JP7189871B2 - 廃棄物処理のための制御されたｈｉｐコンテナ圧潰 - Google Patents

Description

本出願は、２０１６年１１月１８日に出願された米国仮出願番号第６２／４２４，０４２号に基づく優先権を主張しており、この仮出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される。

本開示は、概して、放射性廃棄物等の廃棄物を圧密するための熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）システムにおいて使用されるコンテナに関する。本開示はまた、制御された圧潰特性を有するコンテナを使用することによって、そのような廃棄物を圧密する方法に関する。

金属粉末の熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）のための金属コンテナの使用は、一般的産業実践である。ＨＩＰコンテナは、円柱等の規則的形状またはより複雑な形状のいずれかであって、それらは、金属粉末から最終高密度生成物への収縮に配慮するために最終生成物の形状よりわずかのみ大きい。非放射性材料を取り扱うとき、金属粉末の粒子サイズおよび形状は、その製造の間、細かく制御され、金属ＨＩＰコンテナの中に充填されているとき、高充塞密度を与えることができる。その結果、ＨＩＰコンテナ圧潰は、通常、約３０～４０％のみであって、これは、一貫して予測され得る、対称かつ制御された圧潰につながる。その結果、金属粉末および非放射性材料を用いて作業するとき、ＨＩＰコンテナ圧潰をモデル化し、コンテナ歪曲を防止することが考えられる。

しかしながら、放射性廃棄物の処置へのＨＩＰ技術の適用では、開始生成物の同一制御は、不可能である。粒子サイズおよび形状等の粉末性質は、主として、予測不能である。充塞密度は、理論的最終密度の１５～２５％と低く、７５％またはそれを上回る可能性として考えられる体積低減につながり得ることは、珍しくない。加えて、放射性廃棄物形態の化学的性質は、著しく可変である。その結果、ＨＩＰコンテナ圧潰をモデル化および予測することは、粉末特性評価が、不可能ではないにしても、困難である、放射性材料を含む、広範囲の廃棄物に関して、実践的または実行可能のいずれでもない。

ＨＩＰコンテナの圧潰特性の前述の限界と結び付けられるのは、処理されている材料と関連付けられた問題である。粉末状廃棄物が理論的最終密度を下回る密度において、ＨＩＰコンテナを充填するため、開始密度と最終密度との差異は、コンテナ収縮（体積変化）が配慮される必要があるであろうことを意味する。

充塞効率または異なる粉末形態に起因する、開始充填密度における変動と関連付けられた前述の問題を解決するために、収縮の量、したがって、最終コンテナ寸法は、異なるであろう。本発明者は、粉末の開始充塞密度に関係なく、毎回、同一直径に圧潰するであろう、ＨＩＰコンテナを開発した。高さは、若干、変動し得るが、十分に、オーバーパック廃棄キャニスタの公差の範囲内である。本発明者はまた、開示されるＨＩＰコンテナを使用して、核廃棄物を含む、廃棄物を圧密する予測可能方法を開発した。開示されるコンテナおよび方法は、上記に記載される問題および／または先行技術の他の問題のうちの１つまたはそれを上回るものを克服することを対象とする。

要旨
一実施形態では、外側円柱と、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱とを備える、核を含有する廃棄物等の廃棄物材料の圧密のためのコンテナが、開示される。説明されるコンテナは、熱間等方圧加圧法の際、圧密されたコンテナのサイズを予測可能形状および寸法に制御することを可能にする。示されるように、コンテナは、放射線の放出を伴わずに、種々の毒性、危険、または放射性液体もしくは粉末状廃棄物材料を保持および圧密するために十分なものであり得る。

別の実施形態では、圧密された物品を生産する方法が、開示される。ある実施形態では、本方法は、コンテナを圧密されるべき材料で充填するステップであって、コンテナは、外側円柱と、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱とを備える、ステップを含む。ある実施形態では、本方法は、熱および／または圧力を印加し、コンテナ内の材料を圧密し、予測可能形状および／または寸法を有する圧密された物品を生産することによって、コンテナを圧潰させるステップを含む。

上記に議論される主題に加えて、本開示は、以降に説明されるもの等のいくつの他の特徴を含む。前述の説明および以下の説明は両方とも、例示にすぎない。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
高圧および高温条件下における材料の圧密のためのコンテナであって、
外側円柱と、
プレートを、列として、所定の間隔を伴って、軸方向に、半径方向に、または両方に配列することによって、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱と、
を備える、コンテナ。
（項目２）
前記材料は、危険、毒性、または放射性廃棄物を含み、前記コンテナは、それを環境に放出せずに、そのような廃棄物を保持するように構成される、項目１に記載のコンテナ。
（項目３）
前記内側円柱および外側円柱は、鋼鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、それらの合金、またはそれらの組み合わせを含む、金属から作製され、前記内側円柱は、前記外側円柱と異なる少なくとも１つの特性を有し、前記特性は、展性、耐食性、または壁厚を含む、項目１に記載のコンテナ。
（項目４）
前記内側円柱は、前記コンテナ内に位置する材料と化学的に反応性である、層を備える、項目１に記載のコンテナ。
（項目５）
前記層は、（ｉ）圧密されている前記廃棄物材料から脱気する酸素と反応する、（ｉｉ）前記粉末状廃棄物材料の酸化還元を制御する、または（ｉｉｉ）それらの組み合わせのために十分な量のチタンを含む、項目４に記載のコンテナ。
（項目６）
前記外側円柱は、前記内側円柱より厚い壁厚を有する、項目１に記載のコンテナ。
（項目７）
前記内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法条件下、圧潰および変形に抵抗するように、前記内側円柱、前記外側円柱、または両方より高い強度を有する、材料を含み、前記材料は、金属、セラミック、黒鉛、またはそれらの組み合わせを含む、項目１に記載のコンテナ。
（項目８）
前記内部圧縮プレートは、前記内側コンテナおよび外側コンテナの半径に合致するように湾曲され、かつ前記内側円柱と外側円柱との間に位置付けられる、項目７に記載のコンテナ。
（項目９）
前記内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法の間、少なくとも１つの他の圧縮プレートに触れるように構成される、項目７に記載のコンテナ。
（項目１０）
前記内部圧縮プレートは、直角に角度付けられた縁を備える、項目９に記載のコンテナ。
（項目１１）
前記内部圧縮プレートは、角度付けられたまたは陥凹された縁を有し、熱間等方圧加圧法の間、相互係止を生じさせる、または前記プレートを誘導し、互いに摺動する、項目７に記載のコンテナ。
（項目１２）
前記プレートを定位置に係止することに役立つ、前記圧縮プレートの周囲に構成される、ライナをさらに備える、項目１に記載のコンテナ。
（項目１３）
前記外側円柱は、前記高圧および高温条件に暴露された後、前記壁が直線のままであることを可能にするために十分な厚さの壁を備える、項目１に記載のコンテナ。
（項目１４）
圧密された物品を生産する方法であって、
コンテナを圧密されるべき材料で充填するステップであって、前記コンテナは、
外側円柱と、
圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱と、
を備える、ステップと、
前記内部圧縮プレートが、前記コンテナを予測可能様式で圧潰させながら、前記コンテナ内の材料を圧密し、予測可能形状および／または寸法を有する圧密された物品を生産するように、熱および／または圧力を前記コンテナに印加することによって、前記コンテナを圧潰させるステップと、
を含む、方法。
（項目１５）
圧密に先立って、前記コンテナを排気およびシールするステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記材料は、危険、毒性、または放射性廃棄物を含み、前記コンテナは、環境に放出せずに、そのような廃棄物を保持するように構成される、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
圧密の間、圧潰に抵抗するための前記プレートが、列として、所定の間隔を伴って、軸方向および半径方向の両方に整列されるように構成するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
前記構成するステップは、前記圧縮プレートを前記内側円柱と外側円柱との間に位置付けることを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
前記圧密されるべき材料と前記内側円柱上または内に位置する少なくとも１つの材料を反応させるステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
前記内側円柱上または内に位置する材料は、チタンを含み、前記反応させるステップは、（ｉ）圧密されている前記廃棄物材料から脱気する酸素と反応させるステップ、（ｉｉ）前記粉末状廃棄物材料の酸化還元を制御するステップ、または（ｉｉｉ）それらの組み合わせを含む、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
熱および／または圧力を前記コンテナに印加することによって、前記コンテナを圧潰させるステップは、８～１４時間に及ぶ時間にわたって、８００～１，４００℃に及ぶ温度および１０～３００ＭＰａに及ぶ圧力において、熱間等方圧加圧法を含む、項目１４に記載の方法。

付随の図は、本明細書内に組み込まれ、その一部を構成する。

図１Ａ－１Ｅは、廃棄物処置のためのＨＩＰ処理ステップの概略であって、コンテナの充填（図１Ａ）と、コンテナの排気およびシール（図１Ｂ）と、ＨＩＰの中へのコンテナの装填（図１Ｃ）と、コンテナへの熱および圧力の印加（図１Ｄ）と、最終生成物（図１Ｅ）とを含む。

図２Ａ－２Ｂは、先行技術によるシステムの概略であって、液圧プレス内の２つの加熱されたプラテンの使用（図２Ａ）と、代表的システムの図（図２Ｂ）とを含む。

図３Ａは、英国においてオーバーパックおよび廃棄のために使用される３×３メートルのボックスの概略である。図３Ｂは、米国において使用されるオーバーパックコンテナの概略である。

図４Ａ－４Ｅは、本開示による制御される圧潰ＨＩＰコンテナにおいて使用される要素の概略であって、外側円柱（図４Ａ）および内側円柱（図４Ｃ）と、圧縮プレート（図４Ｂ）とを含む。最終の組み立てられた生成物（図４Ｄ）もまた、断面で示される（図４Ｅ）。

図５Ａ－５Ｂは、図５Ｄおよび５Ｅの実施形態の概略であって、端部プレートと、蓋とを伴う。図５Ｃ－５Ｅは、圧密および圧密された材料の収縮を反映させた後の最終生成物を示す。

図６Ａ－６Ｄは、圧力プレートの周囲に共形化するためのライナの流体静力学的形成を示し、圧力プレートを含有する外側円柱（図６Ａ）と、ライナ（図６Ｂ）と、最終の組み立てられた生成物（図６Ｃ）（これはまた、断面で示される（図６Ｄ））とを含む。

図７Ａおよび７Ｂは、圧縮プレート内の鋳造物を含む、コンテナの鋳造体を示す。図７Ｃは、上部蓋が中に溶接されることに先立って挿入される、内側ライナを示す。

図８Ａおよび８Ｂは、本明細書に説明される内部圧縮プレートの種々の実施形態を示す。図８Ａは、内側コンテナおよび外側コンテナの半径に合致するように湾曲される、内部圧縮プレートの概略である。図８Ｂは、熱間等方圧加圧法の間、具体的には、直角に角度付けられた縁を備える、少なくとも１つの他の圧縮プレートに触れるように構成される、内部圧縮プレートの概略である。

詳細な説明
新しいＨＩＰコンテナは、先行技術に関して提起されている、いくつかの重要な問題を克服することが実証されている。図１Ａから１Ｅを参照すると、廃棄物処置のための先行技術のＨＩＰ処理ステップの概略が、示される。ＨＩＰは、粉末状廃棄物で充填され（図１Ａ）、次いで、排気およびシールされることができる（図１Ｂ）。コンテナは、次いで、ＨＩＰの中に装填され（図１Ｃ）、そこで熱および圧力が、コンテナに印加され（図１Ｄ）、最終生成物を達成する（図１Ｅ）。

上記に述べられるように、放射性セラミックおよびガラスセラミック廃棄物形態では、これは、座屈を防止するために、４インチまたはそれを上回るコンテナの壁厚を要求するであろうため、不可能である。その結果、放射性廃棄物のためのアプローチは、大規模な体積変化を可能にする、ＨＩＰコンテナを設計するためのものであって、２つのアプローチがとられている。これらは、Ｌａｒｋｅｒによる「蛇腹」設計（図２Ａ参照）およびＲａｍｍによる「ダンベル」（図２Ｂ参照）と称されている。さらなる説明は、ＰＣＴ公開第ＷＯ９０／０３６４８号（参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。これらの設計の両方に、固有の限界がある。

ＨＩＰ転圧のための蛇腹設計は、コンテナ圧潰が、主に、軸方向であって、したがって、最終直径の観点からより予測可能であるという予期に基づく。しかしながら、有害かつ潜在的リスクは、ＨＩＰコンテナのピンホール破損に関連する。コンテナのピンホール破損は、金属コンテナまたは溶接（より可能性が高い）のいずれかにおける瑕疵が、高圧ガスがコンテナに進入することを可能にし、次いで、コンテナおよび内容物の加熱が生じるにつれて、ピンホールが、完全に閉鎖するか、または低減するかのいずれかの場所である。ＨＩＰサイクルピーク温度および圧力保持点の終了時、圧力は、温度とともに低減される。ガスが圧力容器から通気される速度は、コンテナから逃散し得る速度より高くなり、孔がシールされる場合、全く逃散することができない。結果として生じる圧力差は、コンテナを膨張させ、本膨張は、損傷を炉に生じさせ、極端な場合、圧力容器を潜在的に損傷させ得る。

代替として、「ダンベル」設計は、ピンホール破損に及ぼす膨張の量を低減させるが、それを排除するわけではない。加えて、最終サイズは、内容物の開始充塞密度に応じて、著しく可変である。最終形状の高さと直径の比率は、処理されている材料に応じて、有意に変動し得る。さらに、「ダンベル」形状は、圧密の間、キャニスタ壁の有意な歪曲または座屈を受ける。本変動性は、これらが移送および廃棄のために、固定サイズである傾向にあるため、オーバーパックの充填を最適化することを困難にする。例えば、ＨＩＰコンテナが、過大である場合、廃棄オーバーパックコンテナの内径内に適合せず、廃棄のための代替コンテナの必要性につながり、これは、困難またはコストがかかり得る。

代替として、最終ＨＩＰコンテナが、著しく小さい場合、オーバーパックコンテナ内に効率的に充塞されず、これは、より多くのオーバーパックが要求され、廃棄のコストを増加させ得る。他のアプローチはＨＩＰコンテナの開始サイズが「オーバーパック」の中に適合することを可能にし、したがって、最悪の場合および収縮が生じないと仮定するものである。これは、最終廃棄に対して無効にされる放射性廃棄物に関するＨＩＰプロセスによる体積低減の利点につながる。

先行技術と異なり、開示されるＨＩＰコンテナは、廃棄オーバーパックの効率的充塞を可能にする、所定のサイズまで、または寸法枠内に圧潰するように設計される。本設計の１つの利点は、円筒形「オーバーパック」廃棄キャニスタの中に挿入され得るように、ＨＩＰ放射性廃棄物形態ブロックの最終形状が直円柱となることを可能にすることである。例えば、米国では、これらのキャニスタは、典型的には、２フィート直径×１０フィート（または１５フィート）の長さである。生成物の理想的最終形状が、直円柱であって、金属粉末が、非放射性である場合、直円柱から開始し、次いで、収縮および金属コンテナ壁厚を計算し、歪曲を防止することが可能となるであろう。

図３Ａおよび３Ｂは、充塞システムの概略であって、図３Ｂに示されるＨＩＰキャニスタを保持するためのボックス（図３Ａ）の非限定的実施例を伴う。特に、図３Ａは、英国におけるオーバーパックおよび廃棄のために使用される３×３メートルボックスの概略を示す。図３Ｂは、米国において使用されるオーバーパックコンテナ（３００）の概略であって、リフティングリング（３１０）と、随意のプラグ（３２０）と、バッキングリング（３３０）と、衝突板（３４０）と、浅皿形鏡板ヘッド（３５０）と、スカート（３６０）とを備える。一非限定的実施形態では、米国コンテナは、図３Ｂに描写される。本実施形態は、１８または２４インチのいずれかの公称外径を有する、コンテナを説明する。１８インチコンテナに関して、壁厚は、概して、約３／８インチであって、２４インチの直径のコンテナに関しては、壁厚は、約１／２インチである。ある実施形態では、図３Ｂに描写されるコンテナは、燃料とともに、５，０００～１０，０００ポンドに及ぶ、最大重量を有してもよい。本重量は、概して、１１８インチ等の１１０～１２０インチの外部長（５，０００ポンド）から１８０インチ等の１７５～１８５インチの外部長（１０，０００ポンド）を有する、キャニスタと関連付けられる。一実施形態では、図３Ｂに示されるキャニスタの本体は、ステンレス鋼（ＳＳ３１６Ｌ）ニッケル、チタン、軟鋼、アルミニウム、または銅等の金属から作製される。

ある実施形態では、高圧および高温条件下における材料の圧密のためのコンテナが、説明される。本明細書で使用されるように、「高圧および高温条件下」とは、熱間等方圧加圧法等によって、標準的圧力および温度条件を上回ることを意味する。例えば、一実施形態では、そのような条件は、１０～１２時間等の８～１４時間に及ぶ時間にわたって、１，０００～１，２５０℃等の８００～１，４００℃に及ぶ温度、５０～２００ＭＰａ等の１０～３００ＭＰａに及ぶ圧力を含む。本明細書で使用され得る、ＨＩＰ条件のより詳細な説明は、米国特許第８，７５４，２８２号（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に提供される。

ある実施形態では、コンテナは、外側円柱と、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱とを備えてもよい。ある実施形態では、これらの圧縮プレートは、プレートを、列として、所定の間隔を伴って、軸方向に、半径方向に、または両方に配列することによって、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される。

本明細書に説明されるコンテナは、任意のタイプの材料を圧密するために使用されることができるが、種々の実施形態では、材料は、固体または液体の危険、毒性、もしくは放射性廃棄物を含み、コンテナは、環境に放出せずに、そのような廃棄物を保持するように構成される。一実施形態では、材料は、危険、毒性、または放射性材料を備える、粒子状材料等の固体廃棄物を備える。

ある実施形態では、圧密されるべき材料は、限定ではないが、使用済み燃料プール沈殿物、放射性沈殿物、または他の毒性沈殿物もしくはスラリーを含む、液体廃棄物を含む。説明される固体または液体材料は、典型的には、マグネシウム、プルトニウム、アルミニウム、黒鉛、ウラン、および他の原子力発電所廃炉廃棄物、ゼオライト材料、ならびに汚染された土壌等の前述の廃棄物中に見出される、少なくとも１つの元素を含んでもよい。

ある実施形態では、内側円柱および外側円柱は、鋼鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、その合金、またはそれらの組み合わせを含む、金属から作製される。ある実施形態では、内側円柱は、外側円柱と異なる少なくとも１つの特性を有する。例えば、異なる特性は、展性、耐食性、または壁厚のうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。ある実施形態では、外側円柱は、内側円柱より厚い壁厚を有する。

ある実施形態では、内側円柱は、コンテナ内に位置する材料と化学的に反応性である、層を備える。例えば、層は、（ｉ）圧密されている廃棄物材料から脱気する酸素と反応する、（ｉｉ）粉末状廃棄物材料の酸化還元を制御する、または（ｉｉｉ）それらの組み合わせのために十分な量のチタンを含んでもよい。

ある実施形態では、内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法条件下、圧潰および変形に抵抗するように、内側円柱、外側円柱、または両方より高い強度を有する、材料から成り、材料は、金属、セラミック、黒鉛、またはそれらの組み合わせを含む。

ある実施形態では、内部圧縮プレートは、内側コンテナおよび外側コンテナの半径に合致するように湾曲され、内側円柱と外側円柱との間に位置付けられる。

ある実施形態では、内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法の間、少なくとも１つの他の圧縮プレートに触れるように構成される。例えば、内部圧縮プレートは、直角に角度付けられた縁を備えてもよい。同一または別の実施形態では、内部圧縮プレートは、角度付けられたまたは陥凹された縁を有し、熱間等方圧加圧法の間、相互係止を生じさせる、またはプレートを誘導し、互いに摺動する。

ある実施形態では、本明細書に説明されるコンテナは、プレートを定位置に係止することに役立つ、圧縮プレートの周囲に構成される、ライナを備えてもよい。

また、本明細書に説明されるコンテナを使用して圧密された物品を生産する方法も、開示される。例えば、ある実施形態では、本方法は、コンテナを危険、毒性、または放射性廃棄物等の圧密されるべき材料で充填するステップを含む。前述のように、本方法は、外側円柱と、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成される、内部圧縮プレートを備える、内側円柱とを備える、コンテナを使用する。本方法はさらに、熱間等方圧加圧法等によって、熱および／または圧力をコンテナに印加することによって、コンテナを圧潰させるステップを含んでもよい。

圧密ステップの間、内部圧縮プレートは、予測可能様式でコンテナを圧潰させながら、コンテナ内の材料を圧密し、予測可能形状および／または寸法を有する圧密された物品を生産する。本明細書で使用されるように、「予測可能形状および／または寸法を有する」とは、とりわけ、圧密された物品がＨＩＰ容器が廃棄キャニスタの中により容易に挿入されることを可能にする、直線壁を有することを意味する。

ある実施形態では、本方法はさらに、圧密に先立って、コンテナを排気およびシールするステップを含む。

ある実施形態では、本方法はさらに、圧密の間、圧潰に抵抗するためのプレートが、列として、所定の間隔を伴って、軸方向および半径方向の両方に整列されるように構成するステップを含む。

ある実施形態では、構成するステップは、圧縮プレートを内側円柱と外側円柱との間に位置付けるステップを含む。

ある実施形態では、本方法はさらに、圧密されるべき材料と内側円柱上または内に位置する少なくとも１つの材料を反応させるステップを含む。例えば、反応させる方法は、（ｉ）圧密されている廃棄物材料から脱気する酸素と反応させるステップ、（ｉｉ）粉末状廃棄物材料の酸化還元を制御するステップ、または（ｉｉｉ）それらの組み合わせを含む。

本設計の開示される要素は、図４に示されるように、外側円柱と、列として、所定の間隔を伴って、軸方向および半径方向の両方に整列される、内側プレートを伴う、内側円柱とを含むように構成される。図４Ａから４Ｅを具体的に参照すると、本開示による制御される圧潰ＨＩＰコンテナにおいて使用される要素の概略が、示され、外側（図４Ａ）および内側円柱（図４Ｃ）と、圧縮プレート（図４Ｂ）とを備える。図４Ｂの圧縮プレートは、列として、所定の間隔を伴って、軸方向および半径方向の両方に整列される。図４Ｄは、最終の組み立てられた生成物の描写であって、図４Ｅは、最終生成物の断面図を描写する。

一実施形態では、内側および外側シェルは、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、軟鋼、アルミニウム、銅、またはその他等の金属から作製される。それらは、潜在的意図または機能に応じて、相互に同一組成物または異なってもよい。例えば、内側層は、チタンから作製されるような内容物の組成物とより反応性またはあまり反応性ではなく、任意の過剰酸素と反応させる、もしくは焙焼物／粉末状内容物の酸化還元を制御する役割を果たしてもよい。外側は、より多くの変形を可能にするためのより可鍛性の合金またはステンレス鋼等のより耐食性である金属から作製されてもよい。

一実施形態では、外側層は、コンテナの一次構造部材であって、その機能が、ＨＩＰコンテナの取扱および充填の間、その形状を維持することであるため、概して、内側ライナより厚い壁厚となるであろう。厚い外壁はまた、市販のＨＩＰコンテナにおいて観察されるような座屈または皺に抵抗するであろう。熱間等方圧加圧法後、コンテナは、依然として、最小限の座屈および皺を伴って、直円柱となるであろう。これは、廃棄のための取扱およびオーバーパックの中への装填の容易さのための対称形状と、要求される場合、外部清掃および除染の容易性を可能にするであろう、最小限の皺／座屈とを含む、いくつかの利点につながるであろう。

ある実施形態では、本開示全体を通して説明されるように、直線壁を有する、ＨＩＰ容器を圧密することは、ＨＩＰ容器が廃棄キャニスタの中により容易に挿入されることを可能にする。また、外側ＨＩＰキャニスタは、外側が最終廃棄キャニスタとなり得るようにエンジニアリングされ得る、実施形態も、開示される。本実施形態では、外側容器壁は、外壁が直線のままであるようにエンジニアリングされることができ、容器の高度な完全性のため、廃棄キャニスタとなることができる。本実施形態は、廃棄キャニスタと見なされるための耐久性または構造完全性を有しないであろう上記に説明される蛇腹またはダンベル等の薄壁容器と異なり、それが廃棄キャニスタの中にオーバーパックされる必要性を無効にするであろう。

内部圧縮プレートは、典型的には、ＨＩＰ圧縮条件下、圧潰および変形に抵抗する、より高い強度の材料から作製されるであろう。圧縮プレートは、内側円柱および外側円柱の半径に合致するように湾曲されることができる。一実施形態では、それらは、金属、軽量セラミック、黒鉛、またはこれらの組み合わせから作製されることができる。

一実施形態では、内部圧縮プレートは、内側シェルと外側シェルとの間に狭着される。その位置は、溶接、接着、またはメッシュを使用することによってのいずれかで配列され、その位置を整合および特定することができる。これは、加工の間、空間配列を維持する。一実施形態では、アセンブリは、合体され、図６に示される層状構造をもたらす。次いで、層は、端部キャップが取り付けられ、封入されたコンテナを形成するであろう。これらの端部キャップまたは蓋は、変形例に説明されるように、異なる手段を介して、上に溶接される、または取り付けられることができる。

本開示によるＨＩＰコンテナは、ＨＩＰサイクルの間のコンテナの主要本体の収縮の間、圧縮プレートが触れると、それらが、任意のさらなる圧潰に抵抗し、したがって、ＨＩＰコンテナのサイズを予測可能形状および寸法に制御するであろうように設計される。これの代表は、図５に示される。

図５Ａおよび５Ｂは、図４Ｄおよび４Ｅの実施形態の概略であって、端部プレートと、蓋とを伴う。図５Ｃから５Ｅは、本発明の最終生成物を描写し、ＨＩＰ後の圧密された材料の収縮を反映する。図５Ｅは、図４Ｂの圧縮プレートがＨＩＰ後に圧潰するであろう様子を描写する。そのプロセスでは、図４Ｂの圧縮プレートは、図５Ｅに描写されるように触れるか、または相互係止するかのいずれかであるように圧潰するが、それらは、全体的キャニスタの任意のさらなる圧潰を防止するように相互作用する。

種々の実施形態では、圧縮プレートは、それらが触れると、それらが相互に突合わさるように、直角に角度付けられた縁を有してもよいか、またはそれらは、相互係止もしくは誘導を生じさせ、事前に規定された方法において相互にわたって摺動するように、角度付けられる、もしくは陥凹されてもよいかのいずれかである。

変形例：液圧成形変形例
上記に説明される加工方法を取り上げると、いったん組み立てられると、流体静力学的圧力が、内側ライナに印加されることができる。一実施形態では、本流体静力学的圧力は、ライナを圧縮プレートの周囲に形成させ、プレートを定位置に係止することに役立つであろう。ライナは、外側ライナに関連して比較的に薄いため、印加される圧力は、内側ライナをプレートの周囲に形成させるのみであろうようなものである。本設計の利点は、軸方向および半径方向の両方における内側ライナの変形を可能にする、開始点を提供することである。

ある実施形態では、プレートに共形化するように原位置で流体静力学的に形成されるライナは、図６に示される。特に、図６Ａから６Ｄは、本発明のある実施形態による、圧力プレートの周囲に共形化するためのライナの流体静力学的形成を示し、圧力プレートを含有する外側円柱（図６Ａ）と、ライナ（図６Ｂ）と、最終の組み立てられた生成物（図６Ｃ）とを含む。図６Ｄは、本実施形態の断面を描写する。

代替として、流体静力学的圧力は、内側および外側シェルの両側に印加され、それらをプレートの周囲に成型させることができる。これは、いくつかの状況では、ＨＩＰの間、コンテナの収縮を開始するためのいくつかの利点を提供し得る。

一実施形態では、ＨＩＰコンテナは、「ダンベル形状」を備えるが、直径の周囲に規則的間隔で設置される、内側および外側シェルプレートをさらに備えてもよい。一実施形態では、内側および外側シェルプレートは、連続リングとして、ダンベルコンテナの直径の周囲に設置される。

鋳造変形例
別の実施形態では、外側ライナおよび圧縮プレートは、前述の液圧成形技法を使用してではなく、鋳造を介して、作製される。１つのユニットとしての外側ライナおよび圧縮プレートの鋳造は、上記に説明される方法に優るいくつかの利点を有する。１つのそのような利点は、内側ライナを挿入する前に、アレイ内の圧縮プレートを特定する必要性を除去することである。不利点は、プレートおよび外側が同一材料に限定されることである。

また、基部または上部蓋のいずれかもしくは両方において鋳造することも可能性として考えられ得る。両蓋における鋳造は、内側ライナの使用を排除するであろうが、これは、全ての廃棄物タイプのために必要とされない場合がある。図７は、鋳造体およびプレートの概念を示す。特に、図７Ａおよび７Ｂは、圧縮プレート内の鋳造物を含む、コンテナの鋳造体を示す。図７Ｃは、上部蓋が中に溶接されることに先立って挿入される内側ライナを示す。

それらが作製される方法にかかわらず、種々の実施形態では、本明細書に説明される内部圧縮プレートは、コンテナの形状に合致するように構成されることができる。例えば、図８Ａは、内側コンテナおよび外側コンテナの半径に合致するように湾曲される、内部圧縮プレートの概略である。図８Ｂは、具体的には、直角に角度付けられた縁を備える、熱間等方圧加圧法の間、少なくとも１つの他の圧縮プレートに触れるように構成される、内部圧縮プレートの概略である。

圧力解放の変形例：
前述のように、先行技術に説明される市販のＨＩＰコンテナの１つの限界は、閉じ込められたガスに関連する。ＨＩＰコンテナの内側へのガスの捕捉は、非制御膨張につながり、蛇腹ＨＩＰコンテナの実施例に示されるように、破壊的破損を有し得る。そのような問題を回避するために、ＨＩＰコンテナの本体の中に組み込まれ得る、圧力解放システムが、開示される。圧力解放システムは、ガスが逃散することを可能にするであろうが、放射性内容物の解放につながらないであろうように所望される。

一実施形態では、本明細書に説明される圧力解放システムは、薄金属またはセラミック膜によって被覆される焼結金属またはセラミックフィルタの形態をとるであろう。多孔性焼結フィルタは、ＨＩＰコンテナの内側に面し、膜は、コンテナの外側面にあるであろう。ＨＩＰコンテナを充填および排気する際、膜は、下層多孔性フィルタによって支持されるシールを提供する。ＨＩＰプロセスの間、ガスが存在する場合、膜は、多孔性金属またはセラミックフィルタが圧潰しないように防止するであろう。加えて、圧力が膜の設計圧力を上回って上昇する場合、膜は、破裂し、それによって、過剰なガスを放出するであろう。一実施形態では、破裂圧力は、ＨＩＰコンテナの任意の変形を防止するように設計されるであろう。加えて、フィルタは、ＨＩＰの中への任意の放射性粒子状材料の逃散を防止するであろう。

ガスが、本明細書に説明されるＨＩＰコンテナの内側に存在しない場合、焼結金属またはセラミックフィルタは、密集化し、中実プラグを形成するであろうように選定されることができる。別の実施形態では、使用されるＨＩＰ条件において密集化するであろう材料を選択するのではなく、材料は、ＨＩＰ圧力および温度において密集化しないように具体的に選択されてもよい。

種々の修正および変形例が、本開示の範囲から逸脱することなく、開示される合金および合金を完成部品の中に形成する方法に成されることができることが、当業者に明白となるであろう。代替実装も、本明細書に開示される明細書および実践の検討から当業者に明白となるであろう。明細書および実施例は、例示にすぎないと見なされ、本開示の真の範囲は、以下の請求項およびその均等物によって示されることが意図される。

Claims (20)

1. 高圧および高温条件下における材料の圧密のためのコンテナであって、
   外側円柱と、
   複数の内部圧縮プレートを備える内側円柱であって、前記複数の内部圧縮プレートは、前記内側円柱と前記外側円柱との間に位置付けられており、前記複数の内部圧縮プレートは、前記内側円柱および前記外側円柱の半径に合致するように湾曲されており、前記複数の内部圧縮プレートは、前記複数の内部圧縮プレートを、複数の列状に、軸方向に所定の間隔を伴って配列すること、または、前記複数の内部圧縮プレートのうちの任意の１つが前記複数の内部圧縮プレートのうちの別の１つに半径方向に対向するように前記複数の内部圧縮プレートを半径方向に所定の間隔を伴って配列すること、または、その両方を配列することによって、圧密の間、圧潰に抵抗するようにさらに構成されている、内側円柱と
   を備える、コンテナ。
2. 前記材料は、危険、毒性、または、放射性の廃棄物を含み、前記コンテナは、前記廃棄物を環境に放出することなく、前記廃棄物を保持するように構成されている、請求項１に記載のコンテナ。
3. 前記内側円柱および前記外側円柱は、鋼鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、それらの合金、または、それらの組み合わせを含む金属から作製され、前記内側円柱は、前記外側円柱とは異なる少なくとも１つの特性を有し、前記少なくとも１つの特性は、展性、耐食性、または、壁厚を含む、請求項１に記載のコンテナ。
4. 前記内側円柱は、前記コンテナ内に配置されている前記材料と化学的に反応性である層を備える、請求項１に記載のコンテナ。
5. 前記層は、（ｉ）圧密されている廃棄物材料から脱気する酸素と反応させるために十分な量のチタン、または、（ｉｉ）粉末状の廃棄物材料の酸化還元を制御するために十分な量のチタン、または、（ｉｉｉ）それらの組み合わせのために十分な量のチタンを含む、請求項４に記載のコンテナ。
6. 前記外側円柱は、前記内側円柱より厚い壁厚を有する、請求項１に記載のコンテナ。
7. 前記複数の内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法条件下、圧潰および変形に抵抗するように、前記内側円柱、前記外側円柱、または、その両方より高い強度を有する材料を含み、前記材料は、金属、セラミック、黒鉛、または、それらの組み合わせを含む、請求項１に記載のコンテナ。
8. 前記複数の内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法の間、少なくとも１つの他の圧縮プレートに触れるように構成されている、請求項７に記載のコンテナ。
9. 前記複数の内部圧縮プレートは、直角に角度付けられた縁を備える、請求項８に記載のコンテナ。
10. 前記複数の内部圧縮プレートは、熱間等方圧加圧法の間、前記複数の内部圧縮プレートの相互係止または誘導を生じさせることにより互いに摺動するように、角度付けられた縁または陥凹された縁を有する、請求項７に記載のコンテナ。
11. 前記コンテナは、前記複数の内部圧縮プレートの周囲に構成されているライナをさらに備え、前記ライナは、前記複数の内部圧縮プレートを定位置に係止することに役立つ、請求項１に記載のコンテナ。
12. 前記外側円柱は、壁を備え、前記壁は、前記高圧および高温条件に暴露された後、前記壁が直線のままであることを可能にするために十分な厚さを有する、請求項１に記載のコンテナ。
13. 圧密された物品を生産する方法であって、
    コンテナを圧密されるべき材料で充填することであって、前記コンテナは、
    外側円柱と、
    複数の内部圧縮プレートを備える内側円柱であって、前記複数の内部圧縮プレートは、前記内側円柱および前記外側円柱の半径に合致するように湾曲されており、前記複数の内部圧縮プレートは、圧密の間、圧潰に抵抗するように構成されている、内側円柱と、
    を備える、ことと、
    前記複数の内部圧縮プレートが、前記コンテナを予測可能な様式で圧潰させながら、前記コンテナ内の材料を圧密し、予測可能な形状および／または寸法を有する圧密された物品を生産するように、熱および／または圧力を前記コンテナに印加することによって、前記コンテナを圧潰させることと
    を含む、方法。
14. 前記方法は、圧密に先立って、前記コンテナを排気およびシールすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記材料は、危険、毒性、または、放射性の廃棄物を含み、前記コンテナは、前記廃棄物を環境に放出することなく、前記廃棄物を保持するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
16. 前記方法は、前記複数の内部圧縮プレートが、複数の列状に、軸方向に所定の間隔を伴って整列されるように、または、前記複数の内部圧縮プレートのうちの任意の１つが前記複数の内部圧縮プレートのうちの別の１つに半径方向に対向するように前記複数の内部圧縮プレートが半径方向に所定の間隔を伴って整列されるように、前記複数の内部圧縮プレートを圧密の間、圧潰に抵抗するための構成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記構成することは、前記複数の内部圧縮プレートを前記内側円柱と前記外側円柱との間に位置付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記方法は、前記圧密されるべき材料と前記内側円柱上に配置されているまたは前記内側円柱内に配置されている少なくとも１つの材料を反応させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
19. 前記内側円柱上に配置されているまたは前記内側円柱内に配置されている前記材料は、チタンを含み、前記反応させることは、（ｉ）圧密されている廃棄物材料から脱気する酸素と反応させること、または、（ｉｉ）粉末状の廃棄物材料の酸化還元を制御すること、または、（ｉｉｉ）それらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 熱および／または圧力を前記コンテナに印加することによって、前記コンテナを圧潰させることは、８時間～１４時間に及ぶ時間にわたって、８００℃～１，４００℃に及ぶ温度および１０ＭＰａ～３００ＭＰａに及ぶ圧力において、熱間等方圧加圧法を含む、請求項１３に記載の方法。

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