TVF3号溶融炉の作動確認で流下した模擬ガラス固化体表層の構造評価

Structural investigation of simulated waste glass surface drained in operation confirmation test of 3rd TVF glass melter

永井 崇之  ; 長谷川 毅彦*

Nagai, Takayuki; Hasegawa, Takehiko*

ガラス固化技術開発施設(TVF)では、高レベル放射性廃液の保管に伴うリスクを低減するため、高レベル放射性廃液をガラス固化する作業を進めている。また、TVFにおけるガラス固化を着実に進めるため、ガラス固化技術課は、ガラス溶融炉の構造を改良した新たな3号溶融炉を製作し、この溶融炉の性能を確認する作業を実施している。今回、TVF3号溶融炉の製作における作動確認のドレンアウト試験で流下した模擬ガラス固化体からサンプルを採取し、固化体表層と破断面の性状を評価した。ラマン分光測定、放射光XAFS測定、LA法ICP-AES分析により実規模スケールで製造した固化体の表層と破断面を測定した結果、表層と破断面の性状に若干の差があることを確認した。この固化体サンプルは、白金族元素を含まない模擬廃棄物ガラス組成であるため、実ガラス固化体のガラス構造と異なると予想されるが、実規模スケールの通電加熱・流下方式で製造したサンプルを評価できる貴重な機会となった。また、今回のTVF3号溶融炉の作動確認に供したカレット及び同じ化学組成で別の製造ロットのカレットを対象に、これらカレットの性状を測定分析した結果、化学組成が同等であってもカレット製造履歴が異なるとガラス構造に差が生じることを確認した。さらに、これらガラス構造が異なるカレットを溶融した凝固サンプルを分析した結果、カレットで確認したガラス構造の差が溶融した凝固サンプルに残留することを確認した。

To reduce the risks posed by stored the high-level radioactive liquid waste (HAW), Tokai Vitrification Facility (TVF) is working to produce the HAW into vitrified bodies. With the aim of steady vitrification of HAW in TVF, the vitrification technology section has manufactured a new 3rd melter with an improved bottom structure and is working to verify the performance of this melter. In this study, solidified glass samples were taken from simulated vitrified bodies produced by flowing molten glass during the bottom drain-out test in the operation confirmation of the TVF 3rd melter. And the properties of the surface layer and fracture surface of the vitrified bodies were evaluated by using Raman spectroscopy, synchrotron radiation XAFS measurement, and laser ablation inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (LA ICP-AES) analysis. As a result of measuring the surface layer and fracture surface of the solidified samples produced on an actual scale, a slight difference was confirmed between the properties of the surface layer and those of the fracture surface. Since the chemical composition of these simulated vitrified bodies does not contain platinum group elements, it is expected that the glass structure of solidified glass samples is different from that of the actual vitrified body. However, this sample measuring was a valuable opportunity to evaluate samples produced by using the direct energized joule heating method. The properties of cullet used the operation confirmation of the TVF 3rd melter and the cullet of another production lot were measured and analyzed in the same manner under the measuring conditions of solidified glass samples. As a result, it was confirmed that cullet with different producing histories have different glass structures even with the same chemical composition, and that differences in glass structures remain in the glass samples after melting these cullet.