特開 2024-110370 放射性廃棄物の保管方法及び保管治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110370

(43)【公開日】2024-08-15

(54)【発明の名称】放射性廃棄物の保管方法及び保管治具

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/36 20060101AFI20240807BHJP

   G21C 19/32 20060101ALI20240807BHJP

   G21C 19/06 20060101ALI20240807BHJP

   G21C 19/40 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

G21F9/36 501F

G21C19/32 040

G21C19/06 400

G21F9/36 501H

G21F9/36 501J

G21C19/40 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014935

(22)【出願日】2023-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】藤原 寛明

(72)【発明者】

【氏名】金子 郁

(72)【発明者】

【氏名】篠原 健

(72)【発明者】

【氏名】鍋本 豊伸

(57)【要約】

【課題】燃料デブリ等の性状が不明確な放射性廃棄物を保管することができる、放射性廃棄物の保管方法及び保管治具を提供する。
【解決手段】放射性廃棄物の保管方法に使用する保管治具３は、放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器１に収納し、収納容器１を閉じ込め機能を有する保管容器２に保管する際に使用する治具であって、複数の収納容器１を収容可能な空間を形成する本体部３１と、本体部３１の下方に配置された脚部３２と、本体部３１の上方に配置された天板部３３と、を備え、天板部３３は、上段に配置される保管治具３の脚部３２を支持する支持部３３ａと、収納容器１から放出された水素の抜け道を形成する通気口３３ｂと、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器に収納し、前記収納容器を閉じ込め機能を有する保管容器に保管し、前記収納容器から放出された水素が前記保管容器内に抜けるようにした、ことを特徴とする放射性廃棄物の保管方法。

【請求項2】

前記放射性廃棄物は、燃料デブリである、請求項１に記載の放射性廃棄物の保管方法。

【請求項3】

放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器に収納し、前記収納容器を閉じ込め機能を有する保管容器に保管する際に使用する放射性廃棄物の保管治具であって、
複数の前記収納容器を収容可能な空間を形成する本体部と、
前記本体部の下方に配置された脚部と、
前記本体部の上方に配置された天板部と、を備え、
前記天板部は、上段に配置される前記保管治具の脚部を支持する支持部と、前記収納容器から放出された水素の抜け道を形成する通気口と、を備えている、
ことを特徴とする放射性廃棄物の保管治具。

【請求項4】

前記脚部は、前記保管治具を積載したときに、下段の保管治具に配置された前記収納容器と前記本体部との間に隙間を形成するように構成されている、請求項３に記載の放射性廃棄物の保管治具。

【請求項5】

前記天板部は、前記収納容器を係止可能な係止部を備える、請求項３に記載の放射性廃棄物の保管治具。

【請求項6】

前記収納容器を収容する空間を格子状に区画する仕切部材を備える、請求項３に記載の放射性廃棄物の保管治具。

【請求項7】

前記仕切部材は、中性子吸収材を埋め込んだ伝熱材により構成されている、請求項６に記載の放射性廃棄物の保管治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射性廃棄物の保管方法及び保管治具に関し、特に、性状が不明確な放射性廃棄物の保管に適した放射性廃棄物の保管方法及び保管治具に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、原子力発電所で発生する使用済燃料は、金属製の容器（キャニスタ等）に密閉された状態で保管される。

【0003】

使用済燃料と比較して、原子炉内の構造物や燃料が溶けて固まった燃料デブリは、性状が不明確であり、水分を含むため、保管中の放射性分解により水素が発生し得る条件にあるものと考えられる。水素は可燃性ガスであり気中濃度が４％を超えると引火して爆発するおそれがある。したがって、燃料デブリ等の放射性廃棄物を貯蔵する際には水素濃度を低減する措置を講じる必要性が高い。

【0004】

例えば、使用済燃料の貯蔵方法としては、中性子吸収材を含む仕切り板で収納容器内を区切り、幾何学的形状管理による未臨界維持と崩壊熱除去による変形防止とを両立する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－３４９４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

使用済燃料は、原子力発電の運用に伴い排出される燃料集合体であり、使用済燃料の性状は燃料デブリと比較して明確であり安定している。また、使用済燃料の処理及び保管は厳格に管理されている。

【0007】

しかしながら、性状が不明確な燃料デブリを保管する場合には、保管中における水素の発生を避けることができないものと考えられ、使用済燃料と同じ保管（貯蔵又は収納の意味を含む。）方法を採用することはできない。

【0008】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、燃料デブリ等の性状が不明確な放射性廃棄物を保管することができる、放射性廃棄物の保管方法及び保管治具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器に収納し、前記収納容器を閉じ込め機能を有する保管容器に保管し、前記収納容器から放出された水素が前記保管容器内に抜けるようにした、ことを特徴とする放射性廃棄物の保管方法が提供される。

【0010】

前記放射性廃棄物は、燃料デブリであってもよい。

【0011】

また、本発明によれば、放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器に収納し、前記収納容器を閉じ込め機能を有する保管容器に保管する際に使用する放射性廃棄物の保管治具であって、複数の前記収納容器を収容可能な空間を形成する本体部と、前記本体部の下方に配置された脚部と、前記本体部の上方に配置された天板部と、を備え、前記天板部は、上段に配置される前記保管治具の脚部を支持する支持部と、前記収納容器から放出された水素の抜け道を形成する通気口と、を備えている、ことを特徴とする放射性廃棄物の保管治具が提供される。

【0012】

前記脚部は、前記保管治具を積載したときに、下段の保管治具に配置された前記収納容器と前記本体部との間に隙間を形成するように構成されていてもよい。

【0013】

前記天板部は、前記収納容器を係止可能な係止部を備えていてもよい。

【0014】

前記保管治具は、前記収納容器を収容する空間を格子状に区画する仕切部材を備えていてもよい。

【0015】

前記仕切部材は、中性子吸収材を埋め込んだ伝熱材により構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0016】

上述した本発明にかかる放射性廃棄物の保管方法及び保管治具によれば、閉じ込め機能を有しない収納容器に放射性廃棄物を収納した後、閉じ込め機能を有する保管容器に収納容器を保管し、収納容器から放出された水素を保管容器内に抜けるようにしたことにより、保管対象の放射性廃棄物が水素を発生させやすい燃料デブリ等の性状が不明確な放射性廃棄物であっても適切に保管することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態にかかる放射性廃棄物の保管方法の概要を示す概略図である。

【図2】図１に示した保管治具の斜視図である。

【図3】保管治具の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、である。

【図4】保管治具の一例を示す説明図であり、（ａ）は図３（ｂ）におけるＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図３（ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図、である。

【図5】保管治具の使用状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図１～図５を用いて説明する。ここで、図１は、一実施形態にかかる放射性廃棄物の保管方法の概要を示す概略図である。図２は、図１に示した保管治具の斜視図である。

【0019】

本実施形態にかかる放射性廃棄物の保管方法は、放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器１に収納し、収納容器１を閉じ込め機能を有する保管容器２に保管し、収納容器１から放出された水素が保管容器２内に抜けるようにしたものである。なお、保管容器２は、例えば、廃棄物保管場所等に形成された空間（コンクリート製の建屋等）に乾式貯蔵される。

【0020】

放射性廃棄物は、例えば、燃料デブリである。燃料デブリは、原子炉内の構造物や燃料が溶けて固まったものであり、性状が不明確であり、性状のばらつきも大きいものと考えられる。したがって、燃料デブリは使用済燃料のように十分な乾燥処理を行うことが難しく、一定量の水分が残存した状態で保管され、放射線分解による水素の発生を避けることが難しいものと考えられる。

【0021】

燃料デブリは、例えば、所定の形状・大きさに切断された状態で収納容器１に収納される。上述したように、燃料デブリは水素を発生する可能性が高いため、収納容器１は、閉じ込め機能を有しておらず、外部に水素を放出可能に構成されている。なお、図示しないが、収納容器１内の水素を積極的に外部に放出させるように収納容器１に掃気ガスを供給するようにしてもよい。

【0022】

収納容器１は、金属製の収納缶であり、例えば、放射性廃棄物を収容する胴部と、胴部の開口部を封止する蓋部が締結される頭部１１と、を備えている。収納容器１内で発生した水素は、例えば、収納容器１の頭部１１に形成された放出口１２から外部に放出される。頭部１１は、例えば、胴部に形成されたフランジ部に接続され、頭部１１の外形は胴部の外径よりも大きい形状を有している。なお、収納容器１は図示した構成に限定されるものではなく、放射性廃棄物を収容可能な容器であって保管治具３に係止可能な構造であればよい。

【0023】

保管容器２は、例えば、図１に示したように、複数の収納容器１を纏めて保管可能な空間を有する金属製の容器である。なお、図１では説明の便宜上、保管容器２を透過した状態を図示してある。保管容器２は閉じ込め機能を有しており、必要に応じて、保管容器２の内面又は外面に遮蔽体を配置してもよい。

【0024】

保管容器２は、例えば、収納容器１の保管空間を形成する胴部２１と、胴部２１の開口部を封止する蓋部２２と、を備えている。胴部２１及び蓋部２２は二重壁構造に構成されていてもよい。

【0025】

また、蓋部２２には、保管空間内に放出された水素を掃気するための掃気ガスを供給する給気配管（図示省略）と、保管空間から掃気ガスにより排気ガスを排気する排気配管（図示省略）とを接続するための配管挿通口２３が形成されている。なお、配管挿通口２３の構成は、蓋部２２の構成により適宜設計変更されるものであり、図示した構成に限定されるものではない。

【0026】

例えば、図２に示したように、複数の収納容器１は、保管治具３に整列された状態に配置され、図１に示したように、保管治具３を積載することによって保管容器２内に多段に保管される。なお、本実施形態では、一つの保管治具３に１２個の収納容器１を配置し、一つの保管容器２に保管治具３を４段に積載しているが、保管治具３に配置する収納容器１の個数及び積載する保管治具３の個数は図示した個数に限定されるものではない。

【0027】

保管治具３は、例えば、複数の収納容器１を収容可能な空間を形成する本体部３１と、本体部３１の下方に配置された脚部３２と、本体部３１の上方に配置された天板部３３と、を備えている。相対的に上段に配置される保管治具３の脚部３２は、相対的に下段に配置される天板部３３に支持されるように構成されている。

【0028】

このように、上段の保管治具３の脚部３２を下段の保管治具３の天板部３３で支持することにより、収納容器１の配置を維持することができ、幾何学的形状を管理して放射性物質の臨界を防止することができる。また、下段の保管治具３に配置された収納容器１と本体部３１との間に隙間を形成することができ、収納容器１の頭部１１に形成された水素の放出口１２を塞ぐことなく保管治具３を積載することができる。

【0029】

ここで、図３（ａ）～図５を参照しつつ保管治具３の構成の一例について詳細に説明する。図３は、保管治具の一例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、である。図４は、保管治具の一例を示す説明図であり、（ａ）は図３（ｂ）におけるＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図３（ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図、である。図５は、保管治具の使用状態を示す側面図である。

【0030】

保管治具３は、上述したように、放射性廃棄物を閉じ込め機能を有しない収納容器１に収納し、収納容器１を閉じ込め機能を有する保管容器２に保管する際に使用する治具であり、本体部３１と、脚部３２と、天板部３３と、収納容器１を収容する空間を格子状に区画する仕切部材３４と、を備えている。

【0031】

本体部３１は、収納容器１を支持する構造支持材であり、例えば、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示したように、十字形状の平面を形成する底板３１ａと、天板部３３と底板３１ａとを接続する複数の側板３１ｂと、を備えている。底板３１ａの内面には、中性子吸収材３１ｃが配置されていてもよい。底板３１ａに中性子吸収材３１ｃを配置することにより、上段の保管治具３側の放射性廃棄物と下段の保管治具３側の放射性廃棄物との相互の中性子吸収による臨界を防止することができる。また、底板３１ａの交差部の角部には脚部３２が配置される。

【0032】

側板３１ｂは、内部に挿入される仕切部材３４の位置決めをする部材であり、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、仕切部材３４の図の上下左右の外側面に配置される板材である。また、側板３１ｂは、図の上下に配置された側板３１ｂのように、仕切部材３４の凸部３４ａを挿通可能な溝部３１ｄを備えていてもよい。

【0033】

なお、側板３１ｂは、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、図２に示したように、仕切部材３４の側面の全周を覆うように構成されていてもよい。

【0034】

脚部３２は、保管治具３を積載する際に、上段の保管治具３と下段の保管治具３との間隔を調整する部品である。具体的には、脚部３２は、例えば、図５に示したように、保管治具３を積載したときに、下段の保管治具３に配置された収納容器１と本体部３１との間に隙間Δｇを形成するように構成されている。

【0035】

かかる構成により、収納容器１の頭部１１に形成された水素の放出口１２を塞ぐことなく保管治具３を積載することができる。なお、説明の便宜上、図５では収納容器１の頭部１１を点線で図示してある。

【0036】

また、脚部３２は、落下時等に緩衝部材として機能するように損壊可能に構成されていてもよい。脚部３２を緩衝構造とすることにより、収納容器１を配置した保管治具３を保管容器２内に挿入する操作の際に懸念される保管治具３の転倒や落下等の事象発生時に収納容器１に与える影響を低減することができる。

【0037】

なお、本実施形態では、本体部３１と脚部３２とを別部品で構成する場合について説明しているが、本体部３１と脚部３２とは一部品により構成されていてもよい。また、本体部３１を構成する側板３１ｂが脚部３２と同等の機能を有する構成であってもよい。

【0038】

天板部３３は、図３（ａ）に示したように、上段に配置される保管治具３の脚部３２を支持する支持部３３ａと、収納容器１から放出された水素の抜け道を形成する通気口３３ｂと、収納容器１を係止可能な係止部３３ｃと、を備えている。

【0039】

天板部３３は、本体部３１及び脚部３２の上部に配置される円形の金属板である。天板部３３の外形は保管容器２内に保管可能な大きさに形成される。天板部３３の中心部には、例えば、仕切部材３４の格子形状に適合する複数の開口部３３ｄが形成されている。収納容器１の胴部は開口部３３ｄに挿通され、収納容器１の頭部１１は開口部３３ｄを形成する金属板の縁部（係止部３３ｃ）に係止される。

【0040】

開口部３３ｄは、井桁形状に沿って形成されており、通気口３３ｂは、例えば、天板部３３の右上・右下・左下・左上に位置する外周部の４箇所に形成される。通気口３３ｂの位置及び大きさは、保管治具３の使用時に収納容器１及び脚部３２と干渉しないように形成されていればよく、図示した構成に限定されるものではない。例えば、通気口３３ｂは、天板部３３の外縁に形成された切り欠きにより構成されていてもよい。

【0041】

支持部３３ａは、開口部３３ｄと通気口３３ｂとの間を形成する平板部により構成される。なお、図３（ａ）では、上段に配置される保管治具３の脚部３２の位置を点線で図示してある。また、脚部３２は、例えば、通気口３３ｂと重ならないように配置された形鋼により構成される。

【0042】

仕切部材３４は、例えば、図４（ａ）に示したように、三枚の板材の両端を端板で接続したブロック体を二つ形成し、これらのブロック体を相欠き構造で組み付けて、全体として十字形状となるように構成される。片方のブロック体の両端には、位置決め用の凸部３４ａを形成してもよい。この凸部３４ａは、本体部３１の側板３１ｂに形成された溝部３１ｄに挿通される。

【0043】

仕切部材３４は、例えば、中性子吸収材３４ｂを埋め込んだ伝熱材により構成される。仕切部材３４を伝熱材により構成することにより、収納容器１から伝熱を促進し、熱による機器変形を抑制することができ、臨界防止に必要な幾何学的形状の維持を図ることができる。また、伝熱材の内部に中性子吸収材３４ｂを埋め込むことにより、収納容器１間の中性子吸収で生じる臨界を防止することができる。

【0044】

なお、仕切部材３４は、図示した構成に限定されるものではなく、複数の収納容器１を挿通可能な区画を形成する格子形状であればどのような構成であってもよい。例えば、仕切部材３４は、複数の板材を溶接等により接続したものであってもよい。

【0045】

図５に示したように、収納容器１を収容した保管治具３は、保管容器２内で積載される。収納容器１内で発生した水素は、収納容器１の頭部１１と保管治具３の本体部３１との隙間Δｇを経由して保管容器２内に放出される。保管容器２内に放出された水素は、保管治具３の天板部３３に形成された通気口３３ｂを経由して保管容器２内で移動することができる。また、例えば、保管容器２内に掃気ガスを供給することにより、保管容器２内に放出された水素を保管容器２の外部に排気することができる。

【0046】

上述した本実施形態にかかる放射性廃棄物の保管方法及び保管治具３によれば、閉じ込め機能を有しない収納容器１に放射性廃棄物を収納した後、閉じ込め機能を有する保管容器２に収納容器１を保管し、収納容器１から放出された水素を保管容器２内に抜けるようにしたことにより、保管対象の放射性廃棄物が水素を発生させやすい燃料デブリ等の性状が不明確な放射性廃棄物であっても適切に保管することができる。

【0047】

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【0048】

本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」及び目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0049】

１ 収納容器
２ 保管容器
３ 保管治具
１１ 頭部
１２ 放出口
２１ 胴部
２２ 蓋部
２３ 配管挿通口
３１ 本体部
３１ａ 底板
３１ｂ 側板
３１ｃ 中性子吸収材
３１ｄ 溝部
３２ 脚部
３３ 天板部
３３ａ 支持部
３３ｂ 通気口
３３ｃ 係止部
３３ｄ 開口部
３４ 仕切部材
３４ａ 凸部
３４ｂ 中性子吸収材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】