マイクロ波加熱による突沸現象の機構解明

Mechanism of flashing phenomena in 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 ; 加藤 良幸 ; 石井 克典 

Fujita, Shunya*; Abe, Yutaka*; Kaneko, Akiko*; Yuasa, Tomohisa*; Segawa, Tomoomi; Yamada, Yoshikazu; Kato, Yoshiyuki; Ishii, Katsunori

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物(MOX)粉末を製造している。マイクロ波加熱脱硝法は沸騰現象を伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。本研究では、マイクロ波加熱時の突沸現象の機構解明を目的とし、突沸時に瞬時に無数に発生する気泡の生成メカニズムについて考察を行った。気泡の不均質核生成時の接触角が177Cの場合、不均質核生成頻度の理論値は実験値と概ね一致し、またその時の過熱度は35Cに近いことがわかった。突沸時の噴き上げ現象の気泡生成メカニズムは、過熱液相内で不均質核生成により気泡が瞬時に大量に生成され、その気泡群が急激に成長することにより突沸現象に至ることを明らかにした。

Mixed uranium oxide and plutonium oxide (MOX) powder is produced from uranyl nitrate and plutonium nitrate mixed solution by the microwave heating denitration method in the spent fuel reprocessing process. Since the MH method is accompanied by a boiling phenomenon, it is necessary to fully grasp the operating conditions in order to avoid flashing and spilling in the mass production of denitrification technology for the future. In this research, for the purpose of clarifying the mechanism of flashing phenomenon during microwave heating, the generation mechanism of bubbles that innumerably occur at the time of flashing is considered. When the contact angle at the heterogeneous nucleation of bubbles was 177 C, the theoretical value of the heterogeneous nucleation approximately agreed with the experimental value at the time the superheat degree was found to be close to 35 C.