JP7005944B2 - 放射性廃棄物収容容器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物を収容するための放射性廃棄物収容容器及びその製造方法に関する。

原子力施設、核燃料施設、放射線利用施設等では、放射性廃棄物（例えば放射性物質を含むコンクリート、金属、樹脂、紙、布、廃液等）が発生する。また、東日本大震災の放射能物質の除染等によっても、放射性廃棄物（例えば放射性物質で汚染された土壌、焼却灰等）が発生する。この放射性廃棄物は、必要な処理（例えば、切断、圧縮、固化、減容化等）が施された後、放射性廃棄物収容容器に収容される。放射性廃棄物収容容器は、放射線を遮蔽する能力を持ち、外部に漏洩する放射線量を人体に悪影響を与えないレベルに低減する。

放射性廃棄物の放射能の強度に合わせて、放射線の遮蔽能力を調節することができる放射性廃棄物収容容器が知られている（特許文献１参照）。図６に示すように、この放射性廃棄物収容容器は、容器を多重構造１１，１２，１３にしてなる。例えば、放射性廃棄物１０の放射能の強度が高い場合には、容器を３重構造１１，１２，１３にして容器の放射線の遮蔽能力を高くし、放射性廃棄物１０の放射能の強度が低い場合には、容器を１重構造１１又は２重構造１１，１２にして容器の放射線の遮蔽能力を低くする。

特開平１０－１０４３８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の放射性廃棄物収容容器にあっては、多重構造の容器を製造するのに、手間とコストがかかるという課題がある。また、遮蔽能力が３段階にしか調節できず、放射性廃棄物の放射能の強度に合わせて放射線の遮蔽能力を最適化するのが困難であるという課題がある。放射線の遮蔽能力を最適化するために、容器を４重構造以上にすることも考えられるが、この場合、容器の製造にさらに手間とコストがかかる。

そこで、本発明は、放射性廃棄物の放射能の強度に合わせて放射線の遮蔽能力を容易に最適化することができる放射性廃棄物収容容器及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、放射性廃棄物を収容する収容室を有するコアと、前記コアの前記収容室を塞ぐ蓋と、前記コアの側壁部の外面に材質が互いに異なる少なくとも２種類以上の連続するシート状材料を積層した状態で１巻きより多く巻き付けてなり、前記２種類以上のシート状材料の一端が積層した状態の層の内側にあり、前記２種類以上のシート状材料の他端が積層した状態の層の外側にある遮蔽体と、を備え、前記２種類以上のシート状材料は、鋼板を含む放射性廃棄物収容容器である。

本発明の他の態様は、放射性廃棄物が収容され、蓋によって閉鎖可能な収容室を有するコアを用意する工程と、前記コアの側壁部の外面に材質が互いに異なる少なくとも２種類以上の連続するシート状材料を積層した状態で１巻きより多く巻き付ける工程と、を備え、前記２種類以上のシート状材料の一端が積層した状態の層の内側にあり、前記２種類以上のシート状材料の他端が積層した状態の層の外側にあり、前記２種類以上のシート状材料は、鋼板を含む放射性廃棄物収容容器の製造方法である。

放射線の遮蔽能力は、材料の種類と厚さによって決定される。本発明によれば、シート状材料の巻き付け回数でこの厚さを任意に設定できる。このため、放射性廃棄物の放射能の強度に合わせて、放射線の遮蔽能力を最適化することができる。また、放射性廃棄物の放射能の強度が低い場合、厚さが小さくてよいので、放射性廃棄物収容容器の重量を軽くすることができる。このため、放射性廃棄物収容容器のハンドリングや輸送が容易になる。さらに、遮蔽体が材質が互いに異なる２種類以上のシート状材料を含むので、遮蔽体に強度を持たせたり、ガンマ線及び／又は中性子を遮蔽する能力を高めたりすることができる。

本発明の一実施形態の放射性廃棄物収容容器の垂直断面図である。 本実施形態の放射性廃棄物収容容器の水平断面図（図１のII-II線断面図）である。 本発明の一実施形態の放射性廃棄物収容容器の製造方法の工程図である。 図３のIV部拡大図である。 本実施形態の放射性廃棄物収容容器の製造方法の他の例の工程図である。 従来の放射性廃棄物収容容器の垂直断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の放射性廃棄物収容容器を詳細に説明する。ただし、本発明の放射性廃棄物収容容器は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１は、本発明の一実施形態の放射性廃棄物収容容器（以下、単に容器という）の垂直断面図を示し、図２は水平断面図を示す。１は放射性廃棄物、２はコア、３は蓋、４は遮蔽体である。

放射性廃棄物１は、原子力施設、核燃料施設、放射線利用施設等で発生する廃棄物、及び／又は東日本大震災の放射能物質の除染等によって発生する廃棄物である。放射性廃棄物１の種類は限定されるものではなく、放射性廃棄物１の放射能レベルも限定されるものではない

コア２は、鉄等の金属製であり、略有底筒状である。コア２の内部には、放射性廃棄物１を収容する収容室５が形成される。コア２は、底部２ａと、側壁部２ｂと、を備える。側壁部２ｂの断面形状は、円形である（図２参照）が、４角形等の多角形にすることもできる。

側壁部２ｂの上端部には、側壁部２ｂから外側に張り出す第１鍔部６が形成される。側壁部２ｂの下端部には、側壁部２ｂから外側に張り出す第２鍔部７が形成される。遮蔽体４は、第１鍔部６と第２鍔部７との間に配置される。第１鍔部６と第２鍔部７とは、側壁部２ｂの外面にシート状材料４ａ，４ｂ，４ｃを巻き付けるとき、シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃがずれないようにする。

コア２の底部２ａには、遮蔽体４は巻き付けられていない。底部２ａの厚さｔ１は、収容される放射性廃棄物１の最大の放射能レベルを想定したときに、底部２ａから漏れ出る放射線量が十分に小さくなるように決定される。底部２ａの厚さｔ１の算出方法は実施例で具体的に説明する。また、底部２ａの上面２ａ_１の高さは、遮蔽体４の下端４_１よりも高くなるように設定される。放射性廃棄物１から水平方向に放出される放射線を遮蔽体４で遮蔽するためである。

蓋３は、鉄等の金属製であり、コア２の側壁部２ｂの上面に載せられる本体部３ａと、本体部３ａに一体に形成される嵌合部３ｂと、を備える。嵌合部３ｂは、コア２の側壁部２ｂの内側にぴったりと嵌められる。蓋３には、遮蔽体４は巻き付けられていない。蓋３の厚さｔ２は、収容される放射性廃棄物１の最大の放射能レベルを想定したときに、蓋３から漏れ出る放射線量が十分に小さくなるように設定される。蓋３の厚さｔ２の算出方法は実施例で具体的に説明する。また、蓋３の嵌合部３ｂの下面３ｂ_１の高さは、遮蔽体４の上端４_２の高さよりも低くなるように設定される。収容室５から水平方向に放出される放射線を遮蔽体４で遮蔽するためである。

遮蔽体４は、コア２の側壁部２ｂの外面にシート状材料４ａ，４ｂ，４ｃを巻き付けてなる。シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃの種類は、鋼板、ガンマ線遮蔽材、中性子遮蔽材のうちの１種類、又は２種類以上である。図１には、３種類のシート状材料４ａ，４ｂ，４ｃをコア２に巻き付けた例を示すが、１種類のみのシート状材料をコア２に巻き付けることもできるし、２種類以上のシート状材料をコア２に巻き付けることもできる。シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃの巻き付け回数は、必要な遮蔽能力に応じて適宜設定され、１巻き、２巻き、３巻き、４巻き、…十巻き、数十巻き等適宜設定される。

シート状材料４ａ（以下、鋼板４ａという）は、炭素鋼板、ステンレス鋼板等である。シート状材料４ｂ（以下、ガンマ線遮蔽材４ｂという）は、鉛板又は鉛、タングステン又はバリウムを含む樹脂シートである。シート状材料４ｃ（以下、中性子遮蔽材４ｃという）は、ポリエチレンシートである。ガンマ線遮蔽材４ｂ及び／又は中性子遮蔽材４ｃだけでは、遮蔽体４の強度が低下する。鋼板４ａは、遮蔽体４の強度を向上させるために設けられる。もちろん、鋼板４ａも放射線の遮蔽能力を持つ。

図３は、本発明の一実施形態の容器の製造方法の工程図を示す。図３に示すように、鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃは、コイル状に巻かれている。これらは支持機構に回転可能に支持されている。コア２は、駆動機構に支持されていて、駆動機構によって回転駆動される。

鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃの一端を引き出し、コア２に取り付け、コア２を回転させると、コア２に鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃが積層した状態で巻き付けられる。鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃの一端は、積層した状態の層の内側にあり、鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃの他端は、積層した状態の層の外側にある。コア２に隙間無く巻き付けられるように、鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃの巻き付けは、これらの張力を調節しながら行われる。支持機構には、張力を調節するための機構が組み込まれる。図４は、遮蔽体４の詳細図を示す。コア２には、鋼板４ａ、ガンマ線遮蔽材４ｂ、中性子遮蔽材４ｃが積層した状態で巻き付けられる。

なお、最初に中性子遮蔽材４ｃを必要巻き数巻き付け、その後ガンマ線遮蔽材４ｂを必要巻き数巻き付け、その後鋼板４ａを必要巻き数巻き付けることもできる。また、鋼板４ａのみ、ガンマ線遮蔽材４ｂのみ、又は中性子遮蔽材４ｃのみを巻き付けることもできる。

図３に示す容器の製造は、専用の工場で行われてもよいし、放射性廃棄物１が発生する原子力施設、核燃料施設、放射線利用施設等の現地で行われてもよい。現地で容器を製造すれば、発生する放射性廃棄物１に臨機応変に対応することができる。

図５は、本実施形態の容器の製造方法の他の例の工程図を示す。図５では、コア２が４角形の筒状であり、遮蔽体４も４角形の筒状である例を示す。図５のように、コア２は４角形の筒状でもよい。その他の構成は、図３と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。

以上に本実施形態の容器及び容器の製造方法の構成を説明した。本実施形態の容器及び容器の製造方法によれば、以下の効果を奏する。

容器の放射線の遮蔽能力は、材料の種類と厚さによって決定される。本実施形態によれば、シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃの巻き付け回数でこの厚さを任意に設定できる。このため、放射性廃棄物１の放射能の強度に合わせて、放射線の遮蔽能力を最適化することができる。また、放射性廃棄物１の放射能の強度が低い場合、厚さが小さくてよいので、容器の重量を軽くすることができる。このため、容器のハンドリングや輸送が容易になる。

シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃの巻き付け回数を少なくとも２巻きにすることで、放射線の遮蔽能力の調節範囲を大きくすることができる。

遮蔽体４が材質が互いに異なる２種類以上のシート状材料４ａ，４ｂ，４ｃを含むので、遮蔽体４に強度を持たせたり、ガンマ線及び／又は中性子を遮蔽する能力を高めたりすることができる。

コア２の上端部及び下端部に第１鍔部６及び第２鍔部７を設けるので、シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃを巻き付けるとき、シート状材料４ａ，４ｂ，４ｃがずれるのを防止できる。

図１に示す容器を製作するために、容器の各部の寸法を算出した。最初にコア２の底部２ａと蓋３の厚さを算出した。算出にあたって、容器に収容される放射性廃棄物１の最大の放射能レベルを以下のように想定した。
放射能レベル １０^１５Ｂｑ／ｔ
体積 ＩＳ Ｚ １６００のドラム缶の容積相当（内径５７０ｍｍ、高さ８７０ｍｍ）
最大収容重量 ４００ｋｇ
コバルト：セシウム＝２：１（重量比）

容器表面線量当量率を最大２ｍＳｖ／Ｈｒとすると、コア２の底部２ａと蓋３が鉄製の場合、遮蔽に必要な厚さは、それぞれ３００ｍｍであった。すなわち、コア２の底部２ａの厚さｔ１を３００ｍｍ、蓋３の厚さｔ２を３００ｍｍに設定すればよいことがわかった。

次に、コア２の側壁部２ｂと遮蔽体４の厚さを算出した。算出にあたって、容器に収容される放射性廃棄物１の放射能レベルを以下のように想定した。
放射能レベル １０^１３Ｂｑ／ｔ
重量 ４００ｋｇ

容器表面線量当量率を最大２ｍＳｖ／Ｈｒとすると、コア２が鉄製でシート状材料が鋼板４ａの場合、遮蔽に必要な厚さは２００ｍｍであった。コア２の側壁部２ｂの厚さを１００ｍｍとすると、遮蔽体４に１００ｍｍの厚さが必要であることがわかった。０．５ｍｍ（鋼板４ａの厚さ）×２００巻きで、１００ｍｍを確保できる。０．５ｍｍの鋼板４ａを２００巻き巻き付ければよいことがわかった。

１…放射性廃棄物
２…コア
２ａ…底部
２ｂ…側壁部
３…蓋
４…遮蔽体
４ａ…鋼板（シート状材料）
４ｂ…ガンマ線遮蔽材（シート状材料）
４ｃ…中性子遮蔽材（シート状材料）
５…収容室
６…第１鍔部
７…第２鍔部

Claims (5)

1. 放射性廃棄物を収容する収容室を有するコアと、
   前記コアの前記収容室を塞ぐ蓋と、
   前記コアの側壁部の外面に材質が互いに異なる少なくとも２種類以上の連続するシート状材料を積層した状態で１巻きより多く巻き付けてなり、前記２種類以上のシート状材料の一端が積層した状態の層の内側にあり、前記２種類以上のシート状材料の他端が積層した状態の層の外側にある遮蔽体と、を備え、
   前記２種類以上のシート状材料は、鋼板を含む放射性廃棄物収容容器。
2. 前記遮蔽体は、前記コアの前記側壁部の外面に前記２種類以上のシート状材料を少なく
   とも２巻き巻き付けてなることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物収容容器。
3. 前記２種類以上のシート状材料は、前記鋼板を含むと共に、ガンマ線遮蔽材及び／又は中性子遮蔽材を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物収容容器。
4. 前記遮蔽体は、前記コアの上端部に設けられる第１鍔部と前記コアの下端部に設けられ
   る第２鍔部との間に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載
   の放射性廃棄物収容容器。
5. 放射性廃棄物が収容され、蓋によって閉鎖可能な収容室を有するコアを用意する工程と、
   前記コアの側壁部の外面に材質が互いに異なる少なくとも２種類以上の連続するシート状材料を積層した状態で１巻きより多く巻き付ける工程と、
   を備え、
   前記２種類以上のシート状材料の一端が積層した状態の層の内側にあり、前記２種類以
   上のシート状材料の他端が積層した状態の層の外側にあり、
   前記２種類以上のシート状材料は、鋼板を含む放射性廃棄物収容容器の製造方法。

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