点熱源法による緩衝材の熱物性値測定法の開発

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熊田 俊明*

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本研究の目的は、高レベル放射性核廃棄物の地層処分に緩衝材として利用されるベントナイトの熱物性値を測定する簡便な方法の開発である。従来、この種の物質の熱伝導率の測定には線熱源法が利用されてきたが、試料が大きくなることや、温度変化を測定する熱電対で一定の起電力を得るため高い温度上昇が必要であり、かつ測定に長い時間を要する。このため含有水分の再分配などの難点があった。本研究では、線熱源をサーミスタ粒子の電気抵抗の温度変化を利用し、これを熱源と温度センサーとして用いて、発熱と同時に温度を測定して、試料の熱物性値を決定する。測定装置は、点熱源として球状の微小サーミスタ、電源として電池および電圧測定系から構成される。一方、解析ではセンサーを中央に挿入した試料部の熱伝導モデルを作成し、熱伝導の線形微分方程式を差分化してこれを数値解析した。試料の寸法はアクリル製容器(内容積、20mm20mm)によって決まる。サーミスター粒子は試料中央部に埋め、これに約0.1Wの発熱を与えて温度上昇測定した。熱物性値の決定は、数値計算による温度変化が測定値に合うように、計算に用いる熱伝導率を求める方法により行った。この測定法では、数秒の測定時間で数度の温度上昇により熱伝導率を決定できる。また、センサーの温度上昇が小さいことにより、サーミスターの電気抵抗の温度係数の変化や湿分の再分配の影響を避けることができる。線熱源法と比較した利点は、試料にセンサーを挿入した状態で、水分含有率を変えることができることである。

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