JP5024629B2 - 廃棄体パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄体パッケージの製造方法に関し、特に原子力発電から発生する放射性廃棄物を含む廃棄体の周囲をベントナイトなどの土質材料からなる緩衝体で包囲し、この外側を防護体で被覆して構成される廃棄体パッケージの製造方法に関する。

従来、原子力発電から発生する放射性廃棄物は、環境に影響を与えることを防止するため、溶融したガラスに混ぜ合わせて固体の廃棄体とされ、緩衝体を介してトンネルなどの埋設施設に埋設されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

緩衝体は、所定の弾性および遮水性を有するように、例えばベントナイトと砂とを混合して形成した土質材料を締め固めて構築される。緩衝体は、地下水が廃棄体に接触することを防止する一方で、地震等の外力に伴うトンネルの変形に応じて緩衝体が変形することで、内包する廃棄体に加わる外力を低減するように機能する。

この緩衝体を介して廃棄体を埋設施設に埋設する場合には、工場において、例えば、上記土質材料を圧縮して、円板状の緩衝ブロック、および中央に廃棄体の外径に対応する孔を有する円板状の緩衝ブロックを形成しておき、その後、トンネルの内部に円板状の緩衝ブロックを配置してから、中央に孔を有する円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に複数配置し、上記孔によって廃棄体を収納する収納領域を形成した後、その収納領域に廃棄体を入れてから、収納領域を塞ぐ態様で円板状の緩衝ブロックをトンネルの内部に配置することが考えられていた（例えば、特許文献１参照）。

一方、工場において、廃棄体と、廃棄体の周囲に構築する円盤型の緩衝ブロックであって、予め圧縮成形されたベントナイト系土質材料からなる緩衝ブロックと、緩衝ブロックを覆う防護体とを備えて成る廃棄体パッケージを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

他方、こうした廃棄体パッケージを製造する他の方法として、例えば、図７−１に示される方法が知られている。この方法は、図７−１に示すように、防護体としての円筒型容器を半割り分割した半円筒状容器の一方を横置き状態にし、この容器内へ複数の略半円板状の緩衝ブロックを装填する。次いで、装填した緩衝ブロックによって中央に形成された凹部に円柱状の廃棄体を嵌め込んで、その上方に複数の略半円板状の緩衝ブロックを載置してから他方の半円筒状容器を被せることにより、円柱状の廃棄体パッケージを製造するものである。また、図８−１に示すように、防護体としての円筒型容器を縦置きしておき、その中に廃棄体と緩衝ブロックを装填する方法で円柱状の廃棄体パッケージを製造することもできる。

また、上記の放射性廃棄物を地中埋設処分する方法あるいは構成に関して、放射性廃棄物を埋設処分する際に用いられる円筒型遮水層（例えば、特許文献３および４参照）、緩衝材ブロックの定置施工法（例えば、特許文献５参照）が知られている。さらに、埋設施設に構築される緩衝体の締め固め方法（例えば、特許文献６参照）、緩衝体の密度を均一にする締め固め方法（例えば、特許文献７参照）、粘土系難透水性材料の圧縮成形方法（例えば、特許文献８参照）、ベントナイト固状体を高密度にする方法（例えば、特許文献９参照）、ベントナイト固状体の締め固め方法（例えば、特許文献１０参照）が知られている。また、埋設廃棄物の充填材としてベントナイトスラリーを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１１および１２参照）。さらに、地盤内にエタノールを配合したベントナイトスラリーを充填する方法が知られている（例えば、特許文献１３、１４および１５参照）。

また、ベントナイト粉体と高圧縮状態のベントナイト粒体とを混合状態として緩衝材を充填して製作する方法が知られている（例えば、特許文献１６参照）。

特開２００７−６９１１２号公報 特開２００７−２３２４８２号公報 特開２００７−１０５６３４号公報 特開２００７−６９１１１号公報 特開２００７−７１６５６号公報 特開２００７−２４０１５３号公報 特開２００８−３０３３号公報 特開２００６−３２７０９２号公報 特開２００３−２７９６８９号公報 特開２００３−２５５０８７号公報 特開２００７−３１９７３２号公報 特開２００３−２１１１１３号公報 特開２００３−９６７６３号公報 特開２００３−９６４５０号公報 特開２００１−３２３４５３号公報 特開平７−２９４６９８号公報

ところで、上記の従来の廃棄体パッケージの製造方法は、図７−１あるいは図８−１に示すように、緩衝体としての緩衝ブロックと防護体の容器内面との間に隙間が生じてしまう。この場合、廃棄体パッケージを搬送する際の振動や衝撃によって、廃棄体パッケージ内の緩衝体が破損したり、廃棄体が位置ズレするおそれがある。

また、上記の従来の特許文献１６の緩衝材の製作方法は、ベントナイト粉体がベントナイト粒体相互間の間隙を埋めてしまうため、ここに水などの液体やベントナイトスラリーを注入することは難しい。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、防護体と緩衝体との間の隙間を小さくすることができる廃棄体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、小粒状の土質材料を充填する工程と、充填した前記小粒状の土質材料の間隙に液体またはベントナイトスラリーを注入する工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記小粒状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料からなるペレットであることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１または請求項２において、充填した前記小粒状の土質材料の間隙に注入される前記液体は、水であることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１または請求項２において、充填した前記小粒状の土質材料の間隙に注入される前記ベントナイトスラリーは、エタノール水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る廃棄体パッケージの製造方法は、上述した請求項１から請求項４のいずれか一つにおいて、充填した前記小粒状の土質材料の間隙に液体またはベントナイトスラリーを注入する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面と先行設置されてある圧縮成形された不飽和状態の土質材料との間の隙間、あるいは、土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填された小粒状の土質材料の間隙に、液体またはベントナイトスラリーが注入される。小粒状の土質材料の間隙に注入した液体またはベントナイトスラリーの液相成分の一部が小粒状の土質材料および先行設置されてある土質材料に吸水されることで、液体またはベントナイトスラリーの体積が収縮する。一方、小粒状の土質材料および先行設置されてある土質材料がこの収縮体積と同程度の体積だけ吸水膨張する。この結果、防護体内面と設置済み土質材料との間の隙間、あるいは土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方の隙間は小さくなる。また、隙間の所々に固結状態で介在するようになるので、防護体と土質材料との間、あるいは土質材料と廃棄体との間の支持体のように機能して隙間を埋めるように作用する。したがって、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。

本発明の請求項２に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内面と土質材料との間の隙間、あるいは、土質材料と廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される小粒状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料からなるペレットである。ベントナイトは吸水膨潤性が著しいことから、ペレットによって水またはベントナイトスラリーの液相成分が吸水されることにより固結状態になる程度が一層大きくなり、隙間をより一層小さくすることができる。また、ペレットとして粒径を揃えた単径を用いることでペレットの相互間に間隙を形成することができ、水またはベントナイトスラリーを注入することができる。

本発明の請求項３に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、充填した小粒状の土質材料の間隙に注入される液体は水であるので、取り扱いが容易であり作業性もよい。

本発明の請求項４に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、充填した小粒状の土質材料の間隙に注入されるベントナイトスラリーは、エタノール水とベントナイトとの混練材料であるので、エタノール水を使用することにより、より高濃度のベントナイトスラリーで、水を使用した場合と同等の粘性のスラリーを作ることができる。このため、隙間に注入した後のベントナイト密度を高密度にでき、隙間をより一層小さくすることができる。

本発明の請求項５に係る廃棄体パッケージの製造方法によれば、防護体内を真空あるいは負圧状態とすることにより、液体またはベントナイトスラリーは、防護体内に生じている隙間全体により迅速かつ確実に行き渡って充填される。このため、隙間をさらに小さくすると同時に、防護体内の緩衝体の平均密度をより高密度に高めることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１−１は、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の横型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図７−２は、横型製造方式による廃棄体パッケージの製造方法の概念図である。図１−２は、縦型製造方式の場合の概略フローチャート図であり、図８−２は、縦型製造方式による製造方法の概念図である。

図１−１および図７−２、あるいは図１−２および図８−２に示すように、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法は、廃棄体１０と、廃棄体１０の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体２０と、緩衝体２０を覆う防護体３０とを備えて成る廃棄体パッケージ１００を製造する方法である。本発明は、横型製造方式の場合には、図１−１および図７−２に示すように、半割り容器状に形成した防護体３０内の下半部に、予め圧縮成形された緩衝体２０としての土質材料２２を設置する。ついで、防護体３０内に設置された土質材料２２の内部に廃棄体１０を設置する。続いて、容器状の防護体３０内の上半部に土質材料２２を設置し、半割り容器状の防護体３０の上半部を被せて、下半部の半割り容器状防護体３０と連結する。この後、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間に、小粒状の土質材料としてのペレットを充填し、充填した小粒状のペレットの間隙に液体としての水またはベントナイトスラリーを注入するものである。
また、後者の縦型製造方式の場合には、図１−２および図８−２に示すように、まず、縦置きした円筒容器状の防護体３０内の底部に緩衝体２０としての土質材料２２を設置し、ついで、廃棄体１０とその周囲の土質材料２２を設置する。続いて、防護体３０内面と土質材料２２との間の隙間および廃棄体１０と土質材料２２との間の隙間に小粒状の土質材料としてのペレットおよびスラリー（または液体としての水）を充填する。この後、防護体３０内の上部に土質材料２２を設置し、隙間に小粒状の土質材料としてのペレットおよびスラリー（または液体としての水）を充填してから防護体３０の上部蓋を設置して連結することで廃棄体パッケージ１００を製造する。

廃棄体１０は、例えば溶融したガラスと放射性廃棄物とを混ぜ合わせて図示せぬ円筒状金属容器に注入することにより円柱状のガラス固化体を形成してから、そのガラス固化体を円筒状の不図示のオーバーパックに入れて構成してある。

緩衝体２０は、例えばベントナイトと砂とを混合したベントナイト系の土質材料であり、その土質材料を締め固めて圧縮することで所定の弾性および遮水性を有しており、例えば図７−２に示すように、複数枚の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ（緩衝ブロック）で構成される。２枚の半円板状ブロック２２ｂを対向配置して構成した円板は、円柱状の廃棄体１０の両端に同心状に配置される。廃棄体１０の外周を挟んで対向配置した２枚の半円環状ブロック２２ａによって構成される円環は、廃棄体１０の外周に同心状に配置される。こうすることで、円柱状の廃棄体１０は、複数枚のブロック２２ａ、２２ｂで構成される略円柱状の緩衝体２０の内部に収容される。

防護体３０は、例えば図７−２に示すように、廃棄体１０および緩衝体２０を被覆して防護する円筒容器であり、例えば、剛性を有し水の侵入を遮断することができる鉄等の金属材料で構成される。円筒容器は、円の中心軸を通る面で半割りされた２つの半円筒容器３０ａ、３０ｂで構成されてある。

ペレット２４は、例えば、図５に示すように、水とベントナイトとの混練材料からなり、粒径が約４〜１５ｍｍ程度の小さい略球形状のものである。

上記構成の動作および作用について図７−２の横型製造方式を例にとり説明する。
図７−２に示すように、半円筒容器３０ａを中心軸方向が水平になるように横置きする。そして、複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを半円筒容器３０ａ内に設置する。これらブロック２２ａ、２２ｂによって略中央に形成された凹部２６に円柱状の廃棄体１０を嵌め込む。次いで、これらの上方に複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂを載置する。この上方に半円筒容器３０ｂを被覆することで円柱状の廃棄体パッケージが製造される。

この廃棄体パッケージには、緩衝体２０と容器３０内壁との間に隙間５０が形成されている。そこで、図２に示すように、上側の半円筒容器３０ｂに設けた複数のペレット注入口４０から、ペレット２４を容器３０内に注入する。これにより、容器３０内壁と緩衝体２０との間の隙間５０にはペレット２４が充填される。ここで、ペレット２４は、小粒状であることから容器３０に入った後、緩衝体２０の表面を転がりながら移動し、隙間５０を充填してゆく。なお、ペレット２４は、球形の小さい粒状であることから粒相互間に間隙ができる。このため、ペレット２４の充填のみで隙間５０を完全に満たすことはできない。そこで、図３に示すように、ペレット２４の注入後、注入口４０から水またはベントナイトスラリーを隙間５０に注入する。

図６は、ペレット２４が吸水膨潤することで隙間５０を塞ぐ状況を説明する概念図である。図６（ａ）は、水またはベントナイトスラリーの注入前、（ｂ）は注入直後、（ｃ）は所定時間経過後の隙間５０の状況を示している。

図６（ａ）に示すように、容器３０と緩衝体２０との間の隙間５０に小粒状のペレット２４が充填されると、ペレット２４相互間には空隙が生じた状態となる。図６（ｂ）に示すように、水またはベントナイトスラリーの注入直後には、隙間５０に水またはベントナイトスラリーが入り込む。図６（ｃ）に示すように、水またはベントナイトスラリーを注入してから更に時間が経過すると、隙間５０の小粒状のペレット２４が吸水膨潤して、ペレット２４と水またはベントナイトスラリーは、ほぼ均質化して隙間５０を塞ぐように作用する。

したがって、こうして製造された本発明の廃棄体パッケージ１００を埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ１００内の緩衝体２０および廃棄体１０の破損や位置ズレ発生を防止することができる。また、横方向に並置された複数の半円環状ブロック２２ａおよび半円板状ブロック２２ｂ同士の隙間も小さくすることができる。これにより、搬送時等におけるブロック２２同士のガタツキによる破損を防止することができる。図８−２に示す縦型製造方式においても同様である。

上記の実施形態において、水またはベントナイトスラリーを注入する工程４の前または最中の少なくとも一方において、図４に示すように、半円筒容器３０ｂに設けた排気口を兼ねた吸引口４２から真空引きまたは負圧吸引をしながら、容器３０内部に水またはベントナイトスラリーを注入する。こうすることで、隙間５０の隅々まで水またはベントナイトスラリーをより迅速かつ確実に行き渡らせることができる。

上記の実施形態において、注入するベントナイトスラリーは、エタノール水とベントナイトとの混練材料で構成するようにしてもよい。こうすることで、より高濃度のベントナイトスラリーで、水を使用した場合と同等の粘性のスラリーを作ることができる。このため、隙間に注入した後のベントナイト密度を高密度にでき、隙間をより一層小さくすることができる。

以上、本発明に係る廃棄体パッケージの製造方法の実施形態について説明した。本発明によれば、小粒状の土質材料としてのペレットが充填された緩衝体と容器内壁との間または土質材料と廃棄体との間の少なくとも一方の隙間に、水などの液体またはベントナイトスラリーを注入することで、ペレットが吸水膨潤する。この場合、ペレットと水またはベントナイトスラリーは、ほぼ均質化して隙間を塞ぐように作用する。これにより緩衝体と容器内壁との間または土質材料と廃棄体との間の少なくとも一方の隙間を小さくすることができる。このため、廃棄体パッケージを埋設施設内に搬送定置する際などにおけるガタツキの発生を防止し、パッケージ内の緩衝体および廃棄体の破損や位置ズレ発生を防止することができる。

本発明の一例を示すフローチャート図であり、横型製造方式の場合の図である。 本発明の一例を示すフローチャート図であり、縦型製造方式の場合の図である。 本発明によるペレット充填状況の一例を示す概略斜視図である。 本発明による水またはベントナイトスラリー充填状況の一例を示す概略斜視図である。 本発明による真空引きまたは負圧吸引の一例を示す概略斜視図である。 ペレットの一例を示す写真である。 ペレットが吸水膨潤することで隙間を塞ぐ状況を説明する概念図である。 従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。 本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、横型製造方式の場合の図である。 従来の廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。 本発明のプロセスを組み入れた廃棄体パッケージの製造方法を説明する概念図であり、縦型製造方式の場合の図である。

符号の説明

１０ 廃棄体
２０ 緩衝体
２２ 土質材料
２４ ペレット（小粒状の土質材料）
３０ 防護体
５０ 隙間
１００ 廃棄体パッケージ

Claims (5)

1. 廃棄体と、前記廃棄体の周囲に設けられ、土質材料からなる緩衝体と、前記緩衝体を覆う防護体とを備えて構成される廃棄体パッケージの製造方法であって、
   容器状に形成した前記防護体内の中心部に前記廃棄体が、さらにその廃棄体の周囲に予め圧縮成形された土質材料が取り囲む形で前記防護体内に設置されている状態の後において、前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に、小粒状の土質材料を充填する工程と、
   充填した前記小粒状の土質材料の間隙に液体またはベントナイトスラリーを注入する工程とを含むことを特徴とする廃棄体パッケージの製造方法。
2. 前記防護体内面と前記土質材料との間の隙間、もしくは、前記土質材料と前記廃棄体との間の隙間の少なくとも一方に充填される前記小粒状の土質材料は、水とベントナイトとの混練材料からなるペレットであることを特徴とする請求項１に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
3. 充填した前記小粒状の土質材料の間隙に注入される前記液体は、水であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
4. 充填した前記小粒状の土質材料の間隙に注入される前記ベントナイトスラリーは、エタノール水とベントナイトとの混練材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃棄体パッケージの製造方法。
5. 充填した前記小粒状の土質材料の間隙に液体またはベントナイトスラリーを注入する前または最中の少なくとも一方において、前記防護体内が真空または負圧状態とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の廃棄体パッケージの製造方法。

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