ドゥクレテ

DUCRETE (劣化ウランコンクリート) は、放射性廃棄物貯蔵用のキャスクの建設に使用するために研究されている高密度コンクリートの代替品です。これは、従来の砂利の代わりに劣化ウラン二酸化物骨材とポートランドセメント結合剤を含む複合材料です。

1993年、米国エネルギー省環境管理局は、重量コンクリートへの劣化ウランの潜在的利用に関する調査を開始した。この調査の目的は、劣化ウランの用途を見つけると同時に、使用済み核燃料の貯蔵と輸送のための新しい、より効率的な方法を見つけることであった。この材料は、アイダホ国立工学環境研究所（INEEL）のW.クアップとP.レッシングによって最初に考案され、2人は材料の背後にあるプロセスを共同で開発し、1998年と2000年に米国と外国の両方で特許を取得しました。^[1]

DUCRETEは、標準的な粗骨材を劣化ウランセラミック材料に置き換えたコンクリートの一種です。DUCRETEに含まれる他のすべての材料（ポルトランドセメント、砂、水）は、通常のコンクリートと同じ体積比で使用されます。このセラミック材料は、ガンマ線遮蔽のための高原子番号（ウラン）と中性子遮蔽のための低原子番号（コンクリートに結合した水）の両方を備えているため、非常に効率的な遮蔽材料です。^[1]所定の壁厚でガンマ線と中性子線を組み合わせて減衰させるには、最適なウラン対バインダー比が存在します。中性子束を減衰させるには、劣化ウラン酸化物（DUO ₂）のガンマ線束の減衰と水を含むセメント相の間でバランスをとる必要があります。

劣化ウランセラミックコンクリートによる効果的な遮蔽の鍵は、最大のウラン酸化物密度です。残念ながら、最も密度の高い劣化ウラン酸化物は、化学的に最も不安定でもあります。DUO _{2 の}理論上の最大密度は、純度95%で10.5 g/cm ³です。しかし、酸化条件下では、この物質はより安定した劣化ウラン三酸化物（DUO ₃）または劣化三ウラン八酸化物（DU ₃ O ₈）に容易に変化します。^[2]したがって、裸のUO ₂骨材を使用すると、この変化によって膨張が生じ、材料に亀裂が生じる応力が発生し、圧縮強度が低下する可能性があります。 ^[3]劣化ウラン二酸化物の微粉末を直接使用することに対するもう1つの制限は、コンクリートが圧縮応力を支えるために粗骨材に依存していることです。これらの問題を克服するために、DUAGGが開発されました。

_{DUAGG（劣化ウラン骨材）は、安定化DUO 2}セラミックに適用される用語です。これは、表面を覆い、粒子間の空間を埋めるケイ酸塩ベースのコーティングが施された焼結DUO _{2粒子で構成されており、酸素バリアとして機能し、腐食や浸出に対する耐性もあります。DUAGGの密度は最大8.8 g/cm} ^{3で、コンクリートの従来の骨材に代わるもので、従来のコンクリートの密度2.3 g/cm 3}に対して、5.6～6.4 g/cm ³の密度のコンクリートを生み出します。^[4]

また、DUCRETE は環境に優しい特性を備えています。以下の表は、劣化ウランをコンクリートに変換することの有効性を示しています。潜在的な浸出が大幅に減少しているからです。使用された浸出試験は、環境に対する重金属のリスクを評価するために使用される EPA毒性特性浸出手順(TCLP) でした。

DUCRETEは、DUO ₂ 骨材とポートランドセメントを混合して製造されます。DUは、原子力発電やその他の分野で使用するためのウラン濃縮の結果です。^[5] DUは通常、フッ素と結合して六フッ化ウランになります。この化合物は反応性が高く、DUCRETEには使用できません。^[5]そのため、六フッ化ウランは三酸化ウラン八酸化ウランと三酸化ウランに酸化する必要があります。これらの化合物は、次に水素ガスの添加によってUO ₂（酸化ウラン）に変換されます。次に、UO ₂は乾燥され、粉砕され、均一な沈殿物に粉砕されます。次に、高圧（6,000 psi（410 bar））を使用して、1インチ長の小さなブリケットに変換されます。次に、原子番号の低いバインダーが追加され、熱分解されます。その後、コンパウンドは1300℃で液相焼結され、所望の密度（通常は約8.9 g/cm ^{3 ）}に達します。^[5] その後、ブリケットは粉砕され、隙間が選別され、DUCRETEに混合する準備が整います。^[5]

VNIINM法は、粉砕後にバインダーとUO _{2をギャップソートしないことを除けば、米国の方法と非常によく似ています。} ^[5]

DUCRETE 複合材は、加工後、放射性廃棄物の貯蔵に使用できる容器、遮蔽構造、および格納容器貯蔵エリアに使用できます。この材料の主な使用例は、高レベル廃棄物(HLW) および使用済み核燃料(SNF)の乾式キャスク貯蔵システムです。 ^[5]このようなシステムでは、複合材が作業員や一般市民から放射線を遮蔽するために使用される主要なコンポーネントになります。DUCRETE で作られたキャスクシステムは、従来のコンクリートなどの従来の材料で作られたキャスクよりも小さく、軽量です。DUCRETE コンテナは、コンクリートシステムと同じレベルの放射線遮蔽を提供するのに、厚さが約 1/3 で済みます。^[5]

分析により、DUCRETE は従来の材料よりもコスト効率が高いことが示されています。DUCRETE で作られたキャスクの製造コストは、鋼、鉛、DU 金属などの他の遮蔽材料と比較して低くなっています。これは、密度が高いため必要な材料が少ないためです。デューク エンジニアリングがサバンナ リバーの核廃棄物施設で行った調査では、DUCRETE キャスク システムは、代替のガラス廃棄物貯蔵施設よりも低コストであると評価されました。^[5]ただし、DUCRETE の廃棄は考慮されていません。DUCRETE は低レベルの放射性複合材料であるため、比較的高価な廃棄により、このようなシステムのコスト効率が低下する可能性があります。このような廃棄の代替案は、空の DUCRETE キャスクを高放射能低レベル廃棄物の容器として使用することです。^[5]

DUCRETEは将来の核廃棄物処理プログラムに可能性を秘めているが、そのようなコンセプトは実用化には程遠い。これまでのところ、DUCRETEキャスクシステムは米国で認可されていない^{[5] [6]}

• http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/IHLWM_Dole_paper.pdf 2011-10-19 にWayback Machineでアーカイブ
• http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf 2011-10-19 にWayback Machineでアーカイブ
• http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/ducretecosteffec.pdf
• http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf 2011-10-19 にWayback Machineでアーカイブ