マイクロ波加熱による突沸現象の発生メカニズム

Mechanism of the flashing phenomena induced by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣 ; 山田 美一 

Fujita, Shunya*; Abe, Yutaka*; Kaneko, Akiko*; Yuasa, Tomohisa*; Segawa, Tomoomi; Yamada, Yoshikazu

核燃料サイクルの再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をプルトニウム・ウラン混合酸化物(MOX)原料粉末に転換するため、マイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び噴き零れを避けるため、運転条件を十分に把握する必要がある。本研究では、マイクロ波加熱時に生じる突沸現象の発生機構の解明を目的として、液面近傍での微小気泡生成・成長挙動の可視化観測を行い、気泡径の計測、核生成頻度の算出により、微小気泡生成・成長に必要な熱量を推定した。突沸によって放出された熱量との比較検討を行った結果、突沸により放出される熱量と微小気泡生成・成長に必要な熱量がオーダーで一致することを確認した。

A mixed solution of uranyl nitrate and plutonium nitrate is converted to MOX raw powder by the microwave heating de-nitration method in nuclear fuel reprocessing. Since the microwave heating causes a boiling phenomenon, it is necessary to sufficiently confirm operating conditions to prevent flushing and overflow phenomena of solution. In this study, visualization observation of the microbubble generation and growth behavior near the liquid surface, measuring of bubble diameters, calculating the frequency of nucleation and estimating the quantity of heat of required for generation and growth of microbubbles were performed for the purpose of clarifying the generation mechanism of the flushing phenomena caused by microwave heating. As a result of comparative study with the amount of heat of released by flushing, it was confirmed that the quantities of the heat of released by flushing and the heat of required for generation and growth of microbubbles agree on the order.