JP7211729B2 - Hydrogen gas vent for radioactive material storage container and radioactive material storage container using the same - Google Patents

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Description

この発明は、放射性物質保管容器用水素ガスベント及びこれを用いた放射性物質保管容器に関する。 The present invention relates to a hydrogen gas vent for a radioactive substance storage container and a radioactive substance storage container using the same.

放射性物質を輸送、保管・貯蔵、埋設処分等において、放射性物質を容器に入れた場合に、容器内に含まれる水などが放射線分解して水素ガスや酸素ガスなどが発生することによる容器内の圧力上昇による容器の破損や変形、あるいは水素ガス爆発の危険がある。 When radioactive materials are placed in a container during transport, storage/storage, burial disposal, etc., the water contained in the container is radiolyzed to generate hydrogen gas, oxygen gas, etc. There is a risk of damage or deformation of the container due to pressure rise, or hydrogen gas explosion.

放射線を発する放射性物質を輸送、保管・貯蔵、処分等を行う場合、放射性物質を漏洩させず、外部からの雨水等の浸入を防ぎ、あるいは、放射線の遮蔽を目的として、通常は、何らかの密閉容器に入れ埋設され、あるいは、施設内で管理される。この時、水などが存在すると、水の放射線分解によってH、O、N、COなどのガスが生成する。これらガスの生成は、容器内の圧力を上昇させ、容器の破損や変形を生じる恐れがあり、破損では放射性物質が漏洩し、あるいは、変形することで容器を覆う様々な遮蔽体に影響を及ぼす可能性がある。 When transporting, storing, storing, or disposing of radioactive materials that emit radiation, it is usually necessary to place them in a sealed container to prevent leakage of radioactive materials, prevent rainwater from entering from the outside, or shield radiation. placed in a burial chamber or managed within the facility. At this time, if water or the like exists, gases such as H 2 , O 2 , N 2 and CO 2 are generated by radiolysis of water. The generation of these gases increases the pressure inside the container, which may cause damage or deformation of the container, which may cause leakage of radioactive materials, or deformation that affects various shields that cover the container. there is a possibility.

放射性物質は、細かな粒状を呈するものや、焼却飛灰など粉状である場合、あるいは、液状である場合があり、万一の容器の破損や経年劣化等によって、これら放射性物質が外界へ漏出する危険性を回避する必要がある。これら放射性物質を安定させるためセメント系材料で固形化することが有効であるが、セメント系材料は水を含むものが多い。また、ガラス固化体での固化でも、容器内でセメント系材料を用いて固定化で水を含むことがあり、放射線によりガスの発生が課題となる。 Radioactive substances can be in the form of fine granules, in powder form such as incineration fly ash, or in liquid form. should avoid the danger of In order to stabilize these radioactive substances, it is effective to solidify them with cement-based materials, but most cement-based materials contain water. In addition, even in the case of solidification with a vitrified material, water may be included due to fixation using a cement-based material in a container, and the generation of gas due to radiation poses a problem.

特に、水由来のH(水素ガス)は、その濃度が爆発限界あるいは燃焼限界に達し、静電気によるスパークなどの発生で火炎伝播を生じる危険性があり、容器内のみならず、これらを貯蔵する施設においても適切に水素ガス等の濃度を限界値以下に管理することが求められる。 In particular, H 2 (hydrogen gas) derived from water has a concentration that reaches the explosion limit or combustion limit, and there is a risk of flame propagation due to the generation of sparks due to static electricity. It is also required to appropriately control the concentration of hydrogen gas, etc., below the limit value in facilities.

特許文献1によると、多孔質基材の表面にセラミックス製の多孔質膜を形成し、さらにその上にフッ素原子を含む有機ケイ素化合物を付与し、水不透過性のセラミック分離膜で水素ガスを分離できる。しかし、この構造は複雑であり、製造工程では熱処理が必要で、安全保管を目的とし、ガス種類に応じた孔径のセラミックス製の多孔質膜を得ることが困難であった。また、水素ガスの透過率は低く、分離膜の耐久性、特に、機械的強度が不十分で放射性物質の遮蔽には不向きである。 According to Patent Document 1, a ceramic porous membrane is formed on the surface of a porous substrate, and an organosilicon compound containing fluorine atoms is further applied thereon, and hydrogen gas is separated by a water-impermeable ceramic separation membrane. Separable. However, this structure is complicated, heat treatment is required in the manufacturing process, and it has been difficult to obtain a ceramic porous membrane with a pore size corresponding to the type of gas for the purpose of safe storage. In addition, the permeability of hydrogen gas is low, and the durability of the separation membrane, particularly the mechanical strength, is insufficient, making it unsuitable for shielding radioactive substances.

また、密閉容器に発生ガスの圧力を感知して作動するリークバルブを設けたとしても、水素ガスの爆発限界は4体積%であって極めて低いため,爆発限界に達してもこの水素分圧に相当する低圧でリークバルブの作動は困難であり、リークバルブでは容器内の水素ガス爆発を防止出来ない。 In addition, even if a leak valve that detects the pressure of the generated gas is installed in the sealed container, the explosion limit of hydrogen gas is 4% by volume, which is extremely low. It is difficult to operate the leak valve at the correspondingly low pressure, and the leak valve cannot prevent hydrogen gas explosion in the container.

WO2012/141033WO2012/141033

そこで、放射性物質の輸送、保管、貯蔵、埋設等の処分において、放射線によって発生するガスが容器内の閉鎖空間に発生することによる圧力変形や水素ガスによる爆発などを防ぐとともに、放射性物質保管用容器内の閉鎖空間からの放射性物質の漏出や、外界からの雨水等の浸入を防ぎ、効率的に水素ガスおよび他の放射線分解生成ガスを逃がすガスベントを提供することを課題とした。 Therefore, in the disposal of radioactive materials such as transportation, storage, storage, burial, etc., we prevent pressure deformation due to gas generated by radiation in the closed space inside the container and explosion due to hydrogen gas. An object of the present invention is to provide a gas vent that prevents leakage of radioactive substances from the closed space inside and intrusion of rainwater and the like from the outside, and efficiently releases hydrogen gas and other gases produced by radiolysis.

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、水素ガスベント及びこれを用いた放射性物質の容器、を提供するものである。本発明は、発生した水素ガスおよび酸素ガスを容器内から逐次放出するガスベントを提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a hydrogen gas vent and a radioactive material container using the same. The present invention provides a gas vent that sequentially releases generated hydrogen gas and oxygen gas from the container.

前記課題を解決するため、本発明は、
[1]放射性物質を保管する容器に設置し、水の放射線分解によって発生するガスを、容器外へ排出させるガスベントであって、液体を透過しないが気体を透過することのできる気体透過性膜と、これを保持する透気性多孔質担持体を有する水素ガスベント、を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention
[1] A gas vent that is installed in a container for storing radioactive substances and discharges gas generated by radiolysis of water to the outside of the container, and has a gas permeable membrane that is impermeable to liquid but permeable to gas. , a hydrogen gas vent having an air permeable porous support to hold it.

[2]前記気体透過性膜はシリコーンゴムであることを特徴とする[1]の水素ガスベント、を提供する。 [2] The hydrogen gas vent of [1], wherein the gas permeable membrane is silicone rubber.

[3]前記透気性多孔質担持体は多孔質セラミックスまたは多孔質金属であり、前記気体透過性膜の厚さが0.1~5mmであることを特徴とする[1]~[2]の水素ガスベント、を提供する。 [3] The method of [1] to [2], wherein the gas permeable porous carrier is a porous ceramic or a porous metal, and the thickness of the gas permeable membrane is 0.1 to 5 mm. Provide a hydrogen gas vent.

[4][1]~[3]の水素ベントは、透気口および排気口を有するボックスに気体透過性膜と前記透気性多孔質担持体を保持させ、透気口は容器内に開放し、排気口はチューブを用いて容器外排気口に接続したことを特徴とする放射性物質保管容器、を提供する。 [4] The hydrogen vents of [1] to [3] hold the gas permeable membrane and the gas permeable porous support in a box having an air permeable port and an exhaust port, and the air permeable port is open to the inside of the container. , a radioactive substance storage container characterized in that the exhaust port is connected to an external exhaust port using a tube.

[5][1]~[3]の水素ベントは、前記気体透過性膜と前記透気性多孔質担持体を容器の外壁の一部とするように円筒状ボックス15内に設置したことを特徴とする放射性物質保管容器、を提供する。 [5] The hydrogen vents of [1] to [3] are characterized by being installed in a cylindrical box 15 so that the gas permeable membrane and the gas permeable porous support form part of the outer wall of the container. to provide a radioactive material storage container.

図1に放射性物質の容器20内における放射線によるガス発生とガスベント10の機能の概念を示す。放射性物質30は、固形化物40とともに容器内に保管される。このとき放射線によって発生するガスが容器内の閉鎖空間に発生することによる圧力変形や水素ガス(図1のH)による爆発などを防ぐとともに、放射性物質保管用容器内の閉鎖空間からの放射性物質30の漏出や、外界からの雨水等の浸入を防ぎ、安全かつ効率的に水素ガスを逃がすガスベント10を提供する。 FIG. 1 shows the concept of gas generation by radiation in a radioactive substance container 20 and the function of the gas vent 10 . The radioactive material 30 is stored in the container together with the solidified material 40 . In addition to preventing pressure deformation and explosion due to hydrogen gas (H 2 in Fig. 1) due to gas generated by radiation in the closed space in the container, radioactive materials from the closed space in the container for radioactive material storage To provide a gas vent 10 that prevents the leakage of hydrogen gas 30 and the infiltration of rainwater from the outside and releases hydrogen gas safely and efficiently.

液体を透過しないが気体を透過することのできる気体透過性膜
ガスベントに用いる気体透過性膜は、液状水を透過せず、ガスを透過する膜であり、製造における取扱い性、水やガスの透過性、耐熱性耐寒性などの耐久性、経済性、などの観点から、シリコーンゴムが好適である。ジメチル系、メチルビニル系、メチルフルオロアルキル系などのシリコーンゴムが好ましい。さらに、SiOのエアロジルや石英粉、珪藻土などをフィラー(混合材)として用いることで強度特性を改善した複合材とすることが好ましい。シリコーンゴムは水素ガスの透過性に優れるとともに、他のその他の放射線分解生成ガスの透過性にも優れるため、密閉容器の変形、破損を防止でき、好適である。
Gas-permeable membrane that is impermeable to liquid but permeable to gas Silicone rubber is preferable from the viewpoint of durability, such as heat resistance and cold resistance, and economical efficiency. Dimethyl-based, methylvinyl-based, and methylfluoroalkyl-based silicone rubbers are preferred. Furthermore, it is preferable to use SiO 2 aerosil, quartz powder, diatomaceous earth, or the like as a filler (mixture material) to obtain a composite material with improved strength characteristics. Silicone rubber is excellent in permeability to hydrogen gas and also to other gases produced by radiation decomposition, so that it is suitable for preventing deformation and breakage of the sealed container.

さらにまた、シリコーンゴムの分子構造中にフェニル基を3~20モル%含有すると放射線に対する耐久性が向上するだけでなく、容器を低温環境下で保管することもあることから耐寒性を付与することができる。フェニル基を有するメチルフェニルビニルシリコーンゴムが例示される。 Furthermore, when the molecular structure of the silicone rubber contains 3 to 20 mol% of phenyl groups, not only is the resistance to radiation improved, but also the container is sometimes stored in a low-temperature environment, so cold resistance is imparted. can be done. A methylphenyl vinyl silicone rubber having a phenyl group is exemplified.

気体透過性膜は、剛性率を0.5~10MPaとすることで、外界の温度変化に対して追従性が増し、液状水などの容器内容物が漏出することを防ぐ。また、気体透過性膜の水素ガス透過性は、0.1cc・cm/(cm・atm・day)以上が望ましい。 The gas permeable membrane has a modulus of rigidity of 0.5 to 10 MPa, thereby increasing its ability to follow changes in the temperature of the external environment and preventing the contents of the container such as liquid water from leaking out. Moreover, the hydrogen gas permeability of the gas permeable membrane is desirably 0.1 cc·cm/(cm 2 ·atm·day) or more.

気体透過性膜を保持する透気性多孔質担持体
ガスベントに用いる透気性多孔質担持体は、ステンレスなどの金属の多孔体、Al、SiO、ZrO、MgO、TiO、YOなどを主成分とする多孔質セラミックで1nm~1mmの細孔径を有するもの、セメント硬化体、あるいは石こう硬化体などを用いることができる。
Air-permeable porous support holding gas-permeable membrane Air-permeable porous support used for gas venting includes metal porous materials such as stainless steel, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , MgO, TiO 2 and Y 2 . A porous ceramic containing O as a main component and having a pore size of 1 nm to 1 mm, a hardened cement material, or a hardened gypsum material can be used.

これら透気性多孔質担持体のガス透過性は、100cc・cm/(cm・atm・day以上が好ましい。これにより、気体透過性膜によるガス透過を妨げず、効果的にガスを容器内から排出できる。さらに、透気性多孔質担持体および気体透過性膜のガス透過量の比である、(透気性多孔質担持体のガス透過量)/(体透過性膜のガス透過量)は水素ガス透気性多孔質担持体の拡散性から10以上が望ましい。この比の値は、水素ガスベントを設計する上でも重要であり、例えば、体透過性膜のガス透過量は必要とする水素ガスの透過性から設定し、さらに、ガス透過量は通気率と厚さで決まることから、この比である10を用いることで、透気性多孔質担持体のガス透過量が算出でき、用いる透気性多孔質担持体のガス透過性の実測値やカタログ値などから、透気性多孔質担持体の厚さの上限を決めることができる。 The gas permeability of these gas-permeable porous supports is preferably 100 cc·cm/(cm 2 ·atm·day or more). Furthermore, the ratio of the gas permeation amounts of the air permeable porous support and the gas permeable membrane, (gas permeation amount of the air permeable porous support)/(gas permeation amount of the body permeable membrane) is hydrogen From the diffusivity of the gas permeable porous carrier, it is desirable to have a ratio of 10 or more.The value of this ratio is also important in designing a hydrogen gas vent. Since the gas permeation amount is determined by the permeability and the thickness, the gas permeation amount of the gas permeable porous support can be calculated by using this ratio of 10. The upper limit of the thickness of the permeable porous support can be determined from the measured gas permeability of the porous support and catalog values.

また、破壊強度は4点曲げ試験で5MPa~200MPaであると、機械的な外力を受けても損傷せずに担持体としてのガス透過性能が保持される。望ましくは20~100MPaとすると容器内のガス圧が上昇にも耐え、加工が容易である。透気性多孔質担持体の厚さは、1mm~2cmであり、厚さ0.1~5mmの薄い坦持体を積層し透気性多孔質担持体としたり、あるいは、薄い坦持体を積層した間に気体透過性膜を設置したりしても良い。 Further, if the breaking strength is 5 MPa to 200 MPa in a four-point bending test, the support will not be damaged even if subjected to external mechanical force, and the gas permeation performance as a support will be maintained. Desirably, when the pressure is 20 to 100 MPa, the gas pressure in the container can withstand a rise, and processing is easy. The thickness of the air-permeable porous carrier is 1 mm to 2 cm, and thin carriers having a thickness of 0.1 to 5 mm are laminated to form an air-permeable porous carrier, or thin carriers are laminated. A gas permeable membrane may be placed between them.

ガスベントを用いた容器の構成
図2にガスベントの容器への設置の一例を示す。ガスベント10は、前記気体透過性膜11と前記透気性多孔質担持体12を有し、これらを保持する構造を持つものである。保持する方法は特に制限されないが、透気口13および排気口14を有するボックス15に前記気体透過性膜11と前記透気性多孔質担持体12を保持させ、透気口13は容器内に開放し、また排気口14はチューブ16等を用いて容器20に配した容器外排気口21に接続する構成とする。ガスベント10は、放射性物質が格納される容器20に突起物とならないように容器内に設置し、また、液状水の外界からの浸入を防ぐため、容器外排気口の位置より上に設置することが望ましい。
Configuration of Container Using Gas Vent FIG. 2 shows an example of installation of a gas vent on a container. The gas vent 10 has the gas permeable membrane 11 and the gas permeable porous carrier 12 and has a structure for holding them. Although the holding method is not particularly limited, the gas permeable membrane 11 and the gas permeable porous carrier 12 are held in a box 15 having an air permeable port 13 and an exhaust port 14, and the air permeable port 13 is open to the inside of the container. Further, the exhaust port 14 is configured to be connected to an external exhaust port 21 arranged in the container 20 using a tube 16 or the like. The gas vent 10 should be installed in the container 20 in which the radioactive material is stored so as not to form a protrusion, and to prevent liquid water from entering from the outside, the gas vent 10 should be installed above the position of the exhaust port outside the container. is desirable.

容器外排気口21に設ける孔の大きさは特に制限されないが、ガス拡散が早いことから開口面積が大きい必要は無く、容器体積にも依存するが2mm~100cmの開口面積とすることが良い。容器外排気口21には、外部からの機械的作用に対する抵抗性を増す目的や、ゴミなどの容器内への飛来を防ぐ目的で、ガスの透気性を阻害しない金属メッシュあるいはパンチングメタルや、空隙率が5~50%程度の金属多孔体や多孔質セラミック又は不織布等を用いたフィルター22を設置すると良い。ガスベントの排気口14は、容器外排気口21に直接接する構造とすれば、接続チューブは不要となる。 The size of the hole provided in the container exterior exhaust port 21 is not particularly limited, but since gas diffusion is rapid, the opening area does not need to be large. good. For the purpose of increasing the resistance to mechanical action from the outside and for the purpose of preventing dust and the like from flying into the container, the container exterior exhaust port 21 is provided with a metal mesh or punching metal that does not hinder the gas permeability, or a gap. It is preferable to install a filter 22 using a metal porous material, porous ceramic, non-woven fabric, or the like having a rate of about 5 to 50%. If the exhaust port 14 of the gas vent is structured so as to be in direct contact with the external exhaust port 21, a connection tube becomes unnecessary.

気体透過性膜11の透気性多孔質担持体12への設置は、例えば、硬化したシリコーンゴムを支持体に機械的あるいは接着剤等を用いて設置する、熱硬化型、UV硬化型、湿気硬化型のシリコーンゴムを支持体に塗布し、それぞれの硬化方法で硬化させても良い。気体透過性膜11は透気性多孔質担持体12の片面、両面、あるいは透気性多孔質担持体内に積層された構造とすることができる。このとき透気性多孔質担持体12の両面への設置が可能であり、容器内および容器外からの液状水などを効果的に遮断できる。また、水蒸気の結露水を抜くドレーン口17を設けることが好ましい。
気体透過性膜11の膜厚は、総計で0.1~5mmが好ましく、より好ましくは総計0.1~2mmであり、0.1mm以下であると熱膨張などの影響で膜が破断する虞があり、5mm以上であるとガス透過が阻害され虞がある。
Installation of the gas-permeable membrane 11 on the air-permeable porous support 12 can be carried out by, for example, setting cured silicone rubber on the support mechanically or using an adhesive or the like. The silicone rubber of the mold may be applied to the support and cured by the respective curing method. The gas permeable membrane 11 can be formed on one side or both sides of the gas permeable porous support 12, or can be laminated in the gas permeable porous support. At this time, the permeable porous carrier 12 can be installed on both sides, and liquid water and the like can be effectively blocked from inside and outside the container. Moreover, it is preferable to provide a drain port 17 for removing condensation water of steam.
The total film thickness of the gas permeable film 11 is preferably 0.1 to 5 mm, more preferably 0.1 to 2 mm in total. If the thickness is 5 mm or more, gas permeation may be hindered.

ガスベントを用いた容器の構成
図3にガスベントの容器への設置の別の一例を示す。ガスベント10は、前記気体透過性膜11と前記透気性多孔質担持体12を容器の外壁の一部とするように円筒状ボックス15内に設置した構成とする。フィルター22と網目キャップ21を一体化して円筒状ボックス15と外壁の一部に付着させた。
Construction of Container Using Gas Vent FIG. 3 shows another example of installation of a gas vent on a container. The gas vent 10 has a configuration in which the gas permeable membrane 11 and the gas permeable porous carrier 12 are installed in a cylindrical box 15 so as to form part of the outer wall of the container. The filter 22 and the mesh cap 21 were integrated and adhered to the cylindrical box 15 and part of the outer wall.

放射性物質保管用容器内の閉鎖空間からの放射性物質の漏出や、外界からの雨水等の浸入を防ぎ、効率的に水素ガスおよび他の放射線分解生成ガスを逃がすガスベントにより、発生した水素ガスおよび酸素ガス等を容器内から逐次放出し、放射性物質の輸送、保管、貯蔵、埋設等の処分において、放射線によって発生するガスが容器内の閉鎖空間に発生することによる圧力変形や水素ガスによる爆発などを防ぐことができる。 Hydrogen gas and oxygen generated by gas vents that efficiently release hydrogen gas and other radiolysis-generated gases by preventing leakage of radioactive materials from the closed space in the container for storing radioactive materials and infiltration of rainwater, etc. from the outside. Gas, etc., is released from the container one by one, and during the disposal of radioactive materials such as transportation, storage, storage, and burial, pressure deformation due to gas generated by radiation occurring in the closed space inside the container, explosion due to hydrogen gas, etc. can be prevented.

容器内における放射線によるガス発生とガスベントの機能を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing functions of gas generation by radiation and gas vent in a container. ガスベントの容器への設置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of installation to the container of a gas vent. ガスベントの容器への設置の別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of installation to the container of a gas vent. ガスベントから排出された水素ガスのガスベント量の経時変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes over time in the amount of hydrogen gas discharged from a gas vent.

10:ガスベント
11:気体透過性膜
12:透気性多孔質担持体
13:透気口
14:排気口
15:ボックス
16:チューブ
17:ドレーン口
20:容器
21:容器外排気口
22:フィルター
10: Gas vent 11: Gas permeable membrane 12: Air permeable porous carrier 13: Air permeable port 14: Exhaust port 15: Box 16: Tube 17: Drain port 20: Container 21: Exhaust port outside container 22: Filter

透気性多孔質担持体として、曲げ強さ80MPaのアルミナムライト混合焼結体(1300℃)を厚さ0.98cmとし、3.82mm×3.82mmに加工した。前記坦持体の両面に非晶質シリカを5~10%含有する湿気硬化型メチルビニルシリコーンを厚さ0.43mm/片面となるよう塗布し、室内で硬化させ気体透過性膜とした。これを金属製のボックスの上部に、透気性多孔質担持体の周囲をエポキシ樹脂で接着させ、水素ガスベントの片面を大気開放の状態とした。 As an air-permeable porous support, an aluminumite mixed sintered body (1300° C.) having a bending strength of 80 MPa was processed to a thickness of 0.98 cm and a size of 3.82 mm×3.82 mm. Moisture-curable methyl vinyl silicone containing 5 to 10% amorphous silica was coated on both sides of the support so as to have a thickness of 0.43 mm/side, and cured in a room to form a gas-permeable membrane. This was attached to the upper part of a metal box with an epoxy resin around the permeable porous carrier, and one side of the hydrogen gas vent was open to the atmosphere.

金属ボックスの透気性多孔質担持体を除く内部容積は36.7ccであり、ボックス底部にはチューブ取付け口を配し、ガスベントとした。なお、ガスベントの大気開放面を水に浸したが、液状水透過による質量増加は認められず、また、透過膜は水をはじいた状態であり、深さ1mの位置に水没させても液状水は透過しないことを確認した。 The internal volume of the metal box, excluding the air-permeable porous carrier, was 36.7 cc. In addition, when the air vent surface of the gas vent was immersed in water, no mass increase due to permeation of liquid water was observed, and the permeable membrane was in a state of repelling water. confirmed that it does not pass through

このガスベントの取付け口に、純度99.9%以上の水素ガス384ccを入れた水素ガス不透過性アルミラミネートサンプルバックを接続し、水素ガスのベント量をサンプルバック中の水素ガス体積の減少量として継時的に測定し、図4に示した。ガスベント量、シリコーン厚さ、担持体を介して大気と接する透過膜の面積、およびアルミバック中の水素と、空気が充満していた金属容器容積から求まる水素分圧差から、ガス透過率を算出した結果、水素ガス透過率は0.895cm/cm・day・atm となった。 A hydrogen gas impermeable aluminum laminate sample bag containing 384 cc of hydrogen gas with a purity of 99.9% or more is connected to the gas vent attachment port, and the amount of hydrogen gas vented is the amount of decrease in the hydrogen gas volume in the sample bag. Measurements were taken over time and shown in FIG. The gas permeability was calculated from the amount of gas venting, the thickness of the silicone, the area of the permeable membrane in contact with the atmosphere via the carrier, and the hydrogen partial pressure difference obtained from the hydrogen in the aluminum bag and the volume of the metal container filled with air. As a result, the hydrogen gas permeability was 0.895 cm 3 /cm 2 ·day·atm.

ここで、200リットルの密閉容器に入ったCs137を含む放射性物質(放射線強度1010Bq/kg、体積180リットル、含水率20%、比重2.0)にこのガスベントを取り付けた場合、保存容器中の水素ガス発生量は以下のように見積もられる。 Here, when this gas vent is attached to a radioactive material containing Cs137 in a 200-liter closed container (radiation intensity 10 10 Bq / kg, volume 180 liters, moisture content 20%, specific gravity 2.0), in the storage container is estimated as follows.

水素ガスの発生G値(吸収エネルギー100eVあたりに発生する生成物の個数)をG=0.45とすると、標準状態での1日当たりの水素ガス発生量Vは、
V=1010×(24×60×60)×0.2×G×10×22400/(6.02×1023)=10cmとなる。
Assuming that the hydrogen gas generation G value (the number of products generated per 100 eV of absorbed energy) is G = 0.45, the hydrogen gas generation amount V per day under standard conditions is
V=10 10 ×(24×60×60)×0.2×G×10 4 ×22400/(6.02×10 23 )=10 cm 3 .

容器の体積が200Lで試料充填率が90%なので,容器空隙内での発生ガスの分圧は5×10-4気圧となる。よって水素ガスベントが無いとすれば,水素ガス分圧は80日間で引火点である4vol%=0.04気圧に達することとなる。 Since the volume of the container is 200 L and the sample filling rate is 90%, the partial pressure of the generated gas in the container cavity is 5×10 −4 atm. Therefore, if there is no hydrogen gas vent, the hydrogen gas partial pressure will reach the flash point of 4 vol% = 0.04 atm in 80 days.

分圧が引火点以下になるためには、分圧0.04気圧における水素ガスベントからの水素ガス漏出量が標準状態で1日当たり10cm以上であればよい。使用した水素ガスベントの水素ガス透過率は0.895cm/(cm・atm・day)であるから、水素ガス透過膜の面積Sは、S=10/(0.895×0.04)=279cmとなる。よって半径10cmの透過膜を有するガスベントを設置すれば,放射線強度1010Bq/kgの放射線強度を有する、含水率20重量%、比重2の放射性廃棄物(比重2はセメント固化した廃棄物の標準的物性)180リットルを200リットルの密閉容器(標準的ドラム缶の体積)に封入し保管しても、水素ガス濃度は爆発限界以下となり、ガスベントとして有効に機能することが確認された。
In order for the partial pressure to be equal to or lower than the flash point, the amount of hydrogen gas leaking from the hydrogen gas vent at a partial pressure of 0.04 atm should be 10 cm 3 or more per day under standard conditions. Since the hydrogen gas permeability of the hydrogen gas vent used is 0.895 cm 3 /(cm 2 ·atm · day), the area S of the hydrogen gas permeable membrane is S = 10/(0.895 x 0.04) = 279 cm 2 . Therefore, if a gas vent with a permeable membrane with a radius of 10 cm is installed, radioactive waste with a radiation intensity of 10 10 Bq / kg, a moisture content of 20% by weight, and a specific gravity of 2 (specific gravity 2 is the standard for cement-solidified waste Physical properties) Even if 180 liters is enclosed in a 200 liter closed container (volume of a standard drum can) and stored, the hydrogen gas concentration is below the explosion limit, and it was confirmed that it functions effectively as a gas vent.

Claims (4)

放射性物質を保管する容器に設置し、水の放射線分解によって発生するガスを、容器外へ出させるガスベントであって、液体を透過しないが気体を透過するシリコーンゴムである気体透過性膜と、これを保持する透気性多孔質担持体を積層して有することを特徴とする水素ガスベント。 A gas vent that is installed in a container for storing radioactive substances and allows gas generated by radiolysis of water to escape outside the container, and is a gas permeable membrane made of silicone rubber that is impermeable to liquids but permeable to gases; A hydrogen gas vent, comprising a stack of air-permeable porous supports that hold a hydrogen gas vent. 前記透気性多孔質担持体は多孔質セラミックスまたは多孔質金属であり、前記気体透過性膜の厚さが0.1~5mmであることを特徴とする請求項1の水素ガスベント。 2. The hydrogen gas vent according to claim 1, wherein said permeable porous carrier is porous ceramics or porous metal, and said gas permeable membrane has a thickness of 0.1 to 5 mm. 請求項1又は、請求項2に記載の水素ベントは、透気口および排気口を有するボックスに気体透過性膜と前記透気性多孔質担持体を保持させ、透気口は容器内に開放し、排気口はボックスのサイズより小口径のチューブを用いて容器外排気口に接続したことを特徴とする放射性物質保管容器。 The hydrogen vent according to claim 1 or claim 2 holds the gas permeable membrane and the gas permeable porous support in a box having an air permeable port and an exhaust port, and the air permeable port is open to the inside of the container. A radioactive substance storage container, wherein the exhaust port is connected to the external exhaust port using a tube having a diameter smaller than the size of the box. 請求項1又は、請求項2に記載の水素ベントは、前記気体透過性膜と前記透気性多孔質担持体を容器の外壁の一部とするように円筒状ボックス内に設置したことを特徴とする放射性物質保管容器。 The hydrogen vent according to claim 1 or claim 2 is characterized in that the gas-permeable membrane and the air-permeable porous carrier are installed in a cylindrical box so as to form part of the outer wall of the container. radioactive material storage container.
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