JPH01143999A - ガスの貯蔵処理方法 - 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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば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ガスの貯蔵
方法に関する。

（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、有害な岱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８５　（Ｋ　ｒ−８５と略称する）であ
るが、Ｋ　ｒ−８５は半減期が１０．７年と長スを命で
あるため長期間貯蔵する必要がある。

このためＫ　ｒ−８５のような放射性ガスを確実に貯ｉ
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、高圧ボンベによる貯蔵方法は、放射性廃棄ガ
スをボンベなど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なう
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などの煩雑な作
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Ｋ　ｒ−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。以下、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方法とその装
置を説明する。

この放射性ガスの貯蔵処理装置では第４図に示したよう
に円筒状のイオン注入電Ｖｉ１、陽極蓋２および陽極底
３により容器が形成されて密閉構造となっている。なお
、イオン注入電極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。以下イオン注
入電極１、陽極ｉ１ｔ　２　ａ３よび陽極底３ならびに
絶縁リング４ａ１４ｂによって形成された密閉構造を便
宜上容器と称す。

容器内は、イオン化室５となり、容器内の中心部には円
筒状スパッタ電極６が配置され、このスパッタ電極６は
バーチメックシールなどの絶縁端子７によって陽極ｎ２
と絶縁されている。

陽極蓋２には、放削性廃棄ガスを導入するための吸気管
８並びに容器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（図示ぜず）により、容器内は一定
の低圧力に保たれている。

また、スパッタ電極６には、スパッタ電源１゜が、同様
にイオン注入電極１には、イオン注入電源１１が、接続
されており、イオン注入処理を行なうのに必要な電圧が
印加される。

なお、第４図から第６図に示した符号１２はイオン注入
電極１の内周面に形成される放射性廃棄ガスのイオン層
とスパッタ電極６がスパッタリングしたコーティング層
からなる累積層である。また、符号１３は、ガスのイオ
ンを、符号１４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
されたイオン注入主権１内のガス圧力とイオン注入電極
１とスパッタ電極６とに印加される電圧が適当な条件を
満たす場合には、イオン化室５において、放電が発生す
ることが知られている。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。

例えば、ガス圧力を１０−１〜１Ｏ−３ＴＯｒｒに設定
、維持した状態で、陽掩薔２と陽極底３を接地し、スパ
ッタ電源１０とイオン注入電源１１により、イオン注入
電極１に　１ｋＶ以下の負電圧、スパッタ電極６に　１
ｋＶ以上の負の高電圧を各々、連続的に印加する。

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なわれ、ガスイオ
ン１３が生成される。

この生成されたガスイオン１３は、第５図に示すように
相対的に強いスパッタ電極６の電界に沿って加速され、
このスパッタ電極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ｆｉ
１４が対向するイオン注入電極１の内周面へ積層して累
積層１２を形成する。

また、これと同時に、一部のガスイオン１３は第６図に
示すようにイオン注入処理１の゛電界の方に直接、加速
されて、前述の累積層１２に打ち込まれ注入されていく
。以後、累ｖ４層１２の累積を行ないながら、その累積
層１２内に放射性廃棄ガスを連続的に注入して固定化処
理づる。

（発明が解決しようとする問題点） さて、このようなガスの貯蔵処理方法における注入処理
性能は、」１ｉ位時間あたり注入処理できるガスけ（注
入速瓜）と、単位消費電力あたり注入処理できるガスｍ
（注入効率）によって規定される。

装置の実効に際しては、注入速度が大きく、かつ注入効
率が最も高くなるような動作条件で装置を稼働させるこ
とにより、生産性及び経済性のｎい、実用的な装置とな
りつる。

ところで、この注入速度及び注入効率は、イオン）１人
電極とスパッタ電極に印加される電圧に大きく依存する
特性があり、その能力が決定づけられる。従って、画電
極に印加される電圧条件の最適化が望まれ、これに関づ
る実験が行なわれるようになっている。

しかしながら、従来の実験の多くは、もっばらガスの放
電を安定に維持できる電圧条件を旧握するのみであって
、注入処理性能を最大限に引きだせる電圧条件の適正評
価にはいたっておらず、実用的な運用に際して問題点と
なっている。被処理ガスを大量に扱う大型プラントにか
ような処理方法を適用する場合には、単時間で大容量の
ガスを処理でき、安いコスト（低消費電力）で行なえる
ことが要求される。

従って、注入速度が大きく、注入効率の高い処理方法が
望まれていたが、従来方法でｔよその適用が懸念されて
いる。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので大ぎい
注入速度、高い注入効率で、ガスの貯蔵処理が行なえ、
生産性および経済性が高く、大型プラントに適用できる
実用的なガスの貯蔵処理方法を提供することを目的とす
る。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明は、負の高電圧を印加したスバッダ眉極と、負の
電圧を印加したイオン注入電極とを互いに、接近した状
態（゛段階し、両電極間に、ガスを導入してグロー放電
を生じさせ、このグロー放電によって生成されたガスイ
オンを電界加速し前記スパッタ電極に衝突させてスパッ
タリング効果を起こさｕｌそのスパッタリング効果によ
って生じるスパッタ金属によるコーティング層を前記イ
オン注入電極上に形成するとともに前記ガスイオンをこ
のコーティング中に注入して封じ込めるガス貯蔵処理方
法において、前記スパッタ電極に印加される電圧は−１
，５ｋＶから−２，５ｋＶの範囲内に、前記イオン注入
電極に印加される電圧は一１５０Ｖから一３００Ｖの範
囲内に選択されたことを特徴とする。

（作　用） 本発明によれば、単位時間にスパッタ金属コーティング
累積層中に貯蔵されるガスはと単位電力あたり貯蔵され
るガス母は注入速度Ｊ３よび注入効挿′とちにイオン注
入電圧が上界づ゛るにつれ増大し、電圧範囲一２００Ｖ
から３００Ｖの間で極大となり、それ以後は低下してい
く。この傾向はイオン注入電圧がしきい値以上に上ｉｆ
ｆると、ガスイオンはイオン１１人電極上に形成される
累積層中に打ら込まれるに十分なエネルギを１：するた
めに固定化される。さらに電圧が１胃してイオンのエネ
ル１！−が多くなるとなると累積層自身をスパッタリン
グしてしまい、折角注入固定化したガスを再放出させて
しようことになる。そこでイオン注入ｍ１４に印加され
る電圧をしきい値以上の一１５０ｖから再放出現象が発
生する一３００ｖの範囲内に、さらにスパッタ電極に印
加される電圧を一１５０ＱＶから　−２５００Ｖの範囲
内に選択する。これによって、イオン）１大連度および
イオン注入効率の向上をはかり運転すこができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。後述づ
゛る第３図の装置を使用してガスの貯蔵処理方法を説明
するために実験より求めたイオン注入電極の印加電圧に
対づ゛る注入速度（曲線１）と注入効率（曲線２）の変
化を示したものである。

すなわら、第１図にＪ３いて、）ｒ大連度及び注入効率
ともにイオン注入電圧が上界するにつれて増大し、電圧
範囲一２００Ｖから一３００Ｖの間で、極大となりそれ
以後は、低下してゆくことが認められる。

この傾向は、イオン注入電圧がしきい値以上に上’Ｒす
ると、ガスのイオンはイオン注入電極上に形成される累
積層中に打ら込まれるに十分なＬネルギーを冑るために
、固定化が促進される。更に電圧が上９１　’ｖて、イ
オンのエネル１−一が犬さ・（なると、累積層自身をス
パッタリングしてしまい、折角、注入固定化したガスを
再放出させてしまうことによるものである。

以上のことから明らかなようにイオン注入電極に印加す
る電圧を、しきい値以上の一１５０Ｖから、再放出現象
が発生づる一３００Ｖの電圧範囲内にあるように選んで
ガスの貯蔵処理装置の運転を行なうのがよい。

一方、第２図は、同様にして第３図に示す装置を使用し
て実験から求めたスパッタ電極の印加電圧に対する注入
速度（曲線３）と注入効率（曲線４）の変化を示したも
のである。

注入速度はスパッタ電極の印加電圧がしきい値を越え上
ｔ？するに伴って増大し電圧−１，５ｋＶ以上において
は飽和する。また、注入効率は電圧−２，ＯｋＶ付近で
極大となり、それ以上のスパッタ電極の印加電圧では、
徐々に低下してゆくことが認められる。

この傾向は、スパッタ電極がしきい値以上に上昇すると
スパッタ電極上のスパッタ率が増加し、ガスイオンが注
入固定化される累積層の生成速度が増大するために、固
定化が促進される。しかしながら、それ以上にスパッタ
電圧を上Ｎｃ５１！て、累積層の生成速度の向上を計っ
ても、注入電極の印加電圧によって、累積層中に打り込
まれるガスのイオン最に限りがあるために、スパッタ電
極の印加電圧に対する）を大速度は、飽和する。したが
って、飽和傾向となってから、スパッタ雷Ｆ［をそれ以
上、）：　５Ｉｃ５　ｕても、イオン注入に寄与しない
無駄な電力を消費するばかりであり、このために注入効
率は徐々に低下してしまう。

以上のことから、スパッタ電極に印加する電圧をしきい
値以上の−１，５ｋＶから注入速度が飽和に達し、注入
効率が低下傾向になる−２．５ｋＶの電ＬＬ範囲内にあ
るように選択し、ガスの貯蔵処理を行なうのが望ましい
。

第３図は上記本発明方法を実施するための装置を示した
もので、スパッタ電極６及びイオン注入電圧に印加する
電圧を上記のような最適電圧範囲にあるように選びなが
ら、実際にガスの貯蔵処理を行なう。なお、第３図にお
いては第４図と同一部分には同一符号で示し、重複する
部分の説明を省略する。

この装置が第４図の装置と異なる点は、ガス吸気管８に
流量計１５と圧力計１６を１役置し、これらの流量計１
５及び圧力計１６の信号によって、ガスの処理Ｍヤガス
圧力を常時監視するととらに、スパッタ電圧、イオン注
入電圧を指令するシステム制ｔｌ１３１７を設りたこと
にある。またシステムυ制御器１７の信号によってスパ
ッタ電源１０、イオン注入電源１１の゛電圧値の微調整
を行なうことができる電圧設定器１８を設けている。

このような装置において、小型計算機などで構成される
。システム制御器１７は運転開始時または定期的に第１
図およびｆｆ１２図のような特性データを取（ｒ７　Ｌ
、記憶する。そして、このデータから注入速度、注入効
率が最も高くなる電圧値を割り出し電圧設定器１８に指
令して、スパッタ電極６およびイオン注入電極１に各々
印加される電圧が前記説明の最適電圧範囲内の最良点で
あるように微調整して運転を継続するようにしておく。

これにより、長期間の運転によって、プロレス条件が変
動しても、常にその装置の右する最大限の注入能力でガ
スの貯蔵処理が行なえるようにイｆす、実際の大型のガ
ス処理プラント等で実用できるガスの貯蔵処理装置とな
り１５Ｊる。

［発明の効果］ 本発明によれば、次のような効果を奏する。

（１）注入速度の向上によってガスの貯蔵処理時間が短
縮され、生産性が高い。

（２）注入効率の向上によってガスの貯蔵処理を行なう
のに必要な消費電力を削減でき、経費が〕ストダウンさ
れ、経済性が高い。

（３）生産性および経済性の高いことから、被処理ガス
を人ｉ１１に取り扱う大型プラン１−などＣの実用化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスの貯蔵処理方法のイオン注入
電極に印加される゛電圧に対するガスの貯蔵処理能力を
示す特性図、第２図は同じくスバッ夕電極に印加される
電圧に対するガス貯蔵処理能力を示す特性図、第３図は
本発明に係るガスの貯蔵処理方法を行なうための装置を
示す構成図、第４図は従来のガス貯蔵装置を示す構成図
、Ｉ７５図および第６図は第４図における装置の作用を
説明するための横断面図である。 １・・・・・・イオン注入電極 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・・・・・・スパッタ電源 １１・・・・・・イオン注入電源 １２・・・・・・ガス注入累積層 １３・・・・・・ガスのイオン １４・・・・・・スパッタ金属 １５・・・・・・流ム計 １６・・・・・・圧力計 １７・・・・・・システム制１ｉＩｌ器１８・・・・・
・電圧設定器 出願人　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　須　山　佐　− 第１図 λバＶり９４会のＥｆｌ加電圧へ■リー第２２ 第３図 第４図 第５図　　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負の高電圧を印加したスパッタ電極と、負の電圧
   を印加したイオン注入電極とを互いに、接近した状態で
   設置し、両電極間に、ガスを導入してグロー放電を生じ
   させ、このグロー放電によつて生成されたガスイオンを
   電界加速し前記スパッタ電極に衝突させてスパッタリン
   グ効果を起こさせ、そのスパッタリング効果によって生
   じるスパッタ金属によるコーティング層を前記イオン注
   入電極上に形成するとともに前記ガスイオンをこのコー
   ティング中に注入して封じ込めるガスの貯蔵処理方法に
   おいて、前記スパッタ電極に印加される電圧は−１．５
   ｋＶから−２．５ｋＶの範囲内に、前記イオン注入電極
   に印加される電圧は、−１５０Ｖから−３００Ｖの範囲
   内に選択されたことを特徴とするガスの貯蔵処理方法。