JPH0443240B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は放射能である程度汚染された可燃物を
燃やす焼却炉の技術に関する。さらに詳しくは、
本発明は、種々の可燃性放射能汚染材料を燃やす
自動化焼却炉システムにおいて放射性残留物を測
定することに関する。

核燃料の製造では、人と装置が二酸化ウランの
ような核分裂性および放射性燃料親物質とある限
られた範囲で接触することが必要となる。布、
紙、ゴム、プラスチツクなどの材料はこれらの放
射性物質を何らかの量保有し、汚染されたとみな
される。時間経過につれてこのような汚染材料が
たまり、これらを処分するのが望ましい。これら
の材料が可燃性であれば、焼却炉で燃やすことが
できる。燃焼により、材料の量を減らし、全体的
廃棄物処理問題をより扱いやすい諸部分に軽減
し、財源の消費を限定し、そして一般に材料の埋
設より満足すべき解決策が得られる。

しかし、１つの関心事は残留放射性灰が焼却炉
内にたまり、臨界に達することである。もつとも
重要なこととして、焼却炉から灰を押出す機械的
部材が後退時に焼却炉内に過剰量の放射性灰を保
留する恐れがある。焼却炉内の放射性灰の保留量
を指示する警告または検出器表示が必要である。
実際、焼却炉の全内面をカバーするためには、灰
がたまりやすい場所に数個の検出器が必要とされ
る。

しかし、放射線検出器は焼却炉内では作動を続
けられそうもない。他方、焼却炉外では、検出器
は、焼却炉の厚い壁の遮蔽作用により、焼却炉内
の放射性累積物を検出するのに有効でない。

発明の要旨 従つて本発明の目的は、焼却炉のコンテインメ
ント内の複数の個所で放射性累積物を検出するこ
とのできる構成を提供することにある。

本発明の他の目的は、焼却炉を放射線検出器が
焼却炉内を「覗く」ことができ焼却炉内の放射線
累積物を検出することができるように構成するこ
とにある。

本発明のさらに他の目的は、焼却炉システムの
動作に関する状態表示、特に焼却炉内の放射性累
積物のレベルに関して焼却炉システム自身の動作
性能についての状態表示を与え得る自動化焼却炉
システムを提供することにある。

従つて、本発明によれば、焼却炉に耐火材料の
低密度「窓」を設ける。これらの窓は放射線検出
器を焼却炉内の熱から保護し、しかも検出器が焼
却炉内の放射性累積物のレベルを窓のうしろから
検出できるようにする。

発明の詳述 第１図に、ゼネラル・エレクトリツク・カンパ
ニイの仕様書に従つてコムトロ（Comtro）（サン
ビーム・イクイツプメント株式会社事業部）によ
つて製作された無煙バツチ処理焼却炉１３を示
す。この焼却炉１３は高能率排気スクラツバおよ
び流出コントロール部を有し、また放射線安全構
造をもつ。この焼却炉では焼却炉への装入に先立
つてウラン含有材料を細断する必要がない。第１
図に示すコンベヤ装置１６は、汚染された可燃性
放射性廃棄物の箱（図示せず）を取扱うローラ１
７を含む。焼却炉１３は鋼製の外側シエル１３′
を含み、その内側に耐火レンガを含む耐火ライナ
ー２３を有する（第３図参照）。焼却炉１３には、
以下に詳しく説明する複数の低密度、即ち低ガン
マ線吸収断面積の窓４４が画定される。これらの
窓４４は焼却炉１３の他の壁より約１桁小さい密
度をもつ。こうすれば、焼却炉の低密度窓の近く
の装着された検出器５５により、炉内にたまつた
崩壊中の核分裂性物質および燃料親物質からのガ
ンマ線を外部から検出することができる。

第２図に示すように、焼却炉１３は２段階耐火
室５６を有し、これは山形パンの塊の形状で正方
形側面５８および底面５９および円形天井６０を
有する一次燃焼室５７を含む。第４図に一次燃焼
室５７の円形天井６０が明瞭に示されている。第
３図に一次燃焼室５７の内部が示され、焼却炉１
３の床は段状になつている。廃棄物収容箱用の外
部搬入押しラム６６が示されている。さらに、内
部油圧プラウ７７が中段および下段に対応して示
されている。二次または上部燃焼室７８を設けて
燃焼ガスを完全に燃焼させ、残留天然ガスを与え
て下部燃焼室５７を1700〓以下の温度に加熱す
る。これにより燃焼ガスの炭素含分を実質的に除
去する。上部燃焼室７８は残留煙道ガスを処理す
るスクラツバ装置（図示せず）の入口でダクト７
９につながる。

適切に分布されたヨウ化ナトリウム検出器５５
（１）および電離箱形検出器５５（２）を含む放
射線検出器５５が、一次燃焼室５７および二次燃
焼室７８の近くに設けられている。検出器５５
は、焼却炉１３のコンテインメントのレンガ３３
および他の耐火材料２３を貫通する低密度窓４４
を通して、焼却炉１３の内部を特定の目的をもつ
て覗く。これにより検出器５５は焼却炉１３の内
側を放射性累積物について見ることができる。検
出器５５は燃焼室５７，７８両方の頂部付近およ
び一次燃焼室５７の下側で特に内部プラウ７７の
下側に装着されている。これらのプラウ７７は、
焼却炉１３の中段８１および下段８２の灰を排除
する一掃きからの戻り時に、ある量の放射性灰を
焼却炉１３の床６１の下側に偶然に引き込むこと
がある。従つて、一次燃焼室５７の上段８３およ
び中段８１の下側に検出器５５が必要とされる。

第１図および第２図のヨウ化ナトリウム検出器
５５（１）および電離箱形検出器５５（２）の視
野は、その検出器５５の正確な位置に応じて、５
〜10平方フイート程度である。第１図には焼却炉
１３の上部燃焼室７８の頂部に単一のヨウ化ナト
リウムおよび電離箱形検出器が示されている。一
次燃焼室５７にはその頂部に８個の検出器が設け
られ、うち４個がある種類（ヨウ化ナトリウム）
のもので、４個が別の種類（電離箱形）のもので
ある。検出器５５を互に向かい合うように点々と
配置して所望レベルの重複度および多様性を得
る。６個の床設置検出器が焼却炉１３の一次室の
下側に位置するのがわかる（第２図および第３
図）。第３図の側面図において、２個の検出器
（１つがもう１つの裏側にある、第４図参照）が
それぞれの油圧プラウ７７の下に示されている。
同様に、焼却炉１３の排出端の灰樋９９の下側に
２個の検出器５５が示されている。これら検出器
の片方がヨウ化ナトリウム検出器であり、他方が
電離箱形検出器である。

放射線検出器５５は、燃焼の結果として焼却炉
１３内に保留されるウラン２３５およびウラン２
３８を含む燃料親物質および核分裂性物質累積物
からのガンマ線を測定する。具体的には、電離箱
形およびヨウ化ナトリウム検出器５５はそれぞれ
捕捉されたガンマ線の全輻射およびエネルギー分
布と検出する。電離箱形検出器５５（２）は、全
ガンマ線エネルギーに感応性であるが温度に非感
応性であるので、本発明に有用である。他方、ヨ
ウ化ナトリウム検出器５５（１）は、信頼できる
作動に必要とされる150〓以下の温度で捕捉され
たガンマ線の完全なエネルギー分布の表示を与え
る。ここで用いる電離箱はエル・エヌ・デイー社
（LND、Inc.米国ニユーヨーク州、オーシヤンサ
イド所在）から購入するのが好ましい。これら電
離箱には、代表的には２つのLND5120型512シリ
ーズ検出器が取付けられ、高密度不活性ガス、例
えば25気圧のアルゴンが充填されている。入射す
るガンマ線によりガスがイオン化し、これにより
電子を含む荷電粒子が生成し、これらが電極に移
動して電離箱に流れる電流を生ずる。

２種類の検出器を設けることにより、共通モー
ド故障、即ち１つの欠陥がすべての検出器を劣化
させることに対する防護となる多様性が得られ
る。焼却炉系全体に数個の検出器を分布させるこ
とにより、焼却炉１３のすべての部分を過剰なウ
ラン累積について緻密に観察することができる。

第５Ａ〜５Ｅ図に電離箱形検出器５５（２）を
種々の側面図および断面図として示す。検出器５
５は、放射線透過窓４４近くの焼却炉コンテイン
メントに隣接配置された遮蔽容器５５′内に装着
されている。図示のように電離箱形検出器５５
（２）は球形である。検出器５５を保持する遮蔽
容器５５′は円筒形本体１１０を有し、その底部
開口１２１に着座部１２０を突出させて検出器５
５を保持している。遮蔽容器５５′の頂部１３０
は円筒形本体１１０上の所定位置にボルト締めで
きる。円筒形本体１１０および頂部１３０の延長
部１３１を互にボルト（図示せず）で適合するよ
うに連結する。遮蔽容器５５′から伸びるブラケ
ツト５５″は検出器５５を焼却炉１３上にもしく
は焼却炉１３の下側の床１５０上に取付けるため
のものである。遮蔽容器５５′は鉛のコア１６２
を含む鋼製シエル１６１でつくられている。頂部
１３０は鉛の円板１７２をを覆う鋼天板１７０お
よび鋼側板１７１よりなる。鋼天板１７０は図示
のようにボルト１７３で鉛円板１７２に取付けら
れる。

第６Ａ〜６Ｅ図に、遮蔽容器５５′に装着され
たヨウ化ナトリウム検出器５５（１）を種々の側
面図および断面図として示す。ヨウ化ナトリウム
検出器５５（１）は、鉛のコア１６２を鋼のシエ
ル１６１で包囲してなる遮蔽容器５５′と同じく、
長円筒形である。タブ２０１を遮蔽容器５５′か
ら延在させて検出器５５（１）を所定位置に保持
できるようにする。天板と側板よりなる鋼製キヤ
ツプ２０９が遮蔽容器５５′上に装着されている。
検出器５５（１）からのリード２４７が鋼製キヤ
ツプ２０９の側面の適当な貫通部２４９を通過す
る。遮蔽容器５５′にブラケツト２７０を設けて、
検出器５５（１）および遮蔽容器５５′を焼却炉
１３に関してその窓４４に隣接して適当に装着で
きるようにする。

いずれの場合にも、検出器５５は焼却炉１３の
コンテインメント内の低密度窓４４と協働する。
コンテインメントは第７Ａ図に示すように、鋼製
ケーシング３０１、耐火レンガの層（厚さ２イン
チ）３３および別の耐火材料の層（厚さ５イン
チ）３０３よりなる。窓４４内には、低密度耐火
材料４０４が設けられ、これは低密度耐火材料、
例えばフアイバーフアツクス（Fiberfax）、即ち
カーボランダム社（Carborundum Company）
から市販されているアルミナおよびシリカよりな
り数種の痕跡成分を含有するセラミツク繊維のブ
ランケツト層（厚さ１インチ）４０４′６個より
なり、これを５インチに圧縮してある。ブランケ
ツト層４０４′は、５本の金属スタツド４１０を
セラミツクアンカー４１１にセツトし焼却炉１３
の鋼ケーシング３０１に連結した構成により耐熱
板（厚さ２インチ）４０５、例えばカーボランダ
ム・サーモーター・ボード（Carborundum
Thermoter Board）を所定位置に止めることで、
所定位置に保持される。スタツド４１０およびア
ンカー４１１の配置は第７Ｂ図の配置案に示され
ている。セラミツクアンカー４１１は長さ６イン
チである。耐熱板４０５の外径は18インチであ
る。耐熱板４０５は厚さ約１インチであり、18ポ
ンド／立方フイート程度の密度を有する。耐火フ
エルト４０４′は約８ポンド／立方フイートの密
度を有する。さらに具体的には、使用した焼却炉
材料の密度は通常125〜130ポンド／立方フイート
の範囲にある。放射線検出器５５は約11ポンド／
立方フイートの密度を有する耐火材料の窓４４に
隣接配置される。この結果焼却炉１３の壁と窓と
の間には10：１程度の密度差がある。放射線検出
器５５は第８Ａおよび８Ｂ図に示すような回路に
接続するのが好ましい。第８Ｂ図は捕捉したガン
マ線の固定パルス電流表示を与える電離箱形検出
器５５（２）を示す。検出器からのリード６０１
を、ケイスリイー（Keithley）702型スキヤナフ
レーム６１１に装着された7028型低電流スキヤナ
カード６１０に差込むのが好ましい。スキヤナフ
レーム６１１からのリード６１２は電流パルスを
ケイスリイー6169型電離箱形インターフエース６
２２に導びき、このインターフエース６２２は電
流パルスをケイスリイー616型デジタル走査式電
位計６３３の動作に適合するように変更するのに
有効である。電位計６３３を、第８Ｂ図に示すよ
うに、ケイスリイー6162型隔離形出力装置６４５
およびキネテイツク・システムス3472F18型48ビ
ツト入力ゲート６５５を有するDEC1134型ミニ
コンピユータ６４４に接続する。検出器の走査を
ケイスリイー702型スキヤナ６１１およびキネテ
イツク・システムス3072型CAMACインターフエ
ース６５６によつて制御する。こうして累積した
ウランの総量の表示が生じる。

第８Ａ図に、捕捉したガンマ線のエネルギーに
比例する電圧パルス表示を生成するヨウ化ナトリ
ウム検出器系を示す。ヨウ化ナトリウム検出器５
５（１）中のシンチレータ結晶（図示せず）が捕
捉したガンマ線のエネルギーを表わす量の光を発
光する。検出器５５（１）中の光電管（図示せ
ず）がこの光の作用を増倍し、ガンマ線のエネル
ギーに比例する信号を出す。

各ヨウ化ナトリウム検出器５５（１）は高電圧
電源８０１および前置増幅器８０２を有し、検出
器からの出力信号を調整するとともに、累積ウラ
ンの表示を増幅器８０３およびミキサ／ルータ８
０５、例えばここで使用している8220型キヤンベ
ラ（Canberra）ミキサ／ルータ８０５に与える。
他の装置としてはハーシヨー（Harshaw）３×
３ヨウ化ナトリウム検出器５５（１）、キヤンベ
ラ2007P型前置増幅器８０２、キヤンベラ2012型
増幅器８０３、およびラ・クロイクス（La
Croix）4032型高電圧電源８０１が好ましい。

ヨウ化ナトリウム検出器５５（１）からの出力
を、該出力がどの検出器から発生されたかに従つ
てミキサ／ルータ８０５によりラベル付けする。
8070型ADC８１１によりミキサ／ルータ８０５
の出力を読取り、各電圧パルスをラベル付けし、
パルス時間をガンマ線エネルギーの表示としてデ
ジタル化する。従つてADC８１１は4070型多チ
ヤンネル・アナライザ（MCA）８１２のチヤン
ネル数を決定する。即ちチヤンネル数は増分的に
変えられて捕捉したガンマ線のエネルギーレベル
を表示する。4070型MCA８１２、好ましくは３
×8KバイトRAMを有するマイクロプロセツサを
DEC PDP1134型コンピユータ６４４により接続
する。こうしてコンピユータ６４４によりMCA
８１２を、そのレジスタをクリアしたりデータを
選択的に取出すにあたつて制御する。例えば、コ
ンピユータ６４４は、MCA８１２が一度に1000
秒のデータを取出し次いでオフになるように命令
することができる。そのほかにコンピユータ６４
４は仕事が完了したかどうかについての問合せを
制御したり、MCA８１２をポリーングしてデー
タを収集する。このデータを直ちにRL02型デイ
スクに転送し、検出器番号および型式によつてフ
アイリングすることができる。データを収集し終
つたら、コンピユータ６４４はMCA８１２を再
び初期設定し、ガンマ線エネルギーをキヤンベラ
からの「ガンマＭ」ルーチンに従つて分析する。

作動時には、第１図に戻つて、汚染された材料
の入つた箱を第１図に示す焼却炉１３を収容する
高台コンクリートブロツクビルデイングのフオー
クリフト積載ステーシヨン（図示せず）に運ぶ。
フオークリフトは、衣類、ゴム靴、カバー、紙、
清掃用ウエス、紙タオル、プラスチツク袋、その
他のウランで汚染された可燃物のような廃棄物を
収容した４×４×４フイートの箱を１列に適切に
並べる。これらの箱はローラコンベヤ１６に沿つ
て箱スキヤナ・ステーシヨン９００までころがり
移動し、ここで箱を秤量し、Ｕ２３５およびＵ２
３８含量について走査する。これらの結果に基づ
いて、ターンテーブル・ステーシヨン９０１が特
定の箱を出口通路９１１に沿つて系の外へ送り出
すか、またははさみリフトに向つて送り箱を箱積
載機９３０に持上げる。

焼却炉の戸９４４を開いて箱を受入れ、外部ラ
ム６６により、第３図に示すように、箱を一次燃
焼室５７内に上段８３に押込む。戸９４４を閉じ
ると、箱は燃焼中の天然ガスの作用の下酸素欠乏
条件下で着火する。ある期間の後、戸９４４を再
び開き、第２の箱を上段８３に押込み、第１の箱
またはその残物を焼却炉１３の低い段８２に落
す。

こうして燃焼を所定の時間継続し、鋳造可能な
セラミツクの耐熱ラムを含む油圧プラウ７７によ
り第１の箱の燃焼残物を焼却炉１３の下段８２上
に押し落し、外部ラム６６によりさらに他の箱を
上段８３上に押し込み、この箱が第２の箱の残物
を第１の箱の残物がとり去られたばかりの中段８
１上に押し込む。

下段８２上の材料が完全に燃焼したところで、
焼却炉１３の出口側にあるギロチン戸９９′を開
き、下側油圧ラム７７により残留物を冷却室９９
８の灰樋９９に落し込む。冷却期間後、第１図の
横方向ラム９９９により樋９９をきれいにし、冷
えた灰を灰収集器または缶１００１にためる。こ
れらの容器内のウランは灰物質からの分離により
回収することができる。

上述した説明には当業者が想起し得る妥当な変
更例を加えることができる。しかし、本発明はこ
こで説明し図示した具体例に限定されるものでは
ない。従つて特許請求の範囲は発明の思想を記載
したもので、本発明の範囲内に入るすべての変更
例を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼却炉および汚染材料を焼却炉に燃焼
のために送る材料取扱いシステムの一部を示す平
面図、第２図は焼却炉および積載構造の一部を示
す側面図、第３図は長さ方向に見た焼却炉の縦断
面図、第４図は横断方向に見た焼却炉の縦断面
図、第５Ａ〜５Ｅ図は本発明に用いる電離箱形検
出器および遮蔽容器の平面図、側面図、５Ｃ−５
Ｃ縦断面図、底面図および５Ｅ−５Ｅ横断面図、
第６Ａ〜６Ｅ図はヨウ化ナトリウム検出器および
遮蔽容器の平面図、側面図、６Ｃ−６Ｃ縦断面
図、底面図および６Ｅ−６Ｅ横断面図、第７Ａお
よび７Ｂ図は焼却炉コンテインメントの低密度耐
火窓の断面図および平面図、そして第８Ａおよび
８Ｂ図はヨウ化ナトリウム検出器および電離箱形
検出器の検出回路を示す。 主な符号の説明、１３……焼却炉、４４……
窓、５５……検出器、５５′……遮蔽容器、５７
……一次燃焼室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射能で汚染された可燃物を燃やすことによ
   り、放射性灰が生じる焼却炉において、燃焼室は
   耐火レンガでできたコンテインメント壁と当該コ
   ンテインメント壁を貫通するセラミツク繊維体で
   できた１個以上の窓を備え、前記コンテインメン
   ト内に残留する放射性灰からの放射線は高密度の
   耐火レンガによつてさえぎられるのに対して、低
   密度の窓を通じて前記コンテインメント壁を越え
   て前記燃焼室の外へ流れる放射線を測定する放射
   線検出器を前記コンテインメント壁の外側から前
   記窓に隣接する位置に装着して、前記燃焼室内に
   堆積して保持されている放射性灰の量を表示する
   ようにした焼却炉。 ２ 前記燃焼室を区画する高密度の耐火壁を鋼製
   ケーシングがかこみ、この鋼製ケーシングの外側
   から前記窓に隣接する位置に前記放射線検出器を
   装着した特許請求の範囲第１項記載の焼却炉。 ３ 前記低密度の窓のいくつかが前記高密度の耐
   火壁に間隔をあけて分布していて、放射性物質の
   堆積についての分布データを検出できる外部検出
   手段が備わつている特許請求の範囲第１項記載の
   焼却炉。 ４ 複数の段を含み、耐火材料でできた床が備え
   られ、複数の放射線検出器によりモニタされる特
   許請求の範囲第１項記載の焼却炉。 ５ 上記検出器が電離箱形検出器を含む特許請求
   の範囲第１項記載の焼却炉。 ６ 上記検出器がヨウ化ナトリウム型ガンマ線検
   出器を含む特許請求の範囲第１項記載の焼却炉。 ７ 放射能で汚染された可燃物を燃やすことによ
   り、放射性灰が生じる焼却炉において、燃焼室は
   耐火レンガで裏打ちした鋼でできたコンテインメ
   ント壁と当該コンテインメント壁を貫通するセラ
   ミツク繊維体でできた１個以上の窓を備え、前記
   コンテインメント内に残留する放射性灰からの放
   射線は鋼と高密度の耐火レンガによつてさえぎら
   れるのに対して、低密度の窓を通じて前記コンテ
   インメント壁を越えて前記燃焼室の外へ流れる放
   射線を測定する放射線検出器を前記コンテインメ
   ント壁の外側から前記窓に隣接する位置に装着し
   て、前記燃焼室内に堆積して保持されている放射
   性灰の量を表示するようにした焼却炉。 ８ 前記コンテインメント壁の高密度耐火レンガ
   と前記窓の低密度セラミツク繊維体との間の密度
   の差は10対１の程度である特許請求の範囲第７項
   記載の焼却炉。 ９ 前記コンテインメント壁を貫通する複数の窓
   が設けられ、これらの窓に隣接して前記コンテイ
   ンメント壁の外側から協働する複数の放射線検出
   器が装着されている特許請求の範囲第７項記載の
   焼却炉。