JP6195048B2 - Box-type structure for storing radioactive waste - Google Patents
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Description
本発明は、放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物及びその製造方法に係り、より詳しくは、遮蔽能力の高く放射線の漏れ出る量が少なく、数100年以上の耐用年数を有する、放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a box-type container and a box-type structure for storing radioactive waste and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a box-type container and a box-type structure. The present invention relates to a box-type container for storing radioactive waste, a box-type structure, and a method for manufacturing the same.
原子力発電所の事故の影響で、放射性物質に汚染された土壌や焼却灰などを仮置く中間貯蔵施設が求められている。放射性廃棄物を貯蔵する金属容器はコストが高い。一方、通常のコンクリートでは、厚さを十分に厚くしないと遮蔽効果が出ないので容器が大型化し、長期の保管ではヒビ割れなどを生じるおそれもある。 Due to the accident at the nuclear power plant, an intermediate storage facility for temporary storage of soil contaminated with radioactive materials and incineration ash is required. Metal containers for storing radioactive waste are expensive. On the other hand, in normal concrete, if the thickness is not sufficiently increased, the shielding effect is not obtained, so that the container becomes large, and there is a possibility that cracking or the like may occur in long-term storage.
特許文献1には、製鋼ダスト、鉄鋼スラグ及び硫黄の配合物を混合し、混融加熱後、冷却固化して硫黄コンクリートを成形し、その表面に亜鉛、アルミ、クロム等の金属板で覆った容器が提案されている。硫黄コンクリートは、放射線遮蔽効果に優れるが、その表面を金属板で覆わないでも済むように、硫黄コンクリートの強度を向上させることが望まれる。
In
本発明の目的は、強度と放射線遮蔽能力に優れた放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物を提供することにある。 The objective of this invention is providing the box-type container and box-type structure which store the radioactive waste excellent in intensity | strength and radiation shielding capability.
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型容器は、容器本体と蓋が、10〜20cmの厚さを有し、硫黄が30重量%、高炉スラグが30重量%、石炭の焼却灰が30重量%、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が10重量%からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなることを特徴とする。 The box-type container for storing radioactive waste according to the present invention has a container body and a lid having a thickness of 10 to 20 cm, 30% by weight of sulfur, 30% by weight of blast furnace slag, and 30% by weight of coal incineration ash. %, And a compound comprising 10% by weight of a solidifying agent of dicyclopentadiene or barium sulfate containing tungsten or lead metal powder, and made of sulfur concrete formed by heating and kneading.
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型構造物は、前後左右の壁と天井と底部が、10〜20cmの厚さを有し、硫黄が30重量%、高炉スラグが30重量%、石炭の焼却灰が30重量%、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が10重量%からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートからなる矩形パネルと、前記矩形パネルを保持する柱と枠と桟からなる鋼材と、で構成されることを特徴とする。 The box structure for containing radioactive waste according to the present invention has a thickness of 10 to 20 cm at the front, rear, left and right walls, ceiling and bottom, 30% by weight of sulfur, 30% by weight of blast furnace slag, A rectangular panel made of sulfur concrete formed by heating and kneading a blend of 30% by weight of incinerated ash and 10% by weight of a solidifying agent of dicyclopentadiene or barium sulfate containing tungsten or lead metal powder; It is characterized by comprising a column holding a panel, a steel material comprising a frame and a crosspiece.
本発明による放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物の製造方法は、放射性廃棄物を収容する箱型容器又は箱型構造物を構成する矩形パネルが、硫黄が30重量%、高炉スラグが30重量%、石炭の焼却灰が30重量%、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が10重量%からなる配合物の平均粒径を2mm以下の粉末にする段階と、115℃から150℃で加熱し、前記配合物を混練する段階と、鉄枠の型に流し込み、固化させる段階と、を経て製造されることを特徴とする。 The method for manufacturing a box-type container or a box-type structure for storing radioactive waste according to the present invention is such that a rectangular panel constituting the box-type container or box-type structure for storing radioactive waste has 30% by weight of sulfur and a blast furnace. Powder having an average particle size of 2 mm or less of a composition comprising 30% by weight of slag, 30% by weight of coal incineration ash, and 10% by weight of solidifying agent of dicyclopentadiene or barium sulfate containing metal powder of tungsten or lead And a step of kneading the compound by heating at 115 ° C. to 150 ° C. and a step of pouring into a mold of an iron frame and solidifying.
本発明による箱型容器及び箱型構造物、本発明による箱型容器及び箱型構造物の製造方法によれば、(1)硫黄が30重量%、高炉スラグが30重量%、焼却灰が30重量%及び固化剤が10重量%からなる配合物を加熱混練して成形した硫黄コンクリートを使用したので、強度と放射線遮蔽能力に優れた容器または構造物を得ることができる。(2)特に、固化剤のジシクロペンタジエンは、溶融してポリマー化され網目状に結合するので、強度を向上できる。(3)また、固化剤に硫酸バリウムを使用した場合、骨材として作用するので強度を向上できる。(4)タングステンと鉛は、放射線を遮蔽するので、硫黄コンクリートの放射線遮蔽効果をさらに向上できる。この硫黄コンクリートは強度があるので、従来のような外側に金属板で覆う必要がない。 According to the box-type container and the box-type structure according to the present invention and the method for producing the box-type container and the box-type structure according to the present invention, (1) 30% by weight of sulfur, 30% by weight of blast furnace slag, and 30% of incineration ash Since sulfur concrete formed by heating and kneading a composition comprising 10% by weight and 10% by weight of a solidifying agent is used, a container or structure excellent in strength and radiation shielding ability can be obtained. (2) In particular, the solidifying agent dicyclopentadiene is melted to be polymerized and bonded in a network, so that the strength can be improved. (3) Further, when barium sulfate is used as the solidifying agent, it acts as an aggregate, so that the strength can be improved. (4) Since tungsten and lead shield radiation, the radiation shielding effect of sulfur concrete can be further improved. Since this sulfur concrete has strength, it is not necessary to cover the outside with a metal plate as in the prior art.
以下、本発明による箱型容器及び箱型構造物について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a box-shaped container and a box-shaped structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による箱型容器1の斜視図である。箱型容器1は硫黄コンクリートからなる容器で、容器本体1aと蓋1bからなり、放射性廃棄物を収容する。容器本体1aには、底部に脚が設けられ、フォークリフトでの運搬が容易である。蓋1bの上面は平坦で、箱型容器1を積み重ねることができる。厚さは10cm、横幅が2.2m、奥行きが2、2m、高さが2.5mとした。横幅と高さはトラックに積載可能な寸法から算出した。厚さは、実験によれば10cmは必要で、これより厚くすれば漏れ出る放射線量を少なくできるが、容器としては20cm以下の厚さが好ましい。
FIG. 1 is a perspective view of a box-
図2は、箱型容器1が地中貯蔵穴10に設置された場合の説明図である。地中貯蔵穴10の深さは、例として10mである。この深さでは箱型容器1を10段積みすることができる。放射性廃棄物が中間貯蔵庫に保管される期間は、例えば30年とされる。その後、最終処分される。
FIG. 2 is an explanatory diagram when the box-
図3は、本発明による箱型構造物2の正面図である。箱型構造物2は、高さが2.7mで、横幅が5.4mである。横幅方向には1.8mごとにH鋼の柱2bが立設されている。鋼材の桟2cが柱2b間に掛け渡されている。必要な箇所には筋交い2eが設けられる。硫黄コンクリートからなる矩形パネル2aが柱2bと桟2cで支持され、正面の壁を形成する。正面側の矩形パネル2aは、横が1.8m、縦が0.9mである。板厚は10cmと15cmのものを製作した。
FIG. 3 is a front view of the box-
図4は、箱型構造物2の右側面図である。奥行き(側面の長さ)は、この寸法に限られるものではないが9mである。奥行き方向には1.8mごとにH鋼の柱2bが立設され、鋼材の桟2cが柱2b間に掛け渡されている。必要な箇所には筋交い2eが設けられる。硫黄コンクリートからなる矩形パネル2aが柱2bと桟2cで保持され、側面の壁を形成する。側面側の矩形パネル2aは、横が1.8m、縦が0.9mである。このように箱型構造物2の(横、奥行き、高さ)は、(5.4m、9m、2.7m)の箱型であり、棒などの長い放射性廃棄物を収容できる。
FIG. 4 is a right side view of the box-
図5は、箱型構造物2の平面図である。蓋となる天井壁は、幅が5、4m、奥行きが9mで、鋼材の枠2dで縁取りされている。縦に2本、横に4本からなる鋼材の桟2cが、枠2dの内側に掛け渡される。硫黄コンクリートからなる矩形パネル2aは、横が1.8m、縦が1.8mの正方形である。なお、図示しないが、箱型構造物2の底面も同様に構成することができる。
FIG. 5 is a plan view of the box-
図6は、箱型構造物2が地中貯蔵穴10に設置された場合を示す。地中貯蔵穴10が深い場合、箱型構造物2を積み増しすることもできる。これによらず、箱型構造物2を地中貯蔵穴10の寸法に合わせて構築してもよい。
図7は、矩形パネル2aの連結箇所を示す図であり、(a)は矩形パネル2aが段部で連結される場合を示す。(b)は矩形パネル2aがH鋼の柱2bに差し込まれて連結される場合を示す。なお、矩形パネル2aと、柱2bや桟2cとの隙間は、別に用意された硫黄コンクリートでシールされることが望ましい。
FIG. 6 shows a case where the box-
FIG. 7 is a diagram illustrating a connection portion of the rectangular panel 2a, and FIG. 7A illustrates a case where the rectangular panel 2a is connected at a stepped portion. (B) shows the case where the rectangular panel 2a is inserted and connected to the column 2b of H steel. The gap between the rectangular panel 2a and the column 2b or the crosspiece 2c is preferably sealed with separately prepared sulfur concrete.
図8は、本発明の硫黄コンクリートを構成する配合物の割合を図である。硫黄コンクリートは、硫黄が30重量%、高炉スラグが30重量%、石炭の焼却灰が30重量%、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤が10重量%からなる配合物を混合し、加熱溶融し、型枠に投入して冷却固化させる。ポルトランドセメントのコンクリートより5倍程度の強度がある。そのため内部に鉄筋などの補強材はない。加熱溶融する時の温度は115〜150度である。150度以上ではゴム化して元に戻らなくなる。そのため115〜150度の温度を保って混練する。なお、115度以下では固まり、自然冷却で固化する時間は5時間程度である。 FIG. 8 is a diagram showing the proportion of the compound constituting the sulfur concrete of the present invention. Sulfur concrete consists of 30% by weight of sulfur, 30% by weight of blast furnace slag, 30% by weight of coal incineration ash, and 10% by weight of solidifying agent of dicyclopentadiene or barium sulfate containing tungsten or lead metal powder. The blend is mixed, heated and melted, put into a mold and cooled and solidified. It is about 5 times stronger than Portland cement concrete. Therefore, there are no reinforcing materials such as reinforcing bars inside. The temperature when heating and melting is 115 to 150 degrees. Above 150 degrees, it becomes rubber and cannot be restored. Therefore, kneading is performed while maintaining a temperature of 115 to 150 degrees. In addition, it hardens at 115 degrees or less, and the time which solidifies by natural cooling is about 5 hours.
この硫黄コンクリートは、疎水性で海水は浸透せず、酸などの薬品にも強く化学的に安定である。耐用年数は2000年が可能である。実験から算出すると箱型容器1の厚さを10cmとした場合、透過率は0.2%で、遮蔽率は99.8%であった。例えば、放射線量が2.3μSv/hの廃棄物を収納した場合、箱型容器1の外部に漏れる量は0.046μSv/hである。放射能汚染土壌の場合、1.1μSv/h程度であるから、外部に漏れる量は0.0022μSv/hとなり、安全基準の0.1μSv/hを十分に満たしている。μSv/hは、被ばくエネルギーの時間当たりの単位でマイクロシーベルトと呼ぶ。なお、致死量は2000mSv/hとされる。
This sulfur concrete is hydrophobic and does not penetrate seawater, and it is strong and chemically stable against chemicals such as acids. The service life can be 2000 years. When calculated from the experiment, when the thickness of the box-shaped
高炉スラグは、コークスと鉄鉱石から銑鉄を造る溶鉱炉から排出される。主な成分は、二酸化ケイ素(SiO2)が33.6%、酸化カルシウム(CaO)が42%、酸化アルミニウム(Al2O3)が1.9%、酸化マグネシウム(MgO)が7.3%などなっている。石炭の焼却灰には、ボイラの底部に落下したクリンカアッシュと、燃焼ガスの中の粒子を電気集塵機で集めたフライアッシュがある。主な成分は、二酸化ケイ素(SiO2)が60〜63%、酸化アルミニウム(Al2O3)が17〜20%、酸化カルシウム(CaO)が3〜8%、酸化第二鉄(Fe2O3)4〜13%などとなっている。 Blast furnace slag is discharged from a blast furnace that produces pig iron from coke and iron ore. Main components are silicon dioxide (SiO2) 33.6%, calcium oxide (CaO) 42%, aluminum oxide (Al2O3) 1.9%, magnesium oxide (MgO) 7.3%, etc. . Coal incineration ash includes clinker ash that has fallen to the bottom of the boiler and fly ash in which particles in the combustion gas are collected by an electric dust collector. Main components are 60 to 63% silicon dioxide (SiO2), 17 to 20% aluminum oxide (Al2O3), 3 to 8% calcium oxide (CaO), 4 to 13% ferric oxide (Fe2O3), etc. It has become.
図9は、箱型容器または箱型構造物の製造方法を示すフローチャートである。S1は、硫黄、高炉スラグ、石炭の焼却灰、及びタングステンまたは鉛の金属粉末を含むジシクロペンタジエンまたは硫酸バリウムの固化剤からなる配合物が、平均粒径2mm以下の粉末にされる段階である。S2は、この配合物が115〜150に加熱された状態で混練される段階である。S3は、配合物が鉄枠の型に流し込まれ、数時間の自然冷却の後、固化したら型から取り出される段階を示す。型には、箱型容器を成形する型、あるいは箱型構造物の矩形パネルを成形する型がある。鉄枠の型は、型に掘り込んだマークにより成形物に刻印ができる。 FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a box-type container or a box-type structure. S1 is a stage in which a compound comprising sulfur, blast furnace slag, coal incineration ash, and a solidifying agent of dicyclopentadiene or barium sulfate containing tungsten or lead metal powder is made into a powder having an average particle size of 2 mm or less. . S2 is a stage in which this compound is kneaded while being heated to 115 to 150. S3 indicates the stage in which the compound is poured into a steel frame mold and, after natural cooling for several hours, solidifies and is removed from the mold. The mold includes a mold for forming a box-type container or a mold for forming a rectangular panel of a box-type structure. The iron frame mold can be stamped on the molded product by the marks dug into the mold.
本実施例に示す箱型構造物2に使用した矩形パネル2aは、放射能で汚染された建物全体を遮蔽する遮蔽板としても使用することもできる。トンネルの形にして危険な場所を通過する回廊にすることもできる。
The rectangular panel 2a used in the box-
本発明は、強度があり、放射線の漏れ出る量が少なく遮蔽能力の高い放射性廃棄物を貯蔵する箱型容器及び箱型構造物、その製造方法として好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable as a box-type container and a box-type structure for storing radioactive waste having high strength, a small amount of radiation leakage, and high shielding ability, and a manufacturing method thereof.
1 箱型容器
1a 容器本体
1b 蓋
1c 脚
2 箱型構造物
2a 矩形パネル
2b 柱
2c 桟
2d 枠
2e 筋交い
10 地中貯蔵穴
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