Characterization of JT-60U exhaust gas during experimental operation

磯部 兼嗣; 中村 博文; 神永 敦嗣; 都筑 和泰; 東島 智; 西 正孝; 小林 靖典*; 小西 哲之*

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.827 - 832, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.09.039

トカマク試験装置の排ガス組成を知ることは、今後の核融合装置の燃料循環処理系の最適化設計を検討していくうえで非常に重要である。今回、2003年から2004年にかけて実施されたJT-60U試験運転時の排ガス組成を測定し、プラズマ放電内容との相関を調査した。排ガス中における水素同位体の濃度は、放電ごとにピーク値を持ち、高性能プラズマや長時間運転で高い値を示す傾向が見られた。一方、ヘリウムや炭化水素などの不純物成分は、ディスラプション時やグロー放電,テイラー放電といった壁調整放電時に高い濃度で検出された。また、通常のプラズマ放電においても、水素同位体と同様に高性能プラズマや長時間運転で高い濃度を示す傾向が見られ、最大で8%の炭化水素濃度が測定された。

JT-60U放電洗浄試験における排ガス組成の分析

堀川 豊彦*; 神永 敦嗣; 中村 博文; 東島 智; 新井 貴; 久保 博孝; 小西 哲之*; 西川 正史*

JAERI-Tech 2003-082, 66 Pages, 2003/12

JAERI-Tech-2003-082.pdf:3.44MB

放電洗浄中の真空容器内からの排ガスの組成を調べることは、水素同位体の除去特性の評価のための基本的な事項であるとともに、核融合炉の燃料サイクルシステム設計上有益なデータとなる。JT-60Uで実施した放電洗浄試験において、ガスクロマトグラフを用いて真空容器から排出される水素,炭化水素等の化学種の濃度及びそれらの時間挙動を分析した。排ガスからは水素,炭化水素等が検出され、真空容器第一壁温度が高いほど、また洗浄方法ではグロー放電洗浄(GDC)において、化学種が増加する傾向が見られた。排出能力は、GDCで最も高く、テイラー放電洗浄と電子サイクロトロン共鳴放電洗浄では低く、別途測定されたトリチウムの排出との相関が認められた。炭化水素の化学種としてメタン,エチレン,アセチレン及びエタンが検出された。生成量はHを用いたGDCで大きく、また第一壁温度に依存した。ITERの重要課題であるトリチウム炭素共堆積層の除去の観点から、反応に伴う炭素消費量を評価し、GDC1時間あたり単一層程度の除去であることがわかった。

Demonstration of fuel cleanup system consisting of electrolytic reactor and tubular reservoir tank for fusion reactors

磯部 兼嗣; 今泉 秀樹*; 林 巧; 小西 哲之; 西 正孝

Fusion Science and Technology, 41(3), p.988 - 992, 2002/05

燃料精製システム(FCU)は、核融合炉のプラズマ排ガスから水素同位体を回収するシステムである。原研では、電解反応器,管状リザーバタンク,パラジウム拡散器から成るFCUシステムを研究開発してきた。固体電解質を用いた電解反応器は、水素同位体を含む化合物から水素を分子として取り出す世界に例のない独自の装置である。また、管状リザーバタンクは少ない循環回数で高い除染係数を得るために導入したものである。実証試験は、プラズマ排ガスを模擬した水素同位体,メタン,ヘリウムの混合ガスをFCUシステムで循環処理することで実施し、メタン濃度は3回の循環処理で2.3%から12ppm以下までステップ状に減少した。このことから、FCUシステムが少ない循環回数で高い除染係数が得られるシステムであることを実証した。

雑固体溶融固化体製作装置の性能確認試験と溶融炉耐火れんがの耐食性試験(受託研究)

磯部 元康; 亀尾 裕; 中塩 信行; 涌井 拓治*; 岩田 圭司*; 木林 辰行*; 金沢 勝雄; 中島 幹雄; 平林 孝圀*

JAERI-Tech 2000-049, 29 Pages, 2000/09

JAERI-Tech-2000-049.pdf:2.87MB

低レベル放射性雑固体廃棄物を溶融し、溶融固化体を製作するための雑固体溶融固化体製作装置を製作した。導電性るつぼを用いる高周波誘導加熱方式及び高周波誘導加熱とプラズマ加熱を併用するハイブリッド加熱方式により、模擬雑固体廃棄物を溶融し、装置の性能確認を行った。本装置を用いて試作した溶融固化体は、強度を損なうような空隙もなく、溶融炉は雑固体溶融に十分な性能を有していることを確認した。また、溶融に伴って発生する放射性のダストや有害ガスの放出を抑制するための排ガス処理装置を十分に機能を果たしていることを確認した。さらに、二次廃棄物の低減のために、耐久性能の高い耐火材の選定試験を行った。各種耐火物の中から選定されたAlO-CrO-ZrO系耐れんがは、塩基度の低いスラグに対して耐食性がきわめて高いことを明らかにした。

排ガスの電子ビームによる処理

橋本 昭司

電気学会誌, 119(5), p.278 - 280, 1999/05

https://doi.org/10.1541/ieejjournal.119.278

燃焼排煙の脱硝・脱硫及び工場換気ガス等に含まれる揮発性有機物の電子ビーム処理について、その原理、原研での研究成果、実用化の現状について紹介した。燃焼排煙の処理については、パイロット試験の結果、7kGyの照射で800ppmの硫黄酸化物を94%除去、10.5kGyの照射で225ppmの窒素酸化物を80%除去できることを明らかにした。現在、日本、中国、ポーランドで実用規模の試験が進められている。揮発性有機物の処理については研究室での試験レベルであるが、電子ビーム照射によりトリクロロエチレンやホルムアルデヒド等が分解できることを明らかにした。

Development of electrolytic reactor for processing of gaseous tritiated compounds

小西 哲之; 丸山 智義*; 奥野 健二*; 井上 雅彦*; 山下 晃弘*

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.1033 - 1039, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(98)00185-9

核融合燃料サイクルへの適用を目的としたプラズマ排ガスの処理プロセスにおいて、トリチウム水蒸気とトリチウム化炭化水素の水素ガス形のトリチウムへの転換を行う単一の装置、電解反応器を開発した。開放端ジルコニア焼結体の内外面に多孔質の電極を形成し、反応ガスを外側、ついで内側に流して酸化・還元を連続して行うことによって水蒸気中の酸素によって炭化水素を分解する一方、水素ガスと二酸化炭素を得る。酸素は循環使用するが、過不足及び変動への対応のために閉口端ジルコニア管によって酸素濃度を測定するとともにその値を帰還制御して透過により酸素の供給・抜き出しをし、酸素収支を制御して常に反応を完了する。広範な混合比のガスを用いた実験で、99.9%以上の転換率が得られ、核融合炉燃料系への適用可能性が確認された。

Tritium test of cryogenic molecular sieve bed for He GDC gas cleanup by 60SLM test loop

榎枝 幹男; 河村 繕範; 奥野 健二

Fusion Technology, 30(3), p.885 - 889, 1996/12

低温モレキュラーシーブ塔は、ヘリウム放電洗浄排ガスのトリチウム浄化装置として、ITERの設計候補となっている。本報告では、実条件を模擬したガスを用いて、トリチウムの低温モレキュラーシーブ塔による除去性能を実証し、ベンチスケール実験のデータからの予測性能と比較を行った。実験の結果、予測値と実測値は概ね良い一致を示し、開発した設計予測方法がスケールアップに利用できることが確認された。また除去性能としては、非常に良い性能であることが実証された。さらに、使用後の低温モレキュラーシーブ塔の再生方法についても実験を行い、有効な再生方法の検証を行った。再生運転に関しても、ベンチスケールデータによる予測が可能であることが明らかとなった。減圧再生により所要時間の短縮が可能であることが実証され、実機用システム設計のデータとして必要不可欠な情報が定量的に明らかになった。

Versatile fuel cleanup system based on palladium permeation and vapor electrolysis

小西 哲之; 原 正秀*; 奥野 健二

Fusion Technology, 28(3), p.652 - 657, 1995/10

核融合炉においてプラズマ排ガスを処理する燃料精製系(FCU)はその他にベーキング,プロセス真空やサンプリング排ガスなど多様なガスを処理する必要がある。原研製燃料精製システムは構成を組み替えることで広い範囲の流量,組成,処理能力要求に対応することができる。パラジウム透過,白金触媒,水蒸気電解プロセスを使用した閉ループではメタン,水素,水蒸気を含むガスから5回分処理により水素を高率で回収できる。メタンの処理は、触媒により酸化,分解の両法が可能である。さらに固体電解質電解セルは陽極側にメタン,陰極側に水蒸気を通じることによりメタンと水蒸気を同時に分解し、水素を遊離することが確認された。この方法によれば、触媒や酸素ガスを用いず、単純で安全なシステムが構成できる。定常、大量の処理が必要な場合にはトラップ,吸着塔などを加えて対応する。

FBR燃料溶解オフガス中の14C分析

長谷 文昌; 市毛 良明; 菅沼 隆; 岡本 文敏; 富樫 昭夫

PNC TN8410 92-063, 38 Pages, 1992/03

PNC-TN8410-92-063.pdf:0.92MB

FBR燃料再処理工程中で留意すべき放射性核種にSUP14/Cがある。SUP14/Cは軟ベータ線核種であるが,半減期が長いこと及び炭素が生体構成元素であることから、再処理施設の安全評価上注目すべき核種である。しかしFBR燃料再処理工程におけるSUP14/Cについては、まだ十分な知見が得られておらず、高レベル放射性物質研究施設(CPF)におけるSUP14/C分析法の確立及びSUP14/Cの挙動評価が課題となっている。今回、FBR燃料溶解時にオフガスとして放出されるCO/SUB2形態のSUP14/Cを対象とて分析法を検討した。分析法は、環境レベルでの微量SUP14/C分析法として実績のある炭酸カルシウム沈殿固定-過塩素分解-液体シンチレーション計測法をベースとし、CPFにおけるホット分析に実用するために、オフガス中に共存するFP核種からのCO/SUB2分離捕集法及び非ハロゲン試薬を用いた前処理法並びに分析廃液の低減などを検討した。またここで検討した分析法に基づきFBR燃料溶解時に発生するCO/SUB2形態のSUP14/Cを定量したので報告する。本検討試験における主要な成果は以下の通りである。1.溶解オフガス中のCO/SUB2捕集において、硝酸銀の洗気ピン及び水の洗気ピンを前段に設置することによりヨウ素等のFP核種を除去し、NaOHの洗気ピンでCO/SUB2を回収した。さらに、残留するSUPl37/Cs等FP核種については前処理操作を行うことで、これらをSUP14/C測定に影響がない程度まで除去し、SUP14/Cを精度よく分析することができた。2.測定試料調製のための前処理操作において、沈殿固定剤として用いるCaCl/SUB2を 非ハロゲン系のBa(NO/SUB8)SUB2に、酸分解剤として用いるHCIO/SUB4を硝酸に変更しても前処理操作が可能であることを明らかにした。3.常温燃料MK-IIC型特殊燃料1ピンの溶解時に発生するオフガス中のCO/SUB2形態のSUP14/Cは1.11.7MBqであることがわかった。尚、本法における定量値の変動係数は約15%であった。

ガラス固化モックアップ試験によるスクラバ及びデミスタの性能試験

高橋 武士*; 間野 正*; 大鷹 秀生

PNC TN1410 91-033, 15 Pages, 1991/05

PNC-TN1410-91-033.pdf:0.24MB

高レベル放射性廃液のガラス固化処理時にガラス溶融炉から発生するオフガスの処理技術の開発のために、モックアップ試験にいくつかの処理機器を設置して、それらのエアロゾル及び揮発性ルテニウムに対する除去性能の確認を行った。この結果、サブマージドベッドスクラッバ、デミスタについて、エアロゾル、揮発ルテニウムに対するDFを確認することができた。これらの機器はガラス溶融炉オフガスを処理する機器として期待する性能を有していることがわかった。