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ガラス固化溶融炉における白金族元素粒子挙動解析

Numerical analysis of platinum group particle behavior in vitrification melter

河村 拓己*; 伊藤 啓; 堺 公明; 中島 正義 ; 藤原 孝治; 大島 宏之

Kawamura, Takumi*; Ito, Kei; Sakai, Takaaki; Nakajima, Masayoshi; Fujiwara, Koji; Ohshima, Hiroyuki

高レベル放射性廃棄物のガラス固化過程において、廃棄物中から発生する白金族元素粒子は溶融ガラスと混合されてガラス固化溶融炉中で流動する。効率的な溶融炉運転を行うためには溶融炉内での白金族元素粒子挙動を調査する必要があるが、高放射性の実機溶融炉の内部を観察・測定するのは困難であり、十分な調査が行われていない。本論文では、溶融炉内の粒子挙動を解析できる手法について述べる。溶融ガラスの流動,電位場及び粒子分布は相互作用しているため、これらの物理現象を組合せた数値解析手法を開発し、溶融炉内の挙動を高精度に解析することを目指した。10バッチ(各バッチは溶融,炉底加熱及び流下運転から成る)分の溶融炉内非定常粒子挙動を解析した結果、モックアップ試験と同様に白金族元素粒子の効率的な抜出しが可能であることが示された。以上の結果より、数値解析手法によってガラス固化溶融炉中白金族元素粒子の非定常挙動を評価できる見通しを得た。

In a vitrification process of high level radio-active liquid wastes, platinum group particles are mixed into molted glass and convected with the glass flow in vitrification melters. Though behaviors of the particles in the melters should be investigated to establish efficient melter operation, difficulties on observations in the high-radioactive melters have prevented enough investigation. In this paper, we present a numerical analysis method to evaluate the particles behaviors. Since thermal convection of the molten glass, electrical potential and particle distribution are interacting each other, we coupled these physical behaviors to evaluate the melter status with high accuracy. The simulation results for ten batches of operation showed that an effective discharge of the particles can be achieved as well as the mock-up experiments did. These results imply that our numerical method can evaluate transient behaviors of the platinum group particles in vitrification melters.

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