JPS6022320B2 - 放射性廃棄物の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射性廃棄物の処理方法に関し、さらに詳し
くは、粒状放射性廃棄物の表面に化学蒸着法により炭化
ケイ素被覆を施した後、金属で多重被覆ないいま埋設す
ることにより、化学的、機械的に安定で半永久的貯蔵に
適した放射性廃棄物貯蔵体を製造する方法に関する。

原子力発電の普及にともない使用済核燃料の再処理工場
から発生する高濃度の放射性廃液は、年々、増大する額
向にある。

これらの放射性廃液を液状のままでタンク貯蔵すること
には安全上の問題があるため、より安全に保管できる固
形貯蔵体への変換技術の確立が初望されている。一般に
放射性廃棄物の処分に際しては、放射性物質の周囲への
拡散が最小限となる形態に廃棄物を固形化し、得られた
固形貯蔵体が、化学的、機械的に安定していて、長期の
貯蔵によっても環境汚染の原因にならないことが必要で
ある。

このような観点で従来より行なわれている固形化方法は
、ガラス固化技術（たとえば持公昭４６−３２４０号）
、同５０一４８４ぴ号各公報に記載のもの等）が主流を
占め、高濃度の放射性廃棄物をリン酸もしくはホウケイ
酸ガラス等のガラス材料とともに溶融し、一定形状のガ
ラスィンゴットに凝固させ、固化する方法が用いられ、
固化体はその後貯蔵容器に封入され、たとえば地下貯蔵
により保管される。上誌方法によれば、廃棄物含有量、
ガラスの組成などを検討することにより、機械的強度も
比較的大きいガラス固化体を得ることができるが、次の
ような問題点を有する。

｛ィ’貯蔵容器が破損した場合、固化体は、外部雰囲気
、たとえば地下貯蔵の場合は地下水など、に直接接する
ことになるため、長期にわたる安定な貯蔵のためには、
水による放射性物質の浸出率を可能な限り小さくするこ
とが要請される。

この点、ガラス固化体は、基本材料であるガラスが組成
による制約を受けるため、固化体の機械的強度ないいま
一体性と浸出率の低下とをガラス材料により両立させる
ことは必ずしも容易でない。〔ｏ｝ ガラスの熱伝導度
は、金属に比較すると本質的に小さいため含有する放射
性物質の放射線崩壊による発熱によってガラス固化体内
部の温度は上昇し、中心部では５００〜７００ｑ０に及
ぶこともあり得る。

かかる温度上昇はガラス固化体の構造を脆弱にし、機械
的および化学的安定性をそこない、長期にわたる放射性
廃棄の安全な貯蔵を困難にする。上述したガラス固化処
理方法の欠点を補う放射線廃棄物の処理方法として、か
嫌した放射性廃棄物又はこれを含有するガラス固化体等
の物質を金属中に埋め込む、いわゆる金属マトリクス法
が考えられている。

しかしながら、本発明者らの研究によれば、このような
金属マトリクス法にも問題がある。

それは、か嫌した放射性廃棄物又はこれを含有するガラ
ス固化体の金属に対するぬれ性は良好とは云えず、これ
らの金属との複合固化体において空隙が発生したり、あ
るいは何らかの熱衝撃もしくは機械的応力が加わると放
射廃棄物等と金属との界面において、剥離の現象が起る
ことがある。したがって得られた複合固化体は、機械強
度的にも、また放射性元素の耐浸出性の点でも必ずしも
満足なものとは云い難い。本発明の目的は、上述した金
属マトリクス法を改良し、機械的にも化学的にもより安
定な複合固化貯蔵体の製造法を提供することにある。

本発明者らの研究によれば、上述の目的の達成のために
は、か競した放射性廃棄物等の粒状化物の表面に化学蒸
着法により炭化ケイ素の被膜を形成して金属とのぬれ性
を改善した後、金属により多重に被覆ないいま埋設する
ことが極めて有効であることが見出された。

すなわち本発明の放射性廃棄物の処理方法は、か擁した
放射性廃棄物又はこれを含有する物質の粒状物の表面に
化学蒸着法によって５〜１００り机の厚さの炭化ケイ素
被膜を形成する工程と、被覆した粒状物を内部容器中に
装入し金属とともに固化させる工程と、少なくとも１の
前記内容容器を外部容器内で金属に埋設する工程とから
なることを特徴とするものである。以下、本発明を更に
詳細に説明する。以下の記戦において、「部」および「
％」は特に断らない限り重量基準とする。本発明の処理
対象となる放射性廃棄物としては、例えば、使用済核燃
料を処理した後、Ｕ、Ｐｕを回収した残りの放射性廃棄
物の他、温床式脱塩器の再生廃液の濃縮液、建屋から発
生する床ドレィンあるいは機器ドレィンの濃縮廃液など
の放射性物質を含む各種の廃液、更には、原子炉水浄化
系、燃料プール系、復水系、ドレィン系の各系統から生
ずる使用済イオン交予期樹脂、フィルタースラッジ、廃
液の凝集沈澱処理によって生ずる沈澱スラッジなどの各
種の固体廃棄物など、高レベルおよび中低レベルの放射
性廃棄物が含まれる。

これら放射性廃棄物をか廃することにより、原料として
のか嫌体が得られる。か競体含有物質としては、ガラス
、セラミックス、金属などを用いてか競体を固化体に変
換したもの、更にこの固化体について粉砕等の予備処理
を加えた物質があげられる。

か擁体含有物質中の、か嫌体含量は、５〜４０％程度が
適当である。これらか暁体あるいはか暁体含有物質を成
形ないいま粉砕して粒状物を得る。粒状物の形状は、内
部容器内での固化性が損なわれない限り、いかなる形態
でもよいが、一般に円板、円柱、球、角柱ないしは角棒
などの形状は好ましく用いられる。粒状物の寸法も特に
制御はないが、小さ過ぎると炭化ケイ素被膜の膜厚制御
が困難となり、また大き過ぎると中心部での放射性崩壊
による温度上昇が大となるため、径１〜５仇舷の範囲が
適当である。本発明にしたがい、まず上記したようなか
暁体等の粒状物の表面に炭化ケイ素の被膜を形成する。

化学蒸着法としては、たとえば四塩化シリコン（ＳＩＣ
１４）とメタン（ＣＨ４）の混合ガスを水素（仏）ガス
の存在下、１１００〜１２００午Ｃで反応させて炭化ケ
イ素を粒状物表面に析出させる方法（水素還元法）又は
シラン（Ｓｉ比）メタン（Ｃ比）の混合ガスを６００〜
１２０ぴ０で熱分解させて析出させる方法（熱分解法）
のいずれによってもよい。炭化ケイ素被膜の厚さは、粒
状物と被膜との熱膨張係数の違いによって室温に冷却す
る過程で界面に応力が発生し、被膜がはげ落ちたり、き
裂を生じたりすることのないように、５〜１００仏のの
範囲とするのがよい。次いで、被覆した粒状体を内部容
器に装入し金属とともに固化させる。

固化方法としては、【ィ）被覆した粒状物を金属粉末と
ともに圧縮成形し、必要に応じて更に鱗結するか、ある
いは内部容器に装入して容器ごと加熱して内部の金属を
溶融後、冷却固化する方法、【ｏ’被覆した粒状物を内
部容器内に装入後、溶融金属を注入した後冷却する方法
、し一逆に内部容器内に適量の溶融金属を入れておき、
然る後に粒状物を装入してから溶融金属を冷却固化させ
る方法などが用いられる（なお金属は、この工程では、
必ずしも、溶融ないし暁結する必要はないが、引き続く
外部容器での埋設工程での加熱を通じて、溶融ないし暁
結し、粒状物の炭化ケイ素被膜と一体化する必要がある
）。

固化用の金属材料としては、炭化ケイ素被膜とぬれ性な
らびに内部容器材料の耐熱温度へ範囲内での嫌緒ないし
溶融性の観点より、Ｃｕ、Ｆｅ、山、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ
、Ｎｉおよびこれらの金属の少なくとも一種を主成分と
する合金などが適する。

例えば、Ｃｕ製内部容器中で溶融金属を用いる場合は、
Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、釘およびこれらの金属の少なくとも
１種を主成分とするする合金などが適する。固化体中の
粒状物の含量としては、たとえば３０〜５０％程度が適
する。

内部容器の大きさは、その容積が大きい程、放射性廃棄
物の固化量を多くすることができるが、大き過ぎると、
熱伝導性、機械的強度が低下するので好ましくない。

たとえば、円筒状の容器とした場合、内径は５〜５比松
が望ましい。また容器の肉厚は、厚い程腐食による減肉
に対し耐久性があり、また機械的強度の点でも有利であ
るが、厚すぎると熱伝導性が低下するので０．５〜５柳
の範囲が望ましい。次いで、このようにして得られた内
部に被覆された粒状物を金属とともに固化された固化体
を有する内部容器の１又は２以上を、外部容器（貯蔵容
器）内で金属に埋設する。

埋設方法は、上記固化方法川〜し一と本質的に同じ方法
が用いられ、「被覆された粒状物」を「内部容器」に、
「内部容器」を「外部容器」に置きかえることにより、
同様に実施される。但し、内部容器の数は、粒状物のそ
れに比べて一般に少ない数が用いられるので、内部容器
を２以上用いる場合も、互いに適宜離間させて、外部容
器の中央近傍に置いて外界からできるだけ遮断すること
が望ましいのは云うまでもない。内部容器あるいは外部
容器の材料としては、たとえばＦｅ、山、Ｃｕ、Ｐｂ、
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ又は、これらのうち少な
くとも一種を主成分とする合金などが用いられ、上記固
化方法や埋設方法に応じて適宜決定される。

例えば、被覆しした粒状物とＣｕ粉末との混合物を内部
容器内で圧縮固化したものを、溶融Ｐｂを用いて外部容
器中で埋設する場合には、融点、機械的強度を考慮して
、Ｆｅ、ＡＩ、Ｃｕ、Ｎｊ、Ｔｉ、Ｚｒ又はこれらのう
ち少なくとも一種を主成分とする合金が好ましく用いら
れる。なお上記固化工程および埋設工程後、それぞれ内
部容器および外部容器と同様な材料よりなるフタをかぶ
せ、周縁を溶接等により密封する。

上述したような本発明の方法により得られる放射性廃棄
物貯蔵体は、たとえば外部容器中に１個の内部容器を埋
設する場合について図面に示すような構造となる。すな
わち、炭化ケイ素で被覆した放射性廃棄物等の粒状物１
が金属２とともに内部容器３中で固化されており、この
内部容器３が外部容器４のほぼ中央部において、更に金
属５中に埋設されている。このように金属により多重に
被覆された結果、本発明による放射性廃棄物貯蔵体は、
機械的、化学的安定性が極めて高く、長期にわたる安全
な貯蔵に極めて好適なものとなる。すなわち、本発明に
よる貯蔵体の場合、万一貯蔵容器（外部容器）４が破損
した場合でも、放射性廃棄物ないし固化体粒状物１は、
更に埋設金属５、内部容器３および固化金属２により外
部雰囲気、例えば海水から遮断されているため、外部雰
囲気に直接接触するおそれは極めて少ない。金属の水へ
の極めて小さい浸出率を考慮すると、上記のごとき貯蔵
容器破損の事故があってもなお長期の安全貯蔵は確保さ
れる。また、更に万が一埋設金属５を通じての浸水なら
びに内部容器の破損があっても、か隣放射性廃棄物粒状
物１は、固化用金属２によって囲まれ、これと炭化ケイ
素被膜を通じて密接に接合されているため、内部容器内
容物内に空隙が殆んどなく、更に製造過程を通じての加
熱処理によっても粒状物１と固化用金属２の界面での剥
離に対しても著しく、改善されている。また、したがっ
てこのような密接一体構造のため、内部容器内容物は、
熱伝導性、耐衝撃性、機械的強度等の点で、ガラス固化
体に比べては勿論のこと、通常の金属固化体に比べても
はるかに優れている。更に、通常のガラス固化処理法に
おいては、放射性のか焼体を安定した状態でガラス中に
含ませ得る量は高々３受容積％が限界とされていたが、
本発明による貯蔵体の場合には、固化法、材料などを検
討することにより、放射性か焼体の含有量を最高５破き
積％まで上げることができる。以下、実施例、比較例に
より本発明を更に具体的に説明する。

実施例 下表に示す組成の模擬放射性廃棄物のか暁体粉末（再処
理工場より出る廃液をか嫌して得られる酸化物を模擬し
たもの）を用意した。

表 上記した模擬放射性廃棄物のか鱗体粉末と、１００メッ
シュ以下のホゥケィ酸ガラス粉末とを体積比３：７′で
均一に混合した後に、１２００ｏｏにて溶融させ、冷却
してガラス固化体を得た。

このガラス固化体から１辺２側の立方体を切り出した。
立方体状のガラス固化体を化学蒸着装直に入れシラン（
Ｓｉ比）とメタン（ＣＨ４）の混合ガスを装置内に導入
して圧力１００Ｔｏｎ、温度６００００〜８０００○の
条件で、１０分間から１時間加熱分解反応を行ないガラ
ス固化体表面に炭化ケイ素を析出被覆した。短時間で被
覆膜の厚みが５山肌未満の場合は被覆がムラになり易く
、逆に長時間で厚みが１００ム肌を越える場合は皮膜に
割れが入り易い。次に、図面に示すように炭化ケイ素被
覆が良好なガラス固化体（膜厚５〜１００ムの）１と１
００メッシュ以下の銅粉末２を体積比１対１で十分に混
合したものを、内径１仇吻、肉厚１脚、高さ３仇蚊のニ
ッケル製円筒状容器３に入れ、圧力６ｔｏｎ／めで圧縮
し固化させた。

ニッケル容器３に、直径１２胴、肉厚２肋のニッケル製
ふたをし、周囲をＴＩＣ溶綾により密封した。次に、前
記ニッケル容器を内径３物肋、高さ５物帆のステンレス
製容器４内に入れ、周囲を１００メッシュ以下の銅粉末
５で包み覆ってから圧力６のｎ／ので圧縮し更に水素気
流中で８００℃、１時間暁緒処理を施した。このように
して製造した貯蔵体から貯蔵容器を取りはずし内部固形
体を露出させた。

これを１００℃の純水１００凧【中に１時間浸し浸出試
験を行ない溶液中のＣｕイオンを検出したところ、その
浸出率は検出限界１×１０‐６夕／地・雌ｙ未満であっ
た。また、模擬廃棄物中に含まれるＭｏイオンの浸出も
検出限界１×１０‐６夕／地・ｄａｙ未満であった。さ
らにニッケル容器３の中央からら５肌×５肌×ＩＱ蚊の
直方体状圧縮試験片を切り出し圧縮破壊テストを行なっ
たところ圧縮強度は５０ｋ９／娩以上あり機械的強度は
大きかった。比較例 １ 実施例で用いた模擬放射性廃棄物のか競体粉末と、１０
０メッシュ以下のホウケィ酸ガラス粉末とを体積比３：
７で均一に混合した後に、１２００００にて溶融させ、
冷却してガラス固化体を得た。

このガラス固化体から１辺２肌の立方体１を切り出し、
１００メッシュ以下の銅粉末２と体積比１対１で十分に
混合したものを、内径１仇舷、肉厚１帆、高さ３物舷の
ニッケル製円筒状容器３に入れ、圧力６ｔｏｎ／めで圧
縮し固化させた。ニッケル容器３に、直径１２肋、肉厚
２肋のニッケル製ふたをし、周囲をＴＩＧ溶接により密
封した。次に前記ニッケル容器を内径３仇舷、高さ５仇
岬、のステンレス製容器４内に入れ、周囲を１００メッ
シュ以下の銅粉末５で包み覆ってから圧力６のｎ／ので
圧縮し、更に水素気流中で８００ｏＣ、１時間焼結処理
を施した。このようにして製造した貯蔵体から貯蔵容器
を取りはずし、内部固形体を露出させた。これを１００
００の純水１００机中に１時間浸し、溶液中のＣｕイオ
ンを検出したところその浸出率は検出限界１×１０‐６
夕／仇・船ｙ未満であった。また模擬廃棄物中に含まれ
るＭｏイオンも検出限界１×１０‐６夕／地．畝ｙ未満
であった。しかしながらニッケル円筒部の中央から５物
×５物×１仇舷の直方体圧縮試験片を切り出したところ
、ガラス固化体のうちの一部分は剥離してしまい、圧縮
強度も５ｋｇ／地に満たず機械的強度は小さかつた。

比較例 ２ 実施例で用いた模擬放射性廃棄物のか競体粉末と１００
メッシュ以下の銅粉末とを体積比１対１で混合した後に
、金型内で圧力６■ｎ／めで圧縮し１０×１０×７．５
肋の成形体とした。

この成形体を水素気流中で８００こ０、１時間加熱し暁
結処理を施した。実施例と同様の条件でＭｏイオンの浸
出率を求めたところ４×１０‐３夕／地・ｄａｙであっ
た。比較例 ３実施例で用いたか競体粉末と６００メッ
シュ以下のホウケイ酸ガラス粉末とを体積比３対７で均
一に混合した後に、１２００ｏｏにて溶融させ、冷却し
てガラス固化体を得た。

１０×１０×７．５肌の固化体を切り出し、実施例と同
様の条件でＭｏイオンの浸出率を求めたところ２×１０
‐５夕／地・ｄａｙであった。

以上の実施例、比較例から明らかなように、本発明の貯
蔵体は最外側の貯蔵容器が破損して内部固形体が露出し
た場合であっても、その内部に固化された放射性元素が
浸出することなく、単なる金属固化体や、ガラス固化体
よりも安全性、長期貯蔵性に優れている。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明法の一態様により得られる貯蔵体の縦断
面図である。 １・・・・・・か擁した放射性廃棄物等の粒状物、２・
・・・・・固化用金属、３・・・・・・内部容器、４・
・・・・・外部容器、５・・・・・・埋設用金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ か焼した放射性廃棄物又はこれを含有する物質の粒
   状物の表面に化学蒸着法によつて５〜１００μｍの厚さ
   の炭化ケイ素被膜を形成する工程と、被覆した粒状物を
   内部容器中に装入し金属とともに固化させる工程と、少
   なくとも１の前記内部容器を外部容器内で金属に埋設す
   る工程とからなることを特徴とする放射性廃棄物の処理
   方法。