熱加圧体４４で筒状延伸部２８の外周面を押圧し、内側加熱加圧体４６で筒状嵌合部３０の内周面を押圧して圧力を付与してもよく、筒状嵌合部３０の温度を筒状延伸部２８の温度より高くして、筒状嵌合部３０を熱膨張させることにより圧力を付与してもよい。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、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとをチタンのβ変態温度で加熱加圧して固相拡散接合する。具体的には、加熱加圧装置４２の外側加熱加圧体４４で筒状延伸部２８の外周面を加熱加圧し、内側加熱加圧体４６で筒状嵌合部３０の内周面を加熱加圧し、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとをチタンのβ変態温度で加熱加圧して固相拡散接合面に応力を付与することにより固相拡散接合を行う。また、固相拡散接合するときには、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとからなる固相拡散接合面の酸化防止等のために、真空中またはアルゴンガス等の不活性雰囲気中で処理される。

筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとが嵌合し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、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、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、筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとの加圧条件は、例えば、加圧力５ＭＰａから３００ＭＰａであり、１００ＭＰａから３００ＭＰａであることが好ましい。保持時間は、例えば、０．６ｋｓから１．８ｋｓである。

図１１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り、図１１（ａ）は、放射性廃棄物処分容器１０へ放射性廃棄物１２を封入した状態の全体を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、固相拡散接合した部位を示す拡大断面図である。筒状延伸部２８の内周面２８ａと、筒状嵌合部３０の外周面３０ａとが固相拡散接合されて固相拡散接合層５０が形成され、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。なお、放射性廃棄物収容工程（Ｓ２０）と、固相拡散接合工程（Ｓ２２）とでは、容器本体１４の中に放射性廃棄物１２が入れられていることから、加熱加圧装置４２等による応力付与や加熱付与は、遠隔操作しやすいようにモジュール化されていることが好ましい。

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を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、容器本体の筒状延伸部の内周面と、蓋体の筒状嵌合部の外周面とを固相拡散接合させて封止することにより、放射性廃棄物が収容されている位置からより離れた箇所で封止されるので、放射性廃棄物処分容器に封入される放射性廃棄物への熱影響等を抑制することができる。

１０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蓋体、２０胴部、２２底部、２４下側嵌合溝、２６上側嵌合溝、２８筒状延伸部、３０筒状嵌合部、３２水素含有層、３４クラッド鋼シート、３６溶接部、３８スペーサ、４０当て板、４２加熱加圧装置、４４外側加熱加圧体、４５、４７アクチュエータ、４６内側加熱加圧体、５０固相拡散接合層。

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、
前記容器本体は、開口部側に延伸し、チタン材で形成された筒状延伸部を有し、
前記蓋体は、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材で形成された中空の筒状嵌合部を有し、
前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とには、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させるために、水素を含む水素含有層が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２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３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。
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、
前記容器本体の外表面と、前記蓋体の外表面とには、チタン水素化物層が形成されてい
ることを特徴とする放射性廃棄物処分容器。
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と共に、開口部側に延伸し、チタン材からなる筒状延伸部を形成する容器本体形成工程と、
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と共に、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材からなる中空の筒状嵌合部を形成する蓋体形成工程と、
前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とに、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させるために水素を含む水素含有層を形成する水素含有層形成工程と、
を備え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６に記載の放射性廃棄物処分容器の製造方法であって、
前記水素含有層形成工程は、前記容器本体、前記蓋体を電解液に浸漬させて、前記容器本体及び前記蓋体を陰極とし、対極を陽極として通電し、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とに、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、を備え、前記容器本体は、開口部側に延伸し、チタン材で形成された筒状延伸部を有し、前記蓋体は、前記筒状延伸部の内周面に嵌合され、チタン材で形成された中空の筒状嵌合部を有し、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とには、お互いの面をβ変態温度で固相拡散接合するために、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放射性廃棄物収容工程と、
前記筒状延伸部の外側に外側加熱加圧体を配置し、前記筒状嵌合部の内側に内側加熱加圧体を配置し、前記外側加熱加圧体で前記筒状延伸部の外周面を加熱加圧すると共に、前記内側加熱加圧体で前記筒状嵌合部の内周面を加熱加圧することにより、前記筒状延伸部の内周面と、前記筒状嵌合部の外周面とを加熱加圧して、お互いの面をチタンのβ変態温度で固相拡散接合させる固相拡散接合工程と、
を備えることを特徴とする放射性廃棄物の封入方法。