JPS60135796A - 固体表面の汚染除去方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕　１　、 本発明は固体表面の汚染の除去方法および装置に係シ、
例えば、金些表面等に酸化物被膜に伴って強く付着した
放射性、物質を除去するために好適な方法および装置に
蘭する。

〔発明の背景〕

固体表面の放射性汚染を除去する方法には大別して次の
様なものがある。

（イ）化学的方法 これは、放射性汚呆の溶媒への溶解性を利用して固体表
面から盆離する方法である。この場合、酸化、還元ある
いはり塩の形成など固体表面の放射性汚染物質または放
射性汚染物質を含んだ物ネの溶解性あるいは剥離性を増
加するような化学的反応を利用することが通例である。

また、いくつかのこれら反応を複合し、並列的または直
列的に処理操作を組合わせることが多い。化学的方法に
は化学物質の作用によるもののほか電気化学的作用によ
る：ものも□含まれる。　□ （ｏｌ物理的方法 これは、放射性汚染を含んだ物質が付着している固体表
面に高速流体を接触させて、固体表面の付加物ｊＪＬを
除去する方法である。高速の流体としそは水流または空
気流などを用いるが、超音波の作用で発生する水の振動
またはキャビテーションが利用されることもある。

０）機械的方法 放射性汚染または汚染を含んだ物質が固体表面に強固に
付着し、または、固体表面の構造的な空隙中に取シ込ま
れ、あるいはそれと化学的に結合状態にある場合などに
おいては、化学的または物理的方法では除去が困難であ
る。この様な場合には固体そのものの表面を含む部分を
付着ｖ／Ｊ質と一緒に機械的に除去する操作を行う機械
的方法が用いられる。この操作としては、副次的な汚染
の拡大を防止する観点から、研磨粉粒を流体とともに吹
きつける方法、振動によシ固体と研１Ｇ粒子との相互摩
擦作用を生せしめる方法、固体表面をグラスマンーりな
どによって溶融除去する方法などが用いられている。

以上に、固体表面における放射性汚染を除去する方法を
大別して記載したが、実際には上記：の方法の適当な組
合わせによって目的が達成されることが多い。その組合
わせの構成に邑っては、固体表面からの汚染除去の目的
、汚染除去方法の固体に与える影響の許容ｊｉ−ＩＩ’
ｉ度などによって異なるが、基本的には表面汚染の除去
ができるだけ完全に行われるだけでなく、副生ずる放射
性廃棄物が容易に処理、処分できることが請求される。

汚染の除去操作に伴って発生する（すなわち副生ずる）
放射性廃棄物の処理、処分金谷易にするための原則は、
まず、副生ずる廃棄物の答計が少なく、且つ廃棄物の化
学的性質がその減容、安定化に適しているような汚染除
去方法を選ぶことである。

このような観点から好ましい一つの従来技術は、前記□
の振動によシ研磨粒子と画体との相互摩擦作用音生せし
める機械的方法である。この方法は、米国政府のために
Ｂａｔｔｅｌｌｅ　Ｍｅｍｏｒｉａｌ　Ｉｎ５ｔｉｔｕ
ｔｅ。

Ｐａｃｉｔｉｃ　Ｎｏｒｔｈｗｅａｔ　Ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒ’ｙ　において研究され、　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｗａ
ｓｔｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ＱｕａｒｔｅｒｌｙＰ
ｒｏｇｒｅｓｓ　Ｒｅｐｏｒｔｓ　、　ＰＮＬ　−３０
’Ｏ０’１〜５　（１９７８）〜（１９８０）に報告さ
れた方法□であシ、これは金属およびグラスチックの表
面に付着した放射性汚染の除去に有効であることが見出
はれている。

上記の報告されている方法は、種々の金属配管部材、小
型モータのケーシング、小型工具類などの如き除染対象
固体をセラミックス焼結体からなる研磨媒体と共に振動
研磨槽に入れ、振動数１２Ｏ０プ分で振巾０．２５イン
チの振動を加え、研Ｍ槽の上部から１０％苛性ソーダ水
溶液を撒布し、研磨槽の底部から放射性汚染を含んだ研
磨生成物の懸濁液を排出はぜることによって固体表面を
除染するものである。

しかし、この方法においては、固体表面の除染は処理時
間が長いはど進行するけれども、時間の経過と共に除染
性能が低下して、やがて限界値に達し、汚染を低レベル
にまで効果的に除去できなくなるという問題があ′らた
。　゛ 〔発明の目的〕 本発明の目的は、□上述の振動研磨作用に□もとづく既
存技術を改良しイ、除染性能の時間的低下セ゛極力少く
し、常に脣浄な研暦粒子を除染対象物体の表面に供給す
ることによシ最も効果的に汚染を低いレベルにまで除去
し得る固体表□面の汚染除去方法およびそのための装置
を提供するにあ乙。

〔発明の概要〕　・ 本発明による固体表面の汚染除去方法は、研磨粒子□の
充填層に上部から洗浄水を撒布すると共に該充填層に振
動を加えて該充填層中に研磨粒子の対流を生ぜしめ、こ
の対流の下降流の中に除染対象固体を浸漬して該固体表
面に対する研磨粒子の摩擦作用によシ該固体表面を機械
的に研磨すると゛同時に、該対流の上昇流の上端に至る
まその間に研磨粒子の相互励振作用によシ研磨粒子に付
着した研磨清粉を遊離せし□め、上記洗浄液に懸濁した
゛研磨清粉を上記充填層の下部から排出することを特徴
とするものである。

また、この方法を実施するための本発明による固体表面
の汚染除去装置は、研磨粒子の充填層を内包した容器と
、該充填層を上部および下部を除き仕切るように該容器
内に配設された仕切板と、該容器の上方部に設けられた
洗浄液徹布器と、該仕切板の一方の側では下降し他方の
側では上昇する研磨粒子の対Ｎ、ヲ該容器内に生せしめ
るように該容器に振動を加える加振機と、研磨清粉の懸
濁した洗浄液を排出するために該容器の下部に設けられ
た排出手段とからなることを特徴とするものであって、
除染されるべき対象物たる固体は上記下降流を生じてい
る仕切板の一方の側の研磨粒子層内に浸漬される。

上記のような本発明の構成を採ることによシ、下降流中
の研磨粒子の研磨作用によシ研磨清粉として除去された
固体表面の汚染物質は洗浄液に懸濁して下降流と共に下
方に運ばれ、また研磨粒子に付着した一部の研賠清粉も
上昇流の上端に至るまでの間に研磨粒子相互の摩擦によ
って研＋ａ粒子から遊離して上方から下降して来る洗浄
液に１シ；濁して下方に運ばれ、洗浄液と共に系外に排
出される。これによシ、上昇流から下降０’ｔＥに転じ
て１′４び固体表面の研磨に向う研磨粒子は常に最も新
鮮清浄な状態に運転中維持され、除染性能が時間と共に
低下すること（ｒｆｉ力避けることが５Ｊ能になる。

しかも研磨粒子充填層への対象固体の挿入、取出しに何
ら困雌はなく、ま之取出しの絵に研磨粒子が固体表面に
残存することは極めて少く、且つ研磨中においては固体
の細部表面ｌで十分に研磨粒子を行き亘らせることかで
きる。

〔発明の実施例〕

本発明の方法およびそれを実施するための装置の一例金
第１図によシ概硬的に説明する。

容器ｌは不銹鏑製の溶接構造で、底部は多孔板２を介し
て液排出口３に連結している。多孔板２は洗浄液を通過
きせるが、容器１内に充填されている研磨粒子４は通過
させない。容器の内部は上部と下部の一部を除いて仕切
板５で仕切られている。容器１の両側壁には加振器取付
台６と加振器７とが複数個取シつけられている。加振器
７は両側壁に上下方向に互に逆に振動を加えるものであ
るが、上下方向の振動成分が必れ１ｌ＝１創め方向罠加
振するものでもよい。加振器７ｆｔ作１ｔｈ−ｙせるこ
とによって、研磨粒子は図の矢印の方向に流動する。

多数のノズル孔８を有する給液ノズル配管９が容器１の
上端に取シつけられ、研磨粒子の充填層の上から洗浄液
例えば水を撒布する。除染対象物体Ｃ本例では使用済核
燃料集合体）１０は吊具１１を介してワイヤローノ１２
で吊夛下げられ、下降方向に流動している研磨粒子中に
保持される。

装置の運転にあたっては、まず加振器７を作動せしめる
と＠肋粒子４の充ｊｊＡ層は振動によって液状化し、矢
印の方向に流動を開始する。給液ノズル配置゛９から洗
浄液が研磨粒子充填層の上面に撒布される。この状態で
、吊具１１と連結した使用済燃料集合体１０を研磨粒子
の下降流中に吊シ降ろすと、使用済燃料集合体１Ｏは容
易に研磨粒子と置換して研磨粒子充填層中に埋没される
。研磨粒子は燃料集合体１０を構成する燃料棒の間隙に
も流入し、振動しながら移動する研磨粒子と燃料棒ある
いは燃料集合体４’ｔζ成部材の間では摩擦とそれに伴
う研磨作用を発生する。

一般に使用済燃料集合体の表面には原子炉−次系配管の
腐食生成物が不溶性物質として沈積し、原子炉炉心内で
中性子照射されることによって高度に放射化していや。

この沈積物は、使用済燃料の取扱中に遊離すると汚染の
拡大をもたらし、作業者の放射線被曝の大きな原因とな
るので、これを除去すること（除染）が望ましい。しか
し燃料集合体は直径１ｃＩｒＬ前後の燃料棒を政朋の間
隙を保って格子状に保持しているものでめるため、同部
表面の物理的または機械的な除染は一般に困難である。

しかるに、本発明では上記のように液状化した研磨粒子
に埋没接触させて機械的に除染するので、研磨粒子の粒
径を適当に選ぶことによシ、外亡面から隠れた細部まで
除染することがｆｉＪ能である。

研磨粒子との接触、摩擦によって燃料梨合体表面から機
械的に剥離された物質（研磨清粉）Ｃ，研磨粒子に一部
が付着するが、一部は上方から流下する洗浄液と混合し
て懸濁液となシ、多孔板２を通過して排出される。他方
、研磨粒子は下降流から上昇流となって移動し、上方か
ら下降して来る洗浄液とは向流的な運動をなし、この間
に研磨粒同志の摩擦作用があるため、研磨粒子に付着し
ている汚染物質である研磨清粉は効果的に洗浄液中に移
行し、懸濁液となって排出される。かくして、研磨粒子
の上昇流の端末付近では研磨粒子は十分に清浄となるか
ら、既に除染された物体への研磨粒子からの二次汚染の
可能性は少い。

汚染物質の性質や汚染の程度、目的とする除染の程度な
どによって定まる除染処理時間にわたシ加振と洗浄水の
撒布を行った後、少なくとも加振を継続しながら燃料集
合体１０を研磨粒子充填層外に吊り上げる。この際、系
全体が振動しているため、燃料集合体の空隙に捕捉され
たま＼となる粒子はほとんどない。

研磨粒子の選択は本発明に係る除染方法を達成するため
に重要な因子である。粒子材質は適当な硬度１強度全治
することが望ましい。固体表面の放射性汚染を除去する
には固体そのものを磨き落す必要はなく、過剰に研磨す
ることはむしろ避けた方がよい。あまシ硬度の高い研磨
粒子を用いることは装置の容器内壁の摩耗を著るしくす
るので好ましくない。一方、研磨粒子の強度や硬度が低
すぎると、研磨粒子自体の摩耗によって粒子の消耗が著
るしくなると同時に、放射性物）Ｊｉｒ、を含んだ廃棄
物量も増大することになって好ましくない。

研磨粒子の材質は不活性であることが好ましい。

使用済燃料集合体のように複離な形状の対象物体を除染
する場合には、研磨粒子が物体の空隙中に残存しないと
は保証できないから、研磨粒子の残存が後の処理に特別
の影響がないような研磨粒子を用いることが望ましい。

例えば、使用済燃料の場合においては、研磨粒子は、後
の燃料再処理工程で硝酸は溶解せず被包管や燃料集合体
部材の破片と一緒に廃棄物となシ、以て高レベル廃液全
増容しないものであることが望ましい。

研磨粒子の大きさは除染対象物体の形状の’？ｔｉ　雑
さに応じて選定されることが望ましい。研磨粒子が大き
すぎると研磨粒子は除染対象物の細部まで接触できなく
なる。一方、粒子の質量が小さいほど粒子の固有振動時
の運動エネルギーが小さくなシ、研磨効果が減退する。

また、″粒径が小さくなシ比表面積が大きくなると、介
在す暮液体の表面張力によって粒子の運動が束縛される
よちになる。

したがって粒子の密度は高いほうが効果的である。

粒子の形状は比表面積が小さいもの、すなわち球形が望
ましい。粒子相互の動的摩擦が最小となるからである。

加振条件もまた効果的な除染を行うために適当に定める
ことが望ましい。カロ振器は圧縮空気作動式のパルス的
な高衝撃型が望ましい。この方式の加垣器の運転条件を
定める因子は周期と加振力である。周期は必らずしも本
発明を達成するのに第−義的な条件ではないが、除染操
作を効果的に進行せしめるためには、一定以上の衝撃力
を保てる限シにおいて周期が短かい方がよい。容器の相
対する側面においてそれぞれ反対向きに上方または下方
の方向に衝撃力を加えることとよって研磨粒子の対流を
生せしめることができる。

洗浄水の撒布■には主として研賠粒子充’Ｍ　ＪＺの透
水性（これは研磨軸子の粒径で一義的に決まる）に応じ
た上限値を設けるのがよい。イＯ」故なら洗浄水で充填
層の空隙が全く満たされてしまうことは運転操作上好ま
しくないからである。しかし、逆に、洗浄水が不足する
と、研磨粒子の上昇流に伴う粒子の自浄作用か果されず
、被除染物の最終除染状態が怒くなる。

次に本発明の具体的実施例として、那１ｉＱ　７ｋ　Ｍ
原子炉の使用済燃料集合体に付着した放射性汚染物質の
除去を行った実施例につき説明する。

燃料集合体の概侠は以下の通シである。

格子配列　８×８ 燃料棒ピッチ　１６．２　ｍｍ 被榎吉材質　ジルカロイ２ 被り管外径　１２．５ｍｍ 果合体外寸法１１４　ｍｍ 集合体全長　４３３０關 燃料集合体は６３本の燃料棒、１本のウオークロッド、
上下のタイグレート、７箇のスベ−ｆ＆とで組立てられ
ておシ、内部に通ずる免隙の９ｔ　ｌ」Ｓ１１コは約２
．７　ｍｍである。

除染装置は第１図に準じた１１４造のものであってその
不銹＠製の容器１は有効断面３０凛×４０ｃｒＩＬの方
形であシ、研磨粒子充填層の有効深さは約４．５ｍであ
る。研磨粒子は直径が１．２　ｍｍの不銹鋼製球であシ
、充填芥私が約５４０１である。

加振器は正編空気作動式高衝撃型を使用し、作動圧力は
７ｋＦ！／ＣＩＩＬ２、振動数は２４００回／分とした
。

加振器は容器の側面に合計６箇取９付けた。

洗浄水としては純水を用い、４０ｅ／時の割合で撒布し
た。

加振器を運転し、洗浄水を撒布しつつある状態で燃料集
合体を研磨粒子充填層中に１ｍ／分の速度で吊υ降ろし
、それ以後３０分間運転を継続した後、吊り降ろし速度
と同じ速度で吊シ上げた。

吊り上げた燃料果合体の内部空隙に研磨粒子の残存は認
められなかった。

除染前に燃料集合体の表面に付着していた赤褐色の原子
炉−次系配管腐食午成物は上記処理操作によって明らか
に除去され、重量測定により約１００グラムの減量が示
された。

本実験を通じて発生した腐食生成物のスラＩＪ−を含む
廃液は約３０１であシ、容器の下部に設置したタンクに
これを収容した。タンク中のスラリーは、２４時間の放
置後にタンク底部のスラッジと大部分の上澄液とに分離
した。上澄液は蒸発製編により処理を行い、スラッジは
セメントを添加混合して固化することによ多処理を行っ
た。

以上の実施例では使用済燃料集合体の除染について述べ
たが、本発明は、これに限らず、各種の原子炉内挿入物
、高レベル層液ガラスｈ化体キャニスタなど、被除染物
自体の放射線量が高く、かつ、表面汚染が好ましくない
物体の除染に適用することができる。

なお、本発明の実施に際しては、コンクリート打設用と
して通常用いられているようなバイブレータを補助的に
利用し、これを研磨粒子充填層の特に上昇流部分に投入
して粒子の連動を助長セ・ンしめてもよく、あるいｒＩ
ｉ特に上昇流部分にスクリュ一方式の攪拌器を設けて研
磨粒子の移動を促進させてもよい。また本発明の実施に
あたシ、洗浄液として除染を促進するための薬剤を洗浄
水に添加したものを用いること、研磨粒子を球形でなく
異形とすること、あるいはよシ研脂性の強い物質で形成
すること等の実施態様を採ることもできる。

更に、本発明は、原子力施設から生ずる放射能汚染され
た固体表面の除染に限らず、広く一般に同体物体の表面
汚染物質の除去にも適用し得ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば次の効果が得られる。

（１）例えは原子炉燃料集合体のような複丸な形状ｍ造
の物体でも細部に至るまで表面の除染が可能である。

（２）　固体表面に強固に付着した物質でも除去するこ
とができ、効果的に残存表面汚染密度を減することがで
きる。

（３）　運転中に、研磨粒子による物体表面からの　−
汚染除去と信心粒子自身の清浄化とを一つの充填層の中
で並行的に且つ連続的に行うことができ、従って汚染除
去能力の時１ｈ］的低下が少く、汚染を極めて効果的に
低レベルまで除去し得る。

（４）　剛化する廃棄物はスラリーであ）、これは上澄
液とスラッジに簡単に分離して汲容化、固定化が可能で
あシ、廃液の発生量が少い。

（５）　装置の可動部は加振器のみであり、これは簡単
な構造のもので足りるため、装置全体として構造が堅牢
で保守の必要性がりい。

（６）使用済核燃料その他の茜度に放射性の固体の除染
においても、作菜者の被曝を防止しっつ逮隔操作化が容
易である。

【図面の簡単な説明】

８１図は本発明を実施する装置の一例を示す概要断面図
である。 １・・・容器　２・・・多孔板 ３・・・液排出口　４・・・研磨粒子 ５・・・仕切板　６・・・加振器取付台７・・・加振器
　８・・・ノズル孔 ９・・・給液ノズル配管 １０・・・使用済核燃料東金体（除染対象物）１１・・
・吊具　１２・・・ワイヤロープ第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、研磨粒子の充填層に上部から洗浄液を撒布すると共
   に該充填層に振動を加えて該充９４Ｎ中に研磨粒子の対
   流を生ぜしめ、この対流の下降流の中に除染対象固体を
   浸漬して該固体表面に対する研磨粒子の摩擦作用によシ
   該固、体表面を槻緘的に研磨５すると同時に、該対流の
   上昇流の上端に至るまでの間に研磨粒子の相互摩擦作用
   によシ研磨粒子に付着した研磨清粉を遊離せしめ、上記
   洗浄液に懸濁した研磨清粉を上記充填層の下部から排出
   することを特徴とする固体表面の汚染除１去方法。 ２、研磨粒子の充填層を内包した容器と、該充填層を上
   部および下部を除き仕切るように該容器内に配設された
   仕切板と、該容器の上方部に設けられた洗浄液撒布器と
   、該仕切似の一方の側では下降し他方の側では上昇する
   研磨粒子の対流を該容器内に生せしめるように該容器に
   振動を加える加振機と、研磨清粉の懸濁した洗浄液を排
   出するために該容器の下部に設けられた排出手段とから
   なることを特徴とする固体表面の汚染除去方法。