JPH0340840B2

JPH0340840B2 -

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Publication number: JPH0340840B2
Application number: JP58079235A
Authority: JP
Priority date: 1982-05-05
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1991-06-20
Also published as: JPS5931499A; US4500227A; EP0093671A1; DE3369809D1; EP0093671B1; FR2526574A1; FR2526574B1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般に、原子炉の使用済み燃料体中
の放射性物質を処理（貯蔵）する施設に関する。加圧軽水冷却型濃縮ウラン原子炉のように原子
炉で用いられた核分裂性物質は、U₂₃₅が減り、相
関的にプルトニウムが濃縮する。これは核分裂性
を有し、高速中性子炉で利用できるので、使用済
み燃料体は通常再処理され、アイソトープ235が
減つたウラニウムとプルトニウムが分離され、ま
た、高放射性物質を多分に含む残余の廃棄物はガ
ラス固化（vitrification）される。この廃棄物の貯蔵処理については、二つの大き
な問題を考慮しなければならない。一つは、得ら
れた廃棄物が強い放射性を有しており、すべての
生物に対して致命的に危険であり、この危険から
生物学的保護手段によつて隔離しなければならな
いことである。もう一つは、これは、しばしば全
注意をもつて考慮されてはいないが、廃棄物に起
る放射性分裂が熱の形でエネルギーを放出するこ
とである。この期間は特に非常に長く、例えば30
年から30000年にもなることを念頭に置かなけれ
ばならない。前述したところ説明するため、次の表１、２に
より、核分裂生成物とアクチニドの夫々につい
て、再処理が燃料の排出３年後になされた軽水原
子炉の燃料体に含まれた１トンのウラニウムの再
処理により得られる放射性核の重量と出力を示
す。

【表】

【表】上述のデータの重要性を説明するため、フラン
スではガラス固化された放射性廃棄物は、壁厚５
mm、直径430mm、高さ1660mmの金属容器の中に220
リツトルの体積のコンパクトな円筒体の形で貯蔵
されることを指摘したい。この金属容器はそれ自
体で高い温度になる。適切な安全性のもとで満足
すべき貯蔵を行なうため、容器は表面で200℃を、
内部中心部で450℃を超えないように定められて
いる。それ自体は公知の容器が参考までに第１図
で６で示されている。上述したようなガラス固化された廃棄物を処理
する最も簡単な考えは、地中に埋めることであ
る。しかし、地下道や地下室に特別な予防策なし
に貯蔵すると、発熱の結果地盤の割れや沈下が生
じて容器の部分的破壊をもたらし、非常に危険な
放射性物質が環境に拡がることとなるので、それ
は不可能である。そこで、ガラス固化された廃棄物は、一般に、
次の連続する三つの期間にわけて貯蔵される。す
なわち、１地表近くに設けたコンクリート室の中に４年
から５年暫定的に保管し、熱を除去してその温
度を200℃に押えるように強制的に冷却空気を
供給する。通常3000から4000個の容器が貯蔵保
管される。２この最初の放射性減衰期間の後、６ｍから50
ｍの深さに設けられたコンクリート室に冷却空
気を供給しながら長期間、中間的に貯蔵する。３最終的貯蔵は、廃棄物の活性状態が十分に減
衰し、周囲を100℃から150℃を超えて加熱しな
いようになつたときに、地中深く（例えば500
ないし1000ｍ）行なわれる。この場合、地層の
機械的連続性及び容器と岩石の間の熱的連続性
を保証する材料を用いた地球化学的バリヤによ
りシールし、その後数千年も放出されるであろ
う残余のエネルギーの発散に堪えるようにす
る。しかし、長期間の中間的保管の段階２と深い地
中における最終的貯蔵の段階３とをわけて設ける
ことは、非常に活性な容器を地表に持ち上げて別
の場所に輸送するという相当に複雑な問題をもた
らす。すなわち汚染の危険性が明らかに大きい。そこで、本発明は、比較的簡単な手段により、
同じ場所で連続的に前述の２つの段階を実現させ
ることを可能にする地質学的貯蔵設備を提供する
ことを目的とする。そのため、本発明による放射性廃棄物を処理す
る地質的施設においては、地表と連通する廃棄物
搬入用孔及び複数の通風用孔と、上方の第１の平
面に配置され、廃棄物を運搬する手段を備え、水
平で相互に平行且つ等距離にある複数の地下道
と、下方の第２の平面に配置され、前記地下道の
方向に対して角度αだけ傾斜した方向を向き、水
平で相互に平行且つ等距離にある複数の地下道
と、規則的な格子の目に従つて配置される、廃棄
物貯蔵保管の縦孔であつて、その上端において前
記第１の平面にある地下道に開口し、下端におい
て前記第２の平行にある地下道に付設された側方
凹所に開口する縦孔とを含み、少なくとも一つの
前記通風用の孔が前記第２の平面にある地下道に
新しい空気を供給し、少なくとも一つの他の前記
通風用の孔が当該第２の平面にある地下道から地
表に対し加熱された空気を排出し、中間的な貯蔵
期間中、冷却のための空気の循環が、前記縦孔中
において、廃棄物から出る熱によつてヘアピン状
の昇降路にそつて行なわれるようにしている。本発明では、第１の平面と第２の平面にある上
下の地下道を連結する貯蔵用の縦孔中に放射性廃
棄物を分配するという簡単且つ実際的方法でこの
種の貯蔵の問題を解決する事ができる。地面から
垂下する搬入用孔により放射性廃棄物を搬入し、
通風用の孔は自然対流による空気の通風を確かに
する。上方の第１の平面にある地下道には、台車
のような廃棄物運搬を備えている。下方の第２の
平面にある地下道は地表からの新鮮な空気を受入
れ、設備内を循環した加熱された空気の排出を確
かにする。これらの上下の地下道が角度αだけ傾
斜している事により貯蔵用の縦孔を第１の平面に
ある地下道自体と第２の平面にある地下道に隣接
して付設した側方凹所の間に配置する事ができ、
この凹所に設けられた支持台が前記縦孔内に入れ
られた廃棄物の容器の据えつけと安定性を確かに
する。これらの縦孔内で廃棄物による熱の放出が
行なわれるが、これは自然の対流による空気のヘ
アピン状の昇降により取り除かれる。上下の地下
道の方向が互いに傾斜している利点はわかるであ
ろう。縦孔の下端が下方第２の平面にある地下道
自体に直接開口するようにすると、該開口点で該
地下道をかなり大きくする必要が生じ、この事は
該地下道の構成を複雑困難にする。本発明による
と、上述したように、各縦孔の下方開口部を、第
２の平面にある地下道の直ぐ側方に位置し、全く
同一で同じ型に構成しうる側方凹所内に位置させ
る事ができる。本発明によれば、両地下道の傾斜角度αは好ま
しくは30°又は45°に等しく、そうすると、縦孔が
配置される規則的な格子状の目が六角形型又は正
方形型の目となる。望ましい実施例では、第２の平面にある地下道
への新しい空気の導入と加熱された空気の排出は
当該地下道を囲み、それらと連通する二つの周囲
地下道を介して行なわれる。本発明の望ましい実施例によれば、放射性廃棄
物は各縦孔の内部で、該縦孔の周辺に配置された
収納管に分配され、上昇する新しい空気により冷
却され、加熱された空気は中央に配置された管中
を下降し、また、収納管の下部は落下衝撃ダンパ
ー装置を備えるとともにコンクリート充填鋳造支
持台に支持される。該支持台は、前記側方凹所内
に配置される。本発明の地質学的設備の他の実施例によれば、
前記縦孔は第１の平面にある地下道での開口のと
ころで金属板によりシールされるようになつてお
り、これにより運搬を妨げることなく放射能に対
して人を保護するようにする。地下道のある前記上方第１の平面は、周囲の岩
石の特質に従つて、深さ300メートルと1000メー
トルの間に配置されるのが望ましい。また、地下
道のある下方第２の平面は、そこからさらには20
メートルから40メートル、最も好ましくは25メー
トルから30メートル下方に設けるのがよい。それ
により上記縦孔中の収納管の各々に約1.85ｍの高
さのガラス固化廃棄物の容器を10から15個重ねて
収納する事ができる。なお、以上に述べた設備では、地表からの空気
を下方の第２の平面にある地下道に導入し、縦孔
内をヘアピン状に昇格させ、同地下道から地表へ
加熱された空気を排出しているが、１つの変形と
して、地表からの空気を第１及び第２の平面にあ
る地下道の一方に導入し、縦孔内を自然の対流に
より上昇させ、加熱された空気を他方の地下道か
ら地表に対して排出するようにすることも可能で
ある。以下、本発明について、添付の図を参照して幾
つかの実施例をあげて説明するが、これは例とし
てあげるものであつて、限定を意味するものでは
ない。第１図において、地面１から深く堀削された搬
入孔２ａ、通風孔２ｂ、２ｃ、上方第１水平面に
ある地下道３、下方第２水平面にある地下道４が
示されており、下方の地下道４は、本発明によれ
ば上方地下道３に対し角度αだけ傾斜している
が、図面の都合上平行に示されている。前記両地下道３と４の間に、貯蔵用の縦孔５が
垂直に伸びており、その中にガラス固化された放
射性廃棄物を収容した容器６が多数貯蔵される
が、その一部のみが第１図に図式的に示されてい
る。搬入孔２ａが、地下道３のところまで、７で示
す適切な保護体を有するドラムを、地表にあつて
移動可能な荷役機械８により下降させるのに利用
される。地下道３のところで、運搬機械９がドラ
ム７を受け取り、それを地下道３に沿つて運び、
縦孔５から金属板又はプラグ１０を外した後、容
器６を縦孔５内に導入する。作業が終了すると金
属板１０が再び取り付けられる。縦孔５の底に支
持台１１があり、支持台１１は、積まれた容器６
の支えとして作用する。第１図の設備において自然対流による通風は図
において矢印で示すように行なわれる。即ち孔２
ｂが地表から新しい空気を吸入し、空気は、次に
地下道４を進み、そこから各縦孔５の中をヘアピ
ン状に昇降し、次に加熱された空気として排出孔
ｃにより地表に上る。本発明によれば、熱を発す
る放射性廃棄物を収容した縦孔５と排出孔２ｃに
よる煙突効果により、自然対流により設備中の空
気の循環を可能にする。第１図の設備の寸法について一例を述べると、
上方の地下道３は深さ500メートルに位置し、下
方の地下道４はそれより30メートル低く、即ち地
面１から530メートルの深さにある。第２図は、第１図の設備の両地下道３と４を図
式的に示している。上方の地下道３は実線で示さ
れ、下方の地下道４は破線で示されている。この
図において、冷却空気導入孔２ｂ、及び加熱空気
排出孔２ｃが一例として夫々２個示されている。
この設備の全体用地は一例として約500×500ｍ
で、地下道３は全体で１７本で、その間の距離は
25ｍであり、長さが約500ｍである。第２図の実
施例において、下方の地下道４は上方の地下道３
に対して45°傾斜しており、縦孔５のための側方
凹所１２を有する。この例では縦孔５は全部で
149あるが、その一部のみが示されている。縦孔
の直径は一例として3.2ｍである。両地下道３と
４は上下に軽くへこんだ円形断面を有し、直径は
約５ｍである。搬入孔２ａ、通風孔２ｂ，２ｃは
直径８ｍである。本実施例によれば、下方の地下
道４を囲んで２本の周囲地下道１３，１４が設け
られており、後で詳細に説明するように地表から
来る冷却空気と地表へ排出される加熱された空気
の流れをさらに容易にするようになつている。第２図の実施例において、149の貯蔵縦孔５は
四角形格子状の目のところに位置している。第３図において、縦孔５中に積まれた放射性廃
棄物容器を支持するために働らく側方凹所１２の
一つが詳細に示されている。この凹所１２に、コ
ンクリート充填鋳造の支持台１１が備えられ、そ
の上にこの例では６つの収納管１５，１６，１
７，１８，１９，２０が支持され、その底に、積
み重ねて収容される廃棄物容器６のための落下衝
撃ダンパー装置２４が備えられており、作業の際
の衝撃を吸収する。また、バツフルを備えた冷却
空気導入管２１を備え、冷却空気を導入する一
方、容器６の放射線に対する生物学的保護を確か
にする。冷却空気は、六つの収納管１５ないし２
０内に積まれた容器６の周囲を冷却しながら加熱
されて上昇する。中央に配置された管２２は、加
熱された空気を、縦孔５の上方部分から、第２図
の周囲地下道１４に連通する加熱空気排出管２３
に戻すように働らく。支持台１１を図示するため
破断した形で示された分離板２７は、地表からく
る冷却空気の循環を促進するよう凹所と地下道４
の上方部分を加熱空気排出管２３のある下方部分
から分離する。以上に記載の例において、縦孔５は30ｍの高さ
を有し、各収納管１５〜２０は、約1.85ｍの高さ
を有する放射性廃棄物容器を１０ないし１５個積
み重ねて収納する。第４図は、第３図の縦孔５の軸に沿う軸方向断
面を示す。また落下衝撃ダンパー装置２４が一点
鎖線で示されている。図中の矢印は、収納管１５
〜２０及び中央の管２２中を流れる空気の循環方
向を示している。第５図は、以上に述べた実施例の一部を略図的
斜視図で示しており、加熱空気排出孔２ｃと冷却
空気導入口２ｂと共に、下方の地下道４に地表か
ら達する新しい空気（実線）と、地表へ向かう加
熱空気（破線）の配分・集約を行なう二つの周囲
地下道１３と１４及び凹所１２がこの図に示され
ている。なお、六つの収納管と中央の管を示すた
め、縦孔５は破断してある。周囲地下道１３内に
は、新しい空気が自由に循環する上部を、加熱さ
れた空気を運ぶ導管２６を収容する下方部分から
分離する中間板２５が設けられ、循環を円滑にし
ている。この中間板２５は第３図において２７で
示した分離板に対応するものである。第１図から第５図までに記載した実施例は１年
に1600トンの燃料を扱い30年間運転したプラトン
の再処理に相当する放射性廃棄物を収容するのに
適している。この設備は周囲の岩石に100℃の危
険温度を越える加熱を与えることなく、ガラス固
化した放射性廃棄物の各220リツトルのドラムの
約24000個を最終的に貯蔵できる。この場合、周
囲地下道１４の温度が永久的に90℃を越えない事
が指摘される。第６図は第１図から第５図までのものと同じ様
な設備において、空気の自然対流による循環を実
施する変形例を図式的に簡単に示している。この
例においては、上方の地下道３に連結する排出孔
２ｃと、下方の地下道４に連結する導入孔２ｂと
からなる。第１図と同様に、上下の地下道３，４
間の傾斜は簡単化のため表わされていない。前述
の例との着想の相違は、この例では導入孔２ｂに
より地表から来る新しい空気が下方の地下道４に
直接注入され、全ての縦孔５内を単に上昇して上
方の地下道３に向かい、そこから排出孔２ｃによ
つて排出されるという事にある。従つて、この変
形例では、貯蔵用の縦孔５内のヘアピン状軌道に
従う空気の流れはない。第７ａ、第７ｂ、第７ｃ及び第７ｄ図は、縦孔
５の規則的な配置の幾つかの可能な例を示してい
る。これらの各図では、実線で上方の地下道３
を、破線で下方の地下道４を示している。これら
の各図は、縦孔５の配置の形態が角度αとの関連
で非常に多様である事を示すためのものである。パラメータとして、隣りあう二つの地下道３の
間の中心間隔ａと、隣りあう二つの縦孔５間の最
小中心間隔ｂをとれば、先ずこれら二つのパラメ
ータは、ａは地層の機械的強度の理由により、ま
た、ｂは、岩石の加熱がその性質に従つて約100
℃から150℃程度の値に限られるので、熱的理由
により、いずれも制限がある事を念頭におかねば
ならない。あり得る仮説に従つて、特に地質学的
環境の物理的性質に従つて、次の三つの場合、
、が考えられる。第７ａ図及び第７ｂ図の場合において、ｂ＞
ａと仮定する。その場合二つの場合が考察され
る。 (1) ｂ√３／２ａ、この場合最良の配置は第７ａ図に示されるように六角形格子状の目であ
り、ａ＝ｂ√３／２のとき、傾斜角度αが30°となる。 (2) ｂ３／２＜ａ、第７ｂ図の場合であり、四角形型格子状、すなわち傾斜角度αが45°であ
るのが望ましい。ｂ＝ａならば、これは第１図から第６図の場
合であり、従つて正方形型格子状で傾斜角度α
が45°であるのが最適である。ｂ＜ａ、第７ｃ図及び第７ｄ図の場合であ
り、傾斜角度αは、第７ｃ図ではtanα＝ｂ／
2a、第７ｄ図ではtanα＝ｂ／ａにより選択さ
れる。第７ｃ図の場合、縦孔５の配置は、平行
四辺形型格子の目であり、第７ｄ図の場合、そ
れは長方形型格子の目である。然しながら、ｂ＜ａの場合、傾斜角度αが常に
45°であるようにするのが望ましい。これは実施
を容易にし熱計算を簡単にする。前述の考察は上下の地下道の傾斜角度αについ
て本発明の一般的特徴を示すために説明の目的で
行なつたものにすぎず、本発明の枠を逸脱する事
なく、縦孔５の配置について種々な形をとること
ができる。然しながら前述の考察の結果角度αの
最も実際的な価は30°又は45°であり、縦孔５の規
則的な配置は六角形型又は正方形型が最も適切で
ある。本発明の設備の地下道が掘られている岩石は全
く多様な性質のものでありうるが、花崗岩、粘
土、塩類又は火山岩のようなものが望ましいもの
としてあげられる。最後に、100年から300年の期間の終りに中間的
な貯蔵に必要な時が終了したと判断された時に
は、通風のための設備を撤去し、地球化学的バリ
ヤ材を設備中に充填し、放射源と岩石の間の間隙
を詰め、地下道、通風のための孔等のすべてを塞
ぐようにする。この充填は次のような材料により
なされなくてはならない。 −残余のエネルギーが全ての活性が最終的に終了
するまでの規則的に消散し続けるように、放射
源と岩石の間の熱的連続性を確かにするもの。 −岩石の機械的連続性を回復するもの。 −特に浸透水との関係で、岩石の透過性をその当
初の性質に近づけるように回復するもの。 −物理化学的バリヤ材として働らくもの。この充填には種々の材料が使用できる。限定
の意味ではなく、例として次のものをあげる。 −花崗岩の岩石の場合、破砕花崗岩とベントナイ
ト型粘土の混合物。 −塩類又は粘土の場合、それ自体の材料が充填材
として用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放射性廃棄物を処理する
地質学設備の地面内の全体的配置を縦断面で示し
た図、第２図は上方の地下道と下方の地下道を図
式的に示すとともに廃棄物貯蔵用の縦孔の配置を
表わす図、第３図は六つの収納管の支持台が備え
られている側方凹所の実施例の詳細を示す図、第
４図は第３図の軸方向断面図、第５図は設備の一
部の図式的斜視図、第６図は本発明の変形例を示
す図、第７ａ図ないし第７ｄ図は縦孔の種々の配
置形態を示す図である。２ａ……搬入孔、２ｂ……空気導入孔、２ｃ…
…空気排出孔、３……上方の地下道、４……下方
の地下道、５……貯蔵用縦孔、６……放射性廃棄
物容器、８……荷役機械、９……運搬機械、１１
……支持台、１２……側方凹所、１３，１４……
周囲地下道、１５〜２０……収納管、２３……空
気排出管、２４……落下衝撃ダンパー装置、２７
……分離板。

Claims

【特許請求の範囲】１放射性廃棄物を処理する地質学的施設におい
て、地表と連通する廃棄物搬入用孔及び複数の通
風用孔と、上方の第１の平面に配置され、廃棄物
を運搬する手段９を備え、水平で相互に平行且つ
等距離にある複数の地下道３と、下方の第２の平
面に配置され、前記地下道３の方向に対して角度
αだけ傾斜した方向を向き、水平で相互に平行且
つ等距離にある複数の地下道４と、規則的な格子
の目に従つて配置される、廃棄物貯蔵保管用の縦
孔であつて、その上端において前記第１の平面に
ある地下道３に開口し、下端において前記第２の
平面にある地下道４に付設された側方凹所１２に
開口する縦孔５とを含み、少なくとも一つの前記
通風用の孔２ｂが地表から前記第２の平面にある
地下道に新しい空気を供給し、少なくとも一つの
他の前記通風用の孔２ｃが当該第２の平面にある
地下道から地表に対し加熱された空気を排出し、
中間的な貯蔵期間中、冷却のための空気の循環
が、前記縦孔５中において、廃棄物から出る熱に
よつてヘアピン状の昇降路にそつて行なわれるよ
うにした事を特徴とする地質学的施設。２特許請求の範囲第１項に記載の地質学的施設
において、前記両地下道間の傾斜角度αが30°又
は45°のいずれかに等しく、前記貯蔵保管用の縦
孔が配置される規則的な格子の目が六角形型格子
の目又は正方形型格子の目である事を特徴とする
地質学的施設。３特許請求の範囲第１項に記載の地質学的施設
において、前記第２の平面にある地下道への新し
い空気の導入とそこから加熱された空気の排出
が、前記第２の平面にある地下道４を囲み、それ
らと連通する二つの周囲地下道１３，１４を介し
て行なわれる事を特徴とする地質学的施設。４特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
れか１項に記載の地質学的施設において、放射性
廃棄物が前記縦孔５内の周辺に配設された収納管
１５〜２０に分配され、上昇する空気により冷却
され、また、加熱された空気は該縦孔の中央に配
置された管２２内を下降するようにされており、
また、前記収納管は、底部に落下衝撃ダンパー装
置２４を備えるとともに、前記側方凹所１２に配
置されたコンクリート充填鋳造支持台１１上に支
持される事を特徴とする地質学的施設。５特許請求の範囲第１項記載の地質学的施設に
おいて、前記縦孔５は前記第１の平面にある地下
道における開口のところで金属板１０により塞
ぎ、シールされるようになつており、もつて運搬
を妨げる事なく作業要員を放射能から守るように
した事を特徴とする地質学的施設。６特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
れか１項に記載の地質学的施設において、地下道
のある前記第１の平面が深さ300メートルと1000
メートルの間に配置されている事を特徴とする地
質学的施設。７特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
れか１項に記載の地質学的施設において、地下道
のある前記第１の平面と地下道のある前記第２の
平面が垂直方向に20メートルから40メートル、好
ましくは25メートルから30メートル離れている事
を特徴とする地質学的施設。８特許請求の範囲第１項から第７項までのいず
れか１項に記載の地質学的施設において、該施設
が花崗岩、粘土、塩類及び火山岩を含むグループ
から選択された岩石からなる地層中に堀削されて
いる事を特徴とする地質学的施設。９放射性廃棄物を処理する地質学的施設におい
て、地表と連通する廃棄物搬入用及び複数の通風
用孔と、上方の第１の平面に配置され、廃棄物を
運搬する手段９を備え、水平で相互に平行且つ等
距離にある複数の地下道３と、下方の第２の平面
に配置され、前記地下道３の方向に対して角度α
だけ傾斜した方向を向き、水平で相互に平行且つ
等距離にある複数の地下道４と、規則的な格子の
目に従つて配置される、廃棄物貯蔵保管用の縦孔
であつて、その上端において前記第１の平面にあ
る地下道３に開口し、下端において前記第２の平
面にある地下道４に付設された側方凹所１２に開
口する縦孔５とを含み、少なくとも一つの前記通
風用の孔２ｂが地表から前記第１及び第２の平面
にある地下道の一方に新しい空気を供給し、少な
くとも一つの他の前記通風用の孔２ｃが前記第１
及び第２の平面にある地下道の他方から地表に対
し加熱された空気を排出し、中間的な貯蔵期間
中、冷却のための空気の循環が、前記縦孔５中に
おいて、廃棄物から出る熱によつて行なわれるよ
うにした事を特徴とする地質学的施設。