JP6446608B2 - 氷盤密閉式燃料デブリ回収工法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉において溶融した燃料の回収工法と回収装置に関する。

２０１１年３月１１日東日本大震災により福島第一原発１号機から３号機まで炉心溶融した。
廃炉措置の第一段として溶融した燃料を回収することが急務となっている。現在、抜本的な工法が見いだされていない。

気中あるいは水中で溶融した燃料を回収する装置は研究レベルで進んでいるものの局部的であり、過程も断片的であり漏れを完全に留めていない為に除染してもすぐに汚染してしまい、隔離から回収までに至る全体を捉えた工法がない。現在、技術研究組合国際廃炉研究開発機構からこれらに代わる燃料デブリ撤去工法が公募されている。

炉心溶融した燃料を安全に回収する工法としては特許として当方が申請した「原子炉において溶融した燃料の回収工法」特願２０１４−３００３７がある。

本発明は燃料デブリに注水し、その上に冷却空気または冷却窒素を流し、水を凍結し、燃料デブリを氷の中に密封し、その氷上に下部が開放された容器を設置し、その容器底に付属させたヒーターを加熱し、周囲の氷を溶かしながら、下部が開放された容器を沈降させ、燃料デブリに達した後同じく容器底に付属させた冷却管を液体窒素などで冷却し、再度、容器の底部周囲の水を凍結させ、密封した作業空間を得、その容器内に設置した噴射ノズルから高温高圧蒸気、高温高圧空気又は液体窒素などの気体を燃料デブリに噴射し燃料デブリを粉砕し、急激に膨張した気体によって粉砕した燃料デブリを圧送管に送り収納容器に回収するものである。

事故時の爆発により格納容器は膨大な箇所において亀裂があると想定される中で燃料デブリから放射能を漏えいすることなく回収すること。

燃料デブリに水を張り、水面上に冷却空気や冷却窒素あるいは冷却炭酸ガスなどの気体を吹き付け、水を凍結させ，燃料デブリを冷却しながら氷の中に密封する。

燃料デブリの氷上に下部が開放された容器を設置し、その容器底に付属させたヒーターを加熱し、氷を溶かし、下部が開放された容器を沈降させ、同じく容器底に付属させた冷却管を液体窒素などで冷却し、再度、容器の底部周囲で溶けていた水を再度凍結させ、燃料デブリを回収することを目的に密封した作業空間を得る。

容器内に設置された噴射ノズルから高温蒸気、高温空気、又は液体窒素を燃料デブリに噴射し燃料デブリを噴射し粉砕した燃料デブリを圧送管に送り収納容器に回収する。

圧送した高温蒸気は水に溶かし、高温空気はフィルターを通し放射能を除去し大気に放出する。

原子炉格納容器及び原子炉圧力容器内から漏れている冷却水や原子炉格納容器の下部のコンクリートを凍結し、燃料デブリから放出されている気体、液体、及び固体の放射能の流出を止め、原子炉格納容器下部コンクリート内に周囲から侵入する地下水を阻止する。環境中に放出されていた放射能の放出がほとんどなくなる。

粉砕した燃料デブリは飛散することなく、膨張した気体によって圧送管を通じ、収納容器に輸送される。

図１は工法の全体イメージ図を示している。 図２は燃料デブリの回収装置を示している。 図３は工法の第１の手順の概要を示している。 図４は工法の第２の手順の概要を示している。 図５は工法の第３の手順の概要を示している。 図６は工法の第４の手順の概要を示している。 図７は工法の第５の手順の概要を示している。 図８は工法の第６の手順の概要を示している。 図９は工法の第７の手順の概要を示している。 図１０は工法の第８の手順の概要を示している。

図１は工法の全体イメージ図を示している。
原子炉格納容器２中にある原子炉圧力容器１から燃料デブリ５がペデスタル３内の床に落下している。燃料デブリ５を回収するために、まず、作業用床鉄板９を原子炉圧力容器２の上に設置する。作業用床鉄板９から原子炉圧力容器１原子炉格納容器２を貫通しペデスタル３に回収装置用菅通管１１やハンドリング用貫通管１２を設置する。
次に燃料デブリ５に水を張り、回収装置用菅通管１１やハンドリング用貫通管１２から冷却空気８をペデスタル３内に送り、水を凍らせる。燃料デブリ５を氷７内に密閉させる。
ハンドリングロボット２１により回収装置１３を氷７の上に設置する。
燃料デブリ５は燃料デブリ回収装置１３によって粉砕、圧送され、燃料デブリ収納容器２２に収納され、圧送した高温蒸気また高温空気や窒素などの気体はフィルター２３を通して放射性物質を除去し大気に開放または水に戻す。

図２は回収装置を示している。噴射ノズル１５から高温蒸気、高温空気、液体窒素などを燃料デブリに噴射し燃料デブリを粉砕し自らの膨張圧力によって圧送管１８に通し燃料デブリを原子炉圧力容器上部に配置した収納容器に回収するものである。噴射ノズル１５から高温高圧水、高温高圧空気、液体窒素が放出される。ＴＶカメラ１６を配置し遠隔監視する。線量計１７を装着する、粉砕された燃料デブリは膨張した気体により圧送管１８を通して回収される。噴射ノズル１５は鉛直用ノズルと水平用ノズルからなり、床面の燃料デブリに対して鉛直用ノズルが働き、壁面に付着溶融した燃料デブリに対しては水平用ノズルを働かせる。伸縮シリンダー２０によって上下に移動できる。電気ヒーター１９は回収装置が燃料デブリに接近するために燃料デブリの表面を覆っている氷を溶かすものである。液体窒素冷却管１４は内部に液体窒素を充填し、回収装置１３の底部の水を凍らせ、粉砕する燃料デブリを隔離するものである。

図３から図１０は回収工法の手順を示している。図３は作業用のハンドリング用貫通管１２及び回収装置用管通管１１を設置する手順を示している。図４は燃料デブリ５に水６を張る手順を示している。図５は、回収装置用菅通管１１やハンドリング用貫通管１２から冷却空気８をペデスタル３内に送り、水を凍らせ、燃料デブリ５を氷７内に密閉させる手順を示している。図６はハンドリングロボット２１により回収装置１３を氷７の上に設置する手順を示している。図７は電気ヒーター１９を加熱し、周囲の氷を溶かしながら、回収装置１３を沈降させる手順を示している。図８は燃料デブリ５に達した後液体窒素冷却管１４に液体窒素を充填し、再度、容器の底部周囲の水を凍結させ、密封した作業空間を得る手順を示している。図９はその作業空間内に設置した噴射ノズル１５から高温高圧蒸気、高温高圧空気又は液体窒素などの気体を燃料デブリ５に噴射し燃料デブリ５を粉砕し、急激に膨張した気体によって粉砕した燃料デブリ５を圧送管１８に送り収納容器に回収する手順を示している。図１０はハンドリングロボット２１が回収装置１３を持ち上げ次なる回収場所に移動する手順を示している。

危険物の除去にこの発明は利用可能である。

１．原子炉圧力容器
２．原子炉格納容器
３．ペデスタル
４．圧力抑制室
５．燃料デブリ
６．水
７．氷
８．冷却空気
９．作業用床鉄板
１０．燃料デブリ回収装置
１１．回収装置用貫通管
１２．ハンドリング用貫通管
１３．回収装置
１４．液体窒素冷却管
１５．噴射ノズル
１６．ＴＶカメラ
１７．線量計
１８．圧送管
１９．電気ヒーター
２０．伸縮シリンダー
２１．ハンドリングロボット
２２．燃料デブリ収納容器
２３．フィルター

Claims (2)

1. 燃料デブリの上に水を張り、水面に冷却空気や冷却窒素あるいは冷却炭酸ガスなどの冷却気体を吹き付け、水を凍結させ，燃料デブリを冷却しながら氷の中で密封することを特徴とする工法。
2. 燃料デブリの上に凍結した氷に下部が開放された回収装置を設置し、その回収装置底に付属させたヒーターを加熱し、氷を溶かし、回収装置を沈降させ、燃料デブリに接近した後に同じく回収装置底に付属させた冷却管を液体窒素などで冷却し、再度、回収装置の底部周囲の水を凍結させ、回収装置内を密封し、回収装置内から燃料デブリに水蒸気や液体窒素など噴射し燃料デブリを水蒸気や窒素ガスで保管容器まで圧送し、燃料デブリを回収すること目的に密封した作業空間を得ることを特徴とする工法。

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