JP6835318B2 - 使用済みイオン交換媒体を処理するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

[0001]著作権表示
本明細書には、著作権保護の対象となる資料が含まれている。著作権保有者は、誰であれ、米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に記載されているように本特許文書または本特許開示をファクシミリ複製することに異論を唱えないが、それ以外の場合は当該著作権に対する全ての権利を留保する。以下の通知を、以下に記載するようにソフトウェア、スクリーンショット、データに適用し、かつ本明細書の図面に適用し、無断複写、複製、転載を禁じる。

[0002]一実施例では、本開示は核廃棄物改善のための方法および装置に関し、かつ、密閉空間（容器およびタンク）から粒状媒体を取り出すために利用される機械的装置および技術に関する。

[0003]特定の放射性イオンを隔離して管理する能力は、清潔で安全で確実な放射性廃棄物管理に必要であり、同様にして安全で費用効果の高い原子力の使用に不可欠である。工程においては、多数のイオン交換廃水処理システムが存在する。これらのシステムの各々は、流入する廃水とのイオン交換を行うために利用される特殊媒体を収容するイオン交換（ＩＸ）容器を含む。経時的に、ＩＸ樹脂または媒体には捕捉されたイオンが装填され、もはや追加のイオンを捕捉することができなくなり、したがって流入する廃水を処理することができなくなる。軟水化システムおよび汚染水処理システムなどのいくつかのシステムは、媒体を復活させる何らかの方法で洗浄することによって容器内の媒体を再生して、追加のイオンの捕捉を可能にする。いくつかのシステム、特に放射性核種またはその他の有害化学物質を捕捉するシステムは再生されず、放射性核種または汚染物質が容器内の媒体上に留まり、容器数が累積するにつれて貯蔵および処分の問題となる。

[0004]詳細な説明の複雑さおよび長さを低減するために、出願人は、本明細書において以下の各番号付き段落で特定される以下の資料の全てを参照により明示的に組み込む。組み込まれた資料は、必ずしも「先行技術」であるとは限らず、出願人は、組み込まれた資料のいずれかの後に宣誓する権利を明らかに留保している。

[0005]２０１５年１０月９日付で出願された米国特許出願第６２／２３９，６６０号明細書、「放射性廃棄物および軽水システム内の原子炉水からトリチウムを分離するための新型トリチウムシステムおよび新型透過システム」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0006]２０１５年１２月２９日付で出願された米国特許出願第６２／２７２，６０４号明細書、「ジオメルト式電極封止」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0007]２０１４年６月２４日の優先日を伴い２０１５年６月２４日付で出願された米国特許出願第１４／７４８，５３５号明細書、「有害放射性同位体除去のための移動式処理システム」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0008]２０１３年５月３１日の優先権を伴い２０１４年６月２日付で出願された米国特許出願第１４／２９４，０３３号明細書、「水素同位体のための平衡閉ループ連続抽出処理」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0009]２００１年９月２５日の優先権を伴い２００１年３月２５日付で出願された米国特許第７，２１１，０３８号明細書、「処理すべき物質の溶融方法」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0010]２００１年９月２５日の優先権を伴い２００７年４月２７日付で出願された米国特許第７，４２９，２３９号明細書、「処理すべき物質の溶融方法」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0011]１９９６年６月２４日の優先日を伴い１９９６年６月２４日付で出願された米国特許第５，６７８，２３７号明細書、「廃棄物の現場でのガラス固化」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0012]２０００年５月４日の優先日を伴い２０００年５月４日付で出願された米国特許第６，２８３，９０８号明細書、「連続充填および逐次溶融による廃棄物のガラス固化」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0013]２００１年５月７日の優先日を伴い２００２年４月２５日付で出願された米国特許第６，５５８，３０８号明細書、「ＡＶＳ溶融処理」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0014]２００２年９月２７日の優先日を伴い２００３年９月２６日付で出願された米国特許第６，９４１，８７８号明細書、「新型ガラス固化システム２」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0015]出願人は、上記に組み込まれた物質が、背景を示す目的で、または最先端技術を示すために参照されるため、米国特許法施行規則１．５７条に従って「必須ではない」と考えている。しかし、審査官が、上記に組み込まれたいずれかの物質が米国特許法施行規則１．５７条第（ｃ）項（１）−（３）の意味において「必須物質」を構成すると考える場合、出願人は、規則で許可されているように本明細書を補正して、参照により組み込まれている必須物質を明確に列挙する。

[0016]本明細書で提示される態様および用途は、図面および詳細な説明において以下に記載される。特に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲における単語および句は、適用可能な技術分野の当業者にとって、平易で通常の常用的な意味を指すものとする。本発明者らは、必要に応じて、自らが辞書編集者となることができることを十分に認識している。発明者らは、自らが辞書編集者として、特に明示的に述べていない限り本明細書および特許請求の範囲における用語の平易で通常の意味のみを使用するように明確な語句選択を行い、さらに、その用語の「特別な」定義を明示し、平易で通常の意味との差異を説明する。「特別な」定義の適用を意図する明確な説明がない場合、発明者の意図および要望は、用語の単純で平易な通常の意味が本明細書および請求項の解釈に適用されることである。

[0017]発明者は、英文法の基本原則に関してもまた認識している。したがって、名詞、用語、または句がさらに特徴付けられるか、特定化されるか、または何らかの限定が意図されている場合、そのような名詞、用語、または句は、追加の形容詞、説明的用語、または他の修飾語を英文法の基本原則に従って明示的に含む。そのような形容詞、説明的用語、または修飾語が使用されていない場合、そのような名詞、用語、または句が、上記のような適用可能な技術分野の当業者にとって平易で通常の英語の意味を持つことを意図している。

[0018]さらに、本発明者らは、米国特許法第１１２条第６段落の特別規定の基準および適用について十分に情報が与えられている。したがって、詳細な説明、あるいは図面の説明、または請求項における「機能」、「手段」または「ステップ」という単語の使用は、何らかの形で米国特許法第１１２条第６段落の特別規定を行使して、本明細書に開示されたシステム、方法、処理、および／または装置を定義しようと意図するものではない。逆に、米国特許法第１１２条第６段落の規定を行使して実施例を定義するように意図する場合、請求項には、「ための手段」あるいは「ためのステップ」という正確な語句が具体的かつ明示的に述べられることになり、「機能」という言葉もさらに列挙されることになり（すなわち、「［機能内容を記載］の機能を実行するための手段」を記載することになり）、その機能をサポートする構造、物質または作用をそのような語句に記載することはない。したがって、請求項に「…の機能を実行するための手段」、あるいは、「…の機能を実行するためのステップ」を列挙されている場合であっても、請求項に、手段またはステップ、または列挙された機能の実行をサポートする任意の構造、物質または作用が列挙されている場合には、発明者らは、米国特許法第１１２条第６段落の規定を行使しないことを明確に意図している。さらに、米国特許法第１１２条第６段落の規定を行使して請求項記載の実施例を定義する場合であっても、実施例は、好ましい実施例に記載された特定の構造、物質または作用にのみ限定されるものではないが、以上に加え、代替の実施例または形態で説明されているような請求項記載の機能を実行するような、または、請求項記載の機能を実行するための現在周知のまたは将来開発される同等の構造、材料、あるいは作用である、あらゆる全ての構造、物質または作用を含むものとする。

[0019]本明細書に開示されたシステム、方法、処理および／または装置のより完全な理解は、以下の例示的な図面に関連して考慮される場合に詳細な説明を参照することによって導かれてもよい。図面において、同様の参照番号は、図面全体にわたる同様の要素または動作を指している。現在好ましい実施例が添付の図面に示されている。

ＩＣＶ（容器内ガラス固化）処理施設の等角図である。 使用済ＩＳＭを安定ガラスに変換するために提案されたＩＣＶ処理を示すプロセス図である。 ＩＣＶ容器の一例を示す図である。 中間貯蔵施設の暗渠における例示的なＩＣＶ容器構成を示す図である。 ＩＳＭ（イオン特殊媒体）容器処理場の等角図である。 ＩＳＭ容器上の中央フランジの上部から小口径の圧抜き管をせん断することを示す図である。 ＩＳＭ容器の中央フランジの上に設置されたウォータージェット装置を示す図である。 中央フランジ切断中のウォータージェット装置を示す図である。 切断された中央フランジをＩＳＭ容器から取り除くウォータージェット装置を示す図である。 中心コアの試料採取の一例を示す図である。 ＩＳＭ容器の上部に取り付けられた真空装置を示す図である。 真空装置の吸引ヘッドの詳細を示す正面図である。 真空装置の吸引ヘッドの詳細を示す背面図である。 容器から媒体を取り出す吸引ヘッドおよび噴出口を示す図である。 容器の底部から媒体を取り出す吸引ヘッドおよび噴出口を示す図である。 樋流しシステムを使用してＩＳＭ容器からＩＸ媒体を取り出すための実施例を示す図である。 空気式輸送システム、ＩＣＶ容器、および溶融区域を示す図である。 １２００℃でのＮａ２Ｏ、ＣａＯおよびＢ２Ｏ３についてＫｕｒ−Ｈ、Ｋｕｒ−ＥＨおよびＩＯＮＳＩＶ ＩＥ−９６のバリオグラムを示す図である。 ５０トンの溶融物のガラス冷却曲線を示す図である。 ジオメルトガラス固化生成物対ハンフォード基準の溶融ガラスの蒸気水和試験結果を示す図である。 廃棄物パッケージの放射線量率を示す図である。

[0041]図面における要素および動作は、簡略化のために例示されており、必ずしも任意の特定のシーケンスまたは実施例に従うものではない。

[0042]以下の説明において、および、説明の目的のために、多数の特定の詳細、処理持続時間および／または特定の式値は、例示的な実施例の様々な態様の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、本明細書の装置、システム、および方法は、これらの特定の詳細、処理持続時間、および／または特定の式値を要することなく実施されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。本明細書の装置、システム、および方法の範囲から逸脱することなく、他の実施例を利用することができ、構造的および機能的変更を行うことができることを理解されたい。他の例では、既知の構造および装置は、例示的な実施例を不明瞭にすることを回避するためにより一般的に示されまたは考察される。多くの場合、操作の説明は、特に動作がソフトウェアで実施される場合に様々な形態を実施することができるように十分に行われている。開示された実施例を適用してもよい多くの異なる代替構成、装置および技術が存在することに留意されたい。実施例の全範囲は、以下に説明する例に限定されない。

[0043]例示された実施例の以下の例では、その一部を構成し、かつ、本明細書に開示されたシステム、方法、処理、および／または装置を実施してもよい様々な実施例を例示として示す添付の図面を参照する。範囲から逸脱することなく、他の実施例を利用することができ、構造的および機能的変更を行うことができることを理解されたい。

[0044]イオン交換水の抽出
本明細書の一実施例では、空気式取り出しシステムと組み合わせた真空乾燥システムを統合して、さらなる汚染廃棄物安定化のために、使用済イオン交換容器から乾燥粒状イオン交換（ＩＸ）媒体を取り出すための方法が提示されている。この方法は自動化されており、作業者の安全性を高めるために遠隔操作が可能である。この方法では、ガラス固化などのさらなる最終安定化処理のために、使用済ＩＸ媒体を調製して回収してもよい。

[0045]長期処分廃棄物形態の代表格は、汚染物質のガラスからの非常に低い浸出性に起因するガラスである。このように、本明細書に開示されるシステムおよび方法では、使用済イオン交換（ＩＸ）媒体、および、ガラス物質の自己遮蔽に起因する体積および放射線量の両方の考慮を少なくするガラス固化廃棄物形態の長期処分用の容器を準備する。この方法にはさらに、密閉容器またはタンクから湿潤粒状媒体の脱水および取り出しに対する有用性がある。この方法は過剰な水を除去し、使用済イオン交換媒体を格納容器内に静止させたまま乾燥させ、その後、同じ装置を使用して、ガラス固化のようなさらに長期間の安定化のために乾燥媒体を空気圧で抽出する。したがって、米国特許第７，２１１，０３８号明細書、米国特許第７，４２９，２３９号明細書、米国特許第５，６７８，２３７号明細書、米国特許第６，２８３，９０８号明細書、米国特許第６，５５８，３０８号明細書、および米国特許第６，９４１，８７８号明細書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0046]この概念では、使用済イオン交換（ＩＸ）媒体は現在の貯蔵容器から取り出され、かつ、容器内ガラス固化（ＩＣＶ（商標））容器または移動式ガラス固化システム（ＭＶＳ（商標））のいずれかに供給され、次いで、非常に耐久性のあるガラス固化廃棄物形態に変換される。この概念の処理容器は、貯蔵容器としても機能してもよい。いくつかの実施例では、４つのＩＳＭ容器の内容物を各ＩＣＶ容器内で処理してもよい。いくつかの実施例では、合計で４つの完成したＩＣＶ容器を、１６個のＩＳＭ容器の等価媒体が各暗渠に収容されるような既存の中間貯蔵施設の暗渠のうちの１つに収めてもよい。他の実施例は、暗渠の寸法、貯蔵容器の寸法、位置の寸法、収容される媒体の量などの条件に応じて、多少の媒体を収容してもよい。

[0047]本明細書では、既存の装置および設備を収容する一方で接触時に１ｍＳｖ／ｈｒ以下の現場の放射線量目標も順守する方法を開示する。ＳＩ単位系では、ミリシーベルト（ｍＳｖ）は、「米国においてラドンを除く、１年間の個人に対するバックグラウンド放射線量の平均蓄積」として定義されている。１ｍＳｖは、１ミリグレイ（ｍＧ）の放射線に曝露することによって生成される放射線量である。

[0048]以下の利点により、短期的および長期的な利点を提供しながら、コスト効果が高く安全な方法を提供して使用済（汚染された）ＩＸ樹脂またはＩＸ媒体を処理することができる。
・体積の削減−ガラス固化は、現在処理されていない廃棄物在庫と比較して、かなりの量の廃棄物を削減することができる。
・現場の放射線量削減−高密度で濃縮されたガラス廃棄物形態は自己遮蔽体を提供し、かつ、遮蔽体をより効果的に使用するのに役立ち、接触時の現場の放射線量目標である１ｍＳｖ／ｈｒ以下を超えることなく、かなり多くの放射性物質を既存の各中間貯蔵施設の暗渠に貯蔵することを可能にする。
・優れた廃棄物形態−ガラス固化生成物は、グラウトおよび他の代替物に対する浸出抵抗性および耐久性が優れている安定した最終廃棄物形態である。記載された方法は、ほとんどの国で放射性廃棄物について定められた廃棄物形態の基準を満たしているか、または超えている。最終廃棄物パッケージは、現場の貯蔵要件の現行の設計に準拠しているが、将来必要が生じた場合に現場外に輸送することも可能である。
・コスト削減−ライフサイクルコストの削減は、廃棄物パッケージの監視（水素排出など）を行わない、および、ガラス固化生成物が任意の最終廃棄物処分基準を満たすべきであるため廃棄物のさらなる安定化を行わないなど、中間貯蔵施設容量の要件が低減されるために達成される。
・広範な適用性−ガラス固化は、使用済ＩＸ（イオン交換）媒体、樹脂、スラッジに非常に適しており、同様に、燃料デブリおよび解体廃棄物などの他の廃棄物流にも適用可能である。同じ設備では、これらの廃棄物を処理の最小限の変更のみで処理することができる。

[0049]一実施例では、開示されたシステムおよび方法は、放射性廃棄物および水素生成廃棄物の安全な処理を提供する一方で、作業者および環境を現行の放射線障害から保護し、現在および将来の現場の貯蔵庫要件に準拠した高品質の廃棄物形態を生成する（将来の再処理の必要性を緩和する）。ＩＣＶ処理は、接触操作されて維持される施設に首尾よく展開され、厳重に遮蔽されたホットセルの機能を必要としない場合がある。

[0050]システムおよび処理の概要
本明細書で開示されるシステムおよび方法の適切な説明のために、同じ段落内の複数の図を参照することによっていくつかの実施例を説明することが必要な場合がある。それに応じて、図について述べる。

[0051]図１は、ＩＣＶ処理施設１（本明細書ではジオメルト処理施設とも呼ばれる）の一実施例を示している。本開示の実施例では、ジオメルトという用語は、ガラス固化の原理に基づく処理、すなわち汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物が形成される処理を記載している。図示されたＩＣＶ処理施設１は、ＩＣＶ処理区域５１５、ＩＸ媒体処理システム５１０、ＩＣＶ冷却５２０、ＩＳＭ容器処理３００、およびオフガス処理システム５６０を含む。使用済ＩＳＭ容器１００は、処理のために貯蔵庫から輸送される。いくつかの実施例では、ＩＳＭ容器１００は局所遮蔽格納容器２００で輸送される。ＩＳＭ容器１００はＩＳＭ容器処理区域３００内へ移送されて、ＩＸ媒体取り出しのために準備される。

[0052]空のＩＣＶ容器４００ａは、貯蔵庫または容器準備区域から輸送される。いくつかの実施例では、ＩＣＶ容器４００ａは、ＩＣＶ処理施設１を通る簡単な輸送のためのレール３５２を含むことができる輸送システム４１６上に配置される。ＩＸ媒体は、ＩＳＭ容器１００から取り出され、ＩＸ処理システム５１０内へ移送され、ＩＸ媒体は、ガラス固化の効率を高めるために添加剤と混合することができる。いくつかの実施例では、１つ以上の添加剤と混合されたＩＸ媒体は、空のＩＣＶ容器４００ｂへ移送される。次いで、ＩＸ媒体は、容器４００ｂ内でガラス固化されてもよい。ガラス固化が実行されている際、ＩＣＶ容器４００ｂ内の物質が減容するので、ＩＣＶ容器４００ｂが満杯になるまで処理の間にＩＸ媒体を添加してもよい。

[0053]ＩＣＶ処理区域５１５では、充填されたＩＣＶ容器４００ｃは、ＩＣＶ冷却区域５２０へ移送され、貯蔵庫へ移送される前に冷却される。冷却されたＩＣＶ容器４００ｄは、処理の完了時に貯蔵庫へ移送される。ＩＣＶ処理施設１の様々な処理を通して、オフガスは、オフガス処理システム５６０によって移送されかつ処理されてもよい。

[0054]廃棄物の取り扱いおよび処理動作は、移動式であってもよく、またはプレハブ式の金属建物のような常設の設備で実施してもよい。図１は、プレハブ式の金属建物における処理動作の一実施例を示している。図示の実施例では、建物は、処理装置および基本的な設備関連機能を天候から保護し、この基本的な設備関連機能には、処理、入出荷ドック、ＩＳＭ容器１００を扱う巻上装置を介してＩＣＶ容器４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄを移動させる輸送システム４１６、および保守管理支援作業などのユーティリティが含まれる。

[0055]中央制御室（図示せず）は、動作の監視および制御を提供してもよい。代替的に、監視および制御の動作は、遠隔地で実行されてもよく、または移動可能であってもよい。さらに、監視および制御の動作は、施設内の動作、遠隔の動作、および移動式の動作のうちの１つ以上の組み合わせであってもよい。

[0056]図２は、図１の実施例に示したようなシステムを使用して、使用済ＩＳＭを安定ガラスに変換するためのＩＣＶ処理を示すフロー図を示している。図２に示される処理の実施例におけるステップは、一般的には以下の通りである。
・ＩＳＭ容器を処理施設へ移送する、ステップ２０１０
・容器のフランジを取り外す、ステップ２０２０
・汚染ＩＸ媒体を乾燥させて容器から回収する、ステップ２０３０
・ＩＸ媒体をＩＣＶ処理区域へ移送する、ステップ２０４０
・ＩＸ媒体をガラス形成剤である添加剤と混合する、ステップ２０５０
・ＩＸ媒体をＩＣＶ容器へ移送する、ステップ２０６０
・溶融ＩＸ媒体をガラス形成剤と混合する、ステップ２０７０
・ＩＣＶ溶融物を冷却する、ステップ２０８０
・ＩＣＶ容器を貯蔵庫へ移送する、ステップ２０９０

[0057]追加の処理が含まれてもよい。処理は、他の順序で実行されてもよい。図示の処理の実施例の各ステップを、以下でさらに詳細に説明する。

[0058]この概念は、直接的で単純な方法を提供して、使用済ＩＸ媒体を高品質で安定したガラス固化廃棄物形態に変換する。使用済ＩＸ媒体と添加剤（本明細書では「フリット」、「ガラス形成剤」および「ガラス化学修飾剤」とも呼ばれる）との混合物の溶融は、ＩＣＶ容器内で起こる可能性がある。いくつかの実施例では、ＩＣＶ容器は遮蔽されている。ＩＣＶ容器は、処理および廃棄物中の放射性核種のための閉じ込め境界を提供し、かつ、放射線量率を緩和して、追加の遮蔽体を提供する施設の必要性を低減する遮蔽体を提供する。いくつかの実施例では、ＩＳＭ容器処理区域３００は、容器１００を受け取り、容器１００が開放されるときに容器１００を保持する能力を提供する。いくつかの実施例では、ＩＳＭ処理場区域３００は、一度に４つの容器を受け取るが、他の数量も可能である。ＩＸ媒体は、取り出されて、空気式輸送システムを介してＩＣＶ容器に供給されてもよい。いくつかの実施例では、スキッドが取り付けられたオフガスシステムは、ＩＣＶ処理５１５およびＩＸ媒体の容器処理場区域３００からのガス状流出物を処理する。ＩＣＶ容器冷却区域５２０は、容器４００ｃを中間貯蔵施設へ出荷する準備が整うまで容器４００ｃを保持するために設けられる。

[0059]図３は、外部遮蔽体４５７、耐火物ライニング４３１、供給ポート４１１、始動経路（図示せず）、電極４２１、および蓋（組み込みフード）４５８を含むＩＣＶ容器４００の一実施例を示しており、このＩＣＶ容器４００は、ＩＣＶ容器準備区域内で組み立てられてもよい。いくつかの実施例では、耐火物ライニング４３１は、異なる物質の１つ以上の層を含んでもよい。いくつかの実施例では、外部遮蔽体４５７は鋼鉄である。いくつかの実施例では、（いくつかの実施例ではガラスフリットおよび片状黒鉛を含む）適度な導電材料の混合物を含んでもよい始動経路を、基部となる一次耐火物層４３１の上部に設置してもよい。電極４２１は、始動経路内に設置されて、ＩＣＶ容器の蓋４５８が設置されるまで定位置に保持される。いくつかの実施例では、電極４２１は黒鉛から構成される。いくつかの実施例では、電極４２１の直径は１５０ｍｍである。いくつかの実施例では、２つ以上の電極４２１を利用することができる。蓋４５８（組み込みフード）の一機能は、処理オフガスを収容してオフガス処理システム５６０（図１）に導くことである。蓋４５８は、電極４２１とＩＣＶ容器４００との間に電気絶縁を提供しながら、電極４２１を始動経路と接触させた状態に維持する電極の貫通／遮断部４１５アセンブリを含んでもよい。いくつかの実施例におけるＩＣＶ容器４００は、図４に示すように、４つのＩＣＶ容器４００が各中間貯蔵施設の暗渠６００に収まるように設計してもよい。いくつかの実施例では、各ＩＣＶ容器４００は、約４トンのガラスを収容してもよい。

[0060]プロセス危険分析は、各施設ごとに少なくとも１回、定期的に、または断続的に実行して、処理の安全性を確保することができる。プロセス危険分析の焦点領域は、使用済ＩＳＭの回収および移送、ＩＣＶ容器内での処理、およびオフガス処理を含んでもよい。以下の要素は、処理の安全性を高めることに関連している。
・ガラス固化されたＩＣＶ容器４００からの放射線量は、好ましくは、中間貯蔵施設で現在管理されている遮蔽ＩＳＭ容器からの現在の放射線量以下である。
・現場の放射線量目標は、１ｍＳｖ／ｈｒ未満であってもよい。
・ＩＳＭの移送は、真空システムおよび／または重力システムを使用してもよく、加圧システムからの危険性を排除することができる。
・ＩＣＶ容器４００の寸法は、中間貯蔵施設のクレーンの能力内に留まるように選択されてもよく、落下危険性を排除または低減することができる。
・以前に特定されたものと同様の制御法を適用してもよく、作業者、公衆、および環境に対する保護を提供することが期待できる。
・定められたオフガス技術を適用してもよい。

[0061]図１のさらなる説明では、一般的な貯蔵施設は、設置方法のステップを逆の順序で原則的に実行して、ＩＳＭ容器１００を取り外してジオメルト処理施設１への輸送用車両に配置することによってＩＳＭ容器アセンブリ（遮蔽体を含む）１００を回収するために、３０トンの橋形クレーンを使用する。ＩＳＭ容器アセンブリ１００は、遮蔽体を含むＩＳＭ容器１００である。ＩＳＭアセンブリ１００は、本明細書では、遮蔽ＩＳＭ容器１００、およびＩＳＭ容器１００とも呼ばれる。いくつかの実施例では、ジオメルト処理施設１は、同時に２つ以上のＩＳＭ容器１００を取り扱うことができる。ＩＳＭ容器１００を１つずつ回収すること、これに対してＩＳＭ容器１００を同時に２つ以上回収することは、輸送用の遮蔽体２００、処理能力、および輸送能力に依存する。いくつかの実施例では、既存の輸送用架台を使用するために、いくつかの実施例における使用済ストロンチウム（Ｓｒ）のＩＳＭ容器１００を１つずつ取り出してもよい。既存の輸送用の遮蔽体２００の使用により、輸送中のＩＳＭ容器１００の安定性を提供することができる。いくつかの実施例では、ＩＳＭ容器１００の準備を中間貯蔵施設で行って、コンクリート暗渠遮蔽体を利用してもよい。

[0062]いくつかの実施例では、本明細書に記載された１つ以上の処理は、移動式またはモジュラー式であってもよく、例えば、２０１４年６月２４日の優先日を伴い２０１５年６月２４日付で出願された米国特許出願第１４／７４８，５３５号明細書、「有害放射性同位体除去のための移動式処理システム」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0063]ＩＳＭ容器処理場
図５を参照して（適切な説明は、上述の図１を参照した説明により補われる）、使用済ＩＳＭ容器および／またはアセンブリ（遮蔽体を含む）１００を暗渠から回収して輸送ユニット３７４に配置してもよい。次に、ＩＳＭ容器１００は、ＩＣＶ処理施設１（本明細書ではジオメルト施設と呼ばれることが多い）に輸送されてもよい（図１）。ＩＣＶ処理施設１（図１）では、移動式天井クレーンおよび／またはリフト装置３７５を使用して、ＩＳＭ容器および／またはアセンブリ（ＩＳＭ容器）１００を取り出し、それらをＩＳＭ容器処理場３００に配置してもよい。図示のＩＳＭ容器処理場３００は、４つのＩＳＭ容器アセンブリ１００を同時に取り扱うための空間を含む局所遮蔽格納容器２００を有する。いくつかの実施例では、局所遮蔽格納容器２００を、異なる数のＩＳＭ容器１００のための寸法にしてもよい。

[0064]いくつかの実施例では、クレーンまたは他のリフト装置３７５は、１つ以上のＩＳＭ容器１００をレール３５２上の場所に配置して、後続の処理のためにＩＣＶ処理施設１（図１）のＩＳＭ容器処理場３００に搬送してもよい。ホース１２０は、ＩＳＭ容器１００のために現在使用されている脱水場と同様に、乾燥のために空気マニホルド３５０に接続されてもよい。遮蔽ＩＳＭ容器１００の場合、遮蔽蓋は、ＩＳＭ容器１００の上部への接近を可能にするために取り外されてもよい。使用済ＩＳＭ容器１００は、製造会社、製造年月日、および他の変数に応じて異なる設計を有してもよい。このように、処理場区域３００は、柔軟な設計を利用して、柱間内の多様な容器形状を取り扱ってもよく、および／または、追加の柱間または異なる容器に特有のエンドエフェクタを有するように拡張してもよい。

[0065]フランジの遠隔切断および取り外し
ここで図６Ａ〜図６Ｄを参照して（適切な説明は、図５および図１を参照することで補われる）、遮蔽蓋１２１（図５）を取り外してＩＳＭ容器１００の上部への経路を提供してもよい。いくつかの実施例では、ジオメルト処理施設１（図１）に配置された橋形クレーンまたは他のリフト装置を使用して、遮蔽蓋１２１（図５）を取り外してもよい。ＩＳＭ容器１００の上部が露出した状態で、中央フランジ１５０の上部に接続された圧抜き管１１６を切断することが必要な場合がある。図６Ａに示すようないくつかの実施例では、この切断は、荷重平衡装置ホルダから吊り下げられてもよいせん断工具１４０を使用して行われる。リーチが長い工具またはマスタスレーブマニピュレータ（ＭＳＭ）を使用してせん断工具１４０を操作してもよい。この小口径の管１１６を取り外すには、２つの切断部が必要になる場合がある。せん断は、切断部に対して改善された制御を提供して危険性を低減する。ウォータージェット切断方法および鋸切断方法のような、本明細書に記載された方法からの他の方法もまた、小口径の管１１６を取り外すために利用してもよい。フランジ１５０上の小口径の管１１６が取り外された後、中央フランジ１５０を取り外すための工具を取り付けることができる。図６Ｂに示す実施例では、切断装置はウォータージェット１６０である。他の切断方法も考えられる。装置１６０は、装置１６０をフランジ１５０の上に下ろす頭上型の架台（図示せず）から配置されてもよい。

[0066]図６Ｂから図６Ｄに示すウォータージェット切断システム１６０を使用して、加圧された混合物１６２（一般的には水およびガーネット）を使用して上部ＩＳＭ容器のフランジ１５０を「切断」してもよい。切断装置１６０は、クランプ機構１１３の一方の脚部上にウォータージェットヘッド１５８を有する。図示の実施例では、切断中に装置１６０全体が回転して、スタブ管１１４をフランジ１５０の下に分離する。ウォータージェット切断装置１６０と対向するクランプ１１３は、いくつかの実施例では、炭化タングステンからなるプレート１１２を含んでもよく、切断部を出る任意の残りの水１６２を分散させることができる。このプレート１１２は、周辺の他の部分の不慮の切断を防止する役割を果たす。限られた量の水のほとんどは、一般的には、ＩＳＭ容器１００と遮蔽体１１５との間の領域であるＩＳＭ容器遮蔽体の環状空間に集められる。いくらかの水がＩＳＭ容器１００に入ることがある。切断中に、ＩＳＭ容器１００の内部に小さな吸引力を加えて、ＩＳＭ容器１００が破損するとＩＳＭ容器１００内に空気が流れて、汚染物質が漏出しないようにすることができる。

[0067]本明細書に示されたこの概念は、特定のＩＳＭ容器１００の型について詳細に図示されており、わずかに変更された工作機械器具設備を用いる同じ基本的な方法を、他のＩＳＭ容器１００の型および寸法に使用することができる。

[0068]クランプ１１３は、切断中に装置１６０を固定してもよい。切断が完了すると、クランプ１１３は、図６Ｄに示すようにフランジ１５０をさらに把持して取り外してもよい。いくつかの実施例では、フランジ１５０は、分離されるかまたは、ウォータージェット切断システム１６０の一部として含まれてもよい工具を使用して回収されてもよい。フランジ１５０が取り外されると、使用済ＩＸ媒体を乾燥させるために、一時的なカバーをノズル開口（出口）１６１上に配置してもよい。

[0069]処理前の使用済イオン交換媒体の試料採取
図７を参照して（適切な説明は、上述の追加の図を参照することで補われる）、回収およびガラス固化の前にＩＸ媒体１６６の物理的試料を採取することが必要な場合がある。ＩＸ媒体１６６の分析は、以前の分析／放射線量情報を確認し、かつ、容器の放射線量負荷の最適化／均衡化を可能にするために必要な場合がある。試料採取具１５９は、内部オーガを含む小口径の管を含んでもよい。試料採取具１５９は、必要であれば、ＩＳＭ容器１００の全高まで掘り下げてＩＸ媒体１６６を完全な垂直形状で回収してもよい。試料採取具１５９は、ウォータージェット１６０（図６Ｂ〜図６Ｄ）または真空装置７０５（図８Ａ〜図８Ｃ）と同様に、ＩＳＭ容器１００の上端から配置されてもよい。試料コアは、試料採取具１５９の内部から抽出され、試料移送チューブに入れられ、放射能分析試験または他の分析のために送られてもよい。

[0070]使用済イオン交換媒体の乾燥
ＩＳＭ容器のフランジ１５０が取り外されると、ＩＸ媒体１６６を乾燥させる前に、一時的なカバーをノズル開口１６１上に設置してもよい。これは、施設１（図１）への乾燥ＩＸ媒体１６６の可能性のある散布を軽減するために、および、加熱された乾燥空気をＩＳＭ容器１００を介して引き出すことができるようにＩＳＭ容器１００を遮蔽するために行われる。ＩＸ媒体１６６の乾燥は、空気マニホルド３５０（図５）からＩＸ媒体１６６を通る乾燥空気を真空加熱下で引き出すことによって達成されてもよい。空気の流れは、通常の水流の方向（すなわち、上から下へ）に存在する。ＩＳＭ容器１００の出口１６１では、空気の湿度が測定されて、ＩＳＭ容器１００内の遊離水の存在が示される。遊離水が存在する場合、ＩＳＭ容器１００の底部付近にあると予想される。ＩＳＭ容器１００の出口は、湿度プローブを備えていてもよい。ＩＸ媒体１６６の乾燥度は、入口空気湿度値と出口空気湿度値とを比較することによって決定されてもよい。これらの値が等しい場合、ＩＸ媒体１６６は乾燥していると決定される。他の方法を使用して、ＩＸ媒体の水分含量を決定してもよい。

[0071]使用済ＩＸ媒体の回収
使用済ＩＸ媒体１６６に対して目標の乾燥度が達成されると、ノズル開口１６１上の一時的なカバーを取り外して、ＩＳＭ容器１００の内部への接近を可能にしてもよい。

[0072]図８Ａ〜図８Ｃに示す実施例では、乾燥した使用済ＩＸ媒体１６６の回収は、いくつかの実施例では負圧である空気式の真空システム７０５を使用して達成される。真空回収装置７０５は、ＩＳＭ容器１００の上部に取り付けられてもよい。いくつかの実施例では、ＩＳＭ容器１００の上面に嵌合してＩＳＭ容器１００の上面を遮蔽してもよい。次いで、真空装置７０５内の中央の真空チューブを、乾燥ＩＸ媒体１６６内へ落とし込むように配置してもよい。ＩＸ媒体１６６は、遠隔マニピュレータアームの端部のエンドエフェクタによって真空引きされて、サイクロン式分離器または当技術分野で知られる他の分離技術を使用して、乾燥ＩＸ媒体１６６を空気流から分離する受器ユニット（図示せず）へ移送されてもよい。受器ユニットは、遮蔽され、かつ（放射線量を制御して据え込み状態からの危険性を最小限に抑えるのに役立つように）存在する材料の量を制限するような寸法にされてもよい。受器ユニットは、オフガス処理システム５６０（図１）に空気を排出する前に、塵状物質を捕集する１つ以上のフィルタを備えてもよい。いくつかの実施例では、送風機を介して空気を排出してもよい。濾過は、いくつかの実施例では、使用時にＩＣＶ容器４００（図３）内の処理に適合する高圧ＨＥＰＡフィルタなどのフィルタによって達成されてもよい。

[0073]図８Ａ〜図８Ｃの実施例では、真空装置７０５の上部は、回転ユニオン３７５および真空出口３３１である。これにより、真空装置７０５は、真空出口３３１を回転させることなく回転することができる。移動は、真空装置７０５を回転させる回転駆動機構３６０と、１組のスクリューで真空装置７０５を上下に駆動する垂直駆動機構３６５とによって制御される。また、駆動機構の下には、混気噴出口７５０（図８Ｂ）に供給する加圧空気用の回転ユニオン３７０がある。

[0074]図示の実施例における真空装置７０５の端部は、吸引ヘッド７０１である。吸引口７１１は、吸引ヘッド７０１の一方の側に配置され、他方の側には、加圧空気噴出口７５０が配置される。いくつかの実施例では、３つの加圧空気噴出口７５０が存在する。これにより、物質は、一方の側の吸引ヘッド７０１に引き込まれて、他方の吸引ヘッド７０１に吹き飛ばされる。ＩＳＭ容器１００は一般的には円形であるので、この空気の流れはＩＳＭ容器１００の一方の側から装置７０５の吸引側にＩＸ媒体１６６を循環させる。空気噴出口７５０はまた、ＩＸ媒体１６６を切断して混合してもよい。これは、一体に凝集した任意のＩＸ媒体１６６、または真空装置７０５の範囲外に凝集した任意のＩＸ媒体１６６を移動させる。吸引ヘッド７０１の底部は、ヘッド７０１の下の任意の物質を機械的に研削する研削板および切断刃７２０を含んでもよい。ＩＳＭ容器１００を完全に洗浄するために、吸引チューブを緩やかに回転させ、かつＩＳＭ容器１００に向かって下方に繰り返し移動させることができる。いくつかの実施例では、真空装置７０５内の透明窓によって、作業者は、吸引流中のＩＸ媒体１６６を見て、装置の位置が有効であるか否かを判定することができる。この処理は、全てのＩＸ媒体１６６がＩＳＭ容器１００から取り外されるまで継続される。

[0075]図９Ａおよび図９Ｂは、ＩＳＭ容器１００内での使用中の真空装置７０５を示している。空気噴出口７５０は、ＩＳＭ容器１００の一方の側にあるＩＸ媒体１６６をＩＳＭ容器の壁に向けて吹き飛ばし、このＩＸ媒体１６６は他方の側に向けて偏向される。装置７０５の反対側の真空口７１１は、ＩＸ媒体１６６を引き込む。その後、空になったＩＳＭ容器１００には、潜在的な表面汚染物質のみが存在する物質が含まれなくなる。ＩＳＭ容器１００は、破砕または細断によって寸法が縮小されてもよく、低レベルの廃棄物であるとみなされる。いくつかの実施例では、ＩＳＭ容器１００は、再使用のために改変されてもよい。

[0076]先行試験は、真空装置７０５を使用してＩＸ媒体１６６をＩＳＭ容器１００から取り出す実行可能性を示している。これらの試験のために、２つのビーカーにＩＸ媒体１６６を充填し、水中の２．５％塩溶液に浸漬した。塩水を２４時間後にデカントし、第１のビーカーを１５０℃で２４時間オーブン乾燥した。第２のビーカーは、湿潤したＩＸ媒体１６６を試験するために、４８時間ベンチトップ上に放置した。湿潤ＩＸ媒体１６６および乾燥ＩＸ媒体１６６の圧縮を、真空試験の前に試験した。次いで、各ビーカーの内容物を、標準的な工場の真空度を使用して真空引きした。試験は、湿潤ＩＸ媒体１６６および乾燥ＩＸ媒体１６６の両方の真空引きが成功したことを示したが、乾燥ＩＸ媒体１６６の真空引きは、湿潤ＩＸ媒体１６６の真空引きよりも容易かつ迅速であった。試験により、ＩＸ媒体１６６を容易に真空抽出することができることが確認された。

[0077]樋流し技術はまた、使用済ＩＸ媒体１６６の回収にも使用してもよい。ＩＳＭ容器１００からのＩＸ媒体取り出しのための代替実施例を図１０に示す。いくつかの実施例では、樋流しシステム２４００をＩＣＶ処理施設１（図１）に追加して、ＩＳＭ容器１００からスラッジおよび他の湿潤廃棄物流を回収してもよい。いくつかの実施例では、樋流しシステム２４００はモジュール式である。いくつかの実施例では、樋流しシステム２４００は移動式スキッドに取り付けられる。ＩＳＭ容器１００は、遠隔操作される樋管（図示せず）を含む樋流しシステム２４００を備えるＩＳＭ容器処理場３００（図１）に配送されてもよい。樋流しシステム２４００は、使用済ＩＸ媒体を収容するＩＳＭ容器１００に水を注入し、水と使用済ＩＸ媒体とを混合し、得られたスラッジをポンプでＩＳＭ容器１００から汲み上げることができる装置を含んでもよい。いくつかの実施例では、水が注入されて、樋管を使用してＩＸ媒体と混合される。スラッジは、ポンプ２４４０を使用してＩＳＭ容器１００から汲み上げられてもよい。いくつかの実施例では、スラッジは遠心分離機２４１５で処理され、脱水された流出物を生じるバルク水を除去することができる。遠心分離機２４１５から回収されたバルク水は、樋管を介して必要に応じて再循環されて、ＩＳＭ容器１００からのスラッジを除去するのに役立つ。脱水された流出物は、乾燥処理を継続するオーガ２４２５に供給されてもよい。いくつかの実施例では、オーガ２４２５は加熱器２４３０によって加熱される。いくつかの実施例では、オーガは液圧式である。オーガ２４２５から出る乾燥微粒子は、輸送システム５２１（図１１）と結合することができる底部に出口を有するホッパ５３１（図１１）に供給されてもよい。樋流しシステム２４００からのオフガスは、オフガス処理システム５６０（図１）によって捕捉されて処理されてもよい。いくつかの実施例では、移動式システムとして樋流しシステム２４００を配置して、貯蔵タンクからスラッジを回収し、乾燥物質を提供してＩＣＶ処理施設１（図１）に戻してもよい。

[0078]図１１の実施例を参照して、ＩＸ媒体１６６は、空気式輸送システム５２１によってジオメルトＩＣＶ容器４００の上に垂直に移送される。いくつかの実施例では、空気式輸送システム５２１は負圧である。いくつかの実施例では、危険にさらされている材料の量を最小限にするために、ホッパ５３１の大きさを最小限（約５０ｋｇ）にした。ＩＸ媒体１６６は、添加剤と混合されて、スクリュー供給装置または他の供給速度制御システムによってＩＣＶ容器４００に供給されてもよい。ＩＸ媒体１６６用の空気式輸送システム７０５（図８Ａ〜図９Ｂ）は、安全上の理由から、非汚染添加剤のために一般的には輸送システム５２１から分離されている。

[0079]ＩＣＶ容器の供給準備
使用済ＩＸ媒体１６６は、業界標準を満たすかまたは超えることが可能な耐久性のある浸出抵抗性ガラス廃棄物形態を生成するのに必要な添加剤（本明細書では「フリット」、「ガラス形成剤」および「ガラス化学修飾剤」とも呼ばれる）と混合されてもよい。いくつかの実施例では、混合は、個々のＩＳＭ容器１００が空気式真空装置７０５の回収によって空になるので、回分式に行われてもよい。ＩＸ媒体１６６および添加剤は、閉鎖性遮蔽ホッパのような受器ユニット内で乾燥試薬として混合されてもよい。受器ユニットは、１５０ｋｇ／ｈｒのＩＣＶ処理速度に適合するような寸法にされてもよい。受器ユニットには、容器内の固化または蓄積を防止しながら、乾燥ＩＸ媒体１６６を添加剤と混合する１つ以上の混合ブレードが取り付けられてもよい。

[0080]混合材料は、ＩＣＶ容器４００（図３）に供給されて、３分の１から２分の１まで充填されてもよい。いくつかの実施例では、初期充填レベルは変化してもよい。電極４２１（図３）は、熱処理のための電気を伝導するために使用され、この熱処理では、ＩＸ媒体１６６を固体状態から溶融状態に変換してもよい。いくつかの実施例では、熱処理はジュール加熱される。混合材料が溶融状態に変換されると、処理されている材料が高密度化するにつれて、ＩＣＶ容器４００（図３）内の占有体積が減少する。容積が得られると、処理がＩＣＶ容器４００（図３）を充填するまで、追加の混合材料を添加してもよい。処理を冷却するために使用される入口空気および熱処理から生成されたガスは、オフガス処理システムで回収されかつ処理されてもよい。

[0081]無機媒体のためのガラス配合物
いくつかのＩＸ媒体は、添加剤を使用せずにガラスを形成する人工ゼオライトベースのアルミノケイ酸塩材料である。しかし、Ｃｓの揮発性を最小限にするために、いくつかの添加剤を使用して処理温度を１２５０℃以下に維持してもよい。選択されたいくつかのＩＸ媒体（ＫＵＲ−Ｈ、ＫＵＲ−ＥＨ、およびＩＯＮＳＩＶ ＩＥ−９６）の全岩酸化物分析を表１に示す。

表１

[0082]上記の表１に示すように、ＫＵＲ−Ｈ、ＫＵＲ−ＥＨおよびＩＯＮＳＩＶ ＩＥ−９６は、比較的高い割合の主要なガラス形成酸化物であるシリカおよびアルミナを含む。このような組成物は優れたガラスを作る一方で、約１７００〜１８００℃の溶融温度をもたらす。処理温度は、溶融温度およびナトリウム、カルシウムおよびホウ素などの粘度調整剤を加えることによって１２５０℃まで低下させてもよく、添加される対応試薬は、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）および無水ホウ酸（Ｂ_２Ｏ_３）である。

[0083]表１で得られた組成物は、最終ガラスの重量パーセントとして表される無水ホウ酸の固定値と併せて使用された。次いで、計算された溶融温度を１２５０℃に保持しながら、ＣａＯおよびＮａ_２Ｏの量を変化させた。これらの計算を表す曲線を図１２に示す。これらの分析のために、８、１０、および１２重量パーセント（ｗｔ％）の無水ホウ酸（Ｂ_２Ｏ_３）を用いてデータ処理を行った。それぞれの処理について、５つの異なる重量パーセントのＣａＯを投入して、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｅｘｃｅｌのゴールシーク機能を使用することによって１２５０℃の値を求め、酸化ナトリウムの量を変化させた。グラフからは、それぞれの無水ホウ酸（Ｂ_２Ｏ_３）の百分率に対するＣａＯおよびＮａ_２Ｏの百分率を反映する連続体が得られた。

[0084]ＫＵＲ−ＨおよびＫＵＲ−ＥＨおよびＩＯＮＳＩＶ ＩＥ−９６ ＩＳＭについて、データは、５．９４％から３．９５％までのＮａ_２Ｏの百分率と、４．４８％から６．７３％までの対応するＣａＯの百分率を示している。ＫＵＲ−ＨおよびＫｕｒ−ＥＨのＩＸ媒体が５．８１％のＮａ_２Ｏおよびわずか１．５８％のＣａＯを含むことを考慮すると、より低いナトリウムおよびより高いカルシウムの選択肢が選択された。このことを、以下の表２に示す以下の配合組成に置き換える。

表２

[0085]ＩＣＶ容器４００用の供給物として使用済ＩＸ媒体を調製するために、回収された乾燥物質を、特定の種類のＩＸ媒体１６６に適合したガラス形成剤混合物と混合してもよい。本開示において先述したように、ロスインウェイト式スクリュー供給システムを使用して、ガラス形成剤混合物およびＩＸ媒体１６６をスクリュー供給装置または供給速度制御システムに供給してもよく、このスクリュー供給装置または供給速度制御システムは混合を行って、供給物を比較的均質な供給流としてＩＣＶ容器４００に搬送する。

[0086]有機廃棄物の処理
ジオメルトＩＣＶ処理は、無機廃棄物マトリックスで使用すると最も効率的である。しかし、十分な量のガラス構成鉱物（ＧＦＭ）と混合する場合に、有機廃棄物を収容することができる。最適な処理のために、得られた混合物の有機含有量は、いくつかの実施例において３０ｗｔ％未満の有機含有量を含むべきであることに留意されたい。

[0087]使用済有機吸着剤の段階は、ほとんど同じ方法で処理することができる。ガラス形成剤は、無水ホウ酸、ソーダ灰および石灰などの補助物質とともに、ＫＵＲ−ＨまたはＫＵＲ−ＥＨ ＩＳＭを含んで、融剤として作用することができる。ガラスに組み込むことができる酸化チタンの量は、２５ｗｔ％までの量を含んでもよい。同様に、酸化チタンも同じ処理に適している。この吸着剤は、アンチモン（Ｓｂ）の吸着性を最適化する表面処理が施された二酸化チタンであると推定される。製品の市販例は、Ｇｒａｖｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＭｅｔｓｏｒｂ（登録商標）ＨＭＲＧである。表面処理化合物は、得られたガラスの全体組成に物質的に影響しない場合がある。この仮定に従って、得られるガラス中のＴｉＯ_２の最大濃度が規定されていれば、ガラスの処方を非常に容易に配合することができる。

[0088]ゼオライトは、一般に、改良剤を用いずに適切なガラスが得られる組成物を有する。十分に低い溶融温度を実現するために、ＫＵＲ−Ｈおよび他のＩＳＭで行われるように融剤を添加してもよい。活性炭はジオメルトＩＣＶで処理することができるが、環境が著しく低下する可能性がある。化学的に、またはバブリングによって酸素の供給源を導入してもよい。

[0089]ジオメルトＩＣＶは、有害な放射性核種を水から除去する際に生じる廃棄物の多くに使用することができる。有機樹脂またはスラッジの処理が多量のＧＦＭとの混合を必要とするため、いくつかの著しい相乗効果がある場合には廃棄物処理法を実施してもよい。上記の例では、チタン酸塩をＫＵＲ−Ｈ、ＫＵＲＥＨ、またはＩＯＮＳＩＶ−９６と混合して、必要なＧＦＭの大部分を提供することができる。ＧＦＭは、定められた現場作業者の放射線量目標を超えないようにしながら、使用済無機ＩＳＭでありえて他の廃棄物流と混合することができる。使用済ＫＵＲ−ＥＨは、チタンおよび全ての有機物流のＧＦＭとして使用することができる。

[0090]ＩＣＶ容器の準備
ＩＣＶ容器４００（図３）の準備は、基層内に基部および側部の耐火性支持ブロックおよびパネルを設置することを含む。いくつかの実施例では、基層は珪砂からなる。基層は、一次耐火物ライニング（図示せず）から移動する可能性がある任意の溶融物質の二次格納および凍結を提供する。一次耐火物ライニングは、二次耐火物ライニング４３１の内側および上部に設置されたより大きな一体型プレキャストパネルからなる。ＩＣＶ処理のいくつかの実施例で使用される耐火物は、溶鉱炉の内張りのために鉄鋼産業で広く使用されているものと類似のアルミノケイ酸塩粘土鉱物系材料であってもよく、厳しい高温腐食環境に耐えることができる。本明細書に開示される耐火性砂および耐火性パネルの設計は、５０メートルトンのガラスを保持するＩＣＶ容器４００について実証された、既に有効性が確認された設計の縮小版である。ＩＣＶ容器４００は、施設に到着する前に準備されてもよいし、施設内で準備されてもよい。

[0091]いくつかの実施例では、耐火物ライニング４３１（図３）は、基部で約３００ｍｍの厚さであってもよく、側部で２００ｍｍの厚さであってもよい。耐火性基部は、一般的には耐火性側部よりも厚く、これにより、溶融ガラスへの底部の長時間露出を反映し、かつ構造的強度を提供する。いくつかの実施例におけるＩＣＶ容器４００は、厚さ６インチの炭素鋼の壁および基部を含み、ここで、耐火物ライニング４３１が適切な遮蔽を提供する。ステンレス鋼または他の適切な遮蔽材料である外部遮蔽体４５７を実装して、耐腐食性を確保してもよい。

[0092]いくつかの実施例では、適度な導電性のガラスフリットおよび片状黒鉛の混合物を含んでもよい始動経路を、基部となる一次耐火物層４３１の上部に設置してもよい。電極４２１は、始動経路内に設置されて、ＩＣＶ容器の蓋４５８が設置されるまで定位置に保持される。いくつかの実施例では、電極４２１は黒鉛から構成される。いくつかの実施例では、電極４２１の直径は１５０ｍｍである。いくつかの実施例では、２つ以上の電極４２１を利用することができる。蓋４５８（組み込みフード）は、処理オフガスを収容してオフガス処理システム５６０（図１）に導く。いくつかの実施例では、蓋４５８は、電極４２１とＩＣＶ容器４００との間に電気絶縁を提供しながら、電極４２１を始動経路と接触させた状態に維持する電極の貫通／遮断部４１５アセンブリを含む。

[0093]ＩＣＶ容器内の材料の処理
ＩＣＶ容器４００は、廃棄物／ガラス形成剤混合物を受け取り、ガラス固化処理を含み、ガラス固化した廃棄物の最終処分容器として機能するように設計されている。ＩＣＶ容器４００は、ＩＳＭ容器１００から受け取った廃棄物、処理中の溶融ガラス、および最終廃棄物のための一次格納容器を提供する。

[0094]組み立てられたＩＣＶ容器４００は、クレーンまたは他の吊上／巻上装置によってＩＣＶ処理区域に移動される。ＩＣＶ処理区域に入ると、ＩＣＶ容器４００は、ＩＣＶ容器の蓋４５８のポートを介してオフガス処理システム５６０（図１）および供給システムに接続される。熱電対や赤外線カメラシステムのような計器を配線用ハーネスに接続してもよく、電極４２１を電力システムに接続し、ＩＣＶ容器４００を、供給システムおよび電極供給装置を支持する構造用鋼に接地する。

[0095]廃棄物および添加剤は、供給システムによってＩＣＶ容器４００に搬送される。初回回分および後続回分は、体積排出に相関するＩＣＶ容器４００内の所定のレベルまで供給され、いくつかの実施例では少なくとも１つの赤外線カメラシステムを含む観察によって検証される。

[0096]廃棄物および添加剤は、電極４２１によって供給される電力を使用してＩＣＶ容器４００内で溶融される。始動経路を使用して、第１の回分供給杭の底部で溶融を開始させてもよい。溶融が進むにつれて、廃棄物混合物は密度を高め、容器内に追加の容積を生じさせ、追加の廃棄物を供給して処理することを可能にする。いくつかの実施例における処理に必要な公称電力レベルは、約４００ｋＷである。いくつかの実施例では、処理速度は１５０ｋｇ／ｈｒであってもよい。

[0097]いくつかの実施例では、各ＩＣＶ容器４００は、耐火物ライニング４３１内部の利用可能な容積およびガラスの密度に基づいて、４０００ｋｇのガラスを保持してもよい。表１に示すＫＵＲ−ＨおよびＫＵＲ−ＥＨ ＩＳＭのガラス配合物を使用して、かつ、ガラスに入るのではなく気体（主にＣＯ_２）に変換される物質の質量である強熱減量（ＬＯＩ）を考慮して、表３に示すように、合計で３，５５０ｋｇのＩＳＭの各溶融物を処理してもよい。いくつかの実施例では、各ＩＳＭ容器１００は約８００ｋｇのＩＸ媒体１６６を収容する。したがって、このような実施例では、それぞれの溶融では、約４つのＩＳＭ容器１００の内容物を処理する。総溶融時間は、全供給材料（ＩＳＭおよびガラス形成剤）の処理速度１５０ｋｇ／ｈｒで約３３時間である。

表３

[0098]溶融が完了すると、ＩＣＶ容器４００はオフガス処理システム５６０（図１）および供給システムから分離される。ＩＣＶ容器４００は、中間貯蔵施設への最終輸送の前に、溶融場から冷却区域５２０（図１）に移動されてガラスへの完全固化を可能にする。

[0099]オフガス処理
（ＩＣＶ容器４００内のプレナムの真空および温度を調節するための）ＩＣＶのプラスバランス空気から生じるオフガスは、オフガス処理５６０（図１）に送られるオフガスを構成する。ＩＸ媒体の溶融は、削減を必要とするわずかな有害揮発性物質（例えばＮＯ_ｘまたはＳＯ_ｘ）を発生させるので、注目するオフガス汚染物質は、一次微粒子同伴および揮発性Ｃｓである。Ｃｓの発生の程度は、溶融装置の動作温度に依存する。ＩＳＭ溶融からの一次揮発性物質は単に水蒸気である。ＫＵＲ−Ｈ、ＫＵＲ−ＥＨおよびＵＯＰ ＩＯＮＳＩＶ ＩＥ−９６のような乾燥ＩＸ媒体は、溶融中に定量的に発生する粒子内の水（３０％までの水分含量）を含むことができ、これは、オフガスシステム５６０（図１）において管理されなくてはならない。

[0100]いくつかの実施例では、オフガスシステム５６０（図１）は、以下の段階を含む。
・直列および／または並列の焼結金属フィルタおよびＨＥＰＡフィルタのうちの少なくとも１つを使用する濾過
・湿式洗浄
・処理済オフガスの最終調整
・排気ファンおよび排出

[0101]オフガスシステム５６０（図１）は、連続的に作動して、ＩＸ媒体の処理の際に乾燥場を通り、かつＩＣＶ容器４００を通る通気を維持してもよい。乾燥場からの空気は、排出前にＨＥＰＡ濾過のみを必要とするので、最終調整段階に導入されてもよい。

[0102]焼結金属フィルタ
ＩＣＶ容器のプレナムを通る空気流は最小限に抑えられるが、ＩＣＶオフガス中には少量の微粒子同伴が存在する可能性がある。ＩＣＶ容器４００からのオフガスは、逆流可能な焼結金属フィルタ（ＳＭＦ）を通過してもよい。いくつかの実施例におけるＳＭＦ段階は、並列の２つのフィルタから構成される。いくつかの実施例では、３つ以上のフィルタが並列に構成されている。いくつかの実施例では、１つ以上のフィルタを直列に含んでもよい。並列構成では、捕集された固形物を再循環する際に、一方のフィルタを使用停止状態にし、かつ他方のフィルタの稼働を開始することができる。いくつかの実施例では、ＳＭＦは、微粒子が重力供給装置によってＩＣＶ容器４００に戻されるのに十分な高さで配置される。いくつかの実施例では、ＳＭＦは、空気式輸送によってＩＣＶ供給ホッパに戻ってより低い高さで配置される。ＳＭＦは、０．３μｍの微粒子について除去効率が９８．３％であると評価されている。ＳＭＦに入るオフガスは、凝縮が妨げられほど十分に高温であってもよい。

[0103]他のフィルタを使用してもよい。バグハウスフィルタを使用してもよいが、バグハウスフィルタの長期間の完全性は、放射性適用においては疑わしい。さらに、標準の高効率微粒子（ＨＥＰＡ）フィルタを使用してもよい。プレフィルタとして標準ＨＥＰＡフィルタを使用するには、圧力の変化がフィルタの設計圧力の低下に近づいた場合に物理的な交換が必要になり、作業者の曝露の問題および容器内で処理しなければならない追加の二次的な廃棄物の原因となる。提案されたＳＭＦのような洗浄可能なフィルタは、処理の観点からはるかに効率的な手段であり、作業者の放射線量を大幅に低減し、焼結フィルタを適所で遠隔に化学洗浄することができる。

[0104]湿式洗浄
ＳＭＦから出るオフガスは、高温であってもよい。オフガスは、二段階ベンチュリスクラバにおいて再循環作動流体と接触してもよい。ベンチュリスクラバは洗浄タンクに直接取り付けられてもよい。タンクは、内部バッフルを備えて、空気が両方のベンチュリスクラバを通って順次流れることを確実にする。スクラバの機能は、揮発性セシウムを濃縮し、かつＳＭＦを貫通する微粒子を除去することである。いくつかの実施例では、様々な量のスクラバを、並列および直列を含む異なる構成で使用してもよい。

[0105]いくつかの実施例では、洗浄タンクから出る処理済の空気は水蒸気で飽和され、かつ水滴を同伴し、したがって、排出空気はフィルタを通過し、このフィルタは高効率ミスト除去装置（ＨＥＭＥ）であってもよい。ベンチュリスクラバからの汚染作動流体が洗浄タンクに集まると、この汚染作動流体は外部ループを循環し、微粒子を除去する１つ以上のフィルタを介して、可溶性セシウムを除去する選択的イオン交換によって、および、ベンチュリスクラバに導入される前に（必要に応じて）冷却器によって処理される。定期的に、使用済のフィルタおよびＩＳＭは、準備中のＩＣＶ容器４００へ移送されてその後の溶融装置の処理に含まれてもよい。定期的に、使用済の作動流体は動作中の溶融装置に送出されてもよい。可溶性成分は溶融物中に保持され、水は蒸発してオフガス処理システム５６０（図１）を介して放出される。

[0106]スクラバシステムを通過する空気は、水で飽和することがあり、したがって、作動温度を調節することによって水の蓄積を調節することができる。湿式スクラバシステムの理想的な動作温度は、水の最終的な蓄積を防止する温度である。通過空気が水蒸気で飽和するので、ベンチュリスクラバには一次冷却効果がある。必要に応じて、循環作動流体の追加の冷却を外部ループに適用することができる。湿式スクラバシステムの作動流体は、処理される廃棄物の種類に応じて、酸性ガスの捕捉から経時的に酸性になることがある。したがって、スクラバシステムは、腐食性貯蔵タンクおよびｐＨ調整タンクを含んで作動流体のｐＨを自動的に調整してもよい。

[0107]処理済オフガスの最終調整
湿式スクラバから出る処理済のオフガスは、水蒸気で飽和している可能性がある。最終調整では、処理済のオフガスを加熱（いくつかの実施例では名目上１５℃）して、最終濾過の前に相対湿度を低下させてもよい。排出前のオフガスの最終調整は、他の濾過方法も可能であるが、ＨＥＰＡ濾過によるものであってもよい。いくつかの実施例では、有機炭素および放射性ヨウ素の除去のためのＨＥＰＡ濾過に加えて、ＨＥＧＡ濾過を利用してもよい。

[0108]いくつかの実施例には２つの並列ＨＥＰＡフィルタ列があり、一方の列は通常動作し、他方の列は待機する。ＨＥＰＡの具体的な設計には、バタフライ弁、（必要に応じて）円形から長方形への移行、吸気口検査区、ＨＥＰＡフィルタバンク（組み合わせ検査区で必要に応じて直列）、排気口検査区、および（必要に応じて）長方形から円形への移行など、任意または全ての要素が含まれる。いくつかの実施例では、より多くのフィルタまたはより少ないフィルタを組み込んでもよい。いくつかの実施例では、１つ以上の他のフィルタ型を使用してもよい。

[0109]いくつかの実施例では、ＨＥＰＡフィルタは、それぞれのフィルタ区域からの凝縮液排出ライン、回収液溜め部、凝縮液除去ポンプ、および回収タンクで構成される凝縮液の回収のために備えられている。定期的に、使用済のＨＥＰＡは、準備中のＩＣＶ容器４００へ移送されて次の溶融装置の処理に含まれる。

[0110]排気ファンおよび排出
いくつかの実施例では、１つ以上の排気ファンが存在する。いくつかの実施例では、並列および／または直列に構成された２つ以上の排気ファンが存在してもよい。いくつかの実施例では、２つの排気ファンが並列に構成されている。一方のファンは連続的に動作し、他方のファンは待機していてもよい。排気ファンは動力を提供して、ＩＣＶ容器４００内に必要な真空度を維持しながら、排気ガスおよび蒸気をオフガスプラントを介して移動させる。可変周波数駆動を使用してファンの速度を制御してもよい。排気筒は、処理済のガスを地方条例に従って大気に分散するように設計されてもよい。排気筒は、流量監視用に備えられてもよく、煙道ガス分析、データ収集、および規制報告に必要な全ての試料プローブおよび装置を備えていてもよい。煙道監視は、以下の１つ以上を含むことができる。
・オフガスの煙道流量測定
・オフガスの煙道温度測定
・連続放射線の監視
・試料採取者の記録
・微粒子の監視

[0111]必要に応じて、かつ規制上の要件に従って、その他の機能を含んでもよい。

[0112]ＩＣＶ容器の冷却
ＩＣＶ容器４００の冷却は、ＩＣＶ冷却区域５２０（図１）において行われてもよい。溶融ガラスの冷却は、後続の溶融物の処理期間内に行ってもよく、これにより、ジオメルト処理施設１（図１）内に完成溶融物の蓄積がなくなる。図１３を参照して、本明細書に記載されたものよりもはるかに大型のＩＣＶシステムの冷却データに基づいて、各ＩＣＶ容器４００は２日以内に７００℃まで冷却されてもよい。７００℃ではガラスは固体であり、したがって、中間貯蔵施設に装填または輸送されている間にＩＣＶ容器４００から出る溶融ガラスが関与する任意の事故シナリオは排除される。

[0113]ガラスの物性
ガラスは、高レベル放射性廃棄物の好ましい廃棄物形態であり、フランス、ドイツ、ベルギー、ロシア、英国、日本および米国の環境から放射性核種を固定化するために広く使用されている。ガラスは、下記のいくつかの標準的な試験方法によって定義されるように、浸出性、耐久性、および腐食性の点で化学的に安定している。
・蒸気水和試験（ＶＨＴ）方法は、２００℃、通常２８日間、脱イオン水に懸濁された不定形ガラス試料を含む静的（すなわち、非凝集）試験である。腐食速度は、試験前後のガラス厚さを測定することによって得られる。試験結果は、一般的には、業界承認の性能基準として使用される参照基準ガラスと比較される。
・材料特性評価センター（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）によるＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ−１法．は、ガラスのモノリス試料の元素浸出量を時間の関数として測定する静的浸出試験である。腐食速度は、水中に浸出したガラスからの元素の分析によって得られる。試料は不定形であり、遮蔽容器内の脱イオン水に懸濁され、試験期間中、通常２８日間９０℃に維持される。
・生成物一致性試験（ＰＣＴ）方法は、試料が粉砕されて攪拌されることを除いて、ＭＣＣ−１（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ−１）と類似している。ＰＣＴは、ＭＣＣ−１試験よりも短い期間を必要とするように設計されており、生成物の品質および組成をさらに実証することができる。ＶＨＴの場合と同様に、試験結果は、一般的には、業界承認の性能基準として使用される参照基準ガラスと比較される。

[0114]ジオメルトガラスと、米国エネルギー省の（米国内にある）ハンフォードサイトの基準として使用されている基準ガラスとの化学的耐久性の比較を図１４に示す。同じＶＨＴ試験方法の後、ジオメルトガラスは視認できる腐食を示していないが、基準ガラスは著しい腐食を示している。追加のＶＨＴ試験およびＰＣＴ試験の結果は、以下の表４に示されており、以前のいくつかのプロジェクトによるジオメルトガラスは廃棄物受入基準を超えており、一般にハンフォードサイトの廃棄物ガラス用のＤＯＥによって使用される標準的基準廃棄物ガラスよりも性能が優れている。

表４

[0115]以下の表５は、ジオメルトガラスの試料と、ＪＮＦＬおよびＪＡＥＡによって製造された高レベルガラス固化廃棄物の標準規格とを比較している。ＪＮＦＬおよびＪＡＥＡガラスのＭＣＣ−１値はバルク浸出率（ＢＬＲ、または放出された全元素の総質量）として示され、上記の表４で得られたＰＣＴ試験結果と直接比較することができない。表５はＪＮＦＬ（六ヶ所）およびＪＡＥＡの規格をジオメルトガラスのＭＣＣ−１の結果と比較したものである。ジオメルトガラスの試料は、ＭＣＣ−１試験期間の延長（１５５７日）を受け、その結果は、ジオメルトガラスからの溶解速度が経時的に減少することを示している。表５に示すジオメルトのバルクＭＣＣ−１浸出率の例は、ＪＮＦＬおよびＪＡＥＡの規格と同等かそれ以下である。

表５

[0116]放射性核種を捕捉するために使用されるＩＸ媒体の場合、媒体の化学成分は一般的によく知られており、ガラス形成剤の観点から均一な供給流を提供するような一貫性があるが、ＩＳＭ容器内の媒体上に装填された放射性核種の濃度は、ＩＳＭ容器内で垂直方向および半径方向にある程度変化しかねない。装填された媒体をＩＳＭ容器から取り出し、かつ、本明細書で提案された空気圧システムなどの従来の材料処理機構を使用して輸送し、廃棄供給物をＩＣＶ容器装填機構へ移送する場合、媒体の混合が生じるが、この混合は、放射性核種の在庫を分散してさらに混合し、それによってガラス固化前のより均一な供給物を提供するのに役立つ。

[0117]ジオメルト処理施設１（図１）の１つに供給されると、得られたガラス生成物の均質性が一貫して実証される。均質性は、一般的には、溶融環境内で形成される対流の流れのためにガラス固化中に高められる。これらの対流の流れは、汚染物質種とガラス形成鉱物の両方を均一に分散して、均質で耐久性のある最終生成物を生成するのに非常に有効な、溶融廃棄物内の流れおよび混合を誘発する。均質な廃棄物形態の利点は多く、以下の通り挙げられる。
・浸出抵抗性−均質な廃棄物形態により、浸出抵抗性試験の結果が廃棄形態全体を表すことが保証される。さらに、均質な廃棄物形態は、長期間にわたる廃棄物形態生産のモデル化の精度を保証するとともに、ガラス固化生成物の最適な長期浸出抵抗性能を保証する。
・特性評価の取り組み−ジオメルトガラス固化処理を経て作られた均質なガラス固化廃棄物の形態は、廃棄物形態全体を正確に特性評価するために必要な労力およびコストの度合いを大幅に削減するのに役立つ。
・放射線量の低減−ガラス固化廃棄物形態は、その高密度のために有意な水準の自己遮蔽体を提供する。ガラス固化廃棄物形態全体に放射性汚染物質を均一に分散することにより、廃棄物の中央領域の放射性核種から放射される活性が効果的に遮蔽されるので、周囲への放射線量が最小限に抑えられる。
・臨界保護−プルトニウムやウランなどの超ウラン放射性核種が処理される廃棄物に含まれている場合、この超ウラン放射性核種は溶融物内で効果的に酸化され、発生する対流混合のためにガラス全体に効果的に混合される。この均一な混合は、臨界が生じる可能性のある任意の濃縮または蓄積の影響を防止する。

[0118]均質な廃棄物形態を提供する能力を実証するために、ガラスの試料は、試料分析を可能にする溶融処理中および／または溶融物が冷却された後の両方で採取され、その後、均質性および関心のある他の試料データを示すために使用することができる。溶融後の試料採取は、処理容器のコア試料全体を垂直にまたは水平に採取して、ＩＣＶ容器内の任意の場所から得られるガラス固化生成物の代表試料を提供することができるので、非常に柔軟で効果的であることが判明している。不偏の試料採取方法に基づいて、選択された間隔のコアからのガラス試料を採取し、（β／γ計数、ＩＣＰ−ＭＳまたはＸＲＦなどの）適切な解析的分析のために提出してもよい。

[0119]ジオメルトＩＣＶガラスは、引張強度および圧縮強度の両方においてコンクリートより一般的には５〜１０倍強力である。この強度は、人間や動物の侵入の可能性を最小限に抑えるのに役立つことから得られる利点である。ガラス固化生成物は強力であるが、扱いやすい断片に分解され、従来の重機で扱うことができる。表６は、コンクリートと比較したジオメルトガラスの強度および他の利点を示す。

表６

[0120]ガラス中の硫黄の溶解度
廃棄物ガラス、一般的にはＳＯ_２およびＳＯ_３に関する包括的用語であるＳＯ_ｘへの硫黄の混入は、廃棄物ガラス溶融装置にとって問題となり得る。ほとんどのガラス配合物中の硫黄酸化物の溶解度は、ＳＯ_３として２．０５重量パーセントまで報告されている。この溶解限度を超えると、硫黄塩が形成される可能性がある。次いで、これらの硫黄塩は、溶融装置の上部に帯黄色の層として現れる分離相として分離して蓄積することがある。この溶融イオン塩（ＭＩＳ）の層は非常に腐食性があり、電極、溶融装置の他の構成要素、および溶融装置自体の耐火物ライニングに損傷を与える可能性がある。さらに、硫黄塩の形成は、セシウムなどの放射性核種の揮発性を高めかねない。このような発生は、従来のジュール加熱溶融装置に問題があることが知られている。これらの溶融液は連続的に供給され、溶融室の中間または底部から排出される。これにより、供給物の硫黄含有量が最初は低い場合であっても、硫黄量が表面上に経時的に蓄積することが可能になる。硫黄は溶融物の表面下から排出され、かつ、硫黄塩は上部に蓄積するので、決して塩を排出することができない。対照的に、ジオメルトＩＣＶ溶融装置は、溶融物および処分容器が全く同一の回分処理である。原料がガラス配合物によって強いられた硫黄限界を超えなければ、十分な量の硫黄塩が問題となる点まで蓄積する機会はない。バリウムを添加して硫黄の溶解性を高めることの実証など、廃棄物供給流への化学的修飾に関する多くの研究が行われてきた。

[0121]バリウムの添加は、溶融池の粘度を、従来の溶融装置が溶融液を注入または排出することが不可能なために動作できない範囲にまで増加させる場合がある。本明細書に記載のジオメルトＩＣＶ処理は回分処理であるため、ガラスを注入する必要はない。回分処理の際、硫酸塩負荷を増大させる手段としてこのような配合の改良に適応することが可能である。この概念の対象となる主な廃棄物流は、ガラスの溶解度の限界を超える濃度の硫黄を含まないため、硫黄に関連する困難は起こりそうにない。

[0122]ＩＣＶ容器の中間貯蔵
完成した各ＩＣＶ容器４００（図３）は、中間貯蔵施設に戻してもよい。あるいは、完成した各ＩＣＶ容器４００（図３）を永久貯蔵施設に移動してもよい。いくつかの実施例では、ＩＣＶ容器４００（図３）は、図４に示すように４つの容器が各暗渠６００に収まるような寸法である。いくつかの実施例では、各暗渠６００は、１６個のＩＳＭ容器１００の内容物を収容してもよい。

[0123]廃棄物パッケージの放射性崩壊熱
ガラス固化廃棄物の温度および放射性崩壊に起因する中間貯蔵暗渠のコンクリート壁の温度の境界値を確立するために、熱計算が行われる。ＡＮＳＹＳモデルなどの有限要素解析用に構成されたコンピュータ支援設計ソフトウェアが開発され、初期結果が報告された。これらの予備段階の結果は、ガラスの中心部の最終温度が約２００℃であり、コンクリート貯蔵庫の温度上昇が非常に小さいことを示している。これらの結果は、ＩＣＶ容器あたり９００ワットの熱負荷に対して妥当であると考えられる。これらの温度は、ガラスまたはコンクリートのいずれにも好ましくない影響を与えない。

[0124]廃棄物パッケージの放射線量の計算
マイクロシールド（Ｍｉｃｒｏｓｈｉｅｌｄ）を用いた計算を行って、ＩＣＶ容器について予測される放射線量率を確立した。様々な容器構成を再評価した。現在の計算期間を以前の計算期間と調整した。以前の計算では全てのＣｓがＣｓ−１３７であると仮定し、現在の計算にはＣｓ−１３４からの寄与が含まれているため、現在の計算期間のより高い放射線量率が期待される。Ｃｓ−１３７は廃棄物のキュリー数を占めるが、Ｃｓ−１３４ガンマの高エネルギーはＣｓ−１３４の放射線量率への寄与を有意にする。

[0125]計算は、１インチ（２５ｍｍ）から５．６インチ（１４２ｍｍ）までの様々な厚さの鋼製遮蔽体を含む容器について行われた。これらの計算の結果を図１５に示す。完全に装填されたＩＣＶ容器については、容器の壁との接触時の放射線量率を現場の目標放射線量限度の１ｍＳｖ／ｈｒに下げるために、１４２ｍｍの鋼製遮蔽体が必要とされる。４インチ（１０１ｍｍ）の鋼製遮蔽体を含む容器については、放射線量率は接触時に約７ｍＳｖ／ｈｒであり、４ｍの距離で１ｍＳｖ／ｈｒ付近に低下すると予測される。

[0126]電力要件
ジオメルトＩＣＶ処理は、様々な廃棄物特性および溶融物の大きさの変化による溶融物抵抗の変化に適応できるように、溶融環境および可変電圧レベルに対する可変電力レベルを可能にする電力システムを使用することができる。電力システムは、１）溶融処理の電力を供給する溶融物への電力供給（いくつかの実施例ではジュール加熱されてもよい）、および、２）オフガス処理構成要素（ファン、ポンプ、ヒータ）、計装、暖房および空調（ＨＶＡＣ）、照明などのシステムの残部、処理制御およびデータ取得などの他の低電圧の必要性、および施設の要求に対する補助電力、のように２つの主要領域に分けられる。

[0127]溶融物への電力供給システムは、いくつかの実施例では、操作者が選択可能な電圧タップの範囲を介して可変電圧出力を生成する６００ｋＶＡのスコットーティー結線変圧器を使用してもよい。電力出力は、電圧制御または電流制御のいずれかを選択可能な単一の可変抵抗器を使用するシリコン制御整流器（ＳＣＲ）技術を使用して、変圧器の一次側で制御される。スコットーティー変圧器は、一次側三相電力（３線）を２つの二次側相に変換するシステムである。

[0128]変圧器には、一般的には、いくつかの別個の電圧タップについて＞１０００ボルト〜＜１５０ボルトの範囲で設定されている。電圧タップは、一相当たりの類似のアンペアに対応して増加する定格電流を有する（それぞれ１５０アンペア〜＞１０００アンペア）。オフガスシステム、ＨＶＡＣ、照明、空気圧システム、設備などの他の補助装置への電力供給は、一般的には１５０〜２００ＫＶＡのオーダーであってもよく、受電電力を、東日本向けに設計されたような機器に必要なレベルに適用可能な電圧および周波数に変換するように設計してもよい。

[0129]ガラス固化電力および補助装置電力の両方を含むジオメルト施設全体は、いくつかの実施例では８５０ｋＶＡを必要とし、任意の標準の受電電力系統の電力レベルを受け入れるように設計することができる。予備のディーゼル発電機を使用して、用役ラインの電力が中断された場合の人員および環境の安全のために、全ての必須機器の動作用エネルギーを提供することができる。これらには、オフガスシステム、データ取得システム、環境およびシステムの監視装置、暖房および空調、およびシステム照明が含まれる。発電機の起動は、用役ラインの電力が失われた際に自動的に行われ、こうして必須の処理機器に連続電源を供給する。さらに、遠隔性または限られた容量のために系統電力の利用可能性が制限されている場合、電力系統全体を燃焼ベースの発電システムによって供給されるように設計することができる。さらに、発電は、太陽光および風力などの１つ以上の代替方法によって増強されてもよい。

[0130]便宜上、動作は、様々な相互接続された機能ブロックまたは別個のソフトウェアモジュールとして説明される。しかし、これは必ずしも必要ではなく、これらの機能ブロックまたはモジュールが等価的に単一の論理デバイス、プログラムまたは境界が不明瞭な動作に集約される場合がある。いずれにしても、機能ブロックおよびソフトウェアモジュールまたは記載された機能は、それ自体によって、またはハードウェアまたはソフトウェアのいずれかの他の動作と組み合わせて実装することができる。

[0131]本明細書に開示されたシステム、方法、処理、および／または装置の原理をその好ましい実施例において説明しかつ例示したが、そのような原理から逸脱することなく、システム、方法、処理、および／または装置を組織的にかつ詳細に変更してもよいことは明らかである。以下の特許請求の範囲の精神および範囲内に入る全ての変更および変形について主張する。
［発明の項目］
［項目１］
使用済イオン交換媒体を処理するためのシステムであって、
使用済イオン交換媒体を収容するイオン交換容器と、
前記使用済イオン交換媒体を乾燥させるための乾燥システムと、
乾燥した前記使用済イオン交換媒体を前記イオン交換容器から取り出すための取り出しシステムと、
乾燥した前記使用済イオン交換媒体を添加剤と混合するための混合システムと、
混合された前記イオン交換媒体および前記添加剤をガラス固化容器にてガラス固化して、汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物をもたらすためのガラス固化システムと
を含む、システム。
［項目２］
前記乾燥システム、前記取り出しシステム、前記混合システム、および前記ガラス固化システムのうちの１つ以上によって放出されるオフガスを捕捉して処理するためのオフガス処理システムをさらに含む、項目１に記載のシステム。
［項目３］
前記乾燥システムが、加熱乾燥空気を使用して前記使用済イオン交換媒体を乾燥させる、項目１に記載のシステム。
［項目４］
前記取り出しシステムが空気吸引部を含む、項目１に記載のシステム。
［項目５］
前記取り出しシステムが、加圧空気噴出口を含む、項目１に記載のシステム。
［項目６］
前記添加剤がガラス形成剤である、項目１に記載のシステム。
［項目７］
前記汚染物質が埋め込まれた前記ガラス固化生成物は均質である、項目１に記載のシステム。
［項目８］
前記汚染物質が埋め込まれた前記ガラス固化生成物は、前記使用済イオン交換媒体から減少されている、項目１に記載のシステム。
［項目９］
前記乾燥システム、前記取り出しシステム、前記混合システム、および前記ガラス固化システムのうちの１つ以上が、移動式スキッドの上または内部で実施される、項目１に記載のシステム。
［項目１０］
前記乾燥システム、前記取り出しシステム、前記混合システム、および前記ガラス固化システムのうちの１つ以上が、単一構造物の内部で実施される、項目１に記載のシステム。
［項目１１］
使用済イオン交換媒体を処理する方法であって、
イオン交換容器に含まれる使用済イオン交換媒体を乾燥させるステップと、
乾燥した前記使用済イオン交換媒体を前記イオン交換容器から取り出すステップと、
乾燥した前記使用済イオン交換媒体を添加剤と混合するステップと、
混合された前記イオン交換媒体および前記添加剤をガラス固化容器にてガラス固化して、汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体をもたらすステップと、
前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体を固体状態に達するまで冷却するステップと、
前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体を貯蔵するステップと
を含む、方法。
［項目１２］
乾燥システム、取り出しシステム、混合システム、およびガラス固化システムのうちの１つ以上によって放出されるオフガスを処理するステップをさらに含む、項目１１に記載の方法。
［項目１３］
前記イオン交換媒体が、加熱乾燥空気を使用して乾燥される、項目１１に記載の方法。
［項目１４］
前記イオン交換媒体が、加圧空気噴出口を使用して乾燥される、項目１１に記載の方法。
［項目１５］
乾燥した前記使用済イオン交換媒体が、空気吸引部を使用して取り出される、項目１１に記載の方法。
［項目１６］
前記添加剤がガラス形成剤である、項目１１に記載の方法。
［項目１７］
前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物は均質である、項目１１に記載の方法。
［項目１８］
前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物は、前記使用済イオン交換媒体から減容されている、項目１１に記載の方法。
［項目１９］
前述の処理ステップのうちの１つ以上は、移動式スキッドの上または内部で実施される、項目１１に記載の方法。
［項目２０］
前述の処理ステップのうちの１つ以上は、単一構造物の内部で実施される、項目１１に記載の方法。

Claims (16)

1. 放射性核種を捕捉するために使用された使用済イオン交換媒体を処理するためのシステムであって、
   使用済イオン交換媒体を収容するイオン交換容器と、
   前記使用済イオン交換媒体を乾燥させるための加熱された空気を受けるために前記イオン交換容器に結合されたホースを含む乾燥システムと、
   乾燥した前記使用済イオン交換媒体を前記イオン交換容器から取り出すための真空装置を含む取り出しシステムと、
   乾燥した前記使用済イオン交換媒体を添加剤と混合するための１つ以上の混合ブレードが取り付けられたホッパを含む混合システムと、
   混合された前記イオン交換媒体および前記添加剤をガラス固化容器にてガラス固化して、汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物をもたらすための電極を含むガラス固化システムと、
   前記イオン交換容器に水を注入し、前記イオン交換媒体及び前記水からなる混合物に起因するスラッジを汲み上げる樋流しシステムであり、該樋流しシステムが、
   前記スラッジからバルク水を除去し脱水された流出物を生じる遠心分離器と、
   前記脱水された流出物を前記ホッパに輸送するオーガと、
   前記オーガによって輸送中の前記脱水された流出物を加熱する加熱器と、
   を含む、樋流しシステムと、
   を含む、システム。
2. 前記ガラス固化容器が、下部及び側壁の内側に延在する耐火性ライニングを含む、請求項１に記載のシステム。
3. ガラス固化処理区域から冷却区域に前記ガラス固化容器を輸送するように構成されたコンベヤをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記取り出しシステムが、加圧空気噴出口を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記添加剤がガラス形成剤である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記乾燥システム、前記取り出しシステム、前記混合システム、および前記ガラス固化システムのうちの１つ以上が、移動式スキッドの上または内部に存在する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記乾燥システム、前記取り出しシステム、前記混合システム、および前記ガラス固化システムのうちの１つ以上が、単一構造物の内部に存在する、請求項１に記載のシステム。
8. 放射性核種を捕捉するために使用された使用済イオン交換媒体を処理する方法であって、
   イオン交換容器に含まれる使用済イオン交換媒体を乾燥させるステップと、
   前記イオン交換容器から乾燥した前記使用済イオン交換媒体を取り出すステップと、
   乾燥した前記使用済イオン交換媒体を添加剤と混合するステップと、
   混合された前記イオン交換媒体および前記添加剤をガラス固化容器にてガラス固化して、汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体をもたらす、ガラス固化するステップと、
   
   を含み、
   乾燥した前記使用済イオン交換媒体を取り出すステップが、
   前記イオン交換容器に水を注入するステップと、
   前記イオン交換媒体及び前記水からなる混合物に起因するスラッジを前記イオン交換容器から汲み上げるステップと、
   脱水された流出物を生じるために遠心分離器により前記スラッジからバルク水を除去するステップと、
   前記水を有する前記イオン交換容器に前記バルク水を再循環させるステップと、
   オーガにより前記脱水された流出物をホッパに輸送するステップと、
   前記オーガにおいて輸送される前記脱水された流出物を加熱するステップと、
   を含む、方法。
9. 前記乾燥させるステップ、取り出すステップ、混合するステップ、およびガラス固化するステップのうちの１つ以上によって放出されるオフガスを処理するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記イオン交換媒体が、加熱乾燥空気を使用して乾燥される、請求項８に記載の方法。
11. 前記イオン交換媒体が、加圧空気噴出口を使用して乾燥される、請求項８に記載の方法。
12. 前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体は均質である、請求項８に記載の方法。
13. 前記汚染物質が埋め込まれたガラス固化したイオン交換媒体は、前記使用済イオン交換媒体から減容されている、請求項８に記載の方法。
14. 前記乾燥させるステップ、取り出すステップ、混合するステップ、およびガラス固化するステップのうちの１つ以上は、移動式スキッドの上または内部で実施される、請求項８に記載の方法。
15. 前記乾燥させるステップ、取り出すステップ、混合するステップ、およびガラス固化するステップのうちの１つ以上は、単一構造物の内部で実施される、請求項８に記載の方法。
16. 放射性核種を捕捉するために使用された使用済イオン交換媒体を処理するためのシステムであって、
    使用済イオン交換媒体を収容するイオン交換容器と、
    前記使用済イオン交換媒体を乾燥させるための加熱された空気を受けるために前記イオン交換容器に結合されたホースを含む乾燥システムと、
    乾燥した前記使用済イオン交換媒体を前記イオン交換容器から取り出すための真空装置を含む取り出しシステムと、
    乾燥した前記使用済イオン交換媒体を添加剤と混合するための１つ以上の混合ブレードが取り付けられたホッパを含む混合システムと、
    混合された前記イオン交換媒体および前記添加剤をガラス固化容器にてガラス固化して、汚染物質が埋め込まれたガラス固化生成物をもたらすための電極を含むガラス固化システムと
    を含み、
    前記取り出しシステムが、
    前記イオン交換容器の上端に挿入するように構成された丸みを帯びた空気吸引チューブと、
    前記チューブの下端に位置する丸みを帯びた吸引ヘッドと、
    前記イオン交換容器から前記イオン交換媒体を取り出すための、前記吸引ヘッドの第１の側面に位置する真空口と、
    前記吸引ヘッドの第２の反対側面に位置する空気噴出口であって、前記イオン交換容器の内部で前記イオン交換媒体を切断し循環させ、イオン交換媒体の前記真空口への吸い上げを促進する、空気噴出口と、
    を含む、システム。