JP6296276B2

JP6296276B2 - 放射性廃棄物の埋設処分施設

Info

Publication number: JP6296276B2
Application number: JP2013167098A
Authority: JP
Inventors: 石井　卓; 卓石井; 知成白石
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015034799A

Description

この発明は、放射性廃棄物を格納した格納躯体の移設が容易で高い修復性能を有する放射性廃棄物の埋設処分施設に関する。

原子力発電所の操業あるいは廃炉に伴って発生する放射性廃棄物は、比較的浅い深さの地中埋設施設に格納して埋設処分される。この埋設処分施設は、例えば非特許文献１によれば、コンクリートビット型の施設である。この埋設処分施設では、放射性物質が溶解した間隙水が施設外に漏出することを抑制するための人工バリアが設けられており、この人工バリアは、収着性を主たる機能とする領域、低拡散性を主たる機能とする領域、水の浸透量を抑制する難透水性を主たる機能とする領域が多重構造で存在していることが望ましいとされている。

また、非特許文献２によれば、このような地中埋設施設では事業の進展に沿って、段階的な安全性の管理が行われる。第１段階では埋設施設の躯体は埋設されていない状態であり、埋設設備からの排水及び監視が行われる。さらに、第２段階では埋設施設の躯体は覆土で覆われて埋設されるが、埋設設備からの排水及び監視が引き続き行われる。その後、埋設設備からの排水及び監視は実施せずに、主に周辺土壤等により放射性物質の漏出は抑制されて安全性が確保される。

特許第４８３５９２２号公報特許第４６２６８７３号公報特開２００９−２７４９１０号公報特開２０１３−１１５９７号公報

"埋設事業，埋設設備の構造"［online］、２００８年、日本原燃株式会社、［平成２５年８月６日検索］、インターネット＜http://www.jnfl.co.jp/business-cycle/llw/structure.html＞ "埋設事業，埋設後の段階管理"［online］、２００８年、日本原燃株式会社、［平成２５年８月６日検索］、インターネット＜http://www.jnfl.co.jp/business-cycle/llw/phase.html＞ "ダクタル"［online］、太平洋セメント株式会社、［平成２５年７月３１日検索］、インターネット＜http://www.taiheiyo-cement.co.jp/service_product/ductal/product.html＞

ところで、上述したように、第１段階及び第２段階の期間では監視が続けられる。ここで、埋設処分施設に不具合が生じた場合には、廃棄体を再度取り出して、埋設処分施設の不具合部分を修復し、その後、再び廃棄体を埋設処分施設に格納できることが望ましい。あるいは、埋設処分施設の場所が、処分の安全性の観点で不適であることが、後日判明した場合には、廃棄体を別の埋設処分施設に移設する必要が生じる。

しかしながら、上述した現状の埋設処分施設では、廃棄体の再度取り出しを前提とせず、廃棄体と、廃棄体を格納する施設躯体との間はモルタルで充填されているため、廃棄体の再取り出しは困難である。また、埋設処分施設では、廃棄体を格納する格納躯体の移設を前提とせず、永久設置の構造となっている。このため、格納躯体を含む埋設処分施設に不具合が生じた場合に、この不具合の修復が困難である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放射性廃棄物を格納した格納躯体の移設が容易で高い修復性能を有する放射性廃棄物の埋設処分施設を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、放射性廃棄物を地中に埋設処分する放射性廃棄物の埋設処分施設において、前記放射性廃棄物を格納する格納躯体が複数個、定置され、前記格納躯体は、吊り上げまたは積載台車によって前記定置位置から移動可能であり、前記格納躯体の外縁部には、前記格納躯体内の廃棄物格納空間を包み込むように低拡散性材が配置されることを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記廃棄物格納空間内であって、前記廃棄物格納空間に格納された放射性廃棄物あるいは放射性廃棄物を収納した廃棄体の間隙領域に収着性材を充填したことを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記収着性材は、破砕された材料または粒状体材料であることを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記格納躯体は、その外周がさらに金属板で覆われていることを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記複数個の格納躯体を定置して格納躯体を保護する埋設処分施設躯体の外周面あるいは内周面に沿って埋設処分施設躯体内部を囲むように覆う排水材が配置されたことを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記複数個の格納躯体が上部に定置され、内部に水の集水機構及び排水機構を有した床板構造体が設けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記埋設処分施設躯体内の前記格納躯体間の隙間を吸水膨張性粘土を主成分とする材料で充填することを特徴とする。

また、この発明にかかる放射性廃棄物の埋設処分施設は、上記の発明において、前記格納躯体の外縁部に配置される低拡散性材は、セメントと粉末状の酸化珪素及び／または珪砂を主成分とするモルタル材であり、かつ、混錬する水が水和反応に必要な量よりも少ないことを特徴とする。

この発明によれば、前記放射性廃棄物を格納する格納躯体は、吊り上げまたは積載台車によって定置位置から移動可能であり、前記格納躯体の外縁部には、前記格納躯体内の廃棄物格納空間を包み込むように低拡散性材が配置されているので、放射性廃棄物を格納した格納躯体の移設が容易であり、埋設処分施設の修復性能が向上する。

図１は、この発明の実施の形態１である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。図２は、図１に示した格納躯体の構成を示す水平断面図である。図３は、図１に示した格納躯体の構成を示す鉛直断面図である。図４は、図１に示した格納躯体の変形例の構成を示す水平断面図である。図５は、図１に示した格納躯体の廃棄物格納空間に廃棄物が直接格納される状態を示す説明図である。図６は、この発明の実施の形態２の格納躯体の構成を示す水平断面図である。図７は、図６に示した格納躯体の廃棄物格納空間に廃棄物が直接格納される状態を示す説明図である。図８は、この発明の実施の形態３の格納躯体の構成を示す水平断面図である。図９は、この発明の実施の形態３の格納躯体の構成を示す鉛直断面図である。図１０は、図８及び図９に示した格納躯体の定置作業または再取り出し作業の状態を示す説明図である図１１は、図８及び図９に示した格納躯体の埋設状態を示す断面図である。図１２は、この発明の実施の形態４である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。図１３は、この発明の実施の形態４である放射性廃棄物の埋設処分施設の変形例の概要構成を示す断面図である。図１４は、図１３に示した埋設処分施設における地下水の集水及び排水を説明する説明図である。図１５は、図１３に示した埋設処分施設における格納躯体からの漏水の集水及び排水を説明する説明図である。図１６は、この発明の実施の形態５である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。図１７は、図１６に示した埋設処分施設における雨水及び地下水の集水及び排水を説明する説明図である。図１８は、図１６に示した埋設処分施設における格納躯体からの漏水の集水及び排水を説明する説明図である。図１９は、この発明の実施の形態６である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。図２０は、この発明の実施の形態６の変形例である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。図２１は、格納躯体に水みちが生成される状態を説明する説明図である。図２２は、図１９に示した充填材の作用を説明する説明図である。図２３は、セメントと粉末状の酸化珪素及び／または珪砂を主成分とするモルタル材であり、かつ、混錬する水が水和反応に必要な量よりも少なくした低拡散性材を用いた場合の水みちの修復状態を説明する説明図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である放射性廃棄物の埋設処分施設の概要構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した格納躯体の構成を示す水平断面図である。さらに、図３は、図１に示した格納躯体の構成を示す鉛直断面図である。図１に示すように、埋設処分施設は、埋設空間１０１を形成する岩盤などの下部地盤１００上に、複数の格納躯体１が定置される。格納躯体１は、図２及び図３に示すように、内部に、複数の廃棄体３を格納する廃棄物格納空間２を形成し、複数の廃棄体が多段積みされている。廃棄体３は、放射性廃棄物がドラム缶などに詰められたものである。格納躯体１は、吊り上げまたは積載台車によって定置位置から移動可能である。また、格納躯体１は、例えば、コンクリートで形成され、その外縁部には、廃棄物格納空間２を包み込むように、モルタルなどの低拡散性材１ａが配置される。なお、格納躯体１そのものに低拡散性を期待できる場合、外縁部に低拡散性材１ａを配置しなくてもよい。非特許文献１に記載されたように、第１段階では、格納躯体１の排水や監視が行われ、その後、格納躯体１が定置された状態でベントナイトを混合したベントナイト混合土１０２によって覆土される。

各格納躯体１は、埋設前でも、埋設後であっても、各々が独立して放射線や汚染水の漏出を抑制する機能を有する。例えば、埋設前では、放射性廃棄物から出る放射線は、格納躯体１の遮蔽機能によって低く抑制される。このため、格納躯体１を埋設空間１０１に搬入して定置する作業のときに、放射線被爆の程度を低く維持できる。また、埋設後では、放射性廃棄物から出てくる汚染水は、格納躯体１の外縁部に設けた低拡散性材１ａを通過しなければ外部に漏出しない。なお、格納躯体１は、それぞれ独立した剛性の高い函体として存在するため、低拡散性材１ａは、温度変化や外力によるひび割れが発生しにくい。したがって、格納躯体１は、低拡散性を維持しやすい。

ここで、下部地盤１００の地盤条件の欠如や埋設処分施設の放射性物質漏洩抑止機能に不具合が生じた場合、格納躯体１を再度取り出して、別の埋設処分施設に移設することができる。また、格納躯体１を一時的に仮貯蔵し、埋設処分施設の不具合を修復してから、再び格納躯体１を定置することもできる。この結果、埋設処分施設の修復性能を向上させることができる。

なお、図１に示した格納躯体１の水平断面形状は、図２に示すように六角形であったが、これに限らず、水平断面形状は任意形状でよく、例えば、図４に示すように円形であってもよいし、四角形であってもよい。

また、図１に示した格納躯体１の廃棄物格納空間２には、一定の形状を有する廃棄体３が多段積みされていたが、これに限らず、図５に示すように、廃棄物格納空間２内に、様々な態様の雑多な廃棄物１３を直接格納してもよい。この場合、廃棄体３を多段積みする場合に比して容積効率を高めることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、図６に示すように、廃棄物格納空間２内であって、廃棄物格納空間２に格納された廃棄体３の間隙領域に収着性材４を充填している。収着性材４は、例えばセメント系材料である。

収着性材４は、収着性を有する固体とその間隙中を満たす水とが存在しており、放射性物質は、固相に一定割合で収着され、液相中に存在する放射性物質は、固相と液相とに分配される。この結果、収着性材４を充填することによって、放射性廃棄物の放射性物質の一部のみが水に溶解して漏出することになり、漏出量を抑制することができる。

また、廃棄物格納空間２内の廃棄体３の間隙領域に収着性材４を充填すると、格納躯体１は、独立した１つの剛体となるため、温度変化や外力によるひび割れが発生しにくくなる。この結果、格納躯体１は、低拡散性を維持しやすい。

なお、収着性材４は、破砕された材料または粒状体材料であってもよい。例えば、砂礫材料の粒状体や、セメントモルタルやガラスを破砕したものであってもよい。

この場合、上述したように、収着性材４は、放射性物質の漏出量を抑制することができるが、この抑制効果は、収着性材４の収着特性によって決まるとともに、固相と液相との重量比に比例する。したがって、収着性材４は、液相に対する固相の重量比が大きい方が抑制効果が大きいため、セメント系材料の方が好ましい。しかし、収着性材４に少数の貫通ひび割れが発生した場合、このひび割れを通過する水に重点的に放射性物質が溶出して格納躯体１外に漏出することが考えられる。この場合、漏出水中の放射性物質の濃度は、ひび割れ領域に限られた固相と液相との分配率に応じて大きくなる。

これに対し、収着性材４が、破砕された材料または粒状体材料である場合、放射性物質は、確実に、廃棄物格納空間２内に均質に分配されるため、廃棄物格納空間２内に存在する固相のすべての重量が収着性を発揮し、固相と液相との分配率に応じた放射性物質の漏出量を確実に抑制することができる。

また、収着性材４が、破砕された材料または粒状体材料である場合、収着性材４は、衝撃緩衝性を発揮し、格納躯体１の低拡散性材１ａに対して内部からの衝撃が作用しにくくなる。この結果、低拡散性材１ａは、比較的自由に温度変化に伴う膨張、収縮を行うことができ、内外からの衝撃によるひび割れが発生しにくくなる。なお、格納躯体１そのものに低拡散性を期待できる場合、外縁部に低拡散性材１ａを配置しなくてもよい。従って、格納躯体１は、低拡散性を維持しやすい。

なお、上述した実施の形態２では、廃棄物格納空間２内に廃棄体３を格納する場合を例にあげて説明したが、これに限らず、例えば、図７に示すように、廃棄物格納空間２内に雑多な廃棄物１３を直接格納する場合、この廃棄物１３の間隙に上述した収着性材４を充填すればよい。

（実施の形態３）
この実施の形態３では、図８及び図９に示すように、格納躯体１の外周をさらに金属板１ｂで覆うとともに、上部に吊り具１ｃを設けている。この金属板１ｂ及び吊り具１ｃは、例えば、鉄やステンレスなどである。

格納躯体１は、重量物となるので、移動させる場合には大掛かりな重機と、破損させないための注意深い操作とが必要である。しかし、この実施の形態３では、金属板１ｂに吊り具１ｃが取り付けることができるため、図１０に示すように、クレーン５による吊り上げ搬送が可能となる。したがって、クレーン５による吊り上げ搬送によって、埋設処分施設に対する格納躯体１の定置作業あるいは再取り出し作業が容易になる。

また、格納躯体１は、金属板１ｂによって補強された独立した剛性の高い函体となるため、低拡散性材１ａの破損もしくはひび割れの発生を生じにくくすることができる。

さらに、金属板１ｂは、容易に水密構造とすることができる。したがって、図１１に示すように、格納躯体１は、埋設された場合、腐食による欠陥が生じるまでの数十年間は放射性物質の漏出を防止することができる。

（実施の形態４）
この実施の形態４では、図１２に示すように、複数の格納躯体１を内部に定置して保護する埋設処分施設である埋設処分施設躯体６が配置され、この埋設処分施設躯体６の外周面あるいは内周面に沿って埋設処分施設躯体６内部を囲むように覆う排水材７が配置される。図１２では、埋設処分施設躯体６の外周面に排水材７が設けられ、図１３では、埋設処分施設躯体６の内周面に排水材７が設けられている。この排水材７は、水を通しやすい材質であり、例えば、多孔質のコンクリート（ポーラスコンクリート）層で形成される。なお、埋設処分施設躯体６の底部は、下部地盤１００上に形成された床板１０を有する。また、埋設処分施設躯体６内部には、その底部であって、排水材７が形成する排水路が接続される監視坑８を有する。

この排水材７を設けると、図１４に示すように、埋設処分施設躯体６内に浸入してくる地下水を監視坑８で集水し、排水することができるので、埋設処分施設躯体６内部にある格納躯体１に対して接触する地下水の量を抑制することができる。また、図１５に示すように、格納躯体１から発生する漏水を排水材７を介して監視坑８に集水し、排水することができるので、放射性物質の漏洩監視あるいは汚染している漏水処理を行うことができる。

（実施の形態５）
この実施の形態５では、図１６に示すように、複数の格納躯体１が上部に定置され、内部に水の集水機構及び排水機構を有した床板構造体２０が設けられる。床板構造体２０は、内部に監視坑２１が設けられ、この監視坑２１内に集水機構及び排水機構が配置される。集水機構及び排水機構の設置スペースを十分に確保するため、監視坑２１の底面積は、広い方が好ましい。このため、監視坑２１の床面積は床板構造体２０の床面積の１／２以上となるようにしている。また、床板構造体２０を、底板、側壁、天板による箱型躯体としている。

図１７に示すように、格納躯体１を埋設する前の段階では、降雨が直接触れる状況となる。埋設処分施設に浸入してくる雨水及び掘削面から湧出してくる地下水は、床板構造体２０の天板上面及び底板上面でそれぞれ集水して地上に排水することができる。この結果、埋設処分施設に水が溜まることがなくなり、放射性廃棄物に対する水の接触を抑制することができる。

また、図１８に示すように、格納躯体１を埋設した後の段階では地下水が関与するようになる。床板構造体２０は、格納躯体１から発生した漏水を集水し、地上に排水することができるので、放射性物質の漏洩監視を行うことができるとともに、汚染している漏水の処理を行うことができる。

（実施の形態６）
この実施の形態６では、図１９に示すように、埋設処分施設躯体６内の格納躯体１間の隙間を、ベントナイトなどの吸水膨張性粘土を主成分とする充填材９で充填している。充填材９は、ベントナイト、ベントナイトと砂礫土砂等との混合材、ベントナイト原鉱を破砕した材料（特許文献１，２参照）、またはベントナイトを高密度の球状体に作成したペレット（特許文献３，４参照）である。これらの充填材９は、自然落下によって狭い隙間に充填することができる。また、図２０に示すように、掘削した領域を埋める材料として、ベントナイトなどの吸水膨張性粘土を含む難透水性材料である充填材９を埋め戻し材料として使用し、この材料を格納躯体１間の隙間が充填されていてもよい。図２０では、充填材９の上部がさらに土砂などの覆土材１０３によって覆土されている。

吸水膨張性粘土を主成分とする材料は、難透水性であるため、埋設処分施設躯体６内に浸入してくる地下水は、格納躯体１に接触しにくくなり、放射性物質が地下水に溶出して漏出する量をさらに抑制することができる。

また、図２１に示すように、格納躯体１の低拡散性材１ａに貫通ひび割れが発生し、水みち３１となり、さらに長時間の変質劣化帯３２が水みち３１に沿って拡大し、かつ金属板１ｂが腐食した場合、図２２に示すように、変質劣化帯３２以外の部分は、低拡散性材１ａに覆われ、変質劣化帯３２は、難透水性の充填材９によって包まれているため、変質劣化帯３２を選択的に通過する漏出水による放射性物質の漏出量は抑制される。すなわち、充填材９は、低拡散性材１ａによる漏出抑制性能を補うことができる。

ここで、低拡散性材１ａは、セメントと粉末状の酸化珪素及び／または珪砂を主成分とするモルタル材であり、かつ、混錬する水が水和反応に必要な量よりも少なくしたものであることが好ましい。

この低拡散性材１ａとしては、例えばダクタル（登録商標）（非特許文献３参照）である。このダクタルは、水和反応に必要な水よりも少ない添加水で混錬して形成されるので、水和反応が未反応な材料が材料中に均質に分布している。したがって、図２３に示すように、埋設後にひび割れ４１が生じた場合、外からの地下水４３が浸入し、ひび割れ４１近傍の未反応のダクタル（登録商標）がその時点で水和反応を行って水和反応領域４１ａを形成し、ひび割れ４１を修復する。その結果、放射性物質の低拡散性は維持される。

なお、この低拡散性材１ａは、微粉状の酸化珪素とセメントとは緻密な構造となるため、低拡散性に優れている。また、この低拡散性材１ａは、曲げ強度にも優れるため、ひび割れの発生を抑制することができる。その結果、低拡散性が維持される。

また、上述した実施の形態の構成要素は、適宜組み合わせが可能である。

１格納躯体
１ａ低拡散性材
１ｂ金属板
１ｃ吊り具
２廃棄物格納空間
３廃棄体
４収着性材
５クレーン
６埋設処分施設躯体
７排水材
８，２１監視坑
９充填材
１０床板
１３廃棄物
２０床板構造体
３２変質劣化帯
４１ａ水和反応領域
４３地下水
１００下部地盤
１０１埋設空間
１０２ベントナイト混合土
１０３覆土材

Claims

放射性廃棄物を地中に埋設処分する放射性廃棄物の埋設処分施設において、
前記放射性廃棄物を格納する格納躯体が複数個、定置され、
前記格納躯体は、吊り上げまたは積載台車によって前記定置位置から移動可能であり、
前記格納躯体の外縁部には、前記格納躯体内の廃棄物格納空間を包み込むように低拡散性材が配置され、
前記格納躯体の外縁部に配置される低拡散性材は、セメントと粉末状の酸化珪素及び／または珪砂を主成分とするモルタル材であり、かつ、混錬する水が水和反応に必要な量よりも少ないことを特徴とする放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記複数個の格納躯体を定置して格納躯体を保護する埋設処分施設躯体の外周面あるいは内周面に沿って埋設処分施設躯体内部を囲むように覆う排水材が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記複数個の格納躯体が上部に定置され、内部に水の集水機構及び排水機構を有した床板構造体が設けられることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記廃棄物格納空間内であって、前記廃棄物格納空間に格納された放射性廃棄物あるいは放射性廃棄物を収納した廃棄体の間隙領域に収着性材を充填したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記収着性材は、破砕された材料または粒状体材料であることを特徴とする請求項４に記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記格納躯体は、その外周がさらに金属板で覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。
前記埋設処分施設躯体内の前記格納躯体間の隙間を吸水膨張性粘土を主成分とする材料で充填することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の放射性廃棄物の埋設処分施設。