JPS5817399A - 放射性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本尭−は、放射性ｓｉｍ物の処理方法に関し、さらに詳
しくは、Ｉｌ状放射性廃乗物の表１１に化学蒸着５ＩＩ
Ｋよ）炭化ケイ素被Ｗｔ麹した後、金属で多重被覆な−
しは置設することによに、化学的１機械的に安定で半永
久的貯ＩＥＫ適した放射性廃棄物貯蔵体を製造する方法
に関する。

厘子力殉電Ｏ畳及にともな一１！用済核熾料の再鶏履工
場から発生する高鰻度の放射性廃液は１年々、増大する
傾向に番ゐ、これらの放射性廃液を液状の重重でタンタ
貯蔵することべは安全上の間ｌ［があ為九め、よ）安全
に保管で龜為園形貯蔵体への変換技術の確立が切望され
ている。

一般に放射性廃秦物Ｏ１＆分ＫＩＩＩしては、放射性物
質ｏｓｗｉへの拡散が最小限となる形態に廃棄物をｌｉ
形化し、得られ九ｉｉｌ形貯蔵体が、化学的１機械的に
侭定していて、長期の貯ＲＫよっても環塊汚＠０原因に
ならないことが必要である。このような観点て従来よ）
行われている固形化方法は。

ｊラス固化技術（たとえは特公昭４６−３２４０号。

岡８０−４８４０号各公報Ｋｌａ載のもの等）が主流を
占め、高晴ＩＩＬＯ放射性廃索物をリン酸もしくはホ禽
りイ蒙ガラス等０ＩＩＩラス＃科とともに溶融し、−ｙ
Ｒ形状のガラスインゴットに凝Ｉｌｌせ、固化す番方法
が用いられ、■化体はその後貯薦容器に封入され、たと
え＃ｆ地下貯ＩＸにより保管される。

上記方法によれば、廃秦物會有量、ガラスの龜戒などを
検討することにより１機械的強度も比較的大Ｉｌｌ／％
ガラス園化体を得ることができるが、次のような間一点
を有する。

げ）　貯蔵容器が破損した場合、ｌｊｌ化体は、外部雰
囲気、九とえは地下貯蔵の場合は地下水など、に直接書
することになるため、長期にわ友る安定な貯蔵の九めに
は、水による放射性物質の浸出率を可能な限シ小さくす
ることが要請される。この点。

ガラス固化体は、基本材料であるガラスが組成による制
約を受けろため、固化体の機械的強度な匹しは一体慢と
浸出率の低下とｔ！テラス料により両立させゐことは必
ずしも害鳥でない。

←）　ガラスの熱伝導度は、金属に比較する七本質的に
小さいため含有する放射性物質の放射線崩壊による尭熱
くよってガラス固化体内押の温度は上昇し、中心部では
ｓＯＯ〜７００℃に及ぶこともあ抄得る。かかる温度上
昇はガラス固化体の構造を脆１１ＫＬ、機械的および化
学的安定性をそこない。

長期にわたる放射性廃秦の安全な貯蔵を困層にする。

上述し九ｊツスー化熟環方法の欠点を補う放射線廃棄物
Ｏ処環方鎌として、か蝿した放射性廃棄物又はこれを含
有するガラス固化体等の物質を金属中に厘め込む、−わ
ゆる金属！トリクス法が考えられてい為。

しかしながら１本発明看らの研究によれば、このような
金属マトリタス法にも閲覗がある。それは、か鉤した放
射性廃棄物又はこれを含有するガラス−化体の金属に対
するぬれ性は良好とは貴見ず、これらの金属との複合固
化体Ｋかいて空隙が発生し曳勢、６為Ｉ／％ａＪ！４ら
かＯ熱曽撃４しくは横掴鈴応力が加わると款射廃秦物等
と金属との界面において、剥離の現象が起ることがある
。したが５″（１１られ九複舎閣化体は、機械強度的に
も、を九放射性党素の耐浸出性の点でも必ずしも満足な
４のとは貴い一一。

本発＠０１的は、上述し九金属！）９クス法を改真し１
機械的にも化学的にもよ）安定な複合園化貯賦体の製造
法を提供すｈことにある。

本尭明者ら０＠究によれば、上述の目的の達成Ｏために
は、か焼し九放射性廃−物等の粒状化物ｏｈｍに化学蒸
着法により炭化ケイ素の被膜を形成して金属とのぬれ憔
を改善し九後、金属によシ多菫に被覆ないしはｍ役する
ことが極めて有効であることが見出された。すなわち本
発明の放射性廃棄物の処理方法は、か焼した放射性廃棄
物又はこれを含有する物質の粒状物の表面に化学蒸着法
によって５〜ｍ声ｍの厚さの炭化ケイ素被膜を形成する
工程と、被覆した粒状物を内部容器中に装入し金属とと
もに固化させろ工程と、少なくと４１０前記内容容番を
外部容器内で金１１に埋設する工程とからなることを特
徴とするものである。

以下１本発明を更に詳細に説明する。以下の記載におい
て、「部」および「慢」は特に断らない隈に重量基準と
する。

本発明の処理対象となる放射性廃棄物としては、例えば
、使用済核燃料を処理し友後、υ、　Ｐａをｇ１収し曳
残シの放射性廃棄物の倫、温床式脱塩器の再生馬液の員
縮液、礁鳳から発生する床ドレインあるいは機器ドレイ
ンＯ員縮廃液などの放射恢物質を含む各種ｏ’ｓ＊、責
には％原子Ｐ水浄化系。

燃料プール系、復水系、ドレイン系の各系統から生ずる
使用済イオン交換樹層、フィルタースラッジ、廃液の凝
集沈澱感層によって生ずる沈澱スラッジなどの各種の園
体廃秦物など、高レベルおよび中低レベルの放射性廃棄
物が會★れる。これら放射性廃棄物をか焼することによ
シ、原料としてのか焼体が得られる。

か焼体含有物質としては、ガラス、セラ電ツタス、金属
などを用いてか焼体を固化体に変換した−の、更にこの
固化体について肴砕等の予備処理を加えた物質があげら
れる。か焼体含有物質中の、か一体會量は、ｉ〜４０囁
ｍ＊が適轟である。

これらか焼体あるいはか焼体含有物質を成形ないしは肴
砕して粒状物を得る。＃、秋物の形状は。

内部容器内で０關化性が損なわれない限）、いかなる形
態でもよ−が、一般に８板１円柱１球、二角柱ないしは
角棒などｏＨ状が好ましく用いられる。

粒状物の寸法もＩｆ＃に制限は亀いが、小さ過ぎると員
化ケイ素被ｍｅ属厚制御が困難とな）、を九大１過「る
と中心部での放射性崩壊による温度上昇が大となるため
、ｉｌｌ〜ＭＪｗｘｍ　０１１Ｂが魂轟である。

本発ＩＩｊＫＬ九がい、ｔず上記し九ようなか―体′等
の粒状物の表ｍに炭化ケイ素の被膜を形成する。

化学蒸着法としては、友と見ば四塩化シリコン（＄ＩＣ
１４）とメタン（ａＸ４）の混合ガスを水嵩（Ｈ８）ガ
スＯ存在下、　１１００〜１２００℃で反応させて炭化
ケイ素を粒状物表１１に析出させゐ方法（水素還元法）
又拡シツン（ｓｔｉ４）メタン（ＯＨ４）の島舎ガスを
６００〜１雪ＯＯ℃で熱分解させて析出させろ方法（熱
分層法）のいずれによってもよい。

炭化ケイ素被膜の厚さは１粒状物と被膜との熱膨張係数
Ｏ違いによって室温に冷却する過椙で外聞に応力が発生
し、被膜が拡げ落ちたす、＊裂を生じ危りすることのな
いように、５〜１＃声朧のＩＩ＃！ｌとするのがよ−。

次いで、被覆した粒状体を内部容器に＃ｌＩ人し金属と
ともに固化させる。

固化方法としては、　Ｋ）被覆し九粒状物を金属粉末よ
ともに圧縮成形し、必１１に応じて更に焼結す為か、あ
為いは内部容器に義人して容器ごと加熱して内ＩＩＯ金
属を溶融後、冷却固化す為方法、（ロ）被覆し九粒状物
を内ＩＩ１審優内に美人後、溶融金属を注入した後冷却
する方法、（ハ）逆に内部容器内に適量の溶融金属を入
れておき、然るｉｌＫ粒状物を装入してから溶融金属を
冷却固化さそる方法などが用−られる（なお金属は、こ
の１鵬では、必ずしも、溶融ないし焼結する必要はない
が、引き続く外部容器での置設工程での加熱を通じて、
１１１融ないし焼結し１粒状物の炭化ケイ素禎膜と一体
化する必要がある）。

間化用の金属材料としては、炭化ケイ素被膜とＯぬれ性
ならびに内部容器材％Ｏ耐熱温度へ範囲内での焼結ない
しは溶融性の観点よｌ　％　Ｃａｍ　Ｆ＠、ム１．Ｐｂ
、ＩＩ鳳、Ｋｍ　＊　Ｍｊシよびこれらの金属の少なく
とも一種を主成分とす為合金などが適する０例えば、　
Ｃｍｍ円内容器中で溶融金属食用−る場合は、Ｐｂ％＠
＊　、Ｚ＊−ム１およびこれらＯ金属の少なくとも１種
を主成分とする合金などが適する。

固化体中Ｏ粒状物の含量としては、たとえば（資）〜田
−穆度が適す為。

内部容器の大暑ｉ！ｋａ、その専横が大きい機、放射性
真東物ＯｗＡ化量を多くすることができるが、大き過ぎ
ると、熱伝導性１機械的強度が低下するＯで好ましくな
い、友とえは１円筒ＩＰ％Ｏｒ！器とした場合、内径は
Ｓ〜団閣が望ましめ、ま九容器の肉厚は、厚％Ａ１１腐
食により減肉に対し耐久性があシ、を九機械的強度の点
でも有刹であるが、厚すぎると熱伝導性が量子するので
０．５〜５ｗｓの範囲が望ましい。

次いで、このようにして得られた内部に被覆され九粒状
物を金属とともＫＩＮ化された固化体を有す為内部容器
の１又は２以上を、外部容１ｓ（貯蔵容器）内で金属Ｋ
ｌｌ設する。橋設方法Ｌ、上記固化方法Ｕ）〜（へ）と
本質的に同じ方法が用いられ、「被ＷＩＩれた粒状物」
を「内部容器」に、「内部容器」を「外部容器」に置き
かえることにより。

同様に実施される。但し、内部容器の数は１粒状物のそ
れに比べて一般に少ない数が用いられゐので、内−容器
を８以上用いる場合も、瓦いに適宜離間１に−ｔて、外
蕩審ＩＩＯ中央近傍に置いて外界からで自重だけ線断す
ることが望まし一〇は云うまで−なｉ。

内部容器あゐいは外部容器の材料としては、念とえばＦ
＊、　　Ａ１．　　Ｏｓ、　　Ｆｉｌ、　　８ｍ、ＫＬ
　　Ｎｌ、！量、Ｚｒ又は、これらＯうち少くと４一種
を主成分とする合金などが用いられ、上記固化方法中場
股方法に応じて適宜決定される０例えば、被覆した籾状
物と０１１１末との温金物を内薄容器内で圧縮固化し友
も０ｔ−、溶融デーを用いて外部容器中で堀設すを場合
には、融点１機械的強度を考慮して、ｒ・、　　　　　
　。

ム１．　Ｃｓ、　Ｎ１．！１．ｊｔｒ又はこれらのうち
少くとも一種を主成分とす為合金が好ましく用−られる
。

なお上記園化工１１および置設工福後、それぞれ内部容
器および外部容器と同様な材料よ）なる７りをかぶせ１
周縁を連接等によ）１封する。

上述したような本発明の方法によ）得られる放射性廃秦
物貯農体は、九とえば外部容器中Ｋｌ側の内部容器を堀
設する場合について図面に示すような構造となる。すな
わち、ＩＲ化ケイ素で被覆した放射性廃棄物等の粒状物
ｌが金属２とともに内部容器３中で固化されてお〉、こ
の内部容器３が外部容器４のは埋中央１１において、更
に金属５中Ｋ１１ｌ＆されている。このように金属によ
り多重に被覆された結果１本発ＩｊＩＫよる放射性廃棄
物貯蔵体は１機械的、化学的安定性が極めて高く、長期
Ｋｔ）＆る安全な貯ＲＩＩＣ極めて好適なものとなる。

すなわち１本発明による貯蔵体の場合、万−貯蔵容ＩＩ
＋（外部容器）４が破損し友場合でも、放射性廃棄物な
いし固化体粒状物ｌは、更に埋設金属５、内部容器３シ
よび固化金属２によ抄外部雰囲気。

例えば海水から遮断されている九め、外部雰囲気に直ｌ
１ｍ１！触するおそれは極めて少ない。金属の水への極
めて小さい浸出率を考慮すると、上記のとと會貯薦容器
破損の事故があってもなお長期の安全貯ｌＲ性確保され
る。また、罠に万が一填設金属Ｓを通じての浸水ならび
に′内部容器の破損があっても、か焼放射性廃棄物粒状
物ｌは、同化用金属２によってｌｉ！まれ、これと炭化
ケイ素被膜を通じて冑１１１ＣＩＩＩ会されてＩＡ為九
め、内部容器内容物内に空隙が坤んどな（、ｊ！に製造
過椙を通じての加熱部１１によっても粒状物ｌと同化用
金属２の界面でＯ剥離に対しても著しく、改善されてい
る。また、したがってζＯような密接一体構造の友め。

内部容器内春物は、熱伝導性、耐衝撃性、機械的強度等
の点で、ガラス固化体に比べては勿論のこと、過電Ｏ金
属閤化体に比べてもは為かに優れている０頁に１通常の
ガラス固化処理法においては。

放射Ｉｋのか鉤体を安定し友状態でガラス中に含ませ得
為量は高々扁容積憂が限界とされてい友が５本発明によ
る貯蔵体の場４には、固化機、材料などを検討すること
によｐ、放射性か焼体の含有量を最高（支）容積−まで
上げることができる。

以下、実施例、比較例によ）本発明を更に具体的に説−
する。

く実施例〉 下表に示す組成の模−放射性廃棄物のか焼体粉末（再処
理工場よ如出−為ｊＩＩ液をか焼して得られる酸化物を
模擬し九もの）を用意し九。

上記し友模擬放射性廃棄物のか焼体粉末と、博メツシ為
以下のホクケイ酸ガラス粉末とを体積比３；１で均一に
混合した後に、　１２０Ｇ’ＣＫて溶融させ、冷却して
ガラス固化体を得た。このガラス固化体から１辺１−の
立方体を切夛出した。立方体状のガラス固化体を化学蒸
着装置に入れＶラン（８１１１４）とメタｙ　（ｃｉｔ
４）の温合ガスを装置内にｊｌ入Ｌ−Ｃ”圧力ＭＩＳ　
Ｔｅｒｒ、　Ｉ１ｍ！　６Ｇ（Ｆ’Ｃ〜８００　”ＣＦ
）条件で、締分関から１時間加熱分簿反応を行ないガラ
ス固化体表置に炭化ケイ素を析出被覆した。短時間で被
［ＩＥの厚与がｓｌａ未満の場合線被覆が＾ツにな）鳥
〈、道に長時間で厚みがＩＯＩＩＩＩＩｍを越える場合
は皮膜に割れが入ｂａｈ０ 次に、ａｍ面に示すように炭化ケイ素被覆が曳好なガラ
ス固化体（膜厚５〜ｌｆ１ｍｍ）１とＩＱＩＩメツシュ
以下０１１４１１末鵞を体積比１対１で十分に混合し九
ものを、“内＠鱒−１肉厚１　ａｍ　、高ｉＫ　Ｉ）　
ｍｓのニッケル属円筒状容器３に入れ、圧力・−１・ｍ
／−で圧縮し固化＄−を食、ニッケル容ＩＩ３に、直径
戊Ｉ。

肉厚＊　ｗｍ　Ｏ轟ツケル製ふ九をし、周囲を’ＦＩＧ
溶１１によ）１封し念０次に、前記ニッケル容器を内　
　。

ｌｌ３０閣、高１１（資）ｙｍｏステンレス顧容器４内
に人れ１周囲を鵬メッシェ以下の鋼粉末５で包み覆って
から圧力６セ軸／−で圧縮し更に水素気流中でＳｅＯ３
，１時間焼結処理を施し九。

このようにして製造した貯蔵体から貯蔵容器を職ｐはず
し内部圃形体を露出させた。これをｔｓｅ”ｃの純水１
ｗｍ１に１時間浸し浸出試験を行ない溶液中のＣＩＫイ
オンを検出したところ、その浸出率は検出限界１ｗｔｏ
−リ／−・ｄａｙ未満であっ几、ま友、模擬廃棄物中に
含まれるＭｅイオンの、浸出も検出限界１　ｍＭ）−’
ｌｉ／−・ｄａｙ未満であつ良。

さらにニッケル容器３の中央から５閣Ｉ５■Ｘｌ０ＩＩ
ｎＩＩの直方体状８Ｅｍ試験片を切り出し圧縮破壊テス
トを行なったところ圧縮強度は５０に＃／−以上あｐ機
械的強度は大きかった。

く比較例１〉 実施例で用いた模擬放射性廃１ｌｌＩ物Ｏ′ＩｐＩＩｌ
＃−粉末と、１０１１メツシ為以下のホウケイ酸ガラス
粉末とを体積比３ニアで均一に混合した後に、　１２０
０℃にて溶融さぜ、冷却してガラス同化体を得た。この
ガラス固化体から１辺２−の立方体１を切り出し、南メ
ツシエ以下の銅粉末意と体積比１対１で十分に混合した
ものを、内４１　Ｍ）　ｍｓ、肉厚１１ｍ１ｍ、嵩さ刃
−〇エフケル製内筒状容器３に入れ、圧力６ｔ・鳳／−
で圧縮し固化させ次、ニッケル容器３に、直径１２　ｗ
ｍ、内厚２ＩＩｆｉの１ツクル製ふ九をし、周囲を丁Ｉ
Ｇ＃ｌ接により密封した０次に前記ニッケル容器を内径
３０　ｍｍ、高さＷ膨１のステンレス製容器４内に入れ
１周ｆｆｔ嵩メツシ１以下の銅粉末５で包み榎りてから
圧力４１　￥ａＶ′−で圧縮し、更に水素気流中でＪＩ
ＧＯ’０．１時閾蝿緒処環を總した。

このよ５Ｋして調造し次貯蔵体から貯蔵容器を墳）はす
し、内ｌｌｌｌｌ１Ｍ体を露出させ良、これを１０１）
℃Ｏ＃Ｉ水膚−中に裏時間浸し、ｆＩＩＩ液中のＣｍ　
イオンを検出し九とζろそＯ浸出率は検出限界ｌχｌ０
−６１　／ｃｄ　＊　ｔａｙ未満であり九、を九模褒真
東物中に含ｔｔＬ４Ｍ＊　イ１；／４検出限界１　ｗ　
１０−’、ｆ／ａＩ−ｄａｙ未満であ″）良。

しかしながらニッケル円＊Ｓの中央から５ｙｕｘ　ｘ５
■ｗ　１０ｗｍの直方体圧縮試験片を切）出したところ
、ガラス固化体のうちの一部分は剥離してしまい、圧縮
強度も５に＃／ｌ１ｌＩＫｆｌＩＩたず機械的強度は小
さかった。

く比験例重〉 実施例で用いた模刺放射性真東物のか鉤体粉末と綱メツ
シュ以下の＃粉末とを体積比１対１で墨合し危後に、金
履内で圧力ｉｔ・１／−で圧縮し１゜ｘ１０糞７．ｒｂ
ｘｘｍ　Ｏ成形体とした。この成形体を水素気流中で８
００℃、１時間加熱し鉤結処塩を施し穴、実施例と同様
の条件でＭｏイオンの浸出率を求め九ところ４ｘｉｏ−
ｉ／−・ムｙであつ九。

く比較例３〉 実施例で用い九か鵠体肴末と６００メツシエ以下のホウ
ケイ酸ガラス粉末とを体積比３対７で均一に温合し九後
に、１！Ｏ■にて溶融させ、冷却してガラス固化体を得
ｆ１．．１０　買１０　ｗ　７．５内ｍ　ｆ）　ｍｌ化
体を切）出し、実施例と同様の条件でＭｏイオンの浸出
率を求め九とζろ２糞ｌｏ　　ｌ／ａｄ・４易１であつ
九。

以上の実施例、比較例から明らかなように１本尭嘴の貯
蔵体は最外１１の貯蔵容器が破損して内部固形体が露出
した場合であっても、その内部に固化され九放射性元素
が浸出することがなく、率な為金属固化体中、ガラス固
化体よシも安全性、長期貯蔵性に優れている。

【図面の簡単な説明】

図面は１本発明決〇−態様によ）得られる貯蔵体の縦断
面図である。 １・・・か―した放射性廃棄物等Ｏ粒状物、２−固化用
金属。 ３・−内部容器、 ４−外部容器。 Ｓ一部数用金属。 出願人代理人　　躍　　獣　　　　清

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. か焼し九放射性廃秦物又紘これを含有する物質Ｏ１１状
   物の表面に化学１着法によって５〜ＩＩ＠Ｊ！１の屠畜
   ＯＳ化ケイ素被膜を形成すゐ工程と、被層した粒状物を
   内部容器中に装入し金属とともに固化ｉ！＃為工福と、
   少なくと％ｌの前記内鵠容Ｓｔ−外部容器内で嚢属Ｋｌ
   ｌ験す為工程とからなることを特徴とする放射性廃棄物
   の処理方法。