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朝日 良光; 福田 茂樹; 白水 大貴; 宮田 晃志; 刀根 雅也; 勝岡 菜々子; 前田 裕太; 青山 雄亮; 新妻 孝一; 小林 秀和; et al.
JAEA-Technology 2024-024, 271 Pages, 2025/03
JAEA-Technology-2024-024.pdf:33.98MB
JAEA-Technology-2024-024-hyperlink.zip:31.96MB
東海再処理施設で発生した高レベル放射性廃液のガラス固化に用いるTVF3号溶融炉(以下、3号炉)を製作し、この溶融炉でガラス固化体18本分のガラスを溶融・流下するコールド運転を行った。ガラス原料には、ホット運転で処理するものと同等の廃液成分を非放射性元素で置き換えた模擬廃液とガラスファイバーカートリッジを使うことで、溶融ガラス液面に仮焼層を形成させた。TVF2号溶融炉(以下、2号炉)と3号炉の構造の違いに起因する溶融炉固有の温度特性を考慮し、運転操作に用いるパラメータには、2号炉で使ってきたものを修正して適用した。本試験の結果、溶融炉各部の温度推移を確認しながら適切に運転できるパラメータ値を見出すことができ、2号炉のコールド運転に比べ、溶融ガラス温度は高く、二つある主電極の冷却は片側あたり約1kW小さいとき、安定的に運転できることが分かった。主電極間のジュール加熱電力を39kW、主電極冷却空気流量を26Nm
/hで運転し炉底加熱方法を改良することで、流下前の炉底加熱時間をこれまでより2時間短い約5時間で完了できる見通しを得た。運転期間中は、炉内のガラス温度分布やケーシング表面の温度推移を計測し、今後のシミュレーションモデル開発に有効なデータが得られた。炉内の溶融ガラスの白金族元素濃度が飽和した後に、原料供給と流下を2日間停止する保持運転を行い、炉底部への白金族元素の沈降を遅らせる一定の効果があることを確認した。保持運転中に仮焼層の溶融過程を観察し、薄膜状の流動しない層が確認されたことから、流動計算で液面にNo-slip境界条件を設定する根拠を得た。流下ガラスの成分を分析して白金族元素の流下特性を調査した結果、運転中に溶融炉に蓄積する白金族元素の量は2号炉と比較して少なかった。溶融ガラスを全量流下した後の炉内には、残留ガラスやレンガ片などの異物は確認されなかった。白金族元素の蓄積による運転停止を判断する基準は、流下終了から炉底ガラス温度850
Cへ低下するまでの時間を10.3h以上、主電極間補正抵抗値を0.12
以下と試算したが、今後のホット運転の結果に応じ再検討が必要である。
永井 崇之; 長谷川 毅彦*
JAEA-Research 2023-008, 41 Pages, 2023/12
JAEA-Research-2023-008.pdf:7.52MB
ガラス固化技術開発施設(TVF)では、高レベル放射性廃液の保管に伴うリスクを低減するため、高レベル放射性廃液をガラス固化する作業を進めている。また、TVFにおけるガラス固化を着実に進めるため、ガラス固化技術課は、ガラス溶融炉の構造を改良した新たな3号溶融炉を製作し、この溶融炉の性能を確認する作業を実施している。今回、TVF3号溶融炉の製作における作動確認のドレンアウト試験で流下した模擬ガラス固化体からサンプルを採取し、固化体表層と破断面の性状を評価した。ラマン分光測定、放射光XAFS測定、LA法ICP-AES分析により実規模スケールで製造した固化体の表層と破断面を測定した結果、表層と破断面の性状に若干の差があることを確認した。この固化体サンプルは、白金族元素を含まない模擬廃棄物ガラス組成であるため、実ガラス固化体のガラス構造と異なると予想されるが、実規模スケールの通電加熱・流下方式で製造したサンプルを評価できる貴重な機会となった。また、今回のTVF3号溶融炉の作動確認に供したカレット及び同じ化学組成で別の製造ロットのカレットを対象に、これらカレットの性状を測定分析した結果、化学組成が同等であってもカレット製造履歴が異なるとガラス構造に差が生じることを確認した。さらに、これらガラス構造が異なるカレットを溶融した凝固サンプルを分析した結果、カレットで確認したガラス構造の差が溶融した凝固サンプルに残留することを確認した。
朝日 良光; 嶋村 圭介*; 小林 秀和; 小高 亮
JAEA-Technology 2021-026, 50 Pages, 2022/03
JAEA-Technology-2021-026.pdf:6.29MB
東海再処理施設では、使用済み核燃料の再処理に伴い発生した高レベル放射性廃液のガラス固化処理を、ガラス固化技術開発施設(Tokai Vitrification Facility; TVF)に設置した液体供給式直接通電型セラミック溶融炉(Liquid-Fed Ceramic Melter; LFCM)方式のガラス溶融炉にて行っている。LFCM方式のガラス溶融炉では、廃液に含まれる白金族元素の酸化物が析出して溶融ガラスの粘性が高まることで、溶融ガラスを流下し尽くした後にも粘性の高いガラスが炉内底部に残留する傾向がある。これがガラスの通電加熱特性に影響するのを防ぐため除去する必要があるが、この作業には時間を要する。固化処理を早期に完了するため、日本原子力研究開発機構では、白金族元素の炉内への蓄積量低減をねらった新しい炉へ更新する計画である。これまでの設計プロセスから、次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状について複数の候補形状が考案されており、本報では、それらの中から、運転操作性や白金族元素粒子の排出性が現行溶融炉と同等以上の性能を持つ次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状を選定する。はじめに、考案された3種類の炉底形状に対し、ガラス固化体1本分を製造する溶融炉の運転について3次元熱流動計算を用いてシミュレートし、溶融炉内のガラス温度分布の推移を比較した。これらの結果に溶融炉としての技術的・構造的な成立性を加味し、次期溶融炉の炉底形状には傾斜角45の円錐形状を採用した。次に、5種類のストレーナ形状について3次元のCFD計算を用いて流路抵抗と炉底付近に滞留する高粘性流体の排出割合を見積もり、それぞれ、現行炉と同等以上の性能を持つことを確認した。また、アクリル製の炉底形状模型を用いたシリコーンオイルを充填・流下する実験を行い、流下中の流動場には流動抵抗を生じさせる渦が発生しないことを確認した。また、レンガ片による流下ノズル閉塞防止機能が十分な性能を持つことを確認した。これらの結果を踏まえてストレーナ形状を選定した。
三木 安夫; 川野邊 一則*; 小林 雄一*; 小泉 務; 青嶋 厚
JNC TN8440 2000-001, 126 Pages, 1999/03
JNC-TN8440-2000-001.pdf:4.37MB
核燃料サイクル機構では、核燃料サイクル関連施設における施設稼動率の向上と点検保守作業時における作業員の被ばくの低減化等を目的として、大型セルによる全遠隔保守方式の開発を行ってきた。本方式を成立させるためには、遠隔保守技術の確立が必須である事から、当グループを中心として遠隔保守の中心的機器となるマスタースレーブ方式の両腕型バイラテラルサーボマニプレータ(Bilateral Servo Manipulator:BSM)の開発を実施してきた。BSM2基のガラス固化技術開発施設(TVF)への設置後は、リサイクル機器試験施設(RETF)への導入に向けて、いわば完成版BSMとも言えるマニプレータ(RETF型)への改良を実施してきた。本報告書は、完成版BSMへの改良点、特に操作性の向上に関わる点を主体に、機械設計、制御設計について総括したものである。
牧野 勉; 室川 佳久; 藤原 孝治; 吉岡 正弘; 稲田 栄一; 上野 勤
PNC TN8440 96-005, 558 Pages, 1995/10
新規施設の管理区域設定のため,国,地方自治体及び事業団内の許認可等の手続きを行うに当たり,実施した詳細内容を報告する。管理区域設定準備に必要事項を国,地方自治体,事業団内,施設内,従業員等に分類し,ひとつひとつ,変更,改訂,設置等を実施した。原子炉等規制法に定める再処理設備のその他附属施設のうち,主要な試験施設として昭和63年2月9日付けで設置変更承認を得たガラス固化技術開発施設(TVF)は,設工認,建設工事,試運転等を経て,使用前検査に合格し,保安規定の変更許可等を取得し,かつ,事業団内外の了解を得て,計画通りに平成6年9月2日に管理区域を設定した。新規施設の管理区域設定準備に必要な項目,内容,スケジュール及び対応時の具体的な内容をまとめることができた。今後の新規施設の管理区域設定準備及びホット試運転開始準備に資する。
室川 佳久; 上野 勤; 本橋 昌幸; 新沢 幸一*; 真道 隆治; 狩野 元信; 大山 康昌*
PNC TN8470 93-016, 294 Pages, 1993/03
ガラス固化技術開発施設(以下「TVF」という。)の装置工事(以下「本工事」という。)は,平成元年1月11日に設工認の認可を受け工事を着手し,平成4年4月30日を以て竣工した。本報告では,平成3年6月末までに完了した機器,配管,機械等の設計,製作,据付け等の工事に関わる経緯,経験,反省等をまとめ報告する。
室川 佳久; 上野 勤; 本橋 昌幸; 新沢 幸一*; 真道 隆治; 狩野 元信; 大山 康昌*
PNC TN8470 93-014, 72 Pages, 1993/03
ガラス固化技術開発施設(以下「本施設」という。)は、再処理事業の「主要な試験施設」として昭和62年3月18日付けで再処理施設設置変更承認の申請を行い、昭和63年2月9日付けで承認を得た。また、昭和63年5月19日付けで本施設の「建物」の設工認申請を行い、昭和63年6月18日付けで認可を受け、本施設の建設工事(以下「本工事」という。)を昭和63年6月29日に着手した。建屋の建築工事は平成3年2月28日に、換気空調設備工事及び電気設備工事は平成3年7月31日に竣工した。装置工事は、平成3年6月30日までに主要な機器が据え付けられ、引き続き、遠隔操作試験、通水作動試験、総合通水作動試験及び受取試験を行い、機器類が設計通りの機能及び性能を満足していることを確認した後、平成4年4月30日に竣工した。これを以て本工事の全てが完了した。本報告では、TVFの建設に到るまでの設計経緯、安全審査実施内容の概要、本工事の実施結果等をまとめ報告する。
真道 隆治; 市野沢 仁; 上野 勤; 相沢 茂樹*; 小泉 和彦*; 井形 正登*; 本橋 昌幸
PNC TN8470 93-012, 58 Pages, 1993/03
本報告書は、動力炉・核燃料開発事業団(以下「事業団」という。)が、東海事業所に建設したガラス固化技術開発施設(以下「TVF」という。)ガラス固化技術開発棟(以下「開発棟」という。)内で行った固化セル遠隔操作・保守試験(以下「本試験」という)について、概要、スケジュール、場所、管理、方法、手順、反省等をまとめたものである。
河村 和広; 虎田 真一郎; 安藤 康正
PNC TN8600 93-003, 269 Pages, 1993/02
第11回KfK/PNC高レベル廃棄物管理会議をドイツ、カールスルーエ原子力センター及びベルギー、PAMELAガラス固化施設で開催した。本会議は、PNCとKfKとの協力協定に基づいて、毎年日本とドイツで交互に開催されているものである。昨年KfKで開催予定の会議は、双方の日程調整がつかず開催できなかったため、第11回の今回は、一昨年以降の双方の進捗状況について情報を交換した。PNC側からは、TVFの紹介、大型メルタの確証試験結果、ガラス固化体特性について発表し、KfK側からは、WAK再処理施設廃液固化試験結果、中国向けメルタの製作、米国ハンフォード1/10スケールメルタ試験状況について発表があった。さらに、メルタ運転、設計、白金族元素挙動、ガラス品質について詳細な議論を行った。またWAK廃液の固化試験のために運転されている高炉底勾配メルタ(K-6′)及び同じ建屋内に設置されたハンフォードメルタ、INE施設内で製作中の中国向けメルタ(K-W3)を見学した。KfKでは、これまで蓄積した技術を基に、国際的な研究開発ビジネスを展開するという方法でメルタ技術開発力を維持・強化している。今後の技術情報の入手は、KfKと第3者との契約のために制約されることが考えられる。契約先である中国、米国の技術者は、KfKの試験に参加しており、PNCからも協定に基づく技術者の受入れ、試験への参加は可能とのことである。PAMELAガラス固化施設は、1991年10月にユーロケミー再処理工場廃液のガラス固化処理を終了し、現在メルタの解体作業を行っている。今回の訪問では、メルタ解体現場の見学と技術打合せを行い、解体技術及び固化体品質に関する情報を収集した。本会議では、メルタ技術等を中心に、今後のTVF運転及び大型メルタ設計を進める上で有益な情報を得ることができた。
吉岡 正弘
PNC TN8600 91-001, 68 Pages, 1991/02
1.SPECTRUM'90への出席および発表・本会議はANS主催の廃棄物トピカルミーティングとして84年以降、2年毎に開催されている国際会議であり、高レベル、低レベル、TRU、再処理、使用済燃料、そして地層処分等広範囲にわたる廃棄物管理について、日本からの50名を含む約300名の参加者を集めて行われた。高レベル廃棄物のセッションで白金族問題を炉底部温度を制御する運転により解決する方法の成果をまとめて"Evaluation of Glass Melter Operation using Highly Simulated Waste for TVF"として口頭発表した。本法は従来、炉底部温度を上げる方向で解決を図ろうとした方法と逆に、温度を下げて解決を図るもので、信じ難い様子であった。また、この運転においても動燃が開発した45度の炉底勾配、およびボトムドレンが必須であることを強調した。なお、本問題を解決するのにKfKでは炉底勾配をさらに大きくする(75度)方法をとっており、それに至る経緯および成果が発表された。本会議では、白金族元素に関する発表はKfKからと2件であったが、発表後、意見交換する機会を持ち、セラミックメルタを採用している国はもちろん、金属メルタのフランスでも白金族元素含有廃液の処理において同様の問題を抱えており、動燃が、一歩先んじて、白金族問題の解決方法を確立した意義は大きいという感想を持った。2.サバンナリバーサイトの訪問・サバンナリバーではDWPF(Defense Waste Processing Facility)で処理する廃液中の白金族元素の含有量がTVFに比べて非常に小さいということから白金族問題の認識は有りながらも、その挙動を評価する試験等は実施されて来なかった。しかし、今回の訪問で白金族元素の挙動に関して議論した結果、今まさに白金族元素に関する研究を本格的に開始しようとしていることがわかった。これらは開発施段であるTNXに新しく設置されたDWPFの1/9スケールのIDMS(Integrated DWPF Melter System)を使って白金族元素の長期にわたる供給試験を実施しようというものである。DWPFは建屋および機器の搬入、据付けを全て終了し、通水作動試験が始められている。1991年3月からは、模擬廃液を用いた全プロセスのコールド運
青山 雄亮; 刀根 雅也; 白水 大貴; 勝岡 菜々子; 宮田 晃志; 福田 茂樹; 大高 光; 小林 秀和; 小高 亮
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)の新型溶融炉(3号溶融炉)では、白金族元素の抜き出し性の向上を図るため、炉底形状を既設溶融炉(2号溶融炉)の四角錐型から円錐へ変更した。炉底形状変更による効果を確認するため、非放射性の白金族元素を含む模擬廃液を使用したコールド試験(運転条件確認試験)において、炉内から抜き出される流下ガラス中の白金族元素濃度の定量分析を行い、白金族元素の抜き出し性について2号溶融炉との比較評価を行った。
刀根 雅也; 白水 大貴; 勝岡 菜々子; 青山 雄亮; 宮田 晃志; 福田 茂樹; 大高 光; 小林 秀和; 小高 亮
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)では、ガラス溶融炉の更新に向けた取り組みを進めている。新型溶融炉(3号溶融炉)は、白金族元素の抜出性向上を図るため、炉底形状を既設溶融炉(2号溶融炉)の四角錐から円錐に変更する等の設計変更を行っており、3号溶融炉に適した運転パラメータの調整が必要となる。そこで、実機により近い条件で最適な運転パラメータを設定するために、非放射性の模擬廃液を用いたコールド試験(運転条件確認試験)を実施し、ガラス温度等の主な管理値を成立させるための運転パラメータの検討を行った。
山内 祥; 所 武司; 窪木 道克; 他9名*
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)では、固化セル内にガラス固化処理工程の主要な設備、遠隔保守作業等で使用する両腕型マニプレータやクレーン等が設置されている。これらの固化セル内機器を整備する際には、固化セルより汚染レベル及び空間線量が低い除染セルに搬出し、人手により調査、点検及び整備を実施している。令和4年12月から令和6年2月にかけて、固化セル内機器の整備や不具合対応を実施した。本発表では、高線量下での固化セル内機器の整備における汚染や被ばく管理等の課題とその対策等について報告する。
大山 孝一; 松村 忠幸; 原島 丈朗; 山下 照雄; 菖蒲 康夫; 小高 亮
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)における潜在的ハザードである高レベル放射性廃液のガラス固化処理について、固化安定化処理期間の短縮に向けた方策の一つである次期ガラス溶融炉の開発目標を整理するとともに、現行ガラス溶融炉の運転実績を踏まえた新たな課題を解決するため要求機能を整理した。それらの要求機能を実現するためのガラス溶融炉のハード面対策と運転手法などのソフト面対策の具体的な対策案を検討し、それらの組み合わせと処理期間短縮効果を推定し、次期ガラス溶融炉の基本的な改良案を設定した。
朝日 良光; 嶋村 圭介; 小林 秀和; 小高 亮; 守川 洋
no journal, ,
TVF次期溶融炉(3号炉)の基本構造である円錐45度炉底形状に適合するように、溶融炉の底部に設置しているストレーナ(流下ノズル閉塞防止のための部位)の形状に係る各パラメータ(角部の曲率等)を選定した。選定にあたっては、2号炉及び3号炉の炉底形状を模擬した実規模アクリル模型と溶融ガラスを模擬したシリコーンオイルを用いた流下試験を行うとともに、炉底付近に滞留する比較的高い粘性を持つ流体の流下時における流動場についてCFD解析を行うことにより、ストレーナの形状がガラス流動の特徴や抜出し率へ与える影響を評価した。
原島 丈朗; 山下 照雄; 松村 忠幸; 大山 孝一; 菖蒲 康夫; 小高 亮
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)のガラス固化処理期間の短縮に向けた方策の一つであるTVF3号ガラス溶融炉に対して、ガラス固化技術開発施設(TVF)の現状のガラス溶融炉の課題と対策を基に、次期ガラス溶融炉への要求機能の対策案、施設側の前提条件や制約条件を整理し、候補炉形式の検討を行うとともに適用技術を具体化しガラス固化処理技術開発施設(TVF)における成立性を確認した。
朝日 良光; 中島 正義; 菖蒲 康夫
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)の液体供給式直接通電型セラミック溶融炉では、長期間の運転に伴い白金族元素が炉内に堆積し、保守期間を設けてこれを除去している。保守時期を適切に選定することで廃液処理を効率化するため、白金族元素の堆積挙動を精度よく把握・予測することが本研究の課題である。白金族粒子を質点として扱うLagrangianモデルのシミュレーションコードが開発されており、溶融炉のシミュレーションに用いられている。これまでに、粒子間の接触抗力を模擬する便宜的な粒子挙動モデルを開発し、仮想的な運転条件において、厚みのある堆積領域の形成や、堆積が進行したときの炉底の温度上昇を表現可能であることを確認している。今回新たに熱流動電場解析の境界条件や入力パラメータを精緻化し、温度分布をガラス固化溶融炉の実測値に近づけた運転シミュレーションの計算モデルを構築した。このモデルを使って白金族元素の粒子挙動解析を行い、運転中の温度推移や流下ガラス中の粒子濃度について、実測値と比較可能な値を得た。
鈴木 晟眞; 大高 光; 薄井 康史*; 森垣 養真*; 伊藤 亮輔*
no journal, ,
東海再処理施設に保有する高放射性廃液を安定で取扱いが容易な形態であるガラス固化体にするガラス固化技術開発施設(TVF)において、令和元年7月から開始したガラス固化処理運転中、ガラス溶融炉の流下ノズル加熱電源系統に漏れ電流が発生し、ガラス流下が自動停止した。漏れ電流発生箇所の特定のため、ガラス流下時に溶融ガラスの流路となる流下ノズルとその加熱系統である高周波加熱コイルを観察したところ、両者が近接していることが分かった。調査の結果、溶融炉の運転に伴う加熱及び冷却の繰り返しにより、流下ノズルが取り付けられているインナーケーシングに塑性ひずみが生じることで、流下ノズルの傾きが進展し、流下時の熱膨張により流下ノズルが高周波加熱コイルに接触し漏れ電流が発生したものと評価した。本対策として、今後の傾きの進展傾向を予測し、加熱コイル径の拡大等を施すことで流下ノズルと加熱コイルの接触を防止した。
嶋村 圭介; 朝日 良光; 小林 秀和; 小高 亮; 守川 洋
no journal, ,
ガラス固化技術開発施設(TVF)のガラス固化処理期間の短縮に向けた方策の一つとして、これまで次期ガラス溶融炉(3号炉)への要求機能や施設側の前提条件, 制約条件を整理し、候補炉型式を検討してきた。本報告では、前報(4)で設定した複数の候補炉形式に対し、熱流動解析による相互比較及び技術課題/リスク検討の上、3号炉の基本構造について、円錐45度炉底形状とした。
山下 照雄; 松村 忠幸; 大山 孝一; 原島 丈朗; 菖蒲 康夫; 小高 亮
no journal, ,
東海再処理施設の潜在的ハザードを低減するためガラス固化技術開発施設(TVF)は福島第一原子力発電所の事故後に制定された新規制基準に合致していない状態での運転を特別に認められ、平成28年1月から高レベル放射性廃液の固化処理運転を再開した。更なる潜在的ハザード低減に向けて固化処理期間の短縮を図るため、その方策の一つである次期ガラス溶融炉更新時のハード面対策と運転手法などのソフト面対策案の最適化を図ることによる処理期間短縮の検討アプローチについて報告する。