JPH0990094A

JPH0990094A - コンクリート表層剥離装置

Info

Publication number: JPH0990094A
Application number: JP24006895A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Narukawa; 武文成川; Tadanori Tsukamoto; 忠則塚本; Susumu Maeda; 進前田; Toshiyuki Kikunaga; 敏之菊永; Shinichi Honma; 信一本間; Masaaki Tateiwa; 正明立岩; Akira Ito; 章伊東
Original assignee: Taisei Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Taisei Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のコンクリート表層剥離装置は、マイク
ロ波のパワー不足から、所定の照射強度を確保するため
に電磁ホーンをコンクリート体に近接させて照射する必
要があり、そのためコンクリートの表面形状に対応した
形状の電磁ホーンを備えなければならないなどの課題が
あった。【解決手段】この発明のコンクリート表層剥離装置
は、マイクロ波を発生させるジャイロトロン６と、この
ジャイロトロン６に接続され、ジャイロトロン６で発生
したマイクロ波を伝送する導波管７と、この導波管７の
端部に設けられジャイロトロン６より導波管７を介して
伝送されたマイクロ波を照射する照射器８と、この照射
器８に接近して設置され照射器８から照射されたマイク
ロ波を集束させてコンクリート体１０に照射する反射鏡
９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ジャイロトロン
で発生した大電力マイクロ波を汚染された被照射体であ
るコンクリートの表面に照射することによりコンクリー
トの表層を剥離するコンクリート表層剥離装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】西暦２０１０年以降においては、現在稼
働中の原子力発電所（以下「原発」という）の施設が寿
命を迎えるものが多く出てくる。また、原発の立地難は
今後とも解消される見通しはなく、増加の一途にある電
力需要を満たすためには同一場所に再建設できることが
望ましい。このためには、必ず原発施設の解体が伴い、
その解体の際の放射線被爆を可能な限り減少するため
に、事前に放射性物質を撤去することが必須条件とな
る。

【０００３】一般に、原発施設の廃炉措置において発生
するコンクリート廃棄物の占める割合は９０％を越えて
いるが、このコンクリート廃棄物の中で多量の放射能を
含む放射性廃棄物となる部分はわずかである。したがっ
て、このコンクリート廃棄物を放射性廃棄部分と非放射
性廃棄部分とに区分管理し、効率的な処理が可能となる
解体工法が求められている。

【０００４】図３、図４は加圧水型原子炉、沸騰水型原
子炉の原子炉等の機器を撤去した後の建屋形状を示し、
機器の撤去後は遮蔽コンクリート体が残るが、そのコン
クリート体のうち特に放射化されているのは、炉心周囲
の図中のａの部分である。また、コンクリート面の放射
能の浸透汚染深さは図５（財団法人原子力施設デュミ
ッショニング研究協会主催「第六回報告と講演の会」
Ｈ６．１１．７）に示すように、所定の条件下でコバ
ルト６０で４ｍｍ、セシウム１３７で１１ｍｍ程度であ
る。したがって、原発施設の解体に伴う放射能被爆を可
能な限り減少するためには、汚染化部および汚染部を先
に撤去することが必要である。

【０００５】従来、マイクロ波の発生源としてマグネト
ロンを利用して放射汚染されたコンクリートを層状に剥
離するコンクリート表層剥離装置が知られており(ヤス
ナガ等、 “JPDRにおいてのコンクリート表層のマイクロ
波による汚染除去" 反応器の解体国際シンポジウム記録
第109頁〜第115頁 1987年10月４〜８日)、図６はその
コンクリート表層剥離装置の全体斜視図である。図にお
いて、符号１はマイクロ波発生源としてのマグネトロン
（２．４５ＧＨｚ、５ｋＷまたは１０ｋＷ）、２はこの
マグネトロン１に接続されマグネトロン１で発生したマ
イクロ波を低損失で伝送する銅製の導波管、３は導波管
２の先端部に設けられマグネトロン１から導波管２を介
して伝送されてきたマイクロ波を被照射体であるコンク
リート体４に向けて照射する電磁ホーン、そして、符号
５は電磁ホーン５に隣接して設けられ剥離されたコンク
リート片を吸い取って回収する真空ホースである。

【０００６】このように構成されたコンクリート表層剥
離装置では、マグネトロン１で発生したマイクロ波は導
波管２を経由して、電磁ホーン３からコンクリート体４
に向けて照射される。放射されたマイクロ波がコンクリ
ート体４の一定深さまで到達すると、マイクロ波のエネ
ルギーは誘電損失により吸収されて熱に変換されるの
で、コンクリート体４中に含まれている水分が急速に気
化膨張して急激に内部圧力が上昇し、かつ、熱膨張によ
って歪応力が発生する等によってコンクリート体４の表
面層はコンクリート片となって剥離される。剥離したコ
ンクリート片は真空ホース５によって吸い取られて回収
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】マグネトロン１により
発生したマイクロ波を利用する従来のコンクリート表層
剥離装置は、マイクロ波が拡散し、マイクロ波のパワー
不足（誘電加熱電力∝（周波数ｆ×電界強度Ｅ² ）；ｆ
＝２．４５ＧＨｚ、マグネトロンでは高々数１０ｋＷの
出力である。）により、マイクロ波の照射密度が低下
し、所定の照射強度を確保するためには電磁ホーン３を
コンクリート体４に接近（例えば、２０ｍｍ程度）させ
て照射する必要がある。その場合、コンクリート体４の
被照射面が円筒形状の場合（図３および図４に示す加圧
型原子炉および沸騰水型原子炉の炉内は円筒形に構築さ
れている。）、電磁ホーン３をコンクリート体４の表面
に接近させる必要から、その表面形状に対応した形状の
電磁ホーン３を用意する必要があった。また、コンクリ
ート体４の面上を走査するために、マグネトロン１、導
波管２、電磁ホーン３を含めて装置全体を移動させる必
要があり、コンクリート表層の剥離作業性が悪いという
課題もあった。

【０００８】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、強力な照射密度を有し、かつ被照射体
の表面形状に左右されないで、放射汚染されたコンクリ
ート表層の剥離作業を容易に行うことができるコンクリ
ート表層剥離装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るコンクリート表層剥離装置は、マイクロ波を発生させ
るジャイロトロンと、このジャイロトロンに接続され前
記ジャイロトロンで発生したマイクロ波を伝送する導波
管と、この導波管に設けられ前記ジャイロトロンから前
記導波管を介して伝送された前記マイクロ波を照射する
照射器と、この照射器に対向して設けられ前記照射器か
ら照射されたマイクロ波を集束させて被照射体に照射す
る反射鏡とを備えたものである。

【００１０】この発明の請求項２に係るコンクリート表
層剥離装置は、ジャイロトロン、導波管、照射器および
反射鏡を搭載するとともに移動可能な移動手段を備えた
ものである。

【００１１】この発明の請求項３に係るコンクリート表
層剥離装置は、導波管および照射器は、反射鏡で反射さ
れたマイクロ波の放射経路から外れた位置に設けられて
いるものである。

【００１２】この発明の請求項４に係るコンクリート表
層剥離装置は、被照射体に対するマイクロ波の照射位置
を変更可能にする、位置変更手段を備えたものである。

【００１３】この発明の請求項５に係るコンクリート表
層剥離装置は、反射鏡には被照射体に対するマイクロ波
の照射面積を変更可能にする面積変更手段を備えたもの
である。

【００１４】この発明の請求項６に係るコンクリート表
層剥離装置は、ジャイロトロン、移動手段、位置変更手
段および面積変更手段の各駆動を遠隔制御する遠隔制御
手段を備えたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明に係るコンクリート表層
剥離装置の実施の一形態例を示し、図において、符号６
は大電力マイクロ波を発生させるジャイロトロン、７は
このジャイロトロン６に接続され、大電力マイクロ波を
伝送する銅製の導波管、８はこの導波管７の先端部に設
けられ、ジャイロトロン６から導波管７を介して伝送さ
れた大電力マイクロ波を照射する照射器、９はこの照射
器８に対向して設置され、照射器８から照射された大電
力マイクロ波を被照射体としてのコンクリート体１０に
集束させて照射する回転型反射鏡、１１はジャイロトロ
ン６に隣接して設置されジャイロトロン６を冷却する冷
却装置、１２はこれらの機器を吊ってコンクリート体１
０にアクセスする移動手段としてのクレーンである。

【００１６】なお、導波管７および照射器８は、回転型
反射鏡９で反射されたマイクロ波の照射方向と一定の角
度を有する位置、つまり反射されたマイクロ波の照射経
路から外れた位置に設置され、回転型反射鏡９で反射さ
れたマイクロ波が誤って直接当たらないようになってい
る。また、反射鏡９にはコンクリート体１０に対するマ
イクロ波の照射位置を変更可能にする（具体的には反射
鏡９を矢印Ａに示すように回転させ、また矢印Ｂに示す
ように起倒させる。）位置変更手段（図示せず）が設け
られている。また、反射鏡９にはコンクリート体１０に
対するマイクロ波の照射面積を変更可能にする（具体的
には反射鏡９を矢印Ｃに示すように往復動させる。）面
積変更手段（図示せず）が設けられている。

【００１７】また、符号１３はジャイロトロン６を発振
させるジャイロトロン電源、そして、符号１４はジャイ
ロトロン電源１３、回転型反射鏡９の位置、回転角、仰
角などを遠隔制御するための遠隔制御手段である。な
お、ジャイロトロン電源１３および遠隔制御手段１４は
クレーン１２の吊り上げ荷重を軽減するためにクレーン
１２には搭載されないで、別の場所に設置されている。

【００１８】次に、上記構成のコンクリート表層剥離装
置を用いてコンクリート表層を剥離する方法について説
明すると、最初に、移動手段であるクレーン１２を用い
てジャイロトロン６、回転型反射鏡９等をコンクリート
体１０の放射汚染された汚染部分１０ａの横に位置する
ようにする。その後、ジャイロトロン電源１３および冷
却装置１１をパワーオンしてジャイロトロン６を発振さ
せるとともに、遠隔制御手段１４により、ジャイロトロ
ン６、反射鏡９の位置変更手段、反射鏡９の面積変更手
段の各駆動を遠隔制御して、ジャイロトロン６の発振、
出力制御、マイクロ波の照射位置、照射面積を調整す
る。

【００１９】ジャイロトロン６から発生する大電力マイ
クロ波は、導波管７を介して照射器８に伝送され、この
照射器８から反射鏡９を介してコンクリート体１０の放
射汚染された汚染部分１０ａに集束して照射される。な
お、マイクロ波は位置変更手段の駆動により汚染部分１
０ａ上をスキャニングされる。

【００２０】次に、マイクロ波の発生源として従来のマ
グネトロン１を用いた場合と、本願発明のジャイロトロ
ン６を用いた場合との単位体積当たりの発生熱量および
マイクロ波のしみ込み深さを比較説明する。マイクロ波
を誘電体（コンクリート体などの被照射体）に照射した
場合に、誘電体内部で単位体積あたり発生する熱量
（Ｐ）およびしみ込み深さ（ｄ）は次式で表される。Ｐ＝５／９×εr×ｔａｎδ×ｆ×Ｅ²×１０^-10(Ｗ／ｍ³)‥‥‥‥（１）ｄ＝９．５６×１０⁷ ／（ｆ×ｔａｎδ√εr ）(ｍ) ‥‥‥‥（２） εr ：物質の比誘電率ｔａｎδ：物質の誘電正接ｆ：マイクロ波の周波数（Ｈｚ）Ｅ：電界強度（Ｖ／ｍ）

【００２１】上式より、マイクロ波の周波数、物体の比
誘電率、物体の誘電正接、電界強度が高いほど単位体積
あたりの発生熱量（Ｐ）は大きくなるが、その一方マイ
クロ波の周波数、物体の比誘電率、物体の誘電正接が高
い程しみ込み深さ（ｄ）は小さくなることがわかる。そ
の上、マイクロ波による加熱は内部を直接加熱するため
均一加熱および急速加熱ができる特性を有しているの
で、（照射面積）×（しみ込み深さ）に相当する体積を
一様に均一加熱できる。上記マイクロ波の特性を誘電体
の一種であるコンクリートに適用すると、照射面積×し
み込み深さに相当するコンクリートが均一に加熱され、
コンクリート中の水分が急速に気化膨張して急激な内部
圧力の上昇および熱膨張による歪応力の発生などにより
コンクリートの表面層が効率的に剥離される。

【００２２】これをマイクロ波の発生源として、先に説
明したマグネトロン１（２．４５ＧＨｚ、５ｋＷ）を使
用する場合と、マグネトロン１と比較して出力波の周波
数が大きく、大きな電力を出力できる本願のジャイロト
ロン６（２２〜２８ＧＨｚ、１０ｋＷ）を使用する場合
とについて比較すると、以下のようになる。コンクリー
トのεr 、ｔａｎδは３〜３０ＧＨｚではほぼ一定（な
お、典型的な値としてεr ＝４、ｔａｎδ＝０．０５と
の報告もある。）であり、また導波管２、７内で放電が
生じず、マイクロ波が電磁ホーン３または照射器８に伝
送できる電界強度Ｅについては、ＫＩＬＰＡＴＲＩＣＫ
放電電界で考えれば、２．４５ＧＨｚでは上限値は０．
４２７ＭＶ／ｍであり、２８ＧＨｚでは上限値は１．３
５ＭＶ／ｍとなる。このようなもとで、発熱量（Ｐ）お
よびしみ込み深さ（ｄ）を比較検討するに、上記（１）
式から発熱量の比は、Ｐ₂／Ｐ₁＝（ｆ₂／ｆ₁）×（Ｅ₂ ／Ｅ₁）² ＝（２８／２．４５）×（１．３５／０．４２７）² ＝１１４となる。また、しみ込み深さの比は、上記（２）式からｄ₂／ｄ₁＝（ｆ₁／ｆ₂）＝０．１１となる。ここで、Ｐ₂，ｄ₂：それぞれ２８ＧＨｚにおけ
る発生熱量、しみ込み深さＰ₁，ｄ₁：それぞれ２．４５
ＧＨｚにおける発生熱量、しみ込み深さ

【００２３】したがって、周波数が２８ＧＨｚのジャイ
ロトロン６を使用する場合は、周波数が２．４５ＧＨｚ
のマグネトロン１を使用する場合と比べ、単位体積当た
りの発生熱量は１１４倍、しみ込み深さは約１／１０と
なる。つまり、マイクロ波を一定面積のコンクリートの
表面に照射させた場合、単位体積当たりのマイクロ波の
発生熱量が大きく、またマイクロ波を小さい領域（深さ
方向）に収束させることができる結果、汚染部分１０ａ
の表層剥離効率はジャイロトロン６を使用する方がマグ
ネトロン１を使用する場合より大幅に向上することがわ
かる。

【００２４】このように、このコンクリート表層剥離装
置を用いた場合には、マイクロ波の発振源として周波数
が高く、大電力を出力できるジャイロトロン６を用いた
ことにより、マグネトロンとジャイロトロンとの電界強
度が同一であるとしても、ジャイロトロン６の方が出力
周波数が大きいので、熱効率は大幅に向上し、汚染部分
１０ａの剥離効率が大幅に向上する。また、コンクリー
ト体１０にマイクロ波を照射する際に、照射器８だけで
なくマイクロ波を集束する反射鏡９を使用することによ
り、コンクリート体１０の表面形状に依存せず、マイク
ロ波をコンクリート体１０上に照射することができる。
さらに、反射鏡９の位置変更手段を駆動することによ
り、コンクリート体１０の照射位置を簡単に変更するこ
とができ、汚染部分１０ａをスキャニングすることによ
り汚染部分１０ａを効率よく剥離することができる。さ
らにまた、反射鏡９の面積変更手段を駆動することによ
り、照射面積（電力密度）を簡単に変更することができ
る。また、移動手段であるクレーン１２を用いて汚染部
分１０ａにジャイロトロン６等を簡単にアクセスするこ
とができ、従来の方法のように作業用架台を組み、その
作業用架台上でマイクロ波照射装置を移動させてコンク
リート体４の表層剥離作業を行わないで済み、作業効率
が著しく向上する。さらに、ジャイロトロン６の出力、
反射鏡９の位置、回転角および仰角などの操作は遠隔制
御手段１４を用いて遠隔制御によって行うことができる
ので、放射能濃度が高い場合でも、きわめて安全に、か
つ効率的に汚染部分１０ａの剥離作業を行うことができ
る。

【００２５】実施の形態２．図２はこの発明に係るコン
クリート表層剥離装置の他の実施の形態例を示し、実施
の形態１においては、クレーン１２を用いてコンクリー
ト体１０に反射鏡９等をアクセスするようにしたが、こ
の実施の形態では遠隔制御手段１４以外の機器は全て移
動手段である車１５に搭載し、この車１５によってコン
クリート体１０にアクセスするようになっている。この
場合、車１５の運転は遠隔制御手段１４により、ジャイ
ロトロン電源１３と同様に遠隔制御されるが、単独運転
も可能である。

【００２６】このコンクリート表層剥離装置を用いてコ
ンクリート表層を剥離するときには、最初に、コンクリ
ート表層剥離装置のうち遠隔制御手段１４以外は車１５
に搭載して、車１５を単独運転または遠隔運転して原子
力施設の建屋入口まで運ぶ。その後、車１５を遠隔制御
手段１４により遠隔運転して、反射鏡９がコンクリート
体１０の横に位置するようにアクセスする。その後のコ
ンクリート体１０にマイクロ波を照射する方法は実施の
形態１で説明したものと同じである。

【００２７】以上説明したように、この発明によれば、
マイクロ波の発振源として周波数が高く、大電力を出力
できるジャイロトロンを用いたことにより、マグネトロ
ンとジャイロトロンとの電界強度が同一であるとして
も、発熱効率は大幅に向上し、汚染部分の剥離効率が大
幅に向上する。

【００２８】また、被照射体にマイクロ波を照射する際
に、照射器だけでなくマイクロ波を集束する反射鏡を使
用したので、照射器を被照射体に接近させる必要性が無
くなり、また被照射体の表面形状に依存せず、マイクロ
波を被照射体上に照射することができる。

【００２９】また、移動手段にジャイロトロン、導波
管、照射器および反射鏡を搭載したことにより、コンク
リート表層剥離装置を被照射体に簡単にアクセスするこ
とができる。

【００３０】また、反射鏡で反射されたマイクロ波の反
射経路から外れた位置に導波管および照射器を設けたの
で、反射鏡で反射されたマイクロ波で導波管、照射器が
破損するようなことはない。

【００３１】また、被照射体に対するマイクロ波の照射
位置を変更可能にする位置変更手段を反射鏡に備えたの
で、被照射体へのマイクロ波の照射位置を簡単に変更す
ることができ、被照射体の面上にマイクロ波をスキャニ
ングすることができ、汚染部部分を効率よく剥離するこ
とができる。

【００３２】また、被照射体に対するマイクロ波の照射
面積を変更可能にする面積変更手段を反射鏡に備えたの
で、照射面積（電力密度）を簡単に変更することができ
る。

【００３３】また、ジャイロトロンの出力、反射鏡の位
置、回転角および仰角などの操作は遠隔制御手段を用い
て遠隔制御によって行うことができるので、放射能濃度
が高い場合でも、安全にかつ効率的に汚染部分の剥離作
業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るコンクリート表層剥離装置の
実施の形態１を示す構成図である。

【図２】この発明に係るコンクリート表層剥離装置の
実施の形態２を示す構成図である。

【図３】加圧水型原子炉の原子炉等の機器を撤去した
後の原子炉建屋の縦断面図である。

【図４】沸騰水型原子炉の原子炉等の機器を撤去した
後の原子炉建屋の縦断面図である。

【図５】コンクリート体の浸透汚染特性の一例を示す
図である。

【図６】従来のコンクリート表層剥離装置の一例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

６ジャイロトロン、７導波管、８照射器、９反
射鏡、１０コンクリート体（被照射体）、１２クレ
ーン（移動手段）、１４遠隔制御手段、１５車（移動
手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田進東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者菊永敏之東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者本間信一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者立岩正明東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内 (72)発明者伊東章東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を発生させるジャイロトロン
と、このジャイロトロンに接続され前記ジャイロトロン
で発生したマイクロ波を伝送する導波管と、この導波管
の端部に設けられ前記ジャイロトロンから前記導波管を
介して伝送された前記マイクロ波を照射する照射器と、
この照射器に対向して設けられ前記照射器から照射され
たマイクロ波を集束させて被照射体に照射する反射鏡と
を備えたことを特徴とするコンクリート表層剥離装置。
【請求項２】ジャイロトロン、導波管、照射器および
反射鏡を搭載するとともに移動可能な移動手段を備えた
ことを特徴とする請求項第１項記載のコンクリート表層
剥離装置。
【請求項３】導波管および照射器は、反射鏡で反射さ
れたマイクロ波の反射経路から外れた位置に設けられて
いることを特徴とする請求項第１項または請求項第２項
記載のコンクリート表層剥離装置。
【請求項４】反射鏡は、被照射体に対するマイクロ波
の照射位置を変更可能にする、位置変更手段を備えたこ
とを特徴とする請求項第１項ないし請求項第３項のいず
れかに記載のコンクリート表層剥離装置。
【請求項５】反射鏡は、被照射体に対するマイクロ波
の照射面積を変更可能にする、面積変更手段を備えたこ
とを特徴とする請求項第１項ないし請求項第４項の何れ
かに記載のコンクリート表層剥離装置。
【請求項６】ジャイロトロン、移動手段、位置変更手
段および面積変更手段の各駆動を遠隔制御する遠隔制御
手段を備えたことを特徴とする請求項第５項記載のコン
クリート表層剥離装置。