JP7707141B2 - Method for clearing steel scrap and method for recycling steel scrap - Google Patents
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Description
本発明は、原子力施設内に放射性廃棄物として保管されている鉄鋼スクラップがクリアランス制度の適用を受けるための処理方法(以下、「クリアランス処理方法」ともいう。)およびこの鉄鋼スクラップの再利用方法に関する。 The present invention relates to a processing method for steel scrap stored as radioactive waste in a nuclear facility so that it can be subject to the clearance system (hereinafter also referred to as the "clearance processing method"), and a method for reusing this steel scrap.
原子力施設の廃止措置による設備や建築物の解体に伴い、放射性廃棄物が発生する。放射性廃棄物は原子力施設内の管理区域に保管しなければならない。 Radioactive waste is generated during the decommissioning of nuclear facilities, including the dismantling of equipment and buildings. Radioactive waste must be stored in a controlled area within the nuclear facility.
今後、原子力施設の廃止措置が本格的に進行する状況となると放射性廃棄物の増大が予想される。そのため、放射性廃棄物のなかでも特に物量が大きく嵩張るとともに、硬くて体積を低減しにくい鉄鋼スクラップの保管量の低減が重要となっている。 As decommissioning of nuclear facilities progresses in earnest, it is expected that the amount of radioactive waste will increase. For this reason, it is becoming increasingly important to reduce the amount of stored steel scrap, which is particularly large and bulky among radioactive waste, and is hard and difficult to reduce in volume.
現在、資源枯渇の観点から、様々なもののリサイクルが進み、多量に消費されている金属のリサイクルも以前から行われてきていた。原子力施設で発生した鉄鋼スクラップもこのようにリサイクルを行うことができれば、原子力施設内での保管量を低減することができる。 Currently, in light of resource depletion, recycling of various items is progressing, and recycling of metals, which are consumed in large quantities, has been carried out for some time. If the steel scrap generated at nuclear facilities could also be recycled in this way, the amount of material stored at the facilities could be reduced.
ここで、原子力施設で発生した廃棄物であっても、放射能レベルがきわめて低く、人の健康に対する影響を無視できるレベルのものについては、所定の条件を満たせば放射性廃棄物として扱う必要のないクリアランス物として原子力施設から搬出し、再利用または産業廃棄物として処分できるクリアランス制度がある。なお、このクリアランス制度における放射能濃度の基準値であって、国が定めた基準値をクリアランスレベルといい、通常、Bq/gの単位で表わされる。 However, there is a clearance system in place where waste generated at a nuclear facility has an extremely low level of radioactivity, with negligible impact on human health, and if certain conditions are met, it can be removed from the facility as clearance material, which does not need to be treated as radioactive waste, and can be reused or disposed of as industrial waste. The standard value for radioactivity concentration in this clearance system, which is set by the government, is called the clearance level, and is usually expressed in units of Bq/g.
原子力事業者等がクリアランス制度の適用を受けるには、まず、放射能濃度の測定および評価方法について国による認可を受ける必要がある。そして、認可を受けた方法にしたがって制度の適用を受けようとする対象物(以下「クリアランス対象物」ともいう。)の放射能濃度の測定および評価を行い、その結果を記載した申請書等の書類を国に提出し、対象物がクリアランスレベルを超えないことについて国の確認を受けなければならない。 For nuclear operators to apply for the clearance system, they must first receive approval from the government for the methods of measuring and evaluating radioactivity concentrations. They must then measure and evaluate the radioactivity concentrations of the objects for which they wish to apply the system (hereinafter referred to as "clearance objects") in accordance with the approved methods, submit documents such as an application that lists the results to the government, and receive government confirmation that the objects do not exceed the clearance level.
このクリアランス制度における、原子力事業者による測定、評価や、国による確認のプロセスは「検認」と呼ばれている。この検認が効率的に行われ、原子力施設から鉄鋼スクラップを円滑に搬出することができれば、放射性廃棄物の保管に関する課題の解決に資する。 Under this clearance system, the process of measurement and evaluation by nuclear operators and confirmation by the government is called "inspection." If this inspection can be carried out efficiently and steel scrap can be smoothly removed from nuclear facilities, it will help resolve issues related to the storage of radioactive waste.
このようなクリアランス制度および検認に関するクリアランス処理システムが特許文献1に開示されている。具体的に、特許文献1には、原子力施設の解体撤去に伴う解体廃棄物から分別されたクリアランス対象物から汚染の高い部位を除去する除染装置と、前記除染されたクリアランス対象物を第1の測定容器に収容して表面汚染密度の測定を行い、前記クリアランス対象物の汚染の高い部位の有無を確認するクリアランス前測定装置と、前記クリアランス前測定の結果、汚染の高い部位がないことが確認されたクリアランス対象物について前記第1の収納容器より大型の第2の測定容器に収容し、前記第2の測定容器を評価単位として前記クリアランス対象物の平均放射能濃度を測定して、前記クリアランス対象物がクリアランスレベル以下であることを確認するクリアランス測定装置と、を有することを特徴とする高効率性・高信頼性を備えた放射性廃棄物の分別・クリアランス処理システムが開示されている。 Such a clearance system and a clearance processing system related to verification are disclosed in Patent Document 1. Specifically, Patent Document 1 discloses a highly efficient and reliable radioactive waste separation and clearance processing system, which is characterized by having a decontamination device that removes highly contaminated parts from clearance objects separated from dismantled waste resulting from the dismantling and removal of nuclear facilities, a pre-clearance measurement device that stores the decontaminated clearance objects in a first measurement container and measures the surface contamination density to confirm the presence or absence of highly contaminated parts in the clearance objects, and a clearance measurement device that stores the clearance objects confirmed to have no highly contaminated parts as a result of the pre-clearance measurement in a second measurement container larger than the first storage container, measures the average radioactive concentration of the clearance objects using the second measurement container as an evaluation unit, and confirms that the clearance objects are below the clearance level.
特許文献1に記載のクリアランス処理システムでは、汚染の高い部位がないことが確認されたクリアランス対象物から放出される全てのガンマ線を外部から測定する。具体的には、汚染の高い部位がないことが確認されたクリアランス対象物を収容した第2の測定容器を搬送コンベア上に載せ、搬送コンベアの上方、下方および側方に配置された放射線検出器で放射能濃度を測定する。 In the clearance processing system described in Patent Document 1, all gamma rays emitted from a clearance object that has been confirmed to have no highly contaminated areas are measured from the outside. Specifically, a second measurement container containing a clearance object that has been confirmed to have no highly contaminated areas is placed on a transport conveyor, and the radioactivity concentration is measured with radiation detectors arranged above, below, and to the sides of the transport conveyor.
特許文献1に記載の方法では、容積1.6m3という大型の測定容器に、汚染の高い部位がないことが確認されたクリアランス対象物を収容して放出される全ガンマ線を測定する。 In the method described in Patent Document 1, a clearance object that has been confirmed to have no highly contaminated areas is placed in a large measurement container with a volume of 1.6 m3 , and the total gamma rays emitted are measured.
特許文献1に記載の測定方法は、極めて低いレベルのガンマ線を測定するので、ガンマ線の測定値の不確かさや、放射線検出器と測定対象物との距離が離れていることによる測定の不確かさ、測定対象物の重量等の測定値の不確かさを伴う。放射能濃度の測定値がクリアランス制度の適用を受けられるかどうかの基準値はこれらの測定に関する不確かさを考慮して設定される。 The measurement method described in Patent Document 1 measures extremely low levels of gamma rays, and therefore involves uncertainties in the measurement of gamma rays, measurement uncertainties due to the distance between the radiation detector and the object being measured, and measurement uncertainties such as the weight of the object being measured. The standard value for whether a measurement value of radioactivity concentration is eligible for the clearance system is set taking into account these measurement uncertainties.
すなわち、測定に伴う不確かさの要因が多いほど、放射能濃度の真の値よりも、放射能濃度の測定値のほうが低い値となる可能性、あるいは逆に高い値となる可能性の双方が生じる。後者の場合、放射能濃度の真の値が基準値以下であって、合格とされるべきものであっても、真の値より高い値となった放射能濃度の測定値が基準値を超えると、不合格とされてしまう可能性が生じることになる。すなわち、放射能濃度が実際の値(真の値)より高い値として測定される場合には、実際にはクリアランスレベルを満たすクリアランス対象物であっても不合格になる場合が考えられ、クリアランス物として原子力施設外に搬出できるクリアランス対象物が少なくなる。 In other words, the more uncertain factors there are in the measurement, the greater the possibility that the measured value of radioactivity concentration will be lower than the true value, or conversely, higher than the true value. In the latter case, even if the true value of the radioactivity concentration is below the standard value and should be considered to have passed, if the measured value of the radioactivity concentration is higher than the true value and exceeds the standard value, it may be considered to have failed. In other words, if the radioactivity concentration is measured as a value higher than the actual value (true value), it is possible that even clearance objects that actually meet the clearance level will fail, and there will be fewer clearance objects that can be transported out of the nuclear facility as clearance objects.
原子力施設外に搬出できないクリアランス対象物は、放射性廃棄物として取り扱う必要がある。放射性廃棄物は、保管や輸送、処分に費用がかかり、保管に使用されるスペースを原子力施設の敷地内に確保する必要がある等の問題がある。 Any items subject to clearance that cannot be transported outside the nuclear facility must be treated as radioactive waste. Radioactive waste is costly to store, transport and dispose of, and there are problems with this, such as the need to secure space for storage within the nuclear facility site.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、原子力施設で発生した廃棄物のうち、より多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることを可能とする、鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法および鉄鋼スクラップの再利用方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a method for clearance processing of steel scrap and a method for recycling steel scrap that will enable the clearance system to be applied to a larger amount of steel scrap from among the waste generated at nuclear facilities.
本発明者らは、種々検討した結果、上記目的は、以下の発明により達成されることを見出した。 After extensive investigation, the inventors have discovered that the above object can be achieved by the following invention.
本発明の一局面に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法は、原子力施設内に放射性廃棄物として保管されている鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法であって、
前記鉄鋼スクラップを溶融する工程と、
前記鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物を溶湯とスラグとに分離する工程と、
前記溶湯の一部を分析用サンプルに鋳造する工程と、
前記溶湯の残部をインゴットに鋳造する工程と、
前記分析用サンプルの放射能濃度をゲルマニウム半導体検出器で測定する工程と、を有する方法である。
A method for clearance of steel scrap according to one aspect of the present invention is a method for clearance of steel scrap stored as radioactive waste in a nuclear facility, comprising:
melting the steel scrap;
a step of melting the steel scrap and separating the resulting molten material into molten metal and slag;
casting a portion of the molten metal into a sample for analysis;
casting the remainder of the molten metal into an ingot;
and measuring the radioactivity concentration of the analysis sample with a germanium semiconductor detector.
また、本発明の他の局面に係る鉄鋼スクラップの再利用方法は、上記の測定方法で放射能濃度を測定した鉄鋼スクラップの再利用方法であって、
前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が所定のクリアランスレベル以下である場合、前記原子力施設から前記インゴットを搬出し、
前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が前記クリアランスレベルよりも大きい場合、少なくとも前記測定値に基づいて算出した前記放射能濃度が前記クリアランスレベル以下に減衰するまで前記原子力施設で前記インゴットを保管し、その後、前記原子力施設から前記インゴットを搬出する方法である。
A method for recycling steel scrap according to another aspect of the present invention is a method for recycling steel scrap whose radioactivity concentration has been measured by the above-mentioned measuring method, comprising the steps of:
removing the ingot from the nuclear facility if the measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is equal to or lower than a predetermined clearance level;
When the measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is greater than the clearance level, the ingot is stored at the nuclear facility at least until the radioactivity concentration calculated based on the measured value decays to below the clearance level, and then the ingot is transported from the nuclear facility.
本発明によれば、原子力施設で発生した廃棄物のうち、より多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることを可能とする、鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法および鉄鋼スクラップの再利用方法を提供することができる。 The present invention provides a method for clearance processing of steel scrap and a method for recycling steel scrap that enable the clearance system to be applied to a larger amount of steel scrap from among waste generated at nuclear facilities.
以下、本発明の一実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法および鉄鋼スクラップの再利用方法について説明する。 The following describes a method for clearance processing of steel scrap and a method for recycling steel scrap according to one embodiment of the present invention.
本実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法は、原子力施設内に放射性廃棄物として保管されている鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法であって、鉄鋼スクラップを溶融する工程と、鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物を溶湯とスラグとに分離する工程と、溶湯の一部を分析用サンプルに鋳造する工程と、溶湯の残部をインゴットに鋳造する工程と、分析用サンプルの放射能濃度をゲルマニウム半導体検出器で測定する工程と、を有する。 The steel scrap clearance processing method according to this embodiment is a steel scrap clearance processing method stored as radioactive waste in a nuclear facility, and includes the steps of melting the steel scrap, separating the molten material obtained by melting the steel scrap into molten metal and slag, casting a portion of the molten metal into an analysis sample, casting the remaining portion of the molten metal into an ingot, and measuring the radioactivity concentration of the analysis sample with a germanium semiconductor detector.
この測定方法によれば、鉄鋼スクラップの放射能濃度を高い精度で測定することができるため、放射能濃度の測定値がクリアランス制度の適用を受けられるかどうかの基準値を、上述の特許文献1に記載されていた従来の測定方法について設定されていた値よりも、より国が定めたクリアランスレベルに近い値に設定することができる。そのため、より多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることが可能となる。 This measurement method allows the radioactivity concentration of steel scrap to be measured with high accuracy, so the standard value for whether the measured value of radioactivity concentration is eligible for the clearance system can be set to a value closer to the clearance level set by the government than the value set for the conventional measurement method described in the above-mentioned Patent Document 1. This makes it possible for the clearance system to be applied to a larger amount of steel scrap.
また、特許文献1に記載されていた従来の測定方法では、測定対象物を収容した大型の測定容器を搬送するコンベアの上方、下方および側方に放射線検出器を配置する必要があり、広い敷地に設置された大規模な測定装置を使用する必要があった。しかし、本実施形態に係る測定方法では、測定対象物が小型の分析用サンプルであり、ゲルマニウム半導体検出器も小型であるため、広い敷地を要せず、小規模な施設でも測定を行うことができる。 In addition, in the conventional measurement method described in Patent Document 1, radiation detectors must be placed above, below, and to the side of a conveyor that transports a large measurement container containing the object to be measured, and a large-scale measurement device must be installed on a large site. However, in the measurement method according to the present embodiment, the object to be measured is a small analysis sample, and the germanium semiconductor detector is also small, so a large site is not required and measurements can be performed even in small facilities.
〈鉄鋼スクラップ〉
本実施形態に係る原子力施設は、例えば、ウラン、トリウム等の核燃料物質の製錬施設および加工施設、試験研究用または発電用の原子炉施設、使用済燃料再処理施設等である。本実施形態に係る鉄鋼スクラップは、原子力施設内において、原子力設備の廃止措置や改修によって生じた鉄を含むスクラップであり、原子力設備の廃止措置や改修の後、原子力施設の敷地内に保管されているものである。鉄鋼スクラップの鋼種は、炭素鋼でも特殊鋼でもよい。
<Scrap Steel>
The nuclear facility according to the present embodiment is, for example, a refining facility and processing facility for nuclear fuel materials such as uranium and thorium, a nuclear reactor facility for testing and research or power generation, a spent fuel reprocessing facility, etc. The steel scrap according to the present embodiment is scrap containing iron generated by decommissioning or refurbishment of nuclear equipment within the nuclear facility, and is stored within the site of the nuclear facility after the decommissioning or refurbishment of the nuclear equipment. The steel type of the steel scrap may be either carbon steel or special steel.
本実施形態では、炭素鋼とは、炭素(C)の含有量が2.0質量%以下の鉄合金であって、合金元素の含有量が少なく、特殊鋼に該当しないものをいう。また、特殊鋼とは、炭素以外の1種類以上の合金元素を所定量以上含有し、残部が鉄(Fe)および不可避的不純物である鉄合金をいう。合金元素は、例えば、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、ホウ素(B)、ニオブ(Nb)等が使用可能である。 In this embodiment, carbon steel refers to an iron alloy with a carbon (C) content of 2.0 mass% or less, a small content of alloying elements, and does not fall under the category of special steel. Special steel refers to an iron alloy that contains a specified amount or more of one or more alloying elements other than carbon, with the balance being iron (Fe) and unavoidable impurities. Examples of alloying elements that can be used include nickel (Ni), chromium (Cr), silicon (Si), manganese (Mn), molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), cobalt (Co), titanium (Ti), boron (B), and niobium (Nb).
〈鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法〉
本実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、まず、鉄鋼スクラップを溶融する。化学成分の異なる鉄鋼を混合して溶融すると、再利用時の成分調整が煩雑となるため、鉄鋼スクラップを溶融する前に、鋼種毎に分別しておくことが好ましい。
<Clearance processing method for steel scrap>
In the clearance processing method for steel scrap according to the present embodiment, first, the steel scrap is melted. If steels with different chemical compositions are mixed and melted, it becomes complicated to adjust the compositions when recycling, so it is preferable to separate the steel scrap by steel type before melting it.
鉄鋼スクラップを溶融するための溶融装置は、一般的な電気炉を使用することができ、誘導溶融炉等も使用することができる。ただし、鉄鋼スクラップの溶融物を積極的に攪拌して、溶湯(溶鋼)の化学組成をより偏りの少ない、より均一に近いものとすることができ、後述するサンプルの代表性をより確実にできるため、一般的な電気炉に比べて攪拌力が強い誘導溶融炉を使用することが好ましい。溶融装置の大きさや容量は、溶融させる鉄鋼スクラップの量に応じて定めることができる。 A typical electric furnace can be used as a melting device for melting the steel scrap, and an induction melting furnace can also be used. However, it is preferable to use an induction melting furnace, which has a stronger stirring power than a typical electric furnace, because it actively stirs the molten steel scrap, making the chemical composition of the molten metal (molten steel) less biased and closer to uniform, and therefore ensuring the representativeness of the samples described below. The size and capacity of the melting device can be determined according to the amount of steel scrap to be melted.
溶融装置は、鉄鋼スクラップが発生した原子力施設に設けたものを使用してもよく、また鉄鋼スクラップが発生した原子力施設が溶融装置を有しない場合には他の原子力施設に設けたものを使用してもよい。ただし、輸送の手間の簡略化や、輸送時における作業員の負荷等の人的負荷の低減のため、鉄鋼スクラップが発生した原子力施設に設けた溶融装置を使用することが好ましい。 The melting equipment may be installed at the nuclear facility where the scrap steel is generated, or if the nuclear facility where the scrap steel is generated does not have a melting equipment, one installed at another nuclear facility may be used. However, to simplify the transportation process and reduce the human burden on workers during transportation, it is preferable to use the melting equipment installed at the nuclear facility where the scrap steel is generated.
鉄鋼スクラップを溶融する際には、溶融装置に鉄鋼スクラップのみを投入してもよく、鉄鋼スクラップとともにスラグ生成物を投入してもよい。スラグ生成物は、酸化カルシウム等からなり、溶湯の熱で溶けて液状になり溶湯の上面をカバーし、溶湯の酸化による金属のロスを抑制する役割がある。鉄鋼スクラップは、全量を一度に溶融装置に投入してもよく、全量をいくつかに分割して順次溶融させつつ溶融装置に投入してもよい。また、スラグ生成物は、鉄鋼スクラップが完全に溶融してから投入してもよく、鉄鋼スクラップと同時に投入してもよい。なお、スラグ生成物を投入しない場合でも、鉄鋼スクラップに含まれる不純物や混入物から少量のスラグが発生する。 When melting the steel scrap, only the steel scrap may be fed into the melting device, or the slag product may be fed together with the steel scrap. The slag product is made of calcium oxide and the like, and melts with the heat of the molten metal to become liquid, covering the top surface of the molten metal and suppressing metal loss due to oxidation of the molten metal. The steel scrap may be fed into the melting device all at once, or the entire amount may be divided into several portions and fed into the melting device while being melted sequentially. The slag product may be fed after the steel scrap is completely melted, or may be fed simultaneously with the steel scrap. Even if the slag product is not fed, a small amount of slag will be generated from impurities and contaminants contained in the steel scrap.
スラグ生成物には、例えば、石灰、ホタル石等を使用することができる。スラグ生成物の投入量(質量)は、鉄鋼スクラップの全量(質量)に対して、2~4%が好ましい。 For example, lime, fluorite, etc. can be used as the slag product. The amount (mass) of the slag product added is preferably 2 to 4% of the total amount (mass) of the steel scrap.
次に、鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物を、溶湯とスラグとに分離する。この分離作業はどのような方法で行ってもよく、例えば溶融装置の側面に設けた排出孔から溶湯だけを排出し、溶融装置にスラグを残すことにより行うことができる。また、溶融装置の上方から掻き出し具でスラグを掬って取り除くこともできる。 Next, the molten material obtained by melting the steel scrap is separated into molten metal and slag. This separation can be done in any way, for example by discharging only the molten metal from a discharge hole provided on the side of the melting device, leaving the slag in the melting device. The slag can also be removed by scooping it up with a scraping tool from above the melting device.
スラグと分離された溶湯から一部を採取し、鋳型に注入して所定の形状の分析用サンプルを鋳造する。分析用サンプルの大きさおよび形状は、ゲルマニウム半導体検出器に収納可能な大きさであればよい。さらに、円筒状の鉛遮蔽体の内部に、下方向から円筒状の検出器が挿入されている一般的なゲルマニウム半導体検出器であれば、当該円筒状の鉛遮蔽体の内部に円筒状や円板状のサンプルを収納可能であるが、検出器の直径より小さいサンプルが測定しやすく、サンプルの厚さはその直径に比べて薄い方が放出される放射線がサンプル自体で遮蔽されにくく、測定しやすい。したがって、分析用サンプルの形状を直径30~60mm、厚さ10~40mmの円板状とすることが適当である。分析用サンプルは、1個鋳造してもよく、2個以上鋳造してもよい。 A portion of the molten metal separated from the slag is taken and poured into a mold to cast a sample for analysis of a given shape. The size and shape of the sample for analysis may be any size that can be stored in a germanium semiconductor detector. Furthermore, in the case of a typical germanium semiconductor detector in which a cylindrical detector is inserted from below into a cylindrical lead shield, a cylindrical or disk-shaped sample can be stored inside the cylindrical lead shield, but samples smaller than the diameter of the detector are easier to measure, and a thinner sample compared to its diameter is less likely to block the emitted radiation by the sample itself, making it easier to measure. Therefore, it is appropriate to make the shape of the sample for analysis a disk with a diameter of 30 to 60 mm and a thickness of 10 to 40 mm. One or more analytical samples may be cast.
分析用サンプルのために一部を採取した溶湯の残部はインゴットに鋳造する。インゴットの大きさ、形状は特に限定されず、保管、運搬しやすい大きさ、形状とすればよい。溶湯の残部から1個のインゴットを鋳造してもよく、複数個のインゴットを鋳造してもよい。 The remainder of the molten metal, from which a portion has been taken for an analytical sample, is cast into an ingot. There are no particular limitations on the size or shape of the ingot, and it should be of a size and shape that is easy to store and transport. A single ingot may be cast from the remaining molten metal, or multiple ingots may be cast.
鋳造した分析用サンプルは、ゲルマニウム半導体検出器によって当該分析用サンプルに含まれる放射性核種の含有量、ひいては放射能濃度の測定に供される。 The cast analytical sample is subjected to measurement of the content of radioactive nuclides contained in the analytical sample, and thus the radioactivity concentration, using a germanium semiconductor detector.
ゲルマニウム半導体検出器はガンマ線検出器であるが、他の検出器に比べてエネルギー分解能が高くガンマ線のスペクトル分析を正確に行えるため、試料に含まれる放射性核種の同定や放射能の評価に用いられる。ただし、遮蔽体でバックグラウンドを低減した内部空間内に対象物を収納する必要があり、試料が小型でなくてはならない。そのため、特許文献1に記載の発明のような廃棄物そのもの(大型の対象物)には使用できない。しかし、本実施形態のように鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物から採取した小型の分析用サンプルはゲルマニウム半導体検出器において試料として使用可能である。 Germanium semiconductor detectors are gamma ray detectors, but because they have higher energy resolution than other detectors and can perform accurate gamma ray spectral analysis, they are used to identify radioactive nuclides contained in samples and evaluate radioactivity. However, the target object must be stored in an internal space that uses a shield to reduce background noise, and the sample must be small. For this reason, they cannot be used for waste itself (large targets) as in the invention described in Patent Document 1. However, small analytical samples taken from the molten material obtained by melting steel scrap, as in this embodiment, can be used as samples in germanium semiconductor detectors.
ゲルマニウム半導体検出器は小型の検出器であり、分析用サンプルも小型であるため、小規模な施設でも測定を行うことができる。また、ゲルマニウム半導体検出器は、上述の分析用サンプルに含まれる放射性核種の含有量、ひいては放射能濃度を精度良く測定することができ、かつ放射能濃度を測定する際に分析用サンプルから放出されるガンマ線の量をエネルギー毎に測定することができる。放射性物質、すなわち放射性核種は、ガンマ線を放出して崩壊し、放射線量が次第に減衰する。ガンマ線のエネルギーは放射性核種毎に異なるため、ゲルマニウム半導体検出器によれば、分析用サンプルに含まれる放射性核種を同定し、それぞれの放射性核種の含有量を検出することができる。分析用サンプルに含まれる各放射性核種の含有量を分析用サンプルの質量で除した値が、分析用サンプル中の核種毎の放射能濃度である。 The germanium semiconductor detector is a small detector, and the analytical sample is also small, so that measurements can be made even in small-scale facilities. The germanium semiconductor detector can also accurately measure the content of radioactive nuclides contained in the above-mentioned analytical sample, and thus the radioactivity concentration, and can measure the amount of gamma rays emitted from the analytical sample for each energy when measuring the radioactivity concentration. Radioactive substances, i.e., radioactive nuclides, decay by emitting gamma rays, and the amount of radiation gradually decreases. Since the energy of gamma rays differs for each radioactive nuclide, the germanium semiconductor detector can identify the radioactive nuclides contained in the analytical sample and detect the content of each radioactive nuclide. The value obtained by dividing the content of each radioactive nuclide contained in the analytical sample by the mass of the analytical sample is the radioactivity concentration for each nuclide in the analytical sample.
ここで、鉄鋼スクラップの放射性汚染源である放射性核種について説明する。原子力発電所では原子炉系内に冷却水を循環させて発電している。原子炉鋼製材料は、ステンレス鋼等の耐食性の高い鉄鋼製品が選ばれるが、高温環境において極くわずかに腐食する。腐食により生成した腐食生成物が系内を循環し炉心部に付着すると中性子の照射を受けて放射化され、剥離して再び系内を循環して配管等の部品に付着する。このように、原子力発電所では腐食生成物が鉄鋼スクラップの主な放射性汚染源となっている。原子炉構成材料の主成分は鉄等の遷移元素であり、主な放射性汚染源はこれらの遷移元素の放射性同位体である。具体的な放射性同位体すなわち放射性核種としては、例えばコバルト-60やマンガン-54が挙げられる。 Here, we will explain radionuclides, which are the source of radioactive contamination of steel scrap. In nuclear power plants, power is generated by circulating cooling water within the reactor system. Steel products with high corrosion resistance, such as stainless steel, are selected for the reactor steel materials, but they corrode very slightly in high-temperature environments. When corrosion products circulate within the system and adhere to the core, they are irradiated with neutrons and activated, peel off, circulate within the system again, and adhere to parts such as piping. Thus, corrosion products are the main source of radioactive contamination of steel scrap in nuclear power plants. The main components of reactor constituent materials are transition elements such as iron, and the main source of radioactive contamination are radioactive isotopes of these transition elements. Specific radioactive isotopes, or radioactive nuclides, include cobalt-60 and manganese-54, for example.
一般に、鉄鋼スクラップ等の金属や合金を溶融させると、溶湯とスラグとが生成し、当該溶湯とスラグのいずれにも金属や合金の成分元素が移行する。溶湯とスラグへの移行のしやすさは成分元素によって異なるが、本発明者らが検討したところ、鉄鋼スクラップを溶融させた場合には、溶湯の主成分である鉄と酸化還元電位が近い元素、すなわち溶融時に大気と酸化反応しにくい遷移元素が溶湯中に移行し、残留する。 Generally, when metals or alloys such as scrap iron and steel are melted, molten metal and slag are produced, and the constituent elements of the metal or alloy migrate to both the molten metal and the slag. The ease of migration between the molten metal and the slag varies depending on the constituent elements, but the inventors have found that when scrap iron and steel is melted, elements with redox potentials close to that of iron, the main component of the molten metal, i.e., transition elements that are less likely to undergo oxidation reactions with the atmosphere when melted, migrate into the molten metal and remain there.
一方、溶融時に大気と酸化反応しにくい遷移元素以外の元素、例えば典型元素であるセシウムやストロンチウムは大気に酸化されて酸化物としてスラグに回収されるか、ダストとして換気系統に回収される。このため、放射性汚染源であるコバルト-60やマンガン-54等の遷移元素の放射性同位体は、主に溶湯側に移行し、スラグへの移行量は小さい。 On the other hand, elements other than transition elements that do not easily undergo oxidation reactions with the atmosphere during melting, such as the typical elements cesium and strontium, are oxidized by the atmosphere and are either collected as oxides in the slag or collected as dust in the ventilation system. For this reason, radioactive isotopes of transition elements such as cobalt-60 and manganese-54, which are sources of radioactive contamination, mainly migrate to the molten metal, with only a small amount migrating to the slag.
また、これらの核種は、各々1.173Mev/1.323Mev(コバルト-60)、0.835Mev(マンガン-54)といった特徴的なガンマ線を放出するため、ガンマ線のスペクトルを分析することによって、各核種別に放射能濃度(Bq/g)を評価できる。したがって、鉄鋼スクラップを溶融すれば、主要な放射性汚染源であるコバルト-60やマンガン-54等を溶湯に移行させて、ガンマ線スペクトル分析によって放射性核種の含有量を評価できる。 In addition, these nuclides emit characteristic gamma rays of 1.173 Mev/1.323 Mev (cobalt-60) and 0.835 Mev (manganese-54), respectively, so the radioactivity concentration (Bq/g) of each nuclide can be evaluated by analyzing the gamma ray spectrum. Therefore, by melting steel scrap, the main sources of radioactive contamination, such as cobalt-60 and manganese-54, can be transferred to the molten metal, and the content of radioactive nuclides can be evaluated by gamma ray spectrum analysis.
また、溶湯の化学組成は溶融中の自然対流によって偏りがない均一組成となるため、分析用サンプルの化学組成は、鉄鋼スクラップの溶湯およびその溶湯から鋳造したインゴット各々の平均化学組成とみなすことができる。すなわち、分析用サンプルの化学組成は、溶湯から鋳造したインゴットの化学組成について代表性があると言える。そのため、分析用サンプルの放射性核種の含有量(Bq)を測定し、この測定結果と分析用サンプルの質量から算出した放射能濃度(Bq/g)を評価することにより、溶湯を鋳造して製造されたインゴット中の放射性核種の含有量(Bq)および平均の放射能濃度(Bq/g)を評価することができる。 In addition, because the chemical composition of the molten metal becomes uniform and unbiased due to natural convection during melting, the chemical composition of the analysis sample can be considered to be the average chemical composition of the molten metal of the steel scrap and the ingot cast from that molten metal. In other words, it can be said that the chemical composition of the analysis sample is representative of the chemical composition of the ingot cast from the molten metal. Therefore, by measuring the content (Bq) of radionuclides in the analysis sample and evaluating the radioactivity concentration (Bq/g) calculated from this measurement result and the mass of the analysis sample, it is possible to evaluate the content (Bq) of radionuclides and the average radioactivity concentration (Bq/g) in the ingot produced by casting the molten metal.
なお、原子力発電所以外の原子力施設の場合は、主要な汚染源が遷移元素の放射性同位体でないことがある。しかし、このような場合でも、鉄鋼スクラップを溶融することにより遷移元素の放射性同位体を溶湯側に取り込み、他の放射性核種をスラグ側に排出できるため、鉄鋼スクラップ中の遷移元素の同位体を測定するプロセスの有効性は原子力発電所の場合と同様である。 In the case of nuclear facilities other than nuclear power plants, the main source of contamination may not be radioactive isotopes of transition elements. However, even in such cases, by melting the steel scrap, radioactive isotopes of transition elements can be incorporated into the molten metal and other radioactive nuclides can be discharged into the slag, so the effectiveness of the process of measuring isotopes of transition elements in steel scrap is the same as in the case of nuclear power plants.
したがって、本実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法によって測定した分析用サンプル中の各放射性核種の放射能濃度は、インゴット中の各放射性核種の放射能濃度と同等である。そのため、各放射性核種の放射能濃度の測定値と、各放射性核種の半減期から、インゴットに含まれる各放射性核種の放射能濃度の今後の変化を算出し、インゴット中の各放射性核種の放射能濃度の推移を予測することができる。遷移元素の放射性核種の半減期は、例えば上述のコバルト-60の半減期は5.27年、マンガン-54の半減期は312日である。これに対して、スラグに移行しやすい典型元素の放射性核種であるセシウム137の半減期は30.1年、ストロンチウム90の半減期は28.79年である。このように、遷移元素の放射性核種の半減期は比較的短いため、後述の鉄鋼スクラップの再利用方法において、クリアランスレベルを満たしていない場合に、放射能の減衰後に鉄鋼スクラップを再利用することを期待して保管を継続することは有効である。 Therefore, the radioactivity concentration of each radionuclide in the analysis sample measured by the steel scrap clearance processing method according to this embodiment is equivalent to the radioactivity concentration of each radionuclide in the ingot. Therefore, the future change in the radioactivity concentration of each radionuclide contained in the ingot can be calculated from the measured value of the radioactivity concentration of each radionuclide and the half-life of each radionuclide, and the transition of the radioactivity concentration of each radionuclide in the ingot can be predicted. The half-life of transition element radionuclides is, for example, 5.27 years for the above-mentioned cobalt-60 and 312 days for manganese-54. In contrast, the half-life of cesium-137, a typical element radionuclide that easily migrates to slag, is 30.1 years, and the half-life of strontium-90 is 28.79 years. Thus, because the half-lives of transition element radionuclides are relatively short, in the recycling method for steel scrap described below, if the clearance level is not met, it is effective to continue storing the steel scrap in the hope of recycling it after its radioactivity has decayed.
本実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、分析用サンプルの放射能濃度を測定する工程の前に、溶湯に混入したスラグを分析用サンプルの表面から除去する工程を有することが好ましい。溶融装置において溶湯にスラグが巻き込まれて混入することがある。この場合には分析用サンプルが凝固する過程で、溶湯に比べて比重の小さいこのスラグの一部が分析用サンプルの表面に析出するおそれがある。上述の通り、スラグには溶湯と異なる放射性核種が移行しており、サンプルにスラグが混じると核種の構成が溶湯と異なる構成となるので測定の代表性を阻害する。このため、分析用サンプルの表面を削り落として、分析用サンプルの表面からスラグを除去することにより、分析用サンプルの放射性核種の放射能濃度を、インゴットの放射性核種の放射能濃度により近い値とすることができる。分析用サンプルの表面からスラグを除去する方法としては、例えば分析用サンプルの表面をグラインダー等によって削り落とす方法がある。 In the steel scrap clearance processing method according to the present embodiment, it is preferable to have a step of removing slag mixed in the molten metal from the surface of the analysis sample before the step of measuring the radioactivity concentration of the analysis sample. Slag may be caught and mixed in the molten metal in the melting device. In this case, during the solidification process of the analysis sample, a part of this slag, which has a smaller specific gravity than the molten metal, may precipitate on the surface of the analysis sample. As described above, radioactive nuclides different from those in the molten metal are transferred to the slag, and if the slag is mixed into the sample, the composition of the nuclides will be different from that of the molten metal, which will hinder the representativeness of the measurement. For this reason, by scraping off the surface of the analysis sample and removing the slag from the surface of the analysis sample, the radioactivity concentration of the radioactive nuclides in the analysis sample can be made closer to the radioactivity concentration of the radioactive nuclides in the ingot. As a method for removing slag from the surface of the analysis sample, for example, a method of scraping off the surface of the analysis sample with a grinder or the like is available.
本実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、測定後の分析用サンプルは、原子力施設で保管することが好ましい。分析用サンプルを原子力施設で保管し、品質記録とすることにより、原子力施設から搬出したインゴットを再利用した後であっても、当該インゴットがクリアランス制度の適用を受けることができるものであることを検証することが可能できる。これにより、インゴットの正当性が明確となり、需要家の信頼を得ることができる。 In the steel scrap clearance processing method according to this embodiment, it is preferable to store the analytical samples after measurement at the nuclear facility. By storing the analytical samples at the nuclear facility and recording their quality, it is possible to verify that the ingots removed from the nuclear facility are eligible for the clearance system even after they have been reused. This makes the legitimacy of the ingots clear, and can gain the trust of consumers.
〈鉄鋼スクラップの再利用方法〉
本実施形態に係る鉄鋼スクラップの再利用方法は、上述の鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法で放射能濃度を測定した鉄鋼スクラップの再利用方法であって、分析用サンプルの放射能濃度の測定値が所定のクリアランスレベル以下である場合、原子力施設から前記インゴットを搬出し、分析用サンプルの放射能濃度の測定値がクリアランスレベルよりも大きい場合、少なくとも測定値に基づいて算出した放射能濃度がクリアランスレベル以下に減衰するまで原子力施設で前記インゴットを保管し、その後、原子力施設から前記インゴットを搬出する方法である。
<How to reuse scrap steel>
The method for recycling steel scrap according to this embodiment is a method for recycling steel scrap whose radioactivity concentration has been measured by the above-mentioned clearance treatment method for steel scrap, and if the measured value of the radioactivity concentration of an analytical sample is below a predetermined clearance level, the ingot is transported from a nuclear facility, and if the measured value of the radioactivity concentration of the analytical sample is greater than the clearance level, the ingot is stored at the nuclear facility at least until the radioactivity concentration calculated based on the measured value decays to below the clearance level, and then the ingot is transported from the nuclear facility.
分析用サンプルの放射能濃度の測定値がクリアランスレベル以下である場合、当該分析用サンプルを採取した鉄鋼スクラップから鋳造したインゴットは、所定の条件を満たせばクリアランス制度の適用を受けることができる。これにより、このインゴットは、放射性廃棄物として扱う必要のないクリアランス物として原子力施設から搬出し、再利用または処分することができる。本実施形態で「クリアランスレベル」とは、上述のコバルト-60で0.1Bq/gである。 If the measured value of the radioactivity concentration of the analytical sample is below the clearance level, the ingot cast from the steel scrap from which the analytical sample was taken can be subject to the clearance system if it meets certain conditions. This means that the ingot can be removed from the nuclear facility as a clearance item that does not need to be treated as radioactive waste, and can be reused or disposed of. In this embodiment, the "clearance level" is 0.1 Bq/g for the above-mentioned cobalt-60.
一方、分析用サンプルの放射能濃度の測定値がクリアランスレベルよりも大きい場合、具体的には各放射性物質の放射能濃度の測定値(D)の国の定める基準値(C)に対する比の値(D/C)の合計が1より大きい場合、当該分析用サンプルを採取した鉄鋼スクラップから鋳造したインゴットは、クリアランス制度の適用を受けることができない。 On the other hand, if the measured radioactivity concentration of the analytical sample is greater than the clearance level, specifically if the sum of the ratios (D/C) of the measured radioactivity concentration of each radioactive substance (D) to the national standard value (C) is greater than 1, the ingots cast from the steel scrap from which the analytical sample was taken will not be subject to the clearance system.
ここで、分析用サンプルについては、放射性核種毎に放射能濃度が測定されているため、上述のように各放射性核種の放射能濃度の減衰の推移を予測することができ、インゴットの放射性核種の放射能濃度がクリアランスレベルに減衰するまでの期間を算出することができる。 Here, the radioactivity concentration of the analytical samples is measured for each radionuclide, so it is possible to predict the decay progress of the radioactivity concentration of each radionuclide as described above, and calculate the period until the radioactivity concentration of the radionuclide in the ingot decays to the clearance level.
本実施形態に係る鉄鋼スクラップの再利用方法では、インゴットの放射能濃度がクリアランスレベルに減衰するまでの期間を明らかにすることができるため、少なくともこの期間が経過するまでインゴットを原子力施設で保管すれば、その後インゴットをクリアランス物として原子力施設から搬出し、再利用または処分することができる。インゴットを保管し、放射能濃度をクリアランスレベルまで減衰させることができれば、クリアランス制度の適用を受けることができずに放射性廃棄物として処分する場合に比べ、費用を低減できる。また、インゴットとともに分析用サンプルも原子力施設で保管すれば、上記期間が経過した後で再度ゲルマニウム半導体検出器を用いて分析用サンプルの放射能濃度を測定することができ、原子力施設から搬出されるインゴットの放射能濃度がクリアランスレベルを満足することを確認することができる。 In the method for recycling steel scrap according to this embodiment, the period until the radioactivity concentration of the ingot decays to the clearance level can be clarified. If the ingot is stored at the nuclear facility until at least this period has passed, the ingot can then be transported from the nuclear facility as a clearance item and reused or disposed of. If the ingot is stored and the radioactivity concentration can be allowed to decay to the clearance level, costs can be reduced compared to disposing of it as radioactive waste without being subject to the clearance system. In addition, if an analytical sample is stored at the nuclear facility along with the ingot, the radioactivity concentration of the analytical sample can be measured again using a germanium semiconductor detector after the above period has passed, and it can be confirmed that the radioactivity concentration of the ingot transported from the nuclear facility satisfies the clearance level.
〈開示した技術のまとめ〉
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下にまとめる。
Summary of the disclosed technology
As described above, this specification discloses various aspects of the technology, the main technologies of which are summarized below.
上述したように、本発明の一局面に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法は、原子力施設内に放射性廃棄物として保管されている鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法であって、前記鉄鋼スクラップを溶融する工程と、前記鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物を溶湯とスラグとに分離する工程と、前記溶湯の一部を分析用サンプルに鋳造する工程と、前記溶湯の残部をインゴットに鋳造する工程と、
前記分析用サンプルの放射能濃度をゲルマニウム半導体検出器で測定する工程と、を有する方法である。
As described above, a clearance treatment method for iron and steel scrap according to one aspect of the present invention is a clearance treatment method for iron and steel scrap stored as radioactive waste in a nuclear facility, the method including the steps of: melting the iron and steel scrap; separating a molten material obtained by melting the iron and steel scrap into a molten metal and a slag; casting a part of the molten metal into a sample for analysis; and casting the remaining part of the molten metal into an ingot.
and measuring the radioactivity concentration of the analysis sample with a germanium semiconductor detector.
この方法によれば、鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶湯に主な汚染源である遷移元素を移行させることができ、溶湯から採取した分析用サンプルは鉄鋼スクラップの放射能濃度について代表性がある。そのため、分析用サンプルについて、含まれる放射性核種の含有量をゲルマニウム半導体検出器で測定することにより、鉄鋼スクラップの放射能濃度を精度よく測定することができる。 This method allows the transition elements, which are the main source of contamination, to be transferred to the molten metal obtained by melting the scrap steel, and the analytical sample taken from the molten metal is representative of the radioactivity concentration of the scrap steel. Therefore, by measuring the content of radioactive nuclides contained in the analytical sample with a germanium semiconductor detector, the radioactivity concentration of the scrap steel can be measured with high accuracy.
そのため、放射能濃度の測定値がクリアランス制度の適用を受けられるかどうかの基準値を、従来の測定方法に比べて国が定めたクリアランスレベルに近い値に設定することができ、より多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることが可能となる。 As a result, the standard value for whether or not a radioactive concentration measurement is eligible for the clearance system can be set closer to the clearance level set by the government than with conventional measurement methods, making it possible for more steel scrap to be subject to the clearance system.
また、本実施形態に係る測定方法では、測定対象物が小型の分析用サンプルであり、ゲルマニウム半導体検出器も小型であるため、大規模な施設を要せず、小規模な研究室内でも測定を行うことができる。 In addition, in the measurement method according to this embodiment, the object to be measured is a small analytical sample, and the germanium semiconductor detector is also small, so large-scale facilities are not required and measurements can be performed in a small laboratory.
上記構成の鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、前記分析用サンプルの放射能濃度を測定する工程の前に、前記溶湯に混入した前記スラグを前記分析用サンプルの表面から除去する工程を有していてもよい。 The above-described steel scrap clearance processing method may include a step of removing the slag mixed in the molten metal from the surface of the analysis sample prior to the step of measuring the radioactivity concentration of the analysis sample.
この構成によれば、分析用サンプルを使用した測定結果から算出した鉄鋼スクラップ全体の放射能濃度を実際の鉄鋼スクラップ全体の放射能濃度により近い値とすることができる。そのため、さらに多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることが可能となる。 With this configuration, the radioactivity concentration of the entire steel scrap calculated from the measurement results using the analytical sample can be made closer to the actual radioactivity concentration of the entire steel scrap. This makes it possible to apply the clearance system to even more steel scrap.
上記構成の鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、前記鉄鋼スクラップを鋼種毎に分別し、分別された鋼種毎に鉄鋼スクラップを溶融してもよい。 In the above-described method for clearance processing of scrap iron and steel, the scrap iron and steel may be separated by steel type, and the scrap iron and steel may be melted for each separated steel type.
鋼種毎に分別しない場合、溶融後に特定の用途にしか使用できない化学組成となるおそれがある。しかし、鋼種毎に分別しておくことによりこのような用途の限定が生じる可能性を低減することができる。 If the steel is not separated by type, there is a risk that the resulting chemical composition after melting will only allow it to be used for specific purposes. However, separating the steel by type reduces the possibility of such limitations on use.
上記構成の鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法では、前記分析用サンプルを前記原子力施設で保管してもよい。 In the above-described steel scrap clearance processing method, the analysis samples may be stored at the nuclear facility.
この構成によれば、原子力施設から搬出したインゴットを再利用した後であっても、当該インゴットがクリアランス制度の適用を受けることができるものであることを検証することが可能となり、需要家の信頼を得ることができる。 With this configuration, even after the ingots removed from a nuclear facility are reused, it is possible to verify that the ingots are eligible for the clearance system, thereby gaining the trust of consumers.
本発明の他の局面に係る鉄鋼スクラップの再利用方法は、上記の測定方法で放射能濃度を測定した鉄鋼スクラップの再利用方法であって、前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が所定のクリアランスレベル以下である場合、前記原子力施設から前記インゴットを搬出し、前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が前記クリアランスレベルよりも大きい場合、少なくとも前記測定値に基づいて算出した前記放射能濃度が前記クリアランスレベル以下に減衰するまで前記原子力施設で前記インゴットを保管し、その後、前記原子力施設から前記インゴットを搬出する方法である。 A method for recycling steel scrap according to another aspect of the present invention is a method for recycling steel scrap whose radioactivity concentration has been measured by the above-mentioned measurement method, in which if the measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is equal to or lower than a predetermined clearance level, the ingot is transported from the nuclear facility, and if the measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is greater than the clearance level, the ingot is stored at the nuclear facility at least until the radioactivity concentration calculated based on the measured value decays to or below the clearance level, and then the ingot is transported from the nuclear facility.
この方法によれば、より多くの鉄鋼スクラップについてクリアランス制度の適用を受けることが可能となる。また、鉄鋼スクラップがインゴットとして鋳造され、容積が小さくなっているため、保管期間において、狭い敷地でもより多くの鉄鋼スクラップを保管することができる。さらに、分析用サンプルの放射能濃度の測定値と、各放射性核種の半減期から、インゴットの放射能濃度がクリアランスレベルに減衰するまでの期間を算出することができる。この方法によれば、当該期間が経過し、クリアランス制度の適用を受けることが可能となったインゴットは原子力施設から搬出できるため、インゴットを効率よく管理することができる。 This method allows more steel scrap to be subject to the clearance system. In addition, because steel scrap is cast as ingots and has a small volume, more steel scrap can be stored in a small area during the storage period. Furthermore, the period until the radioactivity concentration of the ingot decays to the clearance level can be calculated from the measured value of the radioactivity concentration of the analytical sample and the half-life of each radioactive nuclide. According to this method, ingots that have passed this period and are eligible for the clearance system can be removed from the nuclear facility, allowing for efficient management of the ingots.
上述の実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法は、分析用サンプルを使用しており、いわゆるサンプリング法を適用している。この分析用サンプルの化学組成に偏りがなく鉄鋼スクラップ全体の平均化学組成とみなせるかどうかを確認すること、すなわち分析用サンプルの代表性を確認することを目的として以下の模擬試験を行った。 The steel scrap clearance processing method according to the above-mentioned embodiment uses an analytical sample, and applies the so-called sampling method. The following simulation test was conducted to confirm whether the chemical composition of this analytical sample is unbiased and can be considered to be the average chemical composition of the entire steel scrap, i.e., to confirm the representativeness of the analytical sample.
〈試料〉
鉄鋼スクラップの模擬材料として表1に示す組成の鋼材を使用した。この鋼材は、原子力施設で広く使用されている一般構造用圧延鋼であるJIS G 3101:2020で規定されるSS400に相当する。
<sample>
As a simulated material for steel scrap, a steel material having the composition shown in Table 1 was used. This steel material corresponds to SS400 specified in JIS G 3101:2020, which is a general structural rolled steel widely used in nuclear facilities.
また、鉄鋼スクラップを溶融させたときの鉄鋼スクラップに含まれる放射性核種の挙動を模擬するため、放射性核種に代えて化学トレーサを用いた。化学トレーサには天然コバルトの金属試薬を用いた。天然コバルトは放射性を有しないが、原子力施設で最も濃度が高い(最も発生量が多い)コバルト-60と化学的特性が同じであり、鉄鋼スクラップを溶融させたときに溶融物中でコバルト-60と同様の挙動を呈すると考えられる。なお、実際の放射性核種の含有量は極めて少なく化学的分析方法では検出が困難であるため、本模擬試験では化学的分析方法で検出可能な量の化学トレーサを使用した。 In addition, to simulate the behavior of radioactive nuclides contained in steel scrap when it is melted, a chemical tracer was used instead of a radioactive nuclide. A metal reagent of natural cobalt was used as the chemical tracer. Natural cobalt is not radioactive, but it has the same chemical properties as cobalt-60, which is the element with the highest concentration (and most abundant amount) in nuclear facilities, and it is thought that when steel scrap is melted, it will behave in the same way as cobalt-60 in the molten material. Note that the actual amount of radioactive nuclides is extremely small and difficult to detect using chemical analysis methods, so in this simulation test, a chemical tracer was used in an amount that can be detected using chemical analysis methods.
〈試験条件〉
表2の試験No.1、2に示す量の鋼材と化学トレーサを用いて以下の溶融条件で試験を行った。
Test conditions:
Tests were conducted using the amounts of steel and chemical tracer shown in Test Nos. 1 and 2 in Table 2 under the following melting conditions:
溶融炉:高周波誘導溶融炉(定格出力50kW、周波数3000Hz)
雰囲気:大気雰囲気
溶融温度:1550℃
試験の手順は以下の通りとした。
Melting furnace: High-frequency induction melting furnace (rated output 50 kW, frequency 3000 Hz)
Atmosphere: air Melting temperature: 1550°C
The test procedure was as follows:
運転前の溶融炉に化学トレーサおよび鋼材の一部を順に投入し、溶融炉の運転を開始した。溶融炉内に溶湯が形成されてから鋼材の残部を投入し、完全に溶解したことを確認した。その後、溶解炉からスラグを除去し、溶湯の温度を計測し、溶湯からサンプルを採取した。 A chemical tracer and a portion of the steel were sequentially placed into the melting furnace before operation, and the melting furnace was started. After the molten metal was formed in the melting furnace, the remaining part of the steel was placed and it was confirmed that it had completely melted. The slag was then removed from the melting furnace, the temperature of the molten metal was measured, and samples were taken from the molten metal.
〈試験結果〉
表2には試験結果も併せて記載している。試験No.1と試験No.2のいずれも溶融前の化学トレーサの対鋼材濃度を同じにしたところ、得られたサンプルの化学トレーサ含有量も同じであった。この結果から、上述の実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法における、分析用サンプルの代表性を確認することができた。
Test Results
The test results are also shown in Table 2. In both Test No. 1 and Test No. 2, the chemical tracer concentration relative to the steel material before melting was the same, and the chemical tracer content of the obtained samples was also the same. From this result, it was possible to confirm the representativeness of the analytical samples in the clearance processing method for steel scrap according to the above embodiment.
また、試験No.1と試験No.2のいずれも溶融前の化学トレーサの対鋼材濃度は0.77質量%であったのに対して、得られたサンプルの化学トレーサの含有量はいずれも0.73質量%であり、化学トレーサの95%はサンプルに残存していた。この結果から、上述の実施形態に係る鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法において、分析用サンプルに含まれる放射性核種の含有量は鉄鋼スクラップ全体における放射性核種の含有量と同等であること、すなわち分析用サンプルの放射能濃度は鉄鋼スクラップ全体における放射能濃度と同等であることを確認することができた。なお、サンプルの化学トレーサの含有量が、溶融前の化学トレーサの対鋼材濃度よりも5%低下しているが、これは溶融中に化学トレーサがスラグや排ガスに移行したことに起因すると考えられる。 In addition, in both Test No. 1 and Test No. 2, the concentration of the chemical tracer in steel before melting was 0.77 mass%, while the content of the chemical tracer in the obtained samples was 0.73 mass%, and 95% of the chemical tracer remained in the samples. From this result, it was confirmed that in the steel scrap clearance processing method according to the above embodiment, the content of radioactive nuclides contained in the analysis sample was equivalent to the content of radioactive nuclides in the entire steel scrap, that is, the radioactivity concentration of the analysis sample was equivalent to the radioactivity concentration in the entire steel scrap. Note that the content of the chemical tracer in the sample was 5% lower than the concentration of the chemical tracer in steel before melting, which is thought to be due to the transfer of the chemical tracer to slag and exhaust gas during melting.
Claims (8)
前記鉄鋼スクラップを誘導溶融炉で溶融する工程と、
前記鉄鋼スクラップを溶融して得られた溶融物を溶湯とスラグとに分離する工程と、
前記溶湯の一部を分析用サンプルに鋳造する工程と、
前記溶湯の残部をインゴットに鋳造する工程と、
前記分析用サンプルの放射能濃度をゲルマニウム半導体検出器で測定する工程と、を有する、鉄鋼スクラップのクリアランス処理方法。 A method for clearance of steel scrap stored as radioactive waste in a nuclear facility, comprising the steps of:
melting the steel scrap in an induction melting furnace ;
a step of melting the steel scrap and separating the resulting molten material into molten metal and slag;
casting a portion of the molten metal into a sample for analysis;
casting the remainder of the molten metal into an ingot;
and measuring the radioactivity concentration of the analysis sample with a germanium semiconductor detector.
前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が所定のクリアランスレベル以下である場合、前記原子力施設から前記インゴットを搬出し、
前記分析用サンプルの放射能濃度の測定値が前記クリアランスレベルよりも大きい場合、少なくとも前記測定値に基づいて算出した前記放射能濃度が前記クリアランスレベル以下に減衰するまで前記原子力施設で前記インゴットと前記分析用サンプルを保管し、その後、前記原子力施設から前記インゴットを搬出する、鉄鋼スクラップの再利用方法。 A method for recycling steel scrap whose radioactivity concentration has been measured by the measurement method according to claim 5 , comprising the steps of:
removing the ingot from the nuclear facility if the measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is equal to or lower than a predetermined clearance level;
When a measured value of the radioactivity concentration of the analysis sample is greater than the clearance level, the ingot and the analysis sample are stored at the nuclear facility at least until the radioactivity concentration calculated based on the measured value decays to or below the clearance level, and then the ingot is transported from the nuclear facility.
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