Development of composite material for retrievable radioactive waste package

Research Project

Project/Area Number	22K12438
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	Sakasegawa Hideo 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 人形峠環境技術センター, 研究主幹 (00566250)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中島基樹国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所研究所核融合炉材料研究開発部, 主任研究員 (00899437)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	放射性廃棄物 / 回収可能性 / 廃棄体パッケージ材 / 複合材料 / 最終処分 / パッケージ材 / 廃棄体 / パッケージ材料
Outline of Research at the Start	高レベル放射性廃棄物のオーバーパック材や低レベル放射性廃棄物のドラム缶を始めとするパッケージ材は炭素鋼が選択されている。ところが、2015年、放射性廃棄物の最終処分に関する基本方針が改訂され、廃棄物の回収可能性の確保が必要となった。炭素鋼という材料選択は回収可能性を考えた結果ではなく、特に、埋設中の腐食によって構造健全性を損ない、廃棄体の回収可能性を失う。そこで本研究は、炭素鋼と比較して、より優れた耐食性をもつ銅合金とより高い耐圧性をもつ超硬合金から構成される全く新しい複合材料を開発し、それをパッケージ材料として利用することで回収可能性を確保することを目指す。
Outline of Final Research Achievements	This study aims to develop a new composite material for radioactive waste disposal packages, improving upon the current leading candidate, carbon steel, by combining a copper alloy with superior corrosion resistance and a cemented carbide with exceptional pressure resistance. The proposed design pairs an outer container made of oxide dispersion-strengthened (ODS) copper alloy, responsible for corrosion protection, with an inner container made of cemented carbide to withstand high pressure. Notably, the ODS copper alloy used for the outer layer not only provides excellent corrosion resistance but also enhances the overall mechanical strength of the package. After this material is implemented, it is expected to greatly suppress corrosion and deformation of the waste packages after burial, significantly improving the potential for safe retrieval in the future.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	銅合金と炭素鋼を用いた廃棄体パッケージの例はこれまでに報告されているものの、回収可能性の確保に着目し、酸化物分散強化型銅と超硬合金を組み合わせたパッケージの例はこれまで存在しない。本研究の成果により、第一候補とされている炭素鋼を大きく上回る革新的な耐久性を備えたパッケージ材料の実用化が期待され、放射性廃棄物の埋設処分における長期的な安全性向上に大きく貢献できる。加えて、このような高耐久性パッケージの実装は、放射性廃棄物の埋設処分に対する社会的受容性の向上にもつながる。