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Electromagnetic field analysis for the development of the microwave heating equipment capable of uniform heating of a metal nitrate aqueous solution and the metal oxide powder with circular polarization control

円偏波制御を適用した金属硝酸塩水溶液およびその金属酸化粉末の均一加熱を可能とするマイクロ波加熱装置の開発のための電磁界解析

瀬川 智臣 ; 谷川 聖史 ; 加藤 良幸 ; 川口 浩一 ; 石井 克典 ; 鈴木 政浩 ; 北澤 敏秀*; 柏 達也*

Segawa, Tomomi; Tanigawa, Masafumi; Kato, Yoshiyuki; Kawaguchi, Koichi; Ishii, Katsunori; Suzuki, Masahiro; Kitazawa, Toshihide*; Kashiwa, Tatsuya*

使用済燃料の再処理工程で製造される酸化ウラニウム・酸化プルトニウム混合原料粉末の取扱性や焼結性の向上を目的とし、原子力機構ではマイクロ波加熱脱硝の均一化に資する直線偏波や円偏波のマイクロ波特性を考慮した装置開発を進めている。本研究では、差分時間領域法(FDTD法)による電磁場シミュレーション解析を実施し、試験結果の評価を行った。ハイブリッド電磁界解析法に基づく空洞共振器法により測定した物性データを基に解析モデルを作成し、メッシュ間隔を空間中は1.0mm、被加熱物中は0.5mmに設定して電磁場解析を実施した。解析の結果、液相状態においては硝酸コバルト水溶液が高損失性であることから、上面および底面の表面でマイクロ波が減衰する一方、固相状態においては、酸化コバルトの低誘電率および低損失性により、内部でマイクロ波エネルギーが吸収されることが明らかになった。円偏波を用いることにより、硝酸コバルト水溶液の吸収電力分布が周方向に均一化し、さらに試験結果を再現可能であることを確認した。

To improve the handling and sinterability of raw powder of a uranium and plutonium mixed oxide produced in the reprocessing process of spent fuels, the microwave heating equipment has been developed considering the microwave property of linear polarization and circularly polarization that contribute to the uniformization of the microwave heating denitration by JAEA. The electromagnetic field simulation analysis was carried out by the Finite-Difference Time-Domain method, and the experimental results were evaluated. An analysis model was developed based on the obtained physical property data which were measured by the cylindrical cavity resonator method. The liquid phase state, microwave was concentrated on the upper surface and bottom surface due to the high loss of the cobalt nitrate aqueous solution, while in the solid phase state, microwave energy was absorbed inside. The absorption electric power distribution became uniform in the circumferential direction.

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