JPH04273099A - ジルカロイ製放射性金属廃棄物のｈｉｐ減容処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、使用済核燃料の再処
理工場で発生する使用済燃料被覆管等のジルカロイ製放
射性金属廃棄物をＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理によ
って減容処理する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】使用済燃料被覆管等の放射性金属廃棄物
を減容して固化体とする方法としては、ＨＩＰ処理を用
いる方法が知られている。この方法により良好な固化体
を得るためには、ＨＩＰ処理の前工程として被処理物を
金属製カプセル内に充填、密封してカプセル内部を真空
脱気する必要がある。

【０００３】図２および図３を参照してＨＩＰ減容処理
方法を説明すると、先ず金属製カプセル１を、このカプ
セルの外径より僅かに大きい内径を有する金型１０に挿
入する（図２（ａ）　）。次いでこのカプセル１内に、
例えば使用済燃料被覆管の剪断物であるハル２を投入し
（図２（ｂ）　）、カプセル内径より僅かに小さい外径
を有する押棒１１で圧縮し（図２（ｃ）　）て約７０％
真密度比まで予備圧縮する。これによってカプセル１内
部のハル２は減容されるので、押棒１１を持ち上げて新
たなハルをカプセル１内に追加投入して再度押棒１１で
圧縮する。これを繰り返してハル２をカプセル上部まで
圧縮充填した後、金型の底板１０ａを下降させると同時
に押棒１１も下降させて、予備圧縮したハル２を充填し
た金属製カプセル１を金型１０から抜き出す（図２（ｄ
）　）。

【０００４】圧縮充填したハル２を内部に収容した金属
製カプセル１の開口部を、図３（ａ）に示すような脱気
孔４を備えた蓋３で塞ぎ、脱気孔４を真空ポンプ１２に
連結してカプセル１内部の脱気を行う（図３（ａ）　）
。脱気完了後、脱気孔４に栓５を打ち込み（図３（ｂ）
　）、脱気孔４と栓５との間、および蓋３とカプセル１
開口部縁との間を全周にわたって溶接する（図３（ｃ）
　）。かくして得られた脱気密封したカプセル１をＨＩ
Ｐ処理して、カプセル内部のハルを減容化させる（図３
（ｄ）　）。　　カプセル内部を脱気するのは、ＨＩＰ
処理工程で高圧下にカプセルを圧縮する際に、カプセル
内部に閉じ込められた空気等の気体成分によってカプセ
ル自体が破損するのを防止するためである。

【０００５】図２に図示したハルの予備圧縮工程は、カ
プセル１内にハル２を充填した後にカプセル内でハルを
予備圧縮するものであるが、金型１０内で予備圧縮した
ハルをカプセル１内に充填してもよい。また、図３に示
した脱気密封工程では脱気孔４に栓５を打ち込んで密封
しているが、脱気孔を加熱して圧接することによって密
封する方式も採用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＨＩＰ
減容処理方法においてはカプセル内部の脱気工程が不可
欠とされており、そのため脱気孔付の蓋を有する複雑な
形状の金属製カプセルを使用しなければならず、また脱
気装置としての真空ポンプ、さらには脱気終了後に脱気
孔を密封するための栓打ち込み装置、脱気孔の加熱装置
や圧接装置等が必要となる。また、カプセルの脱気孔面
積も大きくできないため、カプセル内部の真空度を高め
るために長時間（約７時間）の脱気時間が必要になる。

【０００７】そこでこの発明は、従来のＨＩＰ減容処理
方法における上述したごとき問題点を解消することを目
的としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ジルコニ
ウム合金であるジルカロイがＯ２　やＮ２　といったガ
ス成分を吸蔵する特性があることに着目し、ＨＩＰ処理
すべき放射性金属廃棄物が特にジルカロイである場合に
は、圧縮充填した被処理金属廃棄物を含む金属製カプセ
ルの内部空気を脱気せずにカプセルを密封し、ＨＩＰ処
理を施すことができることを見出だした。

【０００９】すなわちこの発明の放射性金属廃棄物のＨ
ＩＰ減容処理方法は、金属製カプセルにジルカロイ製放
射性金属廃棄物を充填する工程、カプセル内で前記金属
廃棄物を予備圧縮する工程、予備圧縮した前記金属廃棄
物を含むカプセル内を脱気することなくカプセルを密封
する工程、および密封したカプセルにＨＩＰ処理を施す
工程からなることを特徴とするものである。

【００１０】なお、この発明においても従来の方法と同
様に、予備圧縮工程をカプセル内で行わずに、カプセル
外部で予備圧縮した金属廃棄物をカプセル内に充填して
もよい。

【００１１】

【作用】ジルカロイからなる放射性金属廃棄物を密封し
たカプセルにＨＩＰ処理を施すことにより、カプセル内
部の空気を構成するＯ２　やＮ２　といったガス成分は
ジルカロイ中に吸蔵され固溶される。従って、前処理と
してカプセル内の脱気工程を施さなくても、ＨＩＰ処理
の際にカプセル内の空気はジルカロイに吸蔵されるから
、高圧下でカプセルを圧縮しても内部空気によりカプセ
ルが破損する危険はない。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の工程を順を追って模式的に
説明するものである。図１（ａ）　は、ジルカロイ製放
射性金属廃棄物である使用済燃料被覆管のハル２を図２
に示した従来の予備圧縮処理と同様にして予備圧縮した
ものを充填したステンレス鋼製カプセル１に、蓋６を被
せた状態を示している。この図からわかるように蓋６に
は脱気孔を付ける必要がないから、単純な形状の蓋が使
用できる。

【００１３】なおカプセル外部で予め予備圧縮したハル
をカプセル内に充填することによって、図１（ａ）　の
状態のカプセルとすることもできる。またカプセル１内
には、ジルカロイ製放射性金属廃棄物の他に、カプセル
内の隙間を埋めるためにステンレス鋼粉末のごとき金属
粉をジルカロイ製放射性金属廃棄物に対して約７重量％
程度まで充填してもよい。

【００１４】図１（ｂ）　は密封工程を施した状態を示
しており、蓋６とカプセル１開口部縁との間が全周にわ
たって溶接されている。

【００１５】図１（ｃ）　はＨＩＰ処理を施した状態を
示しており、カプセル１は等方的に加圧され変形し、カ
プセル内部に収容された放射性金属廃棄物は加圧加熱に
より減容化される。かくして得られた減容化固化体には
、その外周に脱気孔などの突起物がないため積み重ね保
管しやすくなる。

【００１６】図３の従来のＨＩＰ処理工程と比較してわ
かるように、図１に示したこの発明のＨＩＰ処理におい
てはカプセル１内部の空気を真空脱気する脱気工程を施
していないから、ＨＩＰ処理時にはカプセル内に空気が
存在しているが、ジルカロイによりＯ２　，Ｎ２　のガ
ス成分は吸蔵されるため、ＨＩＰ処理時の高圧下での圧
縮に際してカプセル内部空気によりカプセルが破損する
危険はない。

【００１７】カプセル内に含まれるガス成分量と、ジル
カロイの吸蔵量との関係を実験により確認した結果を以
下に説明する。脱気工程を施さずに作製したＨＩＰ処理
後の固化体には、Ｏ２　が４２９０ｐｐｍ　、Ｎ２　が
１００ｐｐｍ　吸蔵されていた。通常、ジルカロイ製被
覆管中に含まれるガス成分は、Ｏ２　が１０００ｐｐｍ
　（外国規格では≦１６００ｐｐｍ　）、Ｎ２　が３０
ｐｐｍ　（ＡＳＴＭ規格では≦８０ｐｐｍ　）であるか
ら、Ｏ２　は３２９０ｐｐｍ　（＝４２９０ｐｐｍ　−
１０００ｐｐｍ　）、Ｎ２　は７０ｐｐｍ　（＝１００
ｐｐｍ　−３０ｐｐｍ　）がそれぞれ外部から吸蔵でき
る余地があることになる。

【００１８】上記の数値を用いて、重量Ｗｇのジルカロ
イが外部から吸蔵することができるＯ２　量とＮ２　量
を計算すると次式のようになる。

【００１９】 Ｏ２　：３２９０×１０−６×Ｗ／１６＝２．０６×１
０−４×Ｗ　（ｍｏｌ）　　…（１）　式Ｎ２　：７０
×１０−６×Ｗ／１４＝５×１０−６×Ｗ　（ｍｏｌ）
　　　　　　　　　　　　…（２）　式。

【００２０】一方、ジルカロイを真空度比７０％まで予
備圧縮してカプセルに充填した場合のカプセル内の空気
のＯ２　とＮ２　は次式で示される。

【００２１】ジルカロイの重量をＷｇ；ジルカロイの比
重を６．５（ｇ／ｃｃ）；カプセルの内容積をＶ　（ｃ
ｃ）　＝Ｗ／（６．５×０．７）； とすると、 　　Ｏ２　： 　　　　［（Ｖ−Ｗ／６．５）×０．２０９３］／［２
２．４×１０３　（ｃｃ／ｍｏｌ）］　　　　＝６．１
６×１０−７×Ｗ　（ｍｏｌ）　　…（３）　式　　Ｎ
２　： 　　　　［（Ｖ−Ｗ／６．５）×０．７８１０］／［２
２．４×１０３　（ｃｃ／ｍｏｌ）］　　　　＝２．３
０×１０−６×Ｗ　（ｍｏｌ）　　…（４）　式。

【００２２】これらの式を比較すると下表のごとき関係
が得られる。このことから、カプセル内の空気はジルカ
ロイ中に充分に吸蔵できることがわかる。

【００２３】

【００２４】また、Ｚｒ−Ｎの二元合金状態図において
、Ｏ２　の固溶限度は２９．１ａｔｏｍ％（９００℃）
、Ｎ２　のそれは２２ａｔｏｍ％（７００℃）である。 実際にはＯ２　、Ｎ２　、Ｈ２　等が共存するため固溶
限度は低下するが、上述の空気量であれば充分固溶され
る範囲であるといえる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したところからわかるようにこ
の発明によれば、被処理金属廃棄物であるジルカロイの
Ｏ２　およびＮ２　を吸蔵する特性を利用することによ
ってＨＩＰ処理の前処理である脱気工程を省略すること
ができるため、ＨＩＰ処理工程を簡略化することができ
る。

【００２６】また、脱気工程の省略によって、従来必要
であった脱気時間（約７時間）が必要でなくなり、脱気
装置としての真空ポンプ、さらには脱気終了後に脱気孔
を密封するための栓打ち込み装置、脱気孔の加熱装置や
圧接装置等も不要になる。

【００２７】さらに、使用する金属製カプセルも脱気孔
がなくてよいから構造が簡単にできる。その結果、カプ
セルの加工費が低減でき、ＨＩＰ処理に際してのカプセ
ルの変形能が向上する。加えて、突起物のない固化体が
得られるから、積み重ね保管が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＨＩＰ処理方法を工程毎に順次示す
説明図。

【図２】従来のＨＩＰ処理における予備圧縮工程を順次
示す説明図。

【図３】従来のＨＩＰ処理方法を工程毎に順次示す説明
図。 １…金属製カプセル、　　２…放射性金属廃棄物（ハル
）、３…カプセルの蓋、　　４…脱気孔、　　５…栓、
　　６…カプセルの蓋。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製カプセルにジルカロイ製放射性金属
   廃棄物を充填する工程、該カプセル内で該金属廃棄物を
   予備圧縮する工程、予備圧縮した金属廃棄物を含む該カ
   プセル内を脱気することなく該カプセルを密封する工程
   、および密封した該カプセルにＨＩＰ処理を施す工程か
   らなることを特徴とするジルカロイ製放射性金属廃棄物
   のＨＩＰ減容処理方法。
2. 【請求項２】ジルカロイ製放射性金属廃棄物を予備圧縮
   する工程、予備圧縮した該金属廃棄物を金属製カプセル
   内に充填する工程、予備圧縮した金属廃棄物を含む該カ
   プセル内を脱気することなく該カプセルを密封する工程
   、および密封した該カプセルにＨＩＰ処理を施す工程か
   らなることを特徴とするジルカロイ製放射性金属廃棄物
   のＨＩＰ減容処理方法。