Radiolytic degradation of high density polyethylene used for storage of water treatment waste from Fukushima Daiichi NPS

福島第一原子力発電所の水処理廃棄物の貯蔵に用いられる高密度ポリエチレンの放射線劣化

Barr, L.; 出崎 亮*; 田口 光正*; 山口 徹治 

Barr, L.; Idesaki, Akira*; Taguchi, Mitsumasa*; Yamaguchi, Tetsuji

福島第一原子力発電所のALPSから発生する水処理廃棄物は高密度ポリエチレンの容器に保管されている。保管期間に、放射線によりポリマーの特性の劣化がおこりうる。そこで、放射線によるポリマーの特性劣化の程度と速度を研究した。照射の環境はALPSの廃棄物の保管環境と組成を反映する範囲で変化させた。温度の上昇は、反応性物質の拡散係数を変化させ、ポリマーの劣化(酸化)を加速した。芳香族系の酸化防止剤は脂肪族系のものよりも保護効果が高かった。空気中での照射に比べ水中では、関与できる酸素に限りがあるため劣化(酸化)の程度は小さくなる。中性の脱イオン水に比べ、pHが高くなるほど引張り強度は大きくなった。これは、水の放射線分解で生成した反応性物質によって水素が抽出されて二重結合生成や架橋が進むためである。本研究の結果は照射の環境や条件のいくつかが重要であることを示している。また、容器の供用期間中には様々な劣化様式がありうることを示している。

Water treatment waste from the ALPS system at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station is stored in high density polyethylene containers. During the storage period radiation leads to degradation of the polymer properties. This study investigated the extent and rate of polymer degradation induced by radiation. The irradiation conditions were altered to represent the storage environment and the composition of the waste produced by the ALPS system. Increasing the irradiation temperature changes the rate of diffusion of reactive species and leads to greater oxidative degradation of the polymer. More aromatic antioxidants provide greater protection against radiation compared with aliphatic additives. Irradiation in water rather than air limits the availability of oxygen and reduces the degree of oxidative degradation. Increasing the pH of the aqueous phase results in an increase in tensile strength of the polymer than irradiation in deionised water, which is attributed to the increased formation of double bonds and crosslinks following hydrogen extraction by the reactive water radiolysis products. The results of the study show the importance of the specific environment and conditions of irradiation and highlight the different degradation pathways that containers will be subjected to throughout their operational lifetime.