JPH0631839B2 - 放射性ガスの貯蔵法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、放射性ガスをイオン化してそのイオンを金属
組織中に注入し、封じ込めて貯蔵する放射性ガスの貯蔵
法に関する。

（従来の技術） 一般に、たとえば核燃料再処理工場等の原子力施設にお
いては、有害な量の放射能が環境に放出された場合、そ
の影響が広範囲かつ長期間にわたる可能性があるため
に、安全性の確保を他の一般産業に比べて格段に厳しく
することが義務づけられている。よって、放射性廃棄物
の処理は現在重要な技術分野となっている。

放射性廃棄物のうち、問題となる可能性のある気体廃棄
物はクリプトン（Ｋr-85と略称する）であるが、Ｋr-85
は半減期が10.7年と長寿命であるため長期間貯蔵する必
要がある。

このためＫr-85のような放射性ガスを確実に貯蔵する方
法として、現在高圧ボンベ貯蔵法、ゼオライト吸着法お
よびイオン注入法による固定化法がある。

このうち、高圧ボンベの貯蔵法は放射性廃棄ガスをボン
ベ等の耐圧性圧力容器に封入して永久保存する方法であ
るが、定期的に圧力容器の耐圧試験を行うことが法令で
義務づけられている。そのため、その都度、貯蔵ガスを
移し換えなければならない等の煩雑な作業が要求され、
長期間の安全貯蔵の確保のうえから問題点がある。

また、ゼオライトにＫr-85ガスを吸着処理させる吸着法
も、高温、高圧下での操作が必要であり、実用化するに
は数多くの改善すべき問題点がある。

一方、イオン注入法は、常温、低圧で処分操作ができる
だけでなく、経済性や安定性でも他の方法に比べて優れ
た方法とされ、注目されている。

第４図から第６図を参照しながらイオン注入法を用いて
放射性廃棄ガスを固定処理するための従来のガスの貯蔵
処理装置とその方法を説明する。

この放射性ガスの貯蔵処理装置では、円筒状の外側陰極
１、陽極蓋２および陽極底３により密閉構造となって容
器が構成されている。なお、外側陰極１は、絶縁リング
４ａ、４ｂにより陽極蓋２および陽極底３と絶縁されて
いる。

一方、外側陰極１内にはイオン化室５となり、外側陰極
１の中心部には円筒状内側陰極６が配置され、ハーメチ
ックシール等の絶縁体７によって、陽極蓋２と絶縁され
ている。

陽極蓋２には、放射性廃棄ガスを導入するための吸気管
８並びに外側陰極１内を排気するための排気管９が接続
されており、真空ポンプ等（図示せず）により、イオン
化室５内は一定の低圧力に保たれている。

なお、第４図中、符号１０は高圧電源装置で、第５図お
よび第６図中の符号１１は外側陰極１の内周面に形成さ
れる放射性廃棄ガスのイオン層と内側陰極６がスパッタ
リングしたコーティング層からなるガス注入累積層であ
る。また符号１２はガスのイオンを、符号１３はスパッ
タ金属をそれぞれ示している。

次に放射性廃棄ガスを固定化処理する作用について説明
する。

前述のような放射性廃棄ガスの貯蔵処理装置では、密閉
された外側陰極１内のガス圧力と外側陰極１と内側陰極
６とに印加される電圧が適当な条件を満たす時には、イ
オン化室５において放電が発生することが知られてお
り、この放電により、ガスは電離し、イオン状態となっ
て放電プラズマが形成される。

たとえばガス圧力を10^-1〜10^-3Torrに設定、維持した状
態で、陽極蓋２と陽極底３を接地し、電源装置１０によ
り、外側陰極１に 1kv以下の負電圧、内側陰極６に 1kv
以上の負の高電圧を各々連続的に印加する。なお、電源
装置１０は外側陰極１、内側陰極２用の電源が組込まれ
ている。これにより、イオン化室５において、ガスのグ
ロー放電が発生し、放射性廃棄ガスの電離が行われガス
イオン１２が生成される。

この生成されたガスイオン１２は、第５図に示すように
相対的に強い内側陰極６の電界に沿って加速され、この
内側陰極６の表面に衝突して、スパッタリングを起し、
その結果、叩き出されたスパッタリング金属１３が対向
する外側陰極１の内周面へ積層してガス注入累積層１１
を形成する。

また、これと同時に、一部のガスイオン１２は第６図に
示すように外側陰極１の電界の方に直接、加速されて、
前述のガス注入累積層１１に打ち込まれ、注入されてい
く。以降ガス注入累積層１１の累積を行いながら、その
中に放射性廃棄ガスを連続的に注入し固定化処理する。

なお、上述したようなイオン注入法は放射性ガスを貯蔵
する方法として使用されるものであり、放射性ガスの外
界への流出を防止するため外側陰極１、陽極蓋２、陽極
底３を完全に密閉し、またイオン化室５内を外圧より低
い圧力に保つものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記方法において放射性ガスが注入され
る累積層の電極との付着性が良好でなく、運転中に剥れ
落ちガスの再放出が生じたり、剥れ落ちた層膜が電極に
接触したりするなどのため放電が停止する問題点があっ
た。

本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、
注入累積層と電極表面との密着性を強固なものとし、運
転効率を高めるとともに貯蔵時における安全性を高めた
信頼性の高い放射性ガスの貯蔵法を提供するものであ
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、内側陰極のスパッタリング効果によって、外
側陰極の内面にガスを注入した累積層を形成する運転の
前処理操作として、外側陰極の内面をスパッタリングし
て洗浄化することを特徴とする。すなわち、イオン注入
の定常運転時に印加する外側陰極の電圧を内側陰極に、
内側陰極の電圧を外側陰極に印加し、放電によりイオン
化するガスを内側陰極と外側陰極との間に導入しつつ排
気するガスフロー運転を行なって、外側陰極をスパッタ
することによりその内面を洗浄化する。これにより外側
陰極内面の酸化膜等の不純物を取り除くとともに原子サ
イズでの適当な荒さ加工を施すことにより外側陰極の内
面と累積層との付着強度を高め、イオン注入の定常運転
時の累積層の剥れ落ちによる放電の停止を防止し、ガス
の注入を安定に行なうことを特徴とする。

（作 用） ガス注入の運転を行なう場合、外側陰極の内面を洗浄化
処理を施すことによって外側陰極の内面と新しくこの運
転により形成されるガス注入層との付着性が良好にな
り、運転中剥れることなくスムーズに膜が累積される。

また、注入膜が外側陰極の内面から剥れ落ちることによ
り、二次的に発生していた放電の停止もなくなり、効率
的に、そして安定にガスの注入運転を行なうことができ
るようになる。

（実施例） 以下、第１図から第３図を参照しながら本発明に係る放
射性ガスの貯蔵法の一実施例について説明する。

第１図は、本発明によるガスの貯蔵法を実施するための
要部のみ原理図的に示し他の部分は第４図と同様なので
省略してある。また、第２図は従来例を実施するための
要部を原理図的に示している。第３図は本発明を実施す
る際の概略を示すフロー図である。

第３図に示すように本発明の処理操作手順はイオン注入
運転スタート時に先立って、あらかじめ前処理としてイ
オン注入累積層が形成される外側陰極１の内面を放電に
より洗浄する。この時、Ｋr ガスを注入および排気する
ガスフロー運転を行なう。その後このガスフローを停止
し、電源を切り換え、従来例と同様にイオン注入累積層
を形成するためのイオン注入定常運転を行なう。

次に上記の操作手順に沿って本発明の実施例の詳細を説
明する。

イオン注入運転スタートと同時にガスを注入および排気
するＫr ガスのフローを行なうとともに第１図における
内側陰極６と外側陰極１にそれぞれ負電圧を印加する。
負電圧はたとえば内側陰極６が 0〜-100Ｖ、外側陰極１
が約 -1000Ｖであり、内側陰極６が外側陰極１よりかな
りの低電圧になっている。

そして、第１図に示すように放電によりイオン化したガ
スイオン１２は外側陰極１に強力に引きつけられる。引
きつけられたガスイオン１２は外側陰極１に向って加速
され、遂には外側陰極１の内面上でスパッタリングを起
こす。

この時、スパッタリングにより外側陰極１の内面上の酸
化膜等の不純物が取り除かれ、かつ外側陰極１の内面に
原子サイズの適当な荒さが生じることになる。

これらの取り除かれた不純物及びスパッタ金属等はＫｒ
ガスフローとともに排気される。

上記の放電によるスパッタリング洗浄を１時間程度行な
った後、ガスフローを停止し、電圧を切り換え従来のイ
オン注入定常運転を行なう。

つまり、第２図に示すようにたとえば内側陰極６に約 -
1500Ｖ、外側陰極１に約-250Ｖを印加する。放電により
イオン化したガスイオン１２は、内側陰極１に引きつけ
られ、加速して衝突し、内側陰極６の表面の金属をスパ
ッタする。このスパッタされた内側陰極６の表面の金属
粒子は外側陰極１に累積層１１を形成していく。この時
外側陰極１内つまり、イオン化室５内のＫr ガスが一緒
に累積層１１中に注入される。また一方では外側陰極１
の内面部近傍に存在していたガスイオン１２はそのまま
外側陰極１に吸い寄せられ、累積層１１に注入される。

このようにして定常運転において、イオン注入累積層１
１の中にガスを貯蔵するものである。

イオン注入の定常運転前にあらかじめ放電によるスパッ
タリング洗浄を行なうことにより、定常運転時に形成さ
れる累積層１１と外側陰極１の内面との付着性が良好に
なり、形成された累積層１１の剥れ落ちにより誘発され
る放電の停止が防止できる。

かくして、本発明に係るガス貯蔵法では、イオン注入の
定常運転前の前処理としてあらかじめ外側陰極をスパッ
タリングすることにより、注入膜が形成される外側陰極
の内面を洗浄することで注入累積層との付着性を良好に
し、剥れに難く、イオン注入の定常運転を安定で効率的
に行なうことができ初期の目的を達成することができ
る。

［発明の効果］ 本発明によればガス注入累積層とは外側陰極の内面との
付着性が良好になり、ガス注入の定常運転中に異常放電
または他の外的要因によるガス注入累積層と外側陰極の
内面との剥れ落ちによるガス再放出及び層膜の電極への
接触などがなくなり、放電が安定に持続するようにな
る。

よって、ガス注入をスムーズに行なうことができ、かつ
持続運転が安定にしかも効率的に行なうことができる。

また、ガス注入運転後の貯蔵における安全性および信頼
性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる放射性ガスの貯蔵法を実施する
ための装置の要部のみを示す原理図、第２図は従来例を
実施するための装置の要部のみを示す原理図、第３図は
本発明を実施するための処理操作手順を示した概略フロ
ー図、第４図は従来のガス貯蔵処理操作を説明するため
の装置を示す縦断面図、第５図および第６図は第４図の
原理および作用を説明するための横断面図である。 １……外側陰極 ２……陽極蓋 ３……陽極底 ４ａ、４ｂ……絶縁リング ５……イオン化室 ６……内側陰極 ７……絶縁体 ８……吸気管 ９……排気管 １０……高圧電源 １１……ガス注入累積層 １２……ガスのイオン １３……スパッタ金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にスパッタリングターゲットとなる内
   側陰極が配置された円筒形の外側陰極と、この外側陰極
   の上部に設けられた陽極蓋と、前記外側陰極の下部に設
   けられた陽極底とで形成された密閉容器内に放射性ガス
   を導入し、前記内側陰極に高電圧を前記外側陰極に内側
   陰極よりも低い電圧をそれぞれ直流電源により印加し
   て、前記密閉容器内でガス放電を生じさせ、前記内側陰
   極から生じるスパッタリング原子により前記外側陰極内
   壁面に形成される金属累積層中にガスイオンを注入貯蔵
   するようにした放射性ガスの貯蔵法において、前記放射
   性ガスを注入貯蔵する前処理として、前記密閉容器内に
   放電によりイオン化するガスを流過させつつ注入貯蔵工
   程時とは逆に前記外側陰極に内側陰極より高い負電圧を
   印加して、あらかじめ前記外側陰極にスパッタリングを
   生じさせて前記外側陰極の内面を洗浄化することを特徴
   とする放射性ガスの貯蔵法。