Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPS6120840B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPS6120840B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6120840B2
JPS6120840B2 JP53038186A JP3818678A JPS6120840B2 JP S6120840 B2 JPS6120840 B2 JP S6120840B2 JP 53038186 A JP53038186 A JP 53038186A JP 3818678 A JP3818678 A JP 3818678A JP S6120840 B2 JPS6120840 B2 JP S6120840B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
radioactive
glass
porous glass
porous
glass preform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53038186A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS53146715A (en
Inventor
Bii Masedo Pedoro
Ee Raitobitsu Seodoa
Eichi Saimonzu Josefu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/884,371 external-priority patent/US4224177A/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of JPS53146715A publication Critical patent/JPS53146715A/en
Priority to US06/000,873 priority Critical patent/US4211377A/en
Publication of JPS6120840B2 publication Critical patent/JPS6120840B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0095Solution impregnating; Solution doping; Molecular stuffing, e.g. of porous glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/30Processing
    • G21F9/301Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/302Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
    • G21F9/305Glass or glass like matrix

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

使用済みの原子炉燃料を再生するに際し生じる
大量のハイレベル放射性廃棄物を処理することは
原子力利用にとつて重要な課題である。通常最も
有望な方法として、前記放射性廃棄物を乾燥固形
体に変換して化学的、熱的に安定で且つ放射線分
解を生じない安定状態とする方法が採用されてい
る。乾燥固形体の安定性を確保できるか否かによ
り20000年以上の期間にわたつて地球上の人間の
安定性を達成し得るか否けが決定される。例えば
放射性廃棄物には、放射性同位体即ち半減期が
夫々29年、66000年、および30年であるSr90
Pu240、およびCs137が含有されている。前記放射
性同位体のみが人命にとつて危険性が大であるの
で、数千年もの間安定状態を保つ乾燥固形体に変
換するを要する。前記固形放射性廃棄物は前記放
射性同位体を水中に置かれても数千年間にわたつ
て静止状態に保持するを要する。 放射性物質を浸出等の影響を殆ど受けない乾燥
固形体に固定する方法は、放射性廃棄物の処理に
好適であるばかりか工業、医学乃至研究室に有用
な放射線源の製造にも適している。 有害な放射性物質を安全に処理し貯蔵し固定化
する実際的で極めて簡潔な装置は従来提案されて
いなかつた。従来の貯蔵容器では、放射性物質を
充分には隔離し得ず、周囲の影響を長期間にわた
つて充分には阻止し得ず、かつ高温においては充
分に安定でなかつた。 従来法の1つにいわゆる乾燥固形体法、例えば
ガラスを熔融する工程によりガラス内に放射性廃
棄物を固定化する方法がある。前記乾燥固形体法
によれば外側の貯蔵容器が破壊された時の放射性
元素の散逸が阻止乃至は減速せしめられるという
利点がある。更にガラスはプラスチツクに比べ高
温で安定であり、金属に比べ塩水に対し化学的に
耐久性を有する。化学的耐久性に優れかつアルカ
リイオン伝導率の低いガラスの熔融温度は極めて
高温、例えば1800℃以上である。このような高温
熔融処理は経済的に好ましくなく更に、有害な放
射性物質の揮発を生じるので安全上好ましくな
い。概して放射性物質を取り扱うことが困難であ
り、特に揮発により大気中に放射性物質が放出さ
れる危険性を考慮すると、比較的に熔融温度の低
いガラス、すなわちSiO2の含有率が27重量%程
度のガラスを用いることに関心が向けられた。放
射性物質が揮発する危険性を削減し得たが、完全
には阻止できなかつた。更に低熔融温度のガラス
の化学的耐久性は大巾に減少せしめられ、且つガ
ラスに含まれた放射性物質のイオン拡散速度は増
大せしめられた。前記イオン拡散速度が大きくな
るに伴い、ガラスは放射性物質を静止状態に保持
し得なくなる。放射性物質を今日の安全基準に従
い長期間閉じ込めておくには前記ガラスは不適当
である。加うるに、従来法によれば揮発した放射
性物質を殆どトラツプできなかつた。 本発明によれば極めて長期間にわたり有害で危
険な放射性物質を閉じ込めるための新規な組成の
ガラス、ガラス容器およびその方法を提供し得る
ことが以下の説明から明らかとなろう。ガラスを
融解して放射性物質を閉じ込める方法と違つて、
本発明の方法によれば放射性物質を約900℃以上
の温度とする工程が含まれていないので、放射性
物質が揮発して大気中に放散される虞はない。更
に本発明によればガラス母材中にKr,I,Xe,
Ra等のガス状の放射性廃棄物を固定し静止する
方法を提供し得る。 本発明の目的は水による腐蝕に対し高い化学的
耐久性を有し、かつ放射性同位体の拡散係数が充
分小さく、従つて含有されている放射性同位体、
核廃棄物等の放射性物質が大気中に放散されるこ
とを防止されるよう機能する非孔質のガラスを提
供するにある。前記ガラスは少なくともSiO2
75mol%含有し、1mc/cm3好ましくは1c/cm3より
大きい放射能を有してなることを特徴とする。本
発明のガラス中に放射性物質は少なくとも0.1mol
%含有されており、通常少なくとも5好ましくは
10種類の以下に示す放射性元素の酸化物からなつ
ている。本発明のガラスは少なくとも82mol%好
ましくは89mol%以上のSiO2を含有することが望
ましい。 実際には、非孔質ガラスに含まれる放射性物質
の最大量は、前記非孔質ガラス中のSiO2濃度
と、B2O3,Al2O3,TiO2、シルコニア、アルカリ
金属酸化物およびGO2のような前記非孔質ガラス
中に存在する他の成分の濃度および種類と、前記
非孔質ガラス中に閉じ込められた放射性物質の濃
度および種類と多孔質ガラスプレフオームの多孔
質構造の容積率と、前記非孔質ガラス中に放射性
物質を閉じ込める各種の方法等により充分に調整
される。 本発明のガラス母材に閉じ込め固定化される放
射性物質には、天然及び人工の同位体として液
体、固体乃至は気体として存在する放射性元素、
即ち通常酸化物として存在する炭素、ルビジウ
ム、ストロンチウム、ランタニド、コバルト、カ
ドミウム、銀、ジルコニウム、モリブデン、テク
ネチウム、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラ
ジウム、テルル、セシウム、バリウム、フランシ
ウム、イツトリウム、ラジウム、アクチニド等の
元素および気体状のクリプトン、ヨード、臭素、
キセノン、ラドン元素が含まれる。本発明は特に
原子炉等の放射性廃棄物に好適である。 本発明は閉じ込め能力の高いガラス容器、特に
外側部が少なくとも90mol%、好ましくは95mol
%以上のシリカを含み、中心部に放射性物質が閉
じ込められるガラス容器に関する。前記ガラス容
器の外側部のシリカ含有率が高いので化学的耐久
性が顕著に大きくなる。前記ガラス容器の中心部
のシリカ含有率は比較的に低く、少なくとも
75mol%、好ましくは82mol%最適には89mol%が
よい。 本発明は上述の組成のガラス乃至はガラス容器
を製造する方法に関する。大まかに言えば本発明
は、多孔質ガラスプレフオームの孔に放射性物質
を含浸する工程と、必要により乾燥する工程と、
多孔質構造が破壊するまで前記多孔質ガラスプレ
フオームを加熱し前記放射性物質を化学的に不活
性な非孔質ガラス中に閉じ込める工程とを備えて
なる、ガラス母材中に放射性物質を閉じ込める方
法に関する。 上述のように放射性同位体は気体、液体乃至は
固体として存在する。液体状の同位体は通常塩類
等の化合物に変換され、固体状同位体と同様に溶
解せしめられて溶液とされる。以下、前記溶液は
気体状同位体とは別に処理する。本発明の2実施
例は溶液の場合について説明されている。 特許文献には多孔質ガラスプレフオームの製造
方法が充分に説明されている。本発明の方法に好
適の多孔質ガラスプレフオームには通常主成分と
してSiO2が含まれている。本発明の各種実施例
を実施する場合、SiO2の濃度は少なくとも75mol
%、好ましくは少なくとも82mol%、特に好まし
くは少なくとも89mol%であるが良く、且つアル
カリ金属酸化物は1mol%末満であるが好まし
い。この種のガラスは特許文献、例えば米国特許
第2106744号、第2272342号、第2326059号に開示
されている。第1の実施例によれば、塩類、酸化
物等の化合物として存在する放射性同位体から成
る添加物(dopant)は、多孔質ガラスプレフオ
ームの孔に拡散され、その後前記添加物の拡散さ
れた多孔質ガラスプレフオームは添加物溶液から
取り出されて乾燥される。添加物の充填された多
孔質ガラスプレフオームを焼結すると塩類が酸化
物に分解されガラス母材中に含浸される。焼結は
通常ガラス熔融温度より極めて低い温度で行なわ
れるので、放射性物質が揮発して大気中に放散さ
れる虞はない。上述により形成された非孔質ガラ
スは全体にわたつて添加物が一定度に分布されて
いる。第2の実施例によれば、放射性化合物を含
む添加物溶液は多孔質ガラスプレフオームの孔に
拡散され、その後前記多孔質ガラスプレフオーム
は添加物溶液から取り出されて水、メタノール、
エタノール、アセトン、硝酸等の一乃至は複数の
溶剤中に浸漬され、前記多孔質ガラスプレフオー
ムは次に好適に厚く殆ど添加物のない領域が前記
多孔質ガラスプレフオームの表面に形成された
後、前記添加物溶液から取り出され乾燥される。
第1の実施例の場合のように焼結処理により中心
部が放射性添加物を含有し、外側部が少なくとも
90mol%好ましくは95mol%以上のシリカを含有
し、且つ実質的に放射性物質を含有しない非孔質
ガラスを確実に形成し得る。 以下に詳述される本発明の2実施例は共に放射
性気体をガラス母材中に閉じ込めるものである。
第1の実施例によれば、多孔質ガラスプレフオー
ムが乾燥され、次に所望の放射性気体即ち放射性
廃棄物がガラス母材中に溶解するよう前記ガラス
母材中に閉じ込められる前記放射性気体濃度によ
り決まる圧力の前記放射性気体中に置かれ、前記
多孔質ガラスプレフオームの孔は前記放射性気体
中で高温に加熱・焼結される。第2の実施例によ
れば、多孔質ガラスプレフオームは乾燥に先立つ
て一又はそれ以上の好ましくは塩の状態にある添
加物を含む溶液中に浸漬される。前記添加物は表
面積を増加し、即ちガラス中の放射性気体の溶解
度を増加させ、換言すればガラスの転移温度を減
少するよう選択すればよい。ガラス中の添加物の
濃度は所望により適宜選択すればよい。前記添加
物を沈着させた後多孔質ガラスプレフオームは乾
燥され、必要があれば一般に酸化状態まで分解さ
れるよう加熱される。次に前記多孔質ガラスプレ
フオームは放射性気体即ち放射性廃棄物がガラス
母材中に溶解するよう前記ガラス内に閉じ込めら
れる前記放射性気体濃度により決まる圧力の前記
放射性気体中に置から、前記多孔質ガラスプレフ
オームの孔は前記放射性気体中で高温に加熱で焼
結される。 乾燥するに先立つて多孔質ガラスプレフオーム
中の添加物濃度が変化し放射性気体即ち放射性廃
棄物が閉じ込められていることはいくつかの理由
により望ましい。添加物が他の放射性廃棄物の場
合、外部への漏出を防止するよう多孔質ガラスプ
レフオームの表面近傍の添加物濃度を出来だけ低
くする方が望ましい。次に使用された添加物が多
孔質ガラスプレフオームの孔中への放射性気体の
溶解度を増大せしめる場合、多孔質ガラスプレフ
オームの表面近傍傍に溶解された放射性気体濃度
を低下し外部へ漏出する虞を減少せしめるよう、
多孔質ガラスプレフオームの表面近傍における添
加物の濃度を低下せしめることが望ましい。更に
添加物がガラス母材の転移温度を低下せしめ、且
つ添加物の濃度が多孔質ガラスプレフオームの表
面近傍で最小値中心部で最大値となるよう変化せ
しめられる場合、溶解された放射性気体の前記多
孔質ガラスプレフオームの表面近傍と中心部にお
ける濃度に差が生じる。 従来のフアイバオプテイツクスに関する米国特
許第3938974号においては、光透過性を高めるを
要し、且つ光を減衰する添加物を使用できなかつ
たので、使用できる添加物が制限されていた。し
かしながら、本発明の放射性物質の固定化にはこ
の種の制限はない。 添加物とは多孔質ガラス内に沈着された化合物
である。前記化合物(気体の場合は元素乃至は分
子)は、そのまま若しくは適宜の酸化物に転換さ
れた後に孔が破壊されるに際しガラス内に閉じ込
められる。金属の場合、液体状の硝酸塩として多
孔質ガラスプレフオームの孔内に導入される場合
が多く、更には硝酸塩の結晶として沈澱される場
合もある。加熱すると分解して酸化物結晶となり
更には多孔質ガラスプレフオームの孔をつぶすに
際しシリカ構造中に閉じ込められる。 無論添加物としては、本発明において詳述され
た放射性物質、アルカリ金属、アルカリ土類元
素、ほう素、ゲルマニウム、アルミニウム、チタ
ン、鉛、ビスマス、燐、希土類元素の硝酸塩、炭
酸塩、酢酸塩、燐酸塩、酸化物、ほう酸塩、砒酸
塩、硅酸塩の水和物若しくは無水物或はその混合
物がある。 多孔質ガラス母材は75mol%以上のシリカを含
有し、所望の形状好ましくは円筒状又は直方体状
である多孔質ガラスを形成するよう当業者に周知
の方法により作成すればよい。本発明において
は、1975年11月26日付で出願された米国特許出願
第635727号に開示された方法に従つて円筒状の多
孔質ガラス母材を作成する。簡単に説明するに、
熔融したガラスにシリカ、3酸化ほう素、および
2のアルカリ金属酸化物(例えばNa2OとK2O)
を混合添加し長い棒状体とされる。適切に熱処理
すると、前記棒状体は2相に、すなわちB2O3
よびアルカリ金属酸化物を含んだシリカ濃度の高
い相と、前記相に比べ多量のB2O3およびアルカ
リ金属酸化物を含んだシリカ濃度の低い相とに分
離される。次に熱処理された棒状体はシリカ濃度
の低い相を分解除去するよう適宜の浸出液に浸漬
される。前記シリカ濃度の低い相を除去し洗浄す
ると、放射性物質を封入する母材として好適に使
用できる。SiO2の含有率が90mol%より大きいこ
とを特徴とする多孔質ガラスプレフオームが得ら
れる。この場合、封入すべき放射性物質が固体、
液体、又は気体かによつて夫々幾つかの処理が適
宜施される。 1 封入すべき放射性物質が固体および液体の場
合 核廃棄物を含む固体又は液体の放射性物質を封
入する場合、放射性物質は通常封入すべき各物質
の水和塩等の化合物の混合体として得られる。通
常ハイレベル放射性廃棄物は主に各種の廃棄流と
同様に、周知のピユーレツクス法の最初のサイク
ルから生成される水性ラフイネートから成る。放
射性廃棄物の組成は場合によつて大巾に変化す
る。代表的組成を表に示す。すべての成分が実
質的に溶剤中に溶解するまで溶剤が放射性廃棄物
に添加される。処理工場の中には特定目的のため
にCsおよびSr等の個々の成分を廃棄混合物から
抽出するものもある。
Disposal of large amounts of high-level radioactive waste generated when regenerating spent nuclear reactor fuel is an important issue for nuclear power applications. The most promising method is usually to convert the radioactive waste into a dry solid, which is chemically and thermally stable and does not undergo radiolysis. The ability to maintain the stability of dry solids will determine whether or not we can achieve stability for humans on Earth over a period of more than 20,000 years. For example, radioactive waste contains radioactive isotopes such as Sr 90 , which has half-lives of 29, 66,000, and 30 years, respectively.
Contains Pu 240 and Cs 137 . Only the radioactive isotopes are so dangerous to human life that they must be converted into a dry solid form that remains stable for thousands of years. The solid radioactive waste requires the radioactive isotopes to remain stationary for thousands of years even when placed in water. The method of fixing radioactive substances into a dry solid body that is hardly affected by leaching etc. is suitable not only for the treatment of radioactive waste but also for the production of radiation sources useful in industry, medicine, and research laboratories. A practical and extremely simple device for safely processing, storing, and immobilizing harmful radioactive materials has not been proposed heretofore. Conventional storage containers do not sufficiently isolate radioactive materials, do not sufficiently prevent environmental influences over long periods of time, and are not sufficiently stable at high temperatures. One of the conventional methods is the so-called dry solid method, for example, a method in which radioactive waste is immobilized in glass by a process of melting the glass. The dry solid method has the advantage of preventing or slowing down the dissipation of radioactive elements when the outer storage container is ruptured. Additionally, glass is more stable at high temperatures than plastics and is chemically more resistant to salt water than metals. The melting temperature of glass, which has excellent chemical durability and low alkali ion conductivity, is extremely high, for example, 1800° C. or higher. Such high-temperature melting treatment is not economically desirable, and furthermore, it is not desirable from a safety standpoint because it causes volatilization of harmful radioactive substances. In general, it is difficult to handle radioactive materials, and in particular, considering the risk of releasing radioactive materials into the atmosphere due to volatilization, glass with a relatively low melting temperature, that is, a glass with a SiO 2 content of about 27% by weight, is used. Interest was focused on using glass. Although the risk of radioactive material volatilization was reduced, it could not be completely prevented. Furthermore, the chemical durability of low melting temperature glasses has been greatly reduced, and the ion diffusion rate of radioactive substances contained in the glasses has been increased. As the ion diffusion rate increases, the glass becomes unable to hold the radioactive material stationary. Said glasses are unsuitable for keeping radioactive materials confined for long periods of time according to today's safety standards. In addition, conventional methods were unable to trap much of the volatilized radioactive material. It will become clear from the following description that the present invention can provide a glass of a novel composition, a glass container, and a method thereof for confining harmful and dangerous radioactive materials for an extremely long period of time. Unlike the method of melting glass to trap radioactive materials,
Since the method of the present invention does not include the step of heating the radioactive material to a temperature of about 900° C. or higher, there is no risk that the radioactive material will volatilize and be released into the atmosphere. Furthermore, according to the present invention, Kr, I, Xe,
A method for fixing and stationary gaseous radioactive waste such as Ra can be provided. The object of the present invention is to have high chemical durability against corrosion by water, and have a sufficiently small diffusion coefficient of radioactive isotopes.
An object of the present invention is to provide a non-porous glass that functions to prevent radioactive materials such as nuclear waste from being dissipated into the atmosphere. The glass contains at least SiO2
It is characterized by containing 75 mol% and having a radioactivity greater than 1 mc/cm 3 , preferably greater than 1 c/cm 3 . The radioactive substance in the glass of the present invention is at least 0.1 mol
%, usually at least 5%, preferably at least 5%.
It consists of oxides of 10 types of radioactive elements shown below. It is desirable that the glass of the present invention contains at least 82 mol% SiO2 , preferably 89 mol% or more. In fact, the maximum amount of radioactive substances contained in non-porous glass is determined by the SiO 2 concentration in said non-porous glass and B 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , zirconia, alkali metal oxides and the concentration and type of other components present in the non-porous glass such as GO 2 and the concentration and type of radioactive material trapped in the non-porous glass and the porous structure of the porous glass preform. It can be sufficiently adjusted by the volume ratio and various methods of confining radioactive substances in the non-porous glass. The radioactive substances to be confined and immobilized in the glass base material of the present invention include radioactive elements that exist as natural and artificial isotopes as liquids, solids, or gases;
That is, carbon, rubidium, strontium, lanthanide, cobalt, cadmium, silver, zirconium, molybdenum, technetium, niobium, ruthenium, rhodium, palladium, tellurium, cesium, barium, francium, yttrium, radium, actinide, etc., which normally exist as oxides. Elemental and gaseous krypton, iodine, bromine,
Contains the elements xenon and radon. The present invention is particularly suitable for radioactive waste from nuclear reactors and the like. The present invention provides a glass container with a high confinement capacity, in particular an outer portion of the container containing at least 90 mol %, preferably 95 mol %.
% or more of silica and in which a radioactive substance is confined in the center. The high silica content in the outer part of the glass container significantly increases the chemical durability. The silica content in the center of the glass container is relatively low, at least
75 mol%, preferably 82 mol%, optimally 89 mol%. The present invention relates to a method of manufacturing a glass or a glass container having the above-mentioned composition. Broadly speaking, the present invention includes the steps of impregnating the pores of a porous glass preform with a radioactive substance, and drying if necessary.
heating the porous glass preform until the porous structure is destroyed to confine the radioactive substance in a chemically inert non-porous glass. Regarding. As mentioned above, radioactive isotopes exist as gases, liquids, or solids. Liquid isotopes are usually converted into compounds such as salts, and then dissolved to form a solution in the same way as solid isotopes. Hereinafter, the solution is treated separately from the gaseous isotope. Two embodiments of the invention are described for the solution case. The patent literature fully describes methods of manufacturing porous glass preforms. Porous glass preforms suitable for the method of the invention typically contain SiO 2 as a major component. When practicing various embodiments of the invention, the concentration of SiO 2 is at least 75 mol
%, preferably at least 82 mol %, particularly preferably at least 89 mol %, and preferably less than 1 mol % of alkali metal oxides. Glasses of this type are disclosed in the patent literature, for example US Pat. According to a first embodiment, a dopant consisting of a radioactive isotope present as a compound such as a salt, oxide, etc. is diffused into the pores of a porous glass preform, after which the dopant is diffused into the pores of the porous glass preform. The porous glass preform is removed from the additive solution and dried. When the additive-filled porous glass preform is sintered, the salts are decomposed into oxides and impregnated into the glass matrix. Since sintering is normally performed at a temperature much lower than the glass melting temperature, there is no risk of radioactive substances being volatilized and released into the atmosphere. The non-porous glass formed as described above has additives uniformly distributed throughout. According to a second embodiment, an additive solution containing a radioactive compound is diffused into the pores of a porous glass preform, after which said porous glass preform is removed from the additive solution and filled with water, methanol,
The porous glass preform is then soaked in one or more solvents such as ethanol, acetone, nitric acid, etc., after which a preferably thick and largely additive-free region is formed on the surface of the porous glass preform. , removed from the additive solution and dried.
As in the case of the first embodiment, the sintering process ensures that the central part contains the radioactive additive and the outer part contains at least
A non-porous glass containing silica of 90 mol %, preferably 95 mol % or more and substantially free of radioactive substances can be reliably formed. Both embodiments of the invention, detailed below, confine radioactive gas within a glass matrix.
According to a first embodiment, a porous glass preform is dried and then the radioactive gas concentration is trapped in said glass matrix such that the desired radioactive gas, i.e. radioactive waste, is dissolved in said glass matrix. Placed in the radioactive gas at a determined pressure, the pores of the porous glass preform are heated and sintered in the radioactive gas at a high temperature. According to a second embodiment, the porous glass preform is immersed in a solution containing one or more additives, preferably in salt form, prior to drying. Said additives may be selected to increase the surface area, ie increase the solubility of the radioactive gas in the glass, in other words reduce the transition temperature of the glass. The concentration of the additive in the glass may be appropriately selected as desired. After depositing the additives, the porous glass preform is dried and, if necessary, heated to decompose it, generally to an oxidized state. The porous glass preform is then placed in the radioactive gas or radioactive waste at a pressure determined by the radioactive gas concentration trapped within the glass so that the radioactive waste dissolves in the glass matrix. The pores of the preform are sintered by heating to high temperature in the radioactive gas. It is desirable for several reasons to vary the additive concentration and confine radioactive gases or radioactive waste in the porous glass preform prior to drying. If the additive is other radioactive waste, it is desirable to keep the additive concentration as low as possible near the surface of the porous glass preform to prevent leakage to the outside. Next, if the additive used increases the solubility of the radioactive gas in the pores of the porous glass preform, it will reduce the concentration of the radioactive gas dissolved near the surface of the porous glass preform and leak to the outside. In order to reduce the risk of
It is desirable to reduce the concentration of additives near the surface of the porous glass preform. Furthermore, if the additive lowers the transition temperature of the glass matrix and the concentration of the additive is varied from a minimum near the surface of the porous glass preform to a maximum in the center, the concentration of dissolved radioactive gases will decrease. There is a difference in concentration near the surface and in the center of the porous glass preform. In US Pat. No. 3,938,974, which relates to conventional fiber optics, the number of additives that can be used is limited because it requires increased light transmission and does not allow the use of additives that attenuate light. However, the immobilization of radioactive substances of the present invention is not subject to this type of limitation. Additives are compounds deposited within the porous glass. The compounds (elements or molecules in the case of gases) are trapped within the glass when the pores are destroyed, either as such or after being converted into a suitable oxide. In the case of metals, they are often introduced into the pores of porous glass preforms as liquid nitrates, and may even be precipitated as nitrate crystals. When heated, it decomposes into oxide crystals, which are further trapped in the silica structure when the pores of the porous glass preform are crushed. Of course, additives include radioactive substances, alkali metals, alkaline earth elements, boron, germanium, aluminum, titanium, lead, bismuth, phosphorus, rare earth element nitrates, carbonates, acetates, These include hydrates or anhydrides of phosphates, oxides, borates, arsenates, silicates, or mixtures thereof. The porous glass preform contains 75 mol % or more of silica and may be prepared by a method well known to those skilled in the art so as to form a porous glass having a desired shape, preferably cylindrical or rectangular parallelepiped. In the present invention, a cylindrical porous glass preform is prepared according to the method disclosed in US Patent Application No. 635,727 filed on November 26, 1975. To explain briefly,
Add silica, boron trioxide, and two alkali metal oxides (e.g. Na 2 O and K 2 O) to the molten glass.
It is mixed and added to form a long rod-shaped body. When properly heat-treated, the rods are formed into two phases: a silica-rich phase containing B 2 O 3 and alkali metal oxides and a silica-rich phase containing B 2 O 3 and alkali metal oxides in larger amounts compared to said phases. It is separated into a phase with a low silica concentration. The heat-treated rod is then immersed in a suitable leachate to decompose and remove the silica-poor phase. When the phase with a low silica concentration is removed and washed, it can be suitably used as a base material for encapsulating radioactive substances. A porous glass preform is obtained, characterized in that the content of SiO 2 is greater than 90 mol %. In this case, the radioactive substance to be enclosed is a solid
Several treatments are performed depending on whether the liquid or gas is used. 1. When the radioactive substance to be encapsulated is solid or liquid When encapsulating solid or liquid radioactive substances including nuclear waste, the radioactive substance is usually obtained as a mixture of compounds such as hydrated salts of each substance to be encapsulated. . Typically, high-level radioactive waste primarily consists of the aqueous roughinate produced from the first cycle of the well-known Purex process, as well as various waste streams. The composition of radioactive waste can vary widely depending on the situation. Typical compositions are shown in the table. A solvent is added to the radioactive waste until substantially all components are dissolved in the solvent. Some processing plants extract individual components such as Cs and Sr from waste mixtures for specific purposes.

【表】 物
ここに“希土類”と“ランタニド”という用語
を、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、
ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホ
ルミウム、エルビウム、トリウム、イツテルビウ
ム、およびルテチウムから成る元素系列を示すた
めに区別なく用いている。 廃棄物でないものに使用する場合、放射性元素
は単独又はグループとして生じ、あるいは塩類等
の化合物として生じる。いずれにせよ放射性物質
は溶解されて溶液にされるか熔融されるを要す
る。 棒状の多孔質ガラス基材は孔に添加物溶液即ち
充填液が拡散するに十分の時間、放射性物質を含
む添加物溶液中に浸漬される。この浸漬時間は充
填液の温度、孔構造、および多孔質ガラス母材の
寸法により左右される。 充填液が孔に放射性物質等の添加物を充填した
後に各種の処理が施される。一方法によれば、多
孔質ガラスプレフオームが充填液から取り出され
次に前記多孔質ガラスプレフオームの孔に含浸さ
れた添加物が化学的手段によつて溶剤を蒸発させ
る方法、温度を低下させる方法等により多孔質ガ
ラスプレフオーム内に沈着せしめられる。所望な
ら多孔質ガラスプレフオームは表面を清浄とする
よう短時間洗浄してもよい。場合によつては多孔
質ガラスプレフオームは例えば添加物を比較的に
溶解しない溶液等の洗浄溶液中に数時間浸漬して
もよい。その後多孔質ガラスプレフオームは例え
ばデシケータ、真空室等において好ましくは比較
的に低温度で乾燥される。この方法によれば、以
下に説明する乾燥・焼結工程が完了した時、廃棄
物質の濃度が実質的に均等である非孔質ガラスが
得られる。 第2の方法によれば、多孔質ガラスプレフオー
ムは充填液から取り出され、添加物が沈澱し始め
その後前記多孔質ガラスプレフオームは添加物の
溶解度が中等度である溶液に数時間浸漬される。
この浸漬工程により添加物が溶液に再び溶解され
るので多孔質ガラスプレフオームの外面に厚い皮
層部が形成される。添加物の溶解度が相異する数
種の溶液に前記溶解度が漸減する順に多孔質ガラ
スプレフオームを浸漬すると添加物が前記皮層部
から除去される。浸漬工程の終了後、多孔質ガラ
スプレフオームは上述のように乾燥される。この
方法によれば、以下に説明する乾燥・焼結手順が
完了した時、多孔質ガラスプレフオームの外面に
添加物の濃度が実質的に低い皮層部を有する非孔
質ガラスが得られる。多孔質ガラスプレフオーム
の皮層部の添加物濃度が低いので、前記皮層部は
内部が化学変化を受けないよう保護し、且つ外部
環境に悪影響を及ぼす放射性物質が内部から皮層
部へ拡散する速度を遅延せしめる。 説明した乾燥・焼結工程には、上述の二方法の
いずれかによつて製作された多孔質ガラスプレフ
オームを約一日間低温の真空状態に保持する工程
と、次に真空状態で実質的に15℃/hrの割合で添
加物の分解温度より高く、且つ添加物を含有しな
い多孔質ガラス母材の転移温度より約100℃低い
温度まで加熱する工程とが包有されている。ここ
に、適宜の条件下で多孔質ガラスプレフオームを
焼結温度まで加熱する等により、添加物の酸化還
元状態を所望の状態とし得る。例えば真空中で多
孔質ガラスプレフオームを焼結温度まで加熱すれ
ば添加物を還元状態とし得、水素雰囲気中で多孔
質ガラスプレフオームを焼結温度まで加熱すれば
添加物を極めて高度の還元状態とし得、また適宜
の圧力を加えて酸素雰囲気中で多孔質ガラスプレ
フオームを焼結温度まで加熱すれば添加物を適宜
の酸化状態とし得る。 多くの放射性物質にアクニチドは還元状態にお
いては水に殆ど溶解しないので、放射性物質の酸
化還元状態を適宜変更し得ることが外部からの化
学的悪影響に対するガラスの抵抗力を十分に調整
確保する。放射性物質の酸化還元状態を適宜変更
できるので、外部に放射性物質が散逸されるまで
の時間を十分に遷延せしめ得、延いては安全性を
向上し得る。 高温で焼結した後外気温度まで冷却され、これ
によりガラス構造体内に放射性物質を完全に封入
し固定化する非孔質ガラスが形成される。 別の実施例において、本発明は加圧水原子炉の
熱媒体として使用中に放射能で汚染されたほう酸
水溶液を貯蔵し固定化する方法を提供する。前記
放射能で汚染されたほう酸水溶液にはF等の不活
性ガス不純物に加えCo、Cs、Mn、Cr、Sr、Zn
等の各種放射性不純物が含まれている。現在の所
前記放射能で汚染されたほう酸水溶液はセメント
容器中に封入固定し地下数フイート(数メート
ル)の深さに埋設されている。しかしながら、室
温でのほう酸の溶解度が約5%であり、従つて前
記セメント容器の収納量が少ないので、この処理
方法は極めて不十分である。更にセメントは溶解
性が極度に小さいというものではなく、地下水面
に浸出する。従つて低レベルの核燃料廃棄物の処
理に際しても人および環境に有害な影響を及ぼす
ことは明らかである。 本発明の方法はこのような低レベルの放射能に
汚染されたほう酸水溶液を多孔質ガラスプレフオ
ームに充填処理する方法を提供する。この充填工
程はセメント容器中に固定する場合に比し数倍の
量を充填し得る温度で実行される。例えば100℃
の水に対するほう酸の溶解度は約30重量%即ちセ
メント容器中に固定する場合従つて室温の水に対
する溶解度の約6倍である。 この実施例の非孔質ガラスは加圧水原子炉から
出る低レベルの放射能に汚染されたほう酸水溶液
を封入し固定化することを特徴とし、前記放射能
に汚染されたほう酸水溶液はほう素の酸化物及び
コバルトとクロムとを含む放射能汚染物の酸化物
がガラス母材中に固定される。ストロンチウム、
セシウム、マンガン乃至は亜鉛等の他の放射能汚
染物も酸化物として存在する。通常放射能汚染物
は1重量%末満酸化物として含まれる。しかしな
がら、加圧水原子炉においては漏出として問題と
なつているが、ほう酸水溶液に比較的に多量の放
射能汚染物を含むことができる。 実験例,の場合、添加物溶液には添加物お
よび多孔質ガラスの作用を簡潔に検証するために
硝酸セシウムのみが含まれている。廃棄物質内の
濃度が高く、かつアルカリ金属であるためガラス
に対する拡散係数が、低濃度で存在するルビジウ
ム以外の他の元素より大きいので、セシウムが選
択される。以下モル単位で表示されている。セシ
ウムはガラスを熔融するに所要の温度で蒸気圧が
高くなる欠点を有するが、本発明による方法によ
れば回避し得る。従つて原子炉廃棄物中のすべて
の放射性同位体の内Csがガラスに封入する場合
最も問題をはらんでおり、封入固定後最も早期に
環境等を汚染する虞がある。従つてセシウムをガ
ラス母材に固定化する方法によれば、他の放射性
同位体の封入固定化に伴なう問題も解決し得よ
う。ゆえにセシウムを固定化する方法によれば他
の放射性同位体も難なく固定化できる。 以下に示す実験例乃至の場合実験例の分
子“充填”工程が実行される。実験例の場合、
充填液にはCsNO3のように有害な廃液中に存在
するSrNO3が含まれている。実験例の溶液はほ
う酸中の低レベル放射性廃棄物を模擬している。
実験例,の各溶液は実際に原子炉から排出さ
れる未処理の放射性廃棄物に類似しており、実験
例では商業炉から排出される燃料元素を再処理
する時に生じる代表的放射性廃棄物の主成分を使
用している。 実験例 , 多孔質ガラスプレフオームは、SiO260.2mol
%、B2O332.8mol%、Na2O3.6mol%、K2O3.4mol
%の組成のガラスを白金るつぼに入れ、約1400℃
に加熱熔融する工程と、白金撹はん装置で前記熔
融されたガラスを均質化する工程と、その後ガラ
スベイトを用いて前記熔融されたガラスを引き延
ばす工程と、前記引き延ばされたガラスを直径7
mm長さ30.5cmの円筒体即ち棒状体に切断する工程
と、前記切断されたガラス棒状体を550℃で1.5時
間乃至2時間熱処理する工程と、前記熱処理され
たガラス棒状体を冷する工程と、前記冷されたガ
ラス棒状体をHFの2.5%水溶液中で60秒間洗浄す
る工程と、前記洗浄されたガラス棒状体を3NHCl
と15乃至20%のNH4Clとを含有する溶液中で浸出
する工程と、前記浸出されたガラス棒状体を水で
洗浄する工程とからなる製造方法により形成され
る。形成された多孔質ガラスプレフオームは連結
多孔構造を特徴とし、SiO295mol%、B2O35mol
%、アルカリ金属酸化物0.1mol%未満の成分構成
を有する。 上述により形成された棒状の多孔質ガラスプレ
フオームは次に廃棄物質を含むいわゆる“充填”
液、この場合CsNO3の濃度が65重量%である
CsNO3水溶液に少なくとも3時間前記充填液を
105℃に維持して浸漬する。実験例の場合は、
CsNO3の充填液が多孔質構造体内にCsNO3の沈
澱が生じるまでの数分間冷水とメタノールとの混
合液と交換され、その後ガラス棒状体は3時間メ
タノール中に浸漬される。実験例の場合、充填
液はCsNO3の沈澱が生じるまでの時間即ち2分
間未満の間、冷水とメタノールとの混合液と交換
される。次にガラス棒状体は2℃で約3時間水中
に浸漬され、その後0℃で更に少なくとも3時間
メタノール中に浸漬される。この2回の浸漬処理
によりガラス棒状体の円筒面に厚さが1mm程度の
皮層部が形成される。前記皮層部にはCsNO3
存在しない。 実験例,の場合とも0.1mmHg程度の真空中
で0℃の温度に24時間保持した後、ガラス棒状体
は溶剤、水及びメタノールを除去し、且つ添加物
即ち硝酸セシウムを分解して酸化物とするよう真
空中で0℃から625℃まで徐々に温度を高めつつ
乾燥される。加熱速度は15℃/hrである。ガラス
棒状体即ち棒状の多孔質ガラスプレフオームの焼
結温度である840℃まで酸素雰囲気中で更に加熱
される。多孔質構造が破壊されると封入固定化は
完全であると考えられ、焼結された非孔質のガラ
ス棒状体は炉から取り出され外気の温度に戻され
る。 その後実験例,により形成された2の非孔
質のガラス棒状体のセシウム濃度および前記セシ
ウム濃度に伴なう屈折率が測定された。実験例
,により形成された各ガラス棒状体の中心部
の組成はSiO292.1mol%、B2O34.9mol%、Cs2O
約3mol%(屈折率1.487に相当する)、および微量
のアルカリ金属酸化物であつた。実験例では、
前記組成が表面下1mmより大巾に浅い所まで実質
的に維持されていた。実験例により形成された
非孔質のガラス棒状体を分析した結果、厚さ1mm
の皮層部の屈折率が1.458であることが判明し
た。この屈折率は前記皮層部に測定され得るだけ
のCs2O添加物が存在しないことを示している。 図は、米国のワシントン州、リツチランドのバ
ツテル・パシフイツク・ノースウエスト研究所
(Battelle Pacific Northwest Laboratory)から
の熔融ガラス技術により得られた放射性廃棄を内
部に封入固定するガラスに比べ、実験例から得
られた焼結された非孔質ガラスを20000年間貯蔵
した後環境に放出された廃棄物質の重量分率を示
す。 時間の凾数として放射性物質の散逸量を推定し
得るようセシウムイオンの拡散率の推定値を求め
るため、上述の実験例,によつて形成された
2の非孔質ガラス並びにバツテル・パシフイツ
ク・ノースウエスト研究所によつて即ち熔融工程
によつて得られたガラスの導電率が夫々測定され
た。この測定結果を下の表に示す。
[Table] The terms "rare earth" and "lanthanide" are used here to refer to lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium,
Used interchangeably to refer to the elemental series consisting of gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thorium, ytterbium, and lutetium. When used in non-waste materials, radioactive elements occur singly or in groups, or as compounds such as salts. In either case, the radioactive material must be dissolved into a solution or melted. A rod-shaped porous glass substrate is immersed in an additive solution containing a radioactive substance for a sufficient time to diffuse the additive solution or filling liquid into the pores. The soaking time depends on the temperature of the filling liquid, the pore structure, and the dimensions of the porous glass matrix. After the filling liquid fills the holes with additives such as radioactive substances, various treatments are performed. According to one method, a porous glass preform is removed from the filling liquid and then the additive impregnated into the pores of said porous glass preform evaporates the solvent by chemical means, reducing the temperature. method or the like into a porous glass preform. If desired, the porous glass preform may be briefly washed to clean the surface. In some cases, the porous glass preform may be soaked for several hours in a cleaning solution, such as a solution that is relatively insoluble in additives. The porous glass preform is then dried, for example in a desiccator, vacuum chamber, etc., preferably at relatively low temperatures. This method results in a non-porous glass having a substantially uniform concentration of waste material upon completion of the drying and sintering steps described below. According to a second method, the porous glass preform is removed from the filling liquid and the additives begin to precipitate, after which the porous glass preform is immersed for several hours in a solution in which the solubility of the additives is moderate. .
This dipping step redissolves the additives into the solution, creating a thick skin on the outer surface of the porous glass preform. The additive is removed from the skin layer by immersing the porous glass preform in several solutions of varying additive solubility in order of decreasing solubility. After completion of the dipping step, the porous glass preform is dried as described above. This method results in a non-porous glass having a skin having a substantially low concentration of additives on the outer surface of the porous glass preform upon completion of the drying and sintering procedure described below. Due to the low concentration of additives in the skin of the porous glass preform, the skin protects the interior from chemical changes and reduces the rate at which radioactive substances that can adversely affect the external environment diffuse from the interior to the skin. cause delay. The drying and sintering process described includes holding the porous glass preform produced by either of the two methods described above in a vacuum at a low temperature for approximately one day, and then substantially drying it in a vacuum. The method includes a step of heating at a rate of 15° C./hr to a temperature higher than the decomposition temperature of the additive and about 100° C. lower than the transition temperature of the porous glass matrix not containing the additive. Here, by heating the porous glass preform to a sintering temperature under appropriate conditions, the redox state of the additive can be brought into a desired state. For example, heating a porous glass preform to the sintering temperature in a vacuum can bring the additives to a reduced state, and heating a porous glass preform to the sintering temperature in a hydrogen atmosphere can bring the additives to a highly reduced state. Alternatively, the additives can be brought to a suitable oxidation state by heating the porous glass preform to the sintering temperature in an oxygen atmosphere under a suitable pressure. Since many radioactive substances, such as acinitide, are hardly soluble in water in the reduced state, being able to change the redox state of the radioactive substance accordingly ensures that the resistance of the glass to external chemical influences is well adjusted. Since the redox state of the radioactive substance can be changed as appropriate, the time until the radioactive substance is dissipated to the outside can be sufficiently prolonged, and safety can be improved. After sintering at high temperature, it is cooled to ambient temperature, thereby forming a non-porous glass that completely encapsulates and immobilizes the radioactive material within the glass structure. In another embodiment, the present invention provides a method for storing and immobilizing an aqueous solution of boric acid contaminated with radioactivity during use as a heat transfer medium in a pressurized water nuclear reactor. In addition to inert gas impurities such as F, the boric acid aqueous solution contaminated with radioactivity contains Co, Cs, Mn, Cr, Sr, and Zn.
Contains various radioactive impurities such as Currently, the aqueous boric acid solution contaminated with radioactivity is sealed and fixed in a cement container and buried several feet (several meters) underground. However, this treatment method is extremely unsatisfactory since the solubility of boric acid at room temperature is approximately 5% and the capacity of the cement container is therefore low. Moreover, cement is not extremely soluble and will leach into the ground water table. Therefore, it is clear that even the treatment of low-level nuclear fuel waste has harmful effects on humans and the environment. The method of the present invention provides a method for filling a porous glass preform with an aqueous boric acid solution contaminated with such low levels of radioactivity. This filling process is carried out at a temperature that allows several times the amount to be filled compared to when fixing in a cement container. For example 100℃
The solubility of boric acid in water is about 30% by weight, or about 6 times the solubility in water at room temperature when fixed in a cement container. The non-porous glass of this example is characterized in that it encapsulates and fixes a boric acid aqueous solution contaminated with low-level radioactivity emitted from a pressurized water reactor, and the boric acid aqueous solution contaminated with radioactivity is oxidized into boron. Oxides of radioactive contaminants including cobalt and chromium are fixed in the glass matrix. strontium,
Other radioactive contaminants such as cesium, manganese or zinc are also present as oxides. Radioactive contaminants are usually contained as 1% by weight final full oxide. However, in pressurized water reactors, the boric acid aqueous solution can contain relatively large amounts of radioactive contaminants, which is a problem due to leakage. In the experimental example, the additive solution contains only cesium nitrate to briefly verify the effects of the additive and the porous glass. Cesium is chosen because of its high concentration in the waste material and because it is an alkali metal, its diffusion coefficient into glass is greater than other elements except rubidium, which is present in low concentrations. It is expressed in moles below. Cesium has the disadvantage of high vapor pressure at the temperatures required to melt glass, which can be avoided by the method according to the invention. Therefore, of all the radioactive isotopes in nuclear reactor waste, Cs poses the most problems when sealed in glass, and is likely to contaminate the environment at the earliest stage after being sealed and fixed. Therefore, the method of immobilizing cesium on a glass base material may solve the problems associated with the encapsulation and immobilization of other radioactive isotopes. Therefore, using the method of immobilizing cesium, other radioactive isotopes can also be immobilized without difficulty. In the following examples and cases, the molecular "filling" process of the examples is carried out. In the case of the experimental example,
The filling liquid contains SrNO 3 which, like CsNO 3 , is present in hazardous waste liquids. The example solution simulates low-level radioactive waste in boric acid.
Each solution in the experimental examples is similar to untreated radioactive waste actually discharged from a nuclear reactor. Main ingredients are used. Experimental example: Porous glass preform contains 60.2mol of SiO 2
%, B2O3 32.8mol %, Na2O3.6mol %, K2O3.4mol
% glass composition is placed in a platinum crucible and heated to approximately 1400℃.
a step of homogenizing the molten glass using a platinum stirrer, a step of elongating the molten glass using a glass bait, and a step of elongating the elongated glass to a diameter. 7
A step of cutting the glass rod into a cylinder or rod with a length of 30.5 cm, a step of heat treating the cut glass rod at 550° C. for 1.5 to 2 hours, and a step of cooling the heat treated glass rod. , washing the cooled glass rod in a 2.5% aqueous solution of HF for 60 seconds, and washing the washed glass rod in 3NHCl.
and 15 to 20% of NH 4 Cl, and washing the leached glass rod with water. The formed porous glass preform is characterized by connected pore structure and contains 95mol% SiO2 , 5mol % B2O3
%, and has a component composition of less than 0.1 mol% of alkali metal oxides. The rod-shaped porous glass preform formed as described above is then filled with a so-called "fill" containing waste material.
The concentration of liquid, in this case CsNO3 , is 65% by weight
Add the filling solution to the CsNO3 aqueous solution for at least 3 hours.
Maintain and soak at 105℃. For the experimental example,
The filling liquid of CsNO 3 is exchanged with a mixture of cold water and methanol for several minutes until precipitation of CsNO 3 occurs within the porous structure, and then the glass rod is immersed in methanol for 3 hours. In the case of the experimental example, the fill liquid is replaced with a mixture of cold water and methanol for a period of time until precipitation of CsNO 3 occurs, ie less than 2 minutes. The glass rod is then soaked in water for about 3 hours at 2°C and then in methanol for an additional at least 3 hours at 0°C. Through these two immersion treatments, a skin layer with a thickness of about 1 mm is formed on the cylindrical surface of the glass rod. CsNO 3 is not present in the cortical layer. In both the experimental examples, after being kept at a temperature of 0°C in a vacuum of about 0.1 mmHg for 24 hours, the glass rod-shaped body was freed of solvent, water, and methanol, and the additive, that is, cesium nitrate, was decomposed into oxides. The material is dried in a vacuum while gradually increasing the temperature from 0°C to 625°C. The heating rate is 15°C/hr. It is further heated in an oxygen atmosphere to 840° C., which is the sintering temperature of the glass rod or rod-shaped porous glass preform. Once the porous structure is destroyed, the encapsulation is considered complete and the sintered non-porous glass rod is removed from the furnace and returned to ambient temperature. Thereafter, the cesium concentration and the refractive index associated with the cesium concentration of the second non-porous glass rod-shaped body formed in Experimental Example 2 were measured. In the experimental example, the composition of the center of each glass rod-shaped body formed by SiO 2 92.1 mol%, B 2 O 3 4.9 mol%, Cs 2 O
It was approximately 3 mol% (corresponding to a refractive index of 1.487), and a trace amount of alkali metal oxide. In the experimental example,
The above composition was substantially maintained up to a depth of more than 1 mm below the surface. As a result of analyzing the non-porous glass rod-shaped body formed in the experimental example, it was found that the thickness was 1 mm.
The refractive index of the cortical layer was found to be 1.458. This refractive index indicates that there is no measurable Cs 2 O additive present in the cortical region. The figure was obtained from an experimental example compared to a glass that seals and fixes radioactive waste obtained by molten glass technology from the Battelle Pacific Northwest Laboratory in Richland, Washington State, USA. It shows the weight fraction of waste material released into the environment after 20000 years of storage of sintered non-porous glass. In order to obtain an estimate of the diffusivity of cesium ions so that the amount of radioactive material dissipated as a function of time can be estimated, two non-porous glasses formed by the above-mentioned experimental example and Battel Pacific Northwest were used. The electrical conductivity of the glasses obtained in the laboratory, ie by the melting process, was measured in each case. The measurement results are shown in the table below.

【表】 (1) これらの値はストークス・アインシユタイン
の関係式から求めたもので推定値にすぎない。 (2) 実験例に関するデータは皮層部のみについ
てである。中心部の値は実験例の場合と同じ
である。 (3) ワシントン州のリツチランドにあるバツテ
ル・パシフイツク・ノースウエスト研究所。こ
のガラスは実験例,により形成されたガラ
スに封入される添加物のセシウム濃度の半分よ
り小さい。 表において、拡散率はストークス・アインシ
ユタインの関係式を用いて導電率から推定されて
いる。表の数値をみるに、常温でバツテル・パ
シフイツク・ノースウエスト研究所において熔融
法により形成したガラスと比べた時実験例,
の非孔質ガラスの拡散率は、実験例,の非孔
質ガラスがバツテルのガラスに比べ添加物を2倍
以上も含んでいるにもかかわらず前記バツテルの
ガラスに比し数オーダーも小さい。完全なシンク
即ち散逸した分子乃至は原子が境界面に蓄積され
ない物質に対し20000年間接触暴露せしめられた
後の理論損失重量即ち最も悲観的に推定された理
論損失重量が、実験例の方法により形成した非
孔質のガラス棒状体について保存温度の凾数とし
て表の数値から求められて図に示されている。 実験例 実験例に示すようにして作成された棒状の多
孔質ガラスプレフオーム即ちガラス棒状体は100
mlの水について95gの割合でSr(NO32を含み60
℃に維持されている溶液中に浸漬された。ガラス
棒状体は4時間この溶液に浸漬された後に取り出
され、常温のイソプロパノール中に入れられた。
SrNO3の沈澱は多孔質構造体内で緩慢に進行し、
完了までに2乃至3時間を要した。次にガラス棒
状体は、皮層部からSrNO3を除去するよう、0℃
のエタノール66%と水34%との混合液中に5時間
浸漬された。最後にガラス棒状体は常温のエタノ
ール90%と水10%との混合液中に浸漬され、次い
で常温のイソプロパノール中に浸漬された。その
後ガラス棒状体は実験例,の場合と同様に0
℃の真空中に24時間維持する工程に後続の工程を
実行して乾燥され、更には焼結される。焼結後炉
から取り出されたガラス棒状体の中心部のガラス
構造体内にはストロンチウムが含有されている
が、一方皮層部にはほとんど含有されていなかつ
た。 実験例 実験例に示すように作成された棒状の多孔質
ガラスプレフオーム即ちガラス棒状体は、H3BO3
を25g、Fe(NO33・9H2Oを0.27g、Cs
(NO3)を0.27g、Sr(NO32を0.27g、Co
(NO32・6H2Oを0.27g、Cr(NO33・9H2Oを
0.27g、水を80ml、そしてHNO3を1ml即ち
13.4mol%だけ含有した100℃の溶液中に3時間浸
漬される。ガラス棒状体は混合液から取り出され
て次に30分間0℃の水中に入れられ、0℃の真空
中で24時間かけて乾燥される。その後、ガラス棒
状体は残留した溶液を除去し且つ金属の硝酸塩を
分解するよう真空中で15℃/hrの割合で625℃ま
で加熱され、更に孔を破壊し焼結するよう真空中
で50℃/hrの割合で850℃まで加熱される。 前記焼結されたガラス棒状体は、母材の一部と
してCs、Sr、Fe、CoおよびCrの酸化物および
SiO2、B2O3を含んだ非孔質ガラスである。浸漬
即ち充填工程に後続する水浸漬工程により、ガラ
ス棒状体の皮層部の添加物濃度が減少せしめられ
る。ガラス棒状体は添加物濃度の低い皮層部を形
成するよう充填液から取り出した後、酢酸メチル
若しくはアセトンに浸漬してもよい。しかしなが
ら、酢酸メチル若しくはアセトンに浸漬して作成
したガラス棒状体は乾燥・焼結工程の際に長手方
向に割れる傾向があるが、放射性物質の固定化・
静止化に関して有害ではない。 実験例 Sr(NO32を12.9g、Rb(NO3)を18g、Ba
(NO32を15.9g、Zr(NO34・5H2Oを104.1g、
Fe(NO33・9H2Oを153.6g、Co(NO32
6H2Oを4.2g、Ni(NO32・6H2Oを21.3g、Cs
(NO3)を12.3g、希土類硝酸塩混合物を89.4g、
およびこれらの金属添加物を約100℃で分解でき
るに十分の水から成る充填液を調製する。実験例
に示すように作成された棒状の多孔質ガラスプ
レフオーム即ちガラス棒状体が3時間前記充填液
中に浸漬された。その後ガラス棒状体は充填液か
ら取り出され、10分間0℃の3NHNO3溶液に入れ
られた。ガラス棒状体は次に2時間0℃のアセト
ン中に入れられ、溶剤を除去するよう24時間作動
する減圧ポンプ装置を備えた0℃の乾燥室中に置
かれた。その後ガラス棒状体は真空中で15℃/hr
の割合で625℃まで加熱された。ガラス棒状体は
625℃の真空中に24時間維持され、次に多孔質構
造体に含浸された廃棄添加物を強く還元するよう
真空中で840℃まで緩慢に加熱される。ガラス棒
状体は840℃付近で焼結され、母材の一部として
廃棄物質を含んでいる固体の非孔質ガラスが得ら
れる。 実験例 ここではPW8aと表示される代表的な放射性廃
棄物から得られた10の主成分を含んでいる充填液
が使用される。10の各成分の相対濃度は廃液成分
の3倍で表わされる。前記充填液は、Fe
(NO33・9H2Oを148.8g、UO2(NO32・6H2O
を21.3g、NaNO3を33.6g、Zr(NO34・5H2Oを
18.6g、Nd(NO33・5H2Oを19.8g、Ce
(NO33・6H2Oを9.0g、La(NO33・6H2Oを4.2
g、CsNO3を4.2g、Sr(NO32を2.4g、Ba
(NO32を3.0g、HNO3を264.9g、水を150mlだけ
含んでいる。十分の水と硝酸とは金属硝酸塩を充
填液中に溶解しておくために添加された。前記充
填液は前記成分を1つづつ異なる温度で添加しつ
つ調製された。この時の最終温度は99℃であつ
た。 実験例,に示したように作成された6本の
棒状の多孔質ガラスプレフオーム即ちガラス棒状
体は3時間99℃の充填液中に浸漬され、5秒間20
℃の水で洗浄し次に20℃に維持されたデシケータ
内に16時間放置された。従つてガラス棒状体には
皮層部が形成されていないので以下無皮層ガラス
棒状体と呼ぶ。3本の無皮層ガラス棒状体はデシ
ケータから取り出され、次に中心部より添加物即
ち廃棄物質の濃度が低い皮層部を表面近傍に形成
する(以下皮層ガラス棒状体と呼ぶ)よう浸漬工
程、即ち8重量%のUo2(NO32・6H2Oと4重量
%のCe(NO32・6H2Oと2重量%のLa
(NO33・5H2Oとを含むイソプロパノール中に30
分間浸漬する工程と、更にクロロホルム80%とイ
ソプロパノール20%とからなる他の溶液中に30分
間浸漬する工程とが実行された。前記皮層ガラス
棒状体は次に1mmHg未満の圧力を有し0℃の真
空中で24時間かけて乾燥され、その後常温で残り
の3本の無皮層ガラス棒状体と共に炉に入れら
れ、溶剤を除去し更には添加物即ち金属硝酸塩を
分解して金属酸化物とするよう真空中において15
℃/hrの割合で625℃まで加熱された。無皮層ガ
ラス棒状体と皮層ガラス棒状体とを1本づつ含む
3組の組に分けられた。各組異なる環境即ち、 (1) 1気圧の95%のN2と5%のH2とを含む雰囲
気(強い還元条件) (2) 1mmHg未満の真空雰囲気(中等度の還元条
件) (3) 1気圧の空気雰囲気(酸化条件) の環境中において50℃/hrの割合で加熱された。
約860℃においてガラス棒状体は焼結された孔が
破壊された。 焼結された3組の棒状の非孔質ガラスを分析し
たところ、金属酸化物が適宜異なる酸化状態にあ
ることが判明した。本発明によれば、放射性物質
例えばアクニチドを低い酸化状態で極めて長い期
間例えば数世紀にわたつて封入固定し得る化学的
に不活性の非孔質ガラスを提供可能であることは
明らかであろう。 2 封入すべき放射性物質が気体の場合 本発明による上述の各実施例がガラス内に放射
性気体を封入し固定化する方法に適用される。 第1の方法を実験例,に示す。この場合棒
状の多孔質ガラス即ちガラス棒状体が0℃の真空
中で約24時間かけて部分的に乾燥され、更にホス
トとし添加物を含有せず未焼結のガラスの転移温
度よりも50℃乃至150℃低い乾燥温度まで真空中
で緩慢に加熱することにより乾燥される。この乾
燥温度は前記棒状の多孔質ガラスに対しては約
625℃である。625℃で一又はそれ以上の放射性気
体がガラス棒状体の配置された密封室に導入され
る。温度は約24時間625℃に維持され、その後ガ
ラス棒状体は約50℃/hrの割合で放射性気体の雰
囲気中で焼結が生じガラス母材内に溶解された気
体が封入される835℃乃至900℃まで加熱される。
所望により加熱速度および保持温度は適宜変更し
てもよい。急速に加熱するとガラス棒状体を破損
する場合もあるが、ガラス母材内に放射性気体を
封入し固定化するに悪影響を及ぼすものではな
い。 第2の方法の場合、棒状の多孔質ガラス即ちガ
ラス棒状体が一又はそれ以上の添加物を含んだ溶
液に浸漬される。所望なら前記添加物はガラス棒
状体内の放射性気体の溶解度を増加するよう選択
してもよい。添加物がガラス棒状体の孔に拡散さ
れた後、ガラス棒状体は添加物溶液から取り出さ
れ添加物の含まれていない溶剤に浸漬される。所
望ならガラス棒状体の孔中の添加物濃度を各種方
法で変化せしめてもよい。まずガラス棒状体内の
添加物濃度に変化がない場合、添加物がガラス棒
状体の孔内に均等に沈澱するよう溶剤液が選択さ
れる。次に溶剤が除去されガラス棒状体は乾燥さ
れる。次にガラス棒状体の表面に添加物の含まれ
ない皮層部を形成しようと望む場合(実験例参
照)、添加物は上述の場合と同様に沈澱されるが
乾燥工程に先立つてガラス棒状体は皮層部の添加
物が溶解され除去されるよう他の1以上の溶剤中
に移される。次に添加物濃度に勾配を持たせたい
場合には、ガラス棒状体はまず添加物を沈澱させ
ず、かつ孔から拡散流出せしめるよう機能する溶
剤中に浸漬される。次にガラス棒状体は添加物の
沈澱を生じる他の一以上の溶剤に移されその後乾
燥される。 所望なら乾燥工程は真空中において0℃の温度
から開始してもよい。次にガラス棒状体は真空中
において緩慢に即ち15℃/hrの割合で残留した溶
剤が除去され且つ添加物が分解されるよう625℃
まで加熱される。625℃で一又はそれ以上の放射
性気体がガラス棒状体の配置された加熱室に導入
され、温度は約24時間625℃に維持される。更に
ガラス棒状体は50℃/hrの割合で焼結が生じガラ
ス母材内に溶解された放射性気体が封入されるよ
う、835℃乃至900℃まで加熱される。 第3の方法の場合、ガラス棒状体内に含浸され
た添加物即ち放射性気体の濃度を軸からの距離に
応じて変化せしめることができる。この場合棒状
の多孔質ガラス即ちガラス棒状体には、硝酸カリ
ウム等の転移温度を低下しうる物質が添加含浸さ
れる。添加物がガラス棒状体の孔に完全に拡散し
た後添加物は、ガラス棒状体を冷却するか又は添
加物の溶解度が極めて低い溶剤に導入することに
より孔内に沈澱される。次にガラス棒状体は皮層
部から添加物を除去するよう添加物の溶解度が5
%乃至10%である溶剤に浸漬される。溶剤を乾燥
した後ガラス棒状体内の添加物濃度は内部が高く
皮層部が低くなつている。このためガラス棒状体
の焼結温度は、皮層部が高く内部が低くなつてい
る。ガラス棒棒状体は0℃の真空中において約24
時間かけて乾燥される。次にガラス棒状体は真空
中において15℃/hrの割合で600℃まで加熱され
る。600℃で一又はそれ以上の放射性気体がガラ
ス棒状体を配置した加熱室に導入される。温度は
棒状の多孔質ガラス即ちガラス棒状体の内部が焼
結されるまで緩慢に上昇され、かつガラス棒状体
の皮層部が焼結する温度末満に維持される。ここ
で放射性気体がガラス棒状体の周囲から除去され
皮層部が焼結されるまで温度が上昇せしめられ
る。この方法によればガラス棒状体の内部には溶
解された放射性気体が封入されているが、一方皮
層部には溶解された放射性気体はほとんど含まれ
ていない。 実験例 実験例に示したように作成された棒状の多孔
質ガラスプレフオーム即ちガラス棒状体は外気の
温度のメタノール中に約3時間浸漬された。次に
ガラス棒状体は減圧ポンプ装置を具備する0℃に
維持された乾燥室に24時間移され乾燥された。ガ
ラス棒状体は完全に乾燥するよう50℃/hrの割合
で650℃まで加熱された。650℃で1気圧のKr気
体がガラス棒状体を配置した加熱室に導入され
た。更にガラス棒状体は650℃のKr雰囲気内に18
時間維持され、その後Kr雰囲気中で焼結を達成
し、延いてはガラス母材内に溶解されたKr気体
を封入するよう880℃まで加熱された。 実験例 実験例の工程が、クリプトンのかわりに1/10
バールの沃素気体雰囲気とするよう沃素ペレツト
を煮沸して沃素気体を650℃で加熱室内に導入さ
れる工程を除いて反復された。ガラス棒状体は前
記650℃の沃素雰囲気中に18時間保持され、ガラ
ス棒状体が焼結され、延いては非孔質ガラスが桃
色となることにより確認されるようにガラス母材
内に溶解された沃素気体を封入するよう880℃ま
で加熱された。 実験例 この実験例はガラス母材内に溶解された固体添
加物と気体添加物との両方を封入する場合であ
る。 実験例で示したようにして作成された棒状の
多孔質ガラスプレフオーム即ちガラス棒状体は
105℃の67重量%CsNO3溶液に4時間浸漬され
た。更にガラス棒状体は孔内に硝酸セシウムを沈
澱せしめるよう0℃の純水中に移され浸漬され
る。完全に沈澱させるのに30秒を要した。ガラス
棒状体は孔内の硝酸セシウム濃度を変化せしめる
よう0℃の水中に3時間放置され、これにより表
面近傍に硝酸セシウムの実質的に含まれない皮層
部が形成された。ガラス棒状体は皮層部の硝酸セ
シウム濃度を更に低減するよう0℃のメタノール
中に移され3時間浸漬された。この値後にガラス
棒状体を0℃の真空室に挿入して乾燥工程が開始
され24時間継続された。 その後ガラス棒状体は乾燥工程を完了し硝酸セ
シウムを酸化セシウムに分解するよう15℃/hrの
割合で625℃まで加熱された。更にガラス棒状体
は625℃の真空中に24時間保持された。次に圧力
が1気圧になるまで真空室にクリプトン気体が導
入された。ガラス棒状体は625℃のクリプトン雰
囲気内に更に24時間保持され、その後Csと同様
にガラス母材内に溶解されたクリプトンを封入固
定化するよう、50℃/hrの割合で焼結温度まで加
熱された。本発明によれば放射性物質特に原子炉
から出される放射性廃棄物を好適に封入できるの
で、これら放射性物質は地上の人命に危険を及ぼ
すことなく有益に使用できる。有用な応用例をい
くつか以下に示す。 多孔質ガラスの焼結により放射性元素はガラス
母材内に完全に封入される。これら放射性元素は
ガラス容器内で化学的に結合固定化されているの
で、危険性の高い原子炉から出される放射性廃棄
流を極めて長期間安全に封入できる。新規なガラ
ス容器は環境に放射性同位体を漏出する虞もなく
移動可能である。これらガラス容器は地下の貯蔵
室に長期間貯蔵しうる。貯蔵室は1000フイート
(約300m)以上の深所に設けることが好ましい。 放射性廃棄物から生ずるものばかりではないが
放射性同位体の一部は貯蔵するばかりでなく有益
に使用できる。例えばバクテリア、ビールス等の
微生物を殺すことにより食料および薬品の殺菌消
毒用として、医学及び産業、教育および研究の分
野にも利用できる。殺菌消毒用として利用する場
合、放射性セシウム、ストロンチウム、コバルト
等の選択された同位体を含むガラス容器は食料を
保存したり、下水の泥に含まれている栄養分を食
料として回収するのに使用可能である。これらの
例は、放射性同位体による食料の汚染を防止し、
且つ前記汚染された食料を摂取するに際し生じる
虞のある放射線障害を防止するに好適な容器を開
発するを要するので今日のところまだ商業的には
普及していない。本発明によれば、上述のように
して放射性物質を完全に封入することにより、原
子炉から大量に出る放射性物質を利用して食料を
殺菌消毒できる。 本発明によればガラス容器内に放射性廃棄物を
完全に封入できるので、イオン化、殺菌、患者の
照射、乃至はガンマ線照射により材料中の損傷を
検知する品質管理用等の装置に放射線源が必要と
される医学、産業、教育および研究用装置に利用
可能である。
[Table] (1) These values were obtained from the Stokes-Einstein relationship and are only estimated values. (2) The data regarding the experimental examples are only for the cortical layer. The values in the center are the same as in the experimental example. (3) Battel-Pacific Northwest Research Institute, Litchiland, Washington; This glass was less than half the cesium concentration of the additive encapsulated in the glass formed by the experimental example. In the table, the diffusivity is estimated from the conductivity using the Stokes-Einstein relation. Looking at the numerical values in the table, when compared with glass formed by the melting method at Battel Pacific Northwest Research Institute at room temperature,
The diffusivity of the non-porous glass in the experimental example is several orders of magnitude smaller than that of the Battelle glass, even though the non-porous glass in the experimental example contains more than twice as much additive as the Battelle glass. The theoretical loss weight, that is, the most pessimistically estimated theoretical loss weight, after 20,000 years of contact exposure to a substance that does not accumulate a complete sink, that is, dissipated molecules or atoms at the interface, is formed by the method of the experimental example. The storage temperature coefficients for non-porous glass rods obtained from the values in the table are shown in the figure. Experimental example A rod-shaped porous glass preform, that is, a glass rod-shaped body prepared as shown in the experimental example, has a diameter of 100.
Contains Sr( NO3 ) 2 at a rate of 95g per ml of water60
immersed in a solution that is maintained at °C. The glass rod was immersed in this solution for 4 hours, then removed and placed in isopropanol at room temperature.
Precipitation of SrNO3 progresses slowly within the porous structure,
It took 2 to 3 hours to complete. Next, the glass rod was heated to 0°C to remove SrNO 3 from the cortical layer.
It was immersed in a mixture of 66% ethanol and 34% water for 5 hours. Finally, the glass rod was immersed in a mixture of 90% ethanol and 10% water at room temperature, and then into isopropanol at room temperature. After that, the glass rod-like body is 0 as in the experimental example.
The subsequent steps are performed by maintaining the product in vacuum at ℃ for 24 hours, followed by drying and further sintering. Strontium was contained in the glass structure at the center of the glass rod-shaped body taken out of the furnace after sintering, but on the other hand, almost no strontium was contained in the skin layer. EXPERIMENTAL EXAMPLE A rod-shaped porous glass preform, i.e., a glass rod, prepared as shown in the experimental example, is made of H 3 BO 3
25g, Fe(NO 3 ) 3・9H 2 O 0.27g, Cs
(NO 3 ) 0.27g, Sr(NO 3 ) 2 0.27g, Co
(NO 3 ) 2・6H 2 O, 0.27 g, Cr(NO 3 ) 3・9H 2 O
0.27 g, 80 ml of water, and 1 ml of HNO 3 , i.e.
It is immersed for 3 hours in a solution at 100°C containing only 13.4 mol%. The glass rods are removed from the mixture and then placed in water at 0°C for 30 minutes and dried in vacuum at 0°C for 24 hours. The glass rods are then heated to 625°C at a rate of 15°C/hr in vacuum to remove residual solution and decompose metal nitrates, and further heated to 50°C in vacuum to destroy pores and sinter. /hr to 850℃. The sintered glass rod contains oxides of Cs, Sr, Fe, Co and Cr as part of the matrix and
It is a non-porous glass containing SiO 2 and B 2 O 3 . The water soaking step that follows the soaking or filling step reduces the additive concentration in the skin of the glass rod. The glass rod may be immersed in methyl acetate or acetone after being removed from the filling liquid to form a skin layer with a low additive concentration. However, glass rods made by immersing them in methyl acetate or acetone tend to crack longitudinally during the drying and sintering process;
Not harmful with respect to quiescence. Experimental example: 12.9 g of Sr(NO 3 ) 2 , 18 g of Rb(NO 3 ), Ba
(NO 3 ) 2 15.9g, Zr(NO 3 ) 4・5H 2 O 104.1g,
153.6g of Fe(NO 3 ) 3・9H 2 O, Co(NO 3 ) 2
4.2 g of 6H 2 O, 21.3 g of Ni(NO 3 ) 2 6H 2 O, Cs
(NO 3 ) 12.3g, rare earth nitrate mixture 89.4g,
and a fill solution consisting of sufficient water to decompose these metal additives at about 100°C. A rod-shaped porous glass preform or glass rod prepared as shown in the experimental example was immersed in the filling liquid for 3 hours. The glass rods were then removed from the filling liquid and placed in 3NHNO 3 solution at 0° C. for 10 minutes. The glass rods were then placed in acetone at 0° C. for 2 hours and placed in a drying chamber at 0° C. equipped with a vacuum pump system running for 24 hours to remove the solvent. Afterwards, the glass rod-shaped body was heated at 15℃/hr in a vacuum.
It was heated to 625℃ at a rate of . The glass rod is
It is maintained in vacuum at 625°C for 24 hours and then slowly heated to 840°C in vacuum to strongly reduce the waste additives impregnated into the porous structure. The glass rods are sintered at around 840°C to yield a solid, non-porous glass containing waste material as part of the matrix. Experimental example A filling liquid containing 10 main components obtained from a typical radioactive waste labeled PW8a is used here. The relative concentration of each of the 10 components is expressed as three times that of the waste liquid component. The filling liquid is Fe
(NO 3 ) 3・9H 2 O 148.8g, UO 2 (NO 3 ) 2・6H 2 O
21.3g, NaNO 3 33.6g, Zr(NO 3 ) 4・5H 2 O
18.6g, 19.8g of Nd( NO3 ) 35H2O , Ce
(NO 3 ) 3・6H 2 O 9.0 g, La (NO 3 ) 3・6H 2 O 4.2
g, 4.2 g of CsNO 3 , 2.4 g of Sr(NO 3 ) 2 , Ba
It contains 3.0 g of (NO 3 ) 2 , 264.9 g of HNO 3 , and only 150 ml of water. Sufficient water and nitric acid were added to keep the metal nitrates dissolved in the fill liquid. The filling liquid was prepared by adding the components one by one at different temperatures. The final temperature at this time was 99°C. Six rod-shaped porous glass preforms, i.e., glass rods, prepared as shown in Experimental Example, were immersed in a filling solution at 99°C for 3 hours and heated at 20°C for 5 seconds.
℃ water and then placed in a desiccator maintained at 20°C for 16 hours. Therefore, since no skin layer is formed on the glass rod-like body, it is hereinafter referred to as a skinless glass rod-like body. The three skinless glass rods are taken out of the desiccator and then subjected to a dipping process to form a skin layer near the surface (hereinafter referred to as a skin glass rod) with a lower concentration of additives, ie, waste materials, than the center. 8 wt% Uo 2 (NO 3 ) 2 ·6H 2 O and 4 wt % Ce(NO 3 ) 2 ·6H 2 O and 2 wt % La
(NO 3 ) 30 in isopropanol containing 3.5H 2 O
A 30 minute immersion step was carried out, followed by a 30 minute immersion step in another solution consisting of 80% chloroform and 20% isopropanol. The skinned glass rods were then dried in a vacuum at 0° C. with a pressure of less than 1 mmHg for 24 hours, and then placed in an oven at room temperature with the remaining three skinless glass rods to remove the solvent. Furthermore, the additives, i.e., metal nitrates, are decomposed into metal oxides by 15°C in a vacuum.
It was heated to 625°C at a rate of °C/hr. They were divided into three groups, each containing one non-cortical glass rod and one cortical glass rod. Each set has a different environment, namely: (1) Atmosphere containing 95% N 2 and 5% H 2 at 1 atm (strong reducing condition) (2) Vacuum atmosphere below 1 mmHg (moderate reducing condition) (3) It was heated at a rate of 50°C/hr in an air atmosphere of 1 atm (oxidizing conditions).
At about 860°C, the sintered pores of the glass rod were destroyed. Analysis of three sets of sintered non-porous glass rods revealed that the metal oxides were in appropriately different oxidation states. It will be clear that, according to the invention, it is possible to provide a chemically inert, non-porous glass capable of enclosing and immobilizing radioactive substances, such as akinitide, in a low oxidation state for very long periods of time, for example centuries. 2 When the radioactive substance to be encapsulated is a gas The above-described embodiments of the present invention are applied to a method of encapsulating and fixing a radioactive gas in glass. The first method is shown in Experimental Example. In this case, a rod-shaped porous glass, i.e., a glass rod, is partially dried in a vacuum at 0° C. for about 24 hours, and then 50° C. above the transition temperature of the host, additive-free, unsintered glass. Dry by slow heating in vacuum to a drying temperature between 150°C and 150°C lower. This drying temperature is approximately
It is 625℃. At 625°C one or more radioactive gases are introduced into a sealed chamber in which a glass rod is placed. The temperature is maintained at 625°C for about 24 hours, and then the glass rod is sintered in an atmosphere of radioactive gas at a rate of about 50°C/hr to 835°C to 835°C, where the gas dissolved in the glass matrix is sintered. Heated to 900℃.
The heating rate and holding temperature may be changed as desired. Rapid heating may damage the glass rod-like body, but this does not adversely affect the encapsulation and immobilization of radioactive gas within the glass base material. In the second method, a porous glass rod is immersed in a solution containing one or more additives. If desired, the additives may be selected to increase the solubility of the radioactive gas within the glass rod. After the additive has been diffused into the pores of the glass rod, the glass rod is removed from the additive solution and immersed in an additive-free solvent. If desired, the concentration of additives in the pores of the glass rod may be varied in a variety of ways. First, if there is no change in the additive concentration within the glass rod, the solvent solution is selected so that the additive is evenly precipitated within the pores of the glass rod. The solvent is then removed and the glass rod is dried. If it is then desired to form an additive-free skin layer on the surface of the glass rod (see example experiment), the additive is precipitated in the same manner as described above, but prior to the drying step, the glass rod is The cortical additives are transferred into one or more other solvents to dissolve and remove them. If it is then desired to create a gradient in additive concentration, the glass rod is first immersed in a solvent which serves to prevent the additive from precipitating, but to allow it to diffuse out of the pores. The glass rod is then transferred to one or more other solvents that precipitate the additives and then dried. If desired, the drying step may begin at a temperature of 0° C. in a vacuum. The glass rod is then slowly placed in vacuum, i.e. at a rate of 15°C/hr, at 625°C to remove residual solvent and decompose the additives.
heated up to. At 625°C one or more radioactive gases are introduced into the heating chamber in which the glass rods are placed and the temperature is maintained at 625°C for about 24 hours. Further, the glass rod-shaped body is heated to 835°C to 900°C so that sintering occurs at a rate of 50°C/hr and the radioactive gas dissolved in the glass matrix is encapsulated. In the case of the third method, the concentration of the additive, ie, the radioactive gas, impregnated into the glass rod can be varied depending on the distance from the axis. In this case, the rod-shaped porous glass, ie the glass rod, is impregnated with a substance capable of lowering the transition temperature, such as potassium nitrate. After the additive has completely diffused into the pores of the glass rod, the additive is precipitated into the pores by cooling the glass rod or by introducing it into a solvent in which the additive has very low solubility. Next, the glass rod-shaped body has a solubility of the additive of 5 to remove the additive from the cortical layer.
% to 10% of the solvent. After drying the solvent, the additive concentration inside the glass rod is higher inside and lower in the cortical layer. Therefore, the sintering temperature of the glass rod-shaped body is high in the skin layer and low in the interior. A glass rod-shaped body has a temperature of about 24°C in a vacuum at 0°C.
It takes time to dry. The glass rod is then heated in vacuum to 600°C at a rate of 15°C/hr. At 600°C one or more radioactive gases are introduced into a heating chamber in which a glass rod is placed. The temperature is slowly increased until the interior of the porous glass rod is sintered, and is maintained at a temperature at which the skin of the glass rod is sintered. The radioactive gas is then removed from around the glass rod and the temperature is raised until the skin is sintered. According to this method, dissolved radioactive gas is sealed inside the glass rod-shaped body, while the cortical layer contains almost no dissolved radioactive gas. EXPERIMENTAL EXAMPLE A rod-shaped porous glass preform or glass rod prepared as shown in the experimental example was immersed in methanol at ambient temperature for about 3 hours. The glass rod was then transferred to a drying room maintained at 0° C. and equipped with a vacuum pump for 24 hours to dry. The glass rods were heated to 650°C at a rate of 50°C/hr to ensure complete drying. Kr gas at 650°C and 1 atm was introduced into the heating chamber in which the glass rod was placed. Furthermore, the glass rod-shaped body was placed in a Kr atmosphere at 650°C.
It was maintained for a time and then heated to 880° C. to achieve sintering in a Kr atmosphere and then to encapsulate the dissolved Kr gas within the glass matrix. Experimental example The process of the experimental example is 1/10 instead of krypton.
The steps were repeated except that the iodine pellets were boiled to create a bar iodine gas atmosphere and the iodine gas was introduced into the heating chamber at 650°C. The glass rods were held in the 650° C. iodine atmosphere for 18 hours to sinter the glass rods and, in turn, melt the non-porous glass into the glass matrix, as evidenced by the pink coloration of the non-porous glass. It was heated to 880°C to enclose iodine gas. Experimental Example This experimental example involves encapsulating both a solid additive and a gaseous additive dissolved in a glass matrix. The rod-shaped porous glass preform, that is, the glass rod-shaped body created as shown in the experimental example, is
It was immersed in a 67 wt% CsNO3 solution at 105°C for 4 hours. Further, the glass rod-like body is transferred and immersed in pure water at 0° C. to precipitate cesium nitrate in the holes. It took 30 seconds for complete precipitation. The glass rod-shaped body was left in water at 0° C. for 3 hours to change the concentration of cesium nitrate in the pores, thereby forming a skin layer substantially free of cesium nitrate near the surface. The glass rod-shaped body was transferred to methanol at 0° C. and immersed for 3 hours to further reduce the cesium nitrate concentration in the cortex. After this value, the glass rod was inserted into a vacuum chamber at 0° C. and the drying process was started and continued for 24 hours. The glass rods were then heated to 625°C at a rate of 15°C/hr to complete the drying process and decompose the cesium nitrate to cesium oxide. Further, the glass rod was kept in a vacuum at 625°C for 24 hours. Krypton gas was then introduced into the vacuum chamber until the pressure reached 1 atmosphere. The glass rod-shaped body was kept in a krypton atmosphere at 625℃ for another 24 hours, and then heated to the sintering temperature at a rate of 50℃/hr to encapsulate and fix the krypton dissolved in the glass base material like Cs. It was done. According to the present invention, radioactive materials, especially radioactive waste emitted from nuclear reactors, can be suitably encapsulated, so that these radioactive materials can be used beneficially without endangering human life on the ground. Some useful applications are listed below. By sintering the porous glass, the radioactive element is completely encapsulated within the glass matrix. Since these radioactive elements are chemically bonded and immobilized within the glass container, radioactive waste streams from highly dangerous nuclear reactors can be safely contained for extremely long periods of time. The new glass container can be moved without risk of leaking radioactive isotopes into the environment. These glass containers can be stored for long periods in underground storage rooms. Preferably, the storage chamber is located at a depth of 1000 feet (approximately 300 meters) or more. Some, but not all, radioactive isotopes resulting from radioactive waste can be put to beneficial use in addition to being stored. For example, by killing microorganisms such as bacteria and viruses, it can be used to sterilize food and medicine, and can also be used in the fields of medicine, industry, education, and research. When used for disinfection purposes, glass containers containing selected isotopes such as radioactive cesium, strontium, and cobalt can be used to store food or recover nutrients from sewage sludge as food. It is. These examples include preventing contamination of food with radioactive isotopes;
In addition, it is necessary to develop a container suitable for preventing radiation damage that may occur when the contaminated food is ingested, so it has not yet become commercially popular. According to the present invention, by completely encapsulating the radioactive material as described above, food can be sterilized and sterilized using the radioactive material released in large quantities from the nuclear reactor. According to the present invention, radioactive waste can be completely enclosed in a glass container, so a radiation source is required for quality control equipment that detects damage in materials by ionization, sterilization, patient irradiation, or gamma ray irradiation. It can be used in medical, industrial, educational and research equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明によるガラス棒状体の重量分率、貯
蔵温度および濃度の関係を示す。
The figure shows the relationship between weight fraction, storage temperature and concentration of glass rods according to the invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガラス母材内に放射性物質が封入固定化され
た非孔質ガラスであつて、 (a) 少なくとも75mol%のSiO2を含有し、 (b) 1mc/cm3以上の放射能を有し、 (c) 水溶液に対し高い化学的耐久性を有し、 (d) シリカ構造中に化学的に含有される放射性物
質が封入固定された酸化物が、環境温度で漏出
することを極めて長時間防止可能になす ことを特徴とする非孔質ガラス。 2 (i) 皮層部が少なくとも90mol%のSiO2を含
有すると共に実質的に放射象物質を含有せず、 (ii) 内部に少なくとも75mol%のSiO2と封入固定
された放射性物質を含有する。 特許請求の範囲第1項記載の非孔質ガラス。 3 放射性核廃棄物を長期間にわたつて貯蔵する
方法において、 (a) 多孔質ガラスプレフオームの連結多孔質構造
の孔に、多孔質ガラスプレフオームの焼結温度
未満の温度で酸化物に分解する放射性物質を含
む放射性核廃棄物の溶液を含浸させる工程と (b) 多孔質ガラスプレフオームの連結多孔質構造
の孔に、放射性物質を沈澱させる工程と、 (c) 多孔質ガラスプレフオームを乾燥する工程
と、 (d) 多孔質ガラスプレフオームの焼結温度未満の
温度で放射性物質を酸化物に変換させる工程
と、 (e) 多孔質ガラスプレフオームの連結多孔質構造
の孔を破壊して、酸化物として存在する放射性
物質をシリカ構造中に封入固定せしめるよう
に、多孔質ガラスプレフオームを焼結温度まで
加熱する工程と、 (f) シリカ構造中に放射性物質を酸化物として封
入固定せしめ、環境温度で外部への漏出を極め
て長期間防止する非孔質ガラスを得る工程、 とを包有することを特徴とする方法。 4 (i) 孔内に放射性物質が沈澱された多孔質ガ
ラスプレフオームを、(a)工程の溶液よりも放射
性物質の溶解度の小さい溶液中に、実質的に放
射性物質を含まない皮層部を形成するに充分な
時間浸漬する工程と、 (ii) 実質的に放射性物質を含まない皮層部と、シ
リカ構造中に酸化物としての放射性物質を封入
固定した内部とを有する非孔質ガラスを得る工
程 とを包有してなる特許請求の範囲第3項記載の方
法。
[Scope of Claims] 1. A non-porous glass in which a radioactive substance is encapsulated and immobilized in a glass matrix, which (a) contains at least 75 mol% SiO 2 , (b) contains 1 mc/cm 3 or more of SiO 2 . It has radioactivity, (c) it has high chemical durability against aqueous solutions, and (d) the oxide in which the radioactive substance is chemically contained and fixed in the silica structure leaks out at ambient temperature. Non-porous glass is characterized by being able to prevent this for an extremely long time. 2 (i) The cortical layer contains at least 90 mol % of SiO 2 and is substantially free of radioactive substances, and (ii) The interior contains at least 75 mol % of SiO 2 and a radioactive substance sealed and fixed. Non-porous glass according to claim 1. 3. In a method for storing radioactive nuclear waste for a long period of time, (a) the pores of the connected porous structure of the porous glass preform are decomposed into oxides at a temperature below the sintering temperature of the porous glass preform; (b) precipitating the radioactive material into the pores of the connected porous structure of the porous glass preform; (c) impregnating the porous glass preform with a solution of radioactive nuclear waste containing radioactive material; (d) converting the radioactive material to an oxide at a temperature below the sintering temperature of the porous glass preform; and (e) destroying the pores of the interconnected porous structure of the porous glass preform. (f) heating the porous glass preform to a sintering temperature so that the radioactive substance existing as an oxide is encapsulated and fixed in the silica structure; (f) encapsulating and fixing the radioactive substance as an oxide in the silica structure; and obtaining a non-porous glass that prevents leakage to the outside at ambient temperature for an extremely long period of time. 4 (i) A porous glass preform with radioactive material precipitated in the pores is placed in a solution in which the radioactive material has a lower solubility than the solution in step (a) to form a skin layer that does not substantially contain radioactive material. (ii) obtaining a non-porous glass having a skin layer substantially free of radioactive substances and an interior in which radioactive substances as oxides are sealed and fixed in the silica structure; The method according to claim 3, comprising:
JP3818678A 1977-04-04 1978-04-03 Nonnporous glass for seling and fixing radioactive matter within glass body and * * method of sealing and fixing Granted JPS53146715A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/000,873 US4211377A (en) 1978-03-24 1979-01-04 Locking device for a seatbelt system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US78443277A 1977-04-04 1977-04-04
US83677877A 1977-09-26 1977-09-26
US05/884,371 US4224177A (en) 1978-03-09 1978-03-09 Fixation of radioactive materials in a glass matrix

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS53146715A JPS53146715A (en) 1978-12-20
JPS6120840B2 true JPS6120840B2 (en) 1986-05-23

Family

ID=27419815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3818678A Granted JPS53146715A (en) 1977-04-04 1978-04-03 Nonnporous glass for seling and fixing radioactive matter within glass body and * * method of sealing and fixing

Country Status (17)

Country Link
JP (1) JPS53146715A (en)
AT (1) AT367237B (en)
AU (1) AU524260B2 (en)
BR (1) BR7802066A (en)
CA (1) CA1110051A (en)
CH (1) CH633499A5 (en)
DE (1) DE2814204A1 (en)
DK (1) DK146878A (en)
ES (2) ES468490A1 (en)
FR (1) FR2386889B1 (en)
GB (1) GB1591703A (en)
IE (1) IE46863B1 (en)
IL (1) IL54316A (en)
IT (1) IT1094315B (en)
LU (1) LU79365A1 (en)
NL (1) NL7803533A (en)
SE (1) SE7803744L (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA786514B (en) * 1978-11-09 1980-07-30 Litovitz T Immobilization of radwastes in glass containers and products formed thereby
BE879880A (en) * 1978-11-09 1980-05-07 Macedo Pedro B FIXING BY ION EXCHANGE OF TOXIC MATERIALS IN A GLASS MATRIX
DE3045878C2 (en) * 1980-12-05 1986-01-23 Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk AG, 4300 Essen Process for solidifying liquid waste containing boric acid from the primary cooling circuit of nuclear power plants
DE3214242A1 (en) * 1982-04-17 1983-10-20 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe METHOD FOR IMPROVING THE PROPERTIES OF RADIOACTIVE WASTE REINFORCEMENTS REQUIRED FOR LONG TERM STORAGE
FR2563936B1 (en) * 1984-05-04 1989-04-28 Sgn Soc Gen Tech Nouvelle PROCESS FOR COATING AND STORING DANGEROUS MATERIALS, PARTICULARLY RADIOACTIVE, IN A MONOLITHIC CONTAINER, DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS AND PRODUCT OBTAINED
JPH0721556B2 (en) * 1988-03-28 1995-03-08 動力炉・核燃料料開発事業団 Method for melting and solidifying glass of radioactive waste liquid with suppressed formation of gaseous ruthenium
JPH10272459A (en) * 1997-03-31 1998-10-13 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp Environmental purifying body, environmental purifying method and environmental purifying device
RU2232440C2 (en) * 2002-06-06 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" Monolithic silicate glass block for immobilizing liquid radioactive wastes and its manufacturing process
EP2023161A1 (en) * 2006-06-06 2009-02-11 Niigata University Method for measuring radon and thoron in air
JP2011128083A (en) * 2009-12-18 2011-06-30 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method for preparing sample for observing insoluble substance of platinum group element inside solidified glass body
RU2746985C1 (en) * 2020-10-05 2021-04-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Method for immobilizing strontium radionuclides in ceramics
CN115424757B (en) * 2022-08-17 2024-06-11 西南科技大学 Method for solidifying iodine-containing waste with high iodine retention rate

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3116131A (en) * 1960-08-01 1963-12-31 Victor Comptometer Corp Method and materials for disposing of radioactive waste
US3114716A (en) * 1962-12-28 1963-12-17 Thomas C Quinby Method of preparing radioactive cesium sources
DE2343241A1 (en) * 1973-08-28 1975-03-06 Bayer Ag METHOD FOR CONSOLIDATING RADIOACTIVE WASTE SOLUTIONS

Also Published As

Publication number Publication date
BR7802066A (en) 1978-12-05
AU524260B2 (en) 1982-09-09
FR2386889A1 (en) 1978-11-03
IT7821927A0 (en) 1978-04-03
DK146878A (en) 1978-10-05
AU3438878A (en) 1979-09-27
IL54316A0 (en) 1978-06-15
JPS53146715A (en) 1978-12-20
IE46863B1 (en) 1983-10-19
FR2386889B1 (en) 1986-01-03
ES468490A1 (en) 1980-12-16
ES474004A1 (en) 1979-11-16
ATA232778A (en) 1981-10-15
CA1110051A (en) 1981-10-06
IL54316A (en) 1982-01-31
DE2814204A1 (en) 1978-10-19
CH633499A5 (en) 1982-12-15
AT367237B (en) 1982-06-11
IT1094315B (en) 1985-07-26
LU79365A1 (en) 1979-11-07
SE7803744L (en) 1978-10-05
GB1591703A (en) 1981-06-24
IE780653L (en) 1978-10-04
NL7803533A (en) 1978-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4224177A (en) Fixation of radioactive materials in a glass matrix
CA1129188A (en) Fixation by ion exchange of toxic materials in a glass matrix
US4333847A (en) Fixation by anion exchange of toxic materials in a glass matrix
US4362659A (en) Fixation of radioactive materials in a glass matrix
JPS6120840B2 (en)
US4312774A (en) Immobilization of radwastes in glass containers and products formed thereby
US4544499A (en) Fixation by anion exchange of toxic materials in a glass matrix
US4737316A (en) Purification of contaminated liquid
US4528011A (en) Immobilization of radwastes in glass containers and products formed thereby
JP7475338B2 (en) Particulate silver phosphate-based porous inorganic material for the adsorption and capture of gaseous iodine, its preparation method and use thereof
WO1984002089A1 (en) Purification of contaminated liquid
CA1125528A (en) Immobilization of radwastes in glass containers and products formed thereby
JP6772426B2 (en) Cesium / strontium adsorbent, its manufacturing method, and adsorption removal system using it
US5826203A (en) Method for solidifying waste containing radioactive iodine
US3640888A (en) Californium-252 neutron source and method of making same
McVay et al. The nature of glass leaching
EP0266945A2 (en) Inorganic ion exchange materials
JP7094492B2 (en) Treatment method of glass for radiation detection
JP2019066495A (en) Condensation and disposal method of cesium/strontium using cesium/strontium adsorbent
Wronkiewicz et al. Effects of alpha and gamma radiation on glass reaction in an unsaturated environment
WO1999041755A1 (en) Method for making iodine-125 loaded substrates for use in radioactive sources
JPH07112985B2 (en) Microglass for radiotherapy and method of manufacturing the same
US5473648A (en) Decontamination process
Enomoto et al. A simplified method for preparation of 137Cs pollucite γ-ray source
RU2332732C1 (en) Method of decontamination of radiation-alloyed silicon