想うこと6 福島原子力発電所事故を考える (14)水中放射性物質除去方法
福島第一原子力発電所のサイトに放射性物質を含んだ水を処理する設備を作る計画があるようで望ましい方向と思います。問題は処理の内容です。新聞に記されたことは放射性物質含有水を貯蔵するタンクを設置し、減衰するまで保管する、といった話です。無論タンクは必要でしょうか、タンクにいくら長期間保管してもそのまま放出できるレベルには到達しません。ということはタンクを限りなく作り続けなければならないことになります。
そこでどうしても必要なのが「放射性物質を水から除去して、水は放出し、回収された放射性物質を安全に保管するための処理設備」をです。

この節ではこの点についての意見を記します。
放射性物質を含んだ水の中の放射性物質の形態は次の4種です。
①粗大な固形物
②微粒子状固形物
③非イオン状溶解物質(原子及び分子状で溶解しているもの)
④イオン状溶解物質(イオンとして溶解しているもの)

これらの放射性物質を除去する方法は多様ですが、既存の方法では以下が一般的です。
①は沈殿槽、ストレーナ、粗フィルター等、②は微細なフィルターで除去するのが一般的でしょう。
③④は凝集沈殿、膜分離、吸着、蒸発濃縮です。
特に④はイオン交換樹脂による除去も可能です。

最初の問題はこれらの技術をどのように組み合わせていくのが、効果、建設期間、安全性、コスト等の点で適したものであるかを、見出すことです。既存の技術のみならず新技術も取り入れることも考慮に入れるべきです。 新技術としてはマイクロバブル浮上、ナノバブル、オゾン処理、マイクロポーラスガラス、遠心分離なども考えられます。

いずれの方法を用いるにしても、回収した放射性物質は濃縮され、より高濃度の放射能を持つ形になっているので、その放射線の遮蔽方法、移送方法、保管方法等を予め考えておく必要があります。

次は放射性物質除去方法に関する私のとりあえずの考え方です。

(1)粗大な固形物
 原子炉建屋やタービン建屋にある放射性物質を含む水(以下放射能汚染水または水と略)を汲み上げてもある程度以上に粗大で比重の大きなものは水の中に残ります。これらには、ジルコニウム-水反応で燃料棒が破損した際に出来た酸化ジルコニウムのかけらもあります。また圧力容器内で高熱と冷却を繰り返す間に熱ストレスで破砕した核燃料ペレットのかけらという非常に高い放射能を含むものもあります。 ペレットは比重が10.4g/ccと非常に大きく、相当小さなかけら(たとえば径が0.1mm程度)でも水に沈んだまま水中に残ります。これらはくみ出すことは困難であり、放射能汚染水が殆ど回収された後に、バキュームカーのようなもので吸い出す等の操作が必要でしょう。
比重の比較的軽いものの一部はくみ出し水と一緒に出てでしょう。
これらは鉛遮蔽体内に装着されたフィルター(目の粗いフィルター)に回収します。
粗フィルターが目詰まりするほどになったら、鉛遮蔽体に入ったままの形で交換します。

(2)微粒子状固形物
微粒子状固形物は酸化ジルコニウムや燃料ペレットの微細化したものを含みます。
これらはは放射線遮蔽体内に装着された微粒子フィルターで除去します。微粒子フィルターが目詰まりを起こしたら放射線遮蔽体ごと交換します。放射線遮蔽体は厚みのある鉛、コンクリート、鋼鉄などで放射線を遮るものです。この構造の概念の一例を次に示します。
想うこと6 福島原子力発電所事故を考える (14)水中放射性物質除去方法_d0026078_8294346.jpg


(3)非イオン状溶解物質
これには揮発性の放射性物質(ヨウ素、セシウム、ストロンチウム)や気体状の放射性物質(キセノン、クリプトン、トリチウム)の水に溶解したものが含まれます。
これらは放射線遮蔽体内に装着された吸着材で除去することが考えられますが、どのような吸着材が適切か現状突き止めていません。

(4)イオン状溶解物質
ヨウ素、セシウム、ストロンチウムのイオンの他各種の核分裂生成物のイオンが含まれます。
放射線遮蔽体内に装着されたイオン交換樹脂で除去することが考えられます。
ただし膨大な量のイオン交換樹脂が必要とされる可能性があり、予めその推定が必要です。
もしイオン交換樹脂の必要量が膨大であり、その採用が非現実的であるならば、オゾン酸化によりイオン状のものを非イオン状のものにして、更に必要に応じて共沈等により微粒子として微粒子フィルターで除去する方法が考えられます。

以上の他、水の蒸発濃縮という方法が考えられます。
水の蒸発のためには膨大なエネルギーを必要としますが、中間熱交換器を利用することでエネルギーを10分の1程度まで減少させることの可能性があります。

オゾンを用いる方法と蒸発濃縮法については節を改めてお話いたします。
by masaaki.nagakura | 2011-04-01 08:55 | 想うこと
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