Overview of Fast Reactor Cycle System Technology Development Project (FaCT) phase 1 and future direction

家田 芳明; 小野 清; 根岸 仁; 塩谷 洋樹; 長沖 吉弘; 難波 隆司

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 9 Pages, 2011/12

日本原子力研究開発機構は、電気事業者,電力中央研究所,メーカ各社の参画を得て、1999年7月から高速増殖炉サイクルの実用化像を構築するとともに、その技術体系を確立することを目的とした高速増殖炉サイクルの実用化に向けた研究開発を進めている。FaCTのフェーズI(2006-2010年度)では、それ以前のFSで選択した主概念「ナトリウム冷却炉(酸化物燃料),先進湿式法再処理及び簡素化ペレット法燃料製造の組合せ」を対象に、現時点での革新技術の採否判断と原子力委員会が定めた性能目標への達成度の評価を実施した。フェーズIはおおむね順調に進み、技術的には革新技術を工学規模試験により実証する次のフェーズ(FaCTフェーズII)に入ることができる段階にまで達したことを確認した。本ペーパーは、改めて高速増殖炉サイクル開発の意義に触れ、FaCTフェーズIの研究開発成果の概要を中心に述べるとともに、今後の研究開発の方向性をまとめたものである。

FBRサイクル実用化; 「もんじゅ」運転開始に向け

根岸 仁; 茶谷 恵治; 谷川 信吾

原子力年鑑2008, p.53 - 61, 2007/09

国は高速増殖炉サイクルの実用化調査研究フェーズ2の成果を評価し、ナトリウム冷却高速炉(酸化物燃料),先進湿式法再処理,簡素化ペレット法燃料製造の組合せを主概念に選定した。今後、原子力機構は、主概念に開発資源を集中的に投資し、高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)としてその実用化を目指す。「もんじゅ」では、ナトリウム漏えい対策等の工事が順調に進められており、運転再開に向けた準備が行われている。性能試験を含め「もんじゅ」で得られる研究開発成果は、FBRの実用化に反映されていく。「常陽」は初臨界後、7万時間を超える運転を行い、FBRのための燃料・材料開発を行ってきている。また、外部利用の拡大等についても取り組んでいる。FBR開発の国際動向が活性化しており、GIF, GNEP, INPROなどの多国間協力,米仏等との研究協力を進めている。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究II(概要)

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 日比谷 啓介*; 横関 康祐*; 渡邉 賢三*

JNC-TJ8400 2003-047, 120 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-047.pdf:4.46MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。研究成果を以下に示す。1 水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。液固比500 にて試料全体のCa の約60%が溶出し、ポルトランダイトの溶脱が固相の力学特性や空隙率の変遷に大きく寄与していることがわかった。しかしながら、劣化部のCa 溶出率は通水初期の段階から60%以上の高い値となり、力学特性との間には信頼性の高い関係を導くことは困難であった。一方、空隙率および透水係数と圧縮強度との間には高い相関性が認められ、モデル化に有効である可能性が示された。またビッカース硬度もCa 溶出率との間の相関性は低かったが、圧縮強度や水理特性との間には相関性が認められた。2 水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、空隙率は、浸漬64 週で初期値より1020%程度増加することが分かった。また、カルシウム溶出率と空隙率の関係と、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、浸漬期間が長く、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度や空隙率と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定する手法を提案した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。また、各変遷指標間の関係から、水理・力学特性に関するモデル化手法の方向性を示した。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価II; 概要

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC-TJ8400 2003-042, 67 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-042.pdf:4.7MB

セメント系材料に対する硝酸塩およびその変遷物質の影響を評価するため、1M NaNO3または1M NaNO3-0.5M NH3混合水溶液による液透過試験を実施した。pHが約12.5でポルトランダイトと平衡していると考えられる期間中、1M NaNO3の場合は、イオン交換水の場合に比べてCaの溶出が促進され、浸出液中のCa濃度は約1.5倍であった。NH3の影響は認められなかった。固相側のCa溶脱領域には、Naの濃集が認められた。

セメント等への殿物混合の影響及び長期安定性に関する調査

長安 孝明; 武井 明彦*; 大和田 仁*; 根岸 久美*; 須藤 俊吉*

JNC-TJ6400 2003-001, 44 Pages, 2003/02

JNC-TJ6400-2003-001.pdf:3.09MB

人形峠環境技術センター殿の製錬転換施設で発生した殿物は、今後の最終処分を見越して合理的な対応をしていく必要がある。そこで、昨年度までの調査において、殿物を人形峠環境技術センター殿所内で処理、あるいは利用できる可能性がある技術を検討してきた。平成14年度は、上記の検討の結果得られた課題を踏まえて、固体状の放射性廃棄物を固型化するための固型化材料として殿物を使用可能する上で特に重要と考えられる点について調査・検討した。あわせて、殿物と同様の転換試験を通じて発生した、N-F及びアルミナについて固化体を作成し、物理化学的性状を調査・検討した。

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズIIの2002年度成果

根岸 仁; 佐賀山 豊; 佐藤 和二郎; 前田 二三男; 中井 良大; 家田 芳明

サイクル機構技報, (20), 0 Pages, 2003/00

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf2/n20-01.pdf

FBRサイクル実用化戦略調査研究のフェーズ112年目の2002年度は、主要技術の成立性見通し及び候補概念の明確化に必要な定量的なデータ取得のための要素技術開発に着目した。FBRシステムについてはNa炉及び鉛ビスマス炉では、100GWd/t程度を達成できる見通しを得た。また、燃料サイクルシステムでは、システムの詳細設計を進めるとともに、技術選択の上で重要な鍵を握る簡素化溶媒抽出法や簡素化ペレット法の技術的成立性の見通しを得た。

「サイクル機構技報」第22号 概況報告 -高速増殖炉サイクルの研究開発- 高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究

根岸 仁

サイクル機構技報, (22), 0 Pages, 2003/00

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf2/n22-14.pdf

FBRサイクル実用化戦略調査研究の2003年度第3四半期(平成15年10月12月)の概況についてまとめた。FBRシステムに関しては、Na冷却、重金属炉、ガス冷却炉、小型炉の検討状況を概説した。燃料サイクルシステムについては、再処理システム(湿式法、乾式法)及び燃料開発(簡素化ペレット法、振動充填法、鋳造法)の検討状況を報告した。総合評価については計算評価手法や環境負荷低減等の進捗状況を報告した。

セメント固形化材料浸出挙動に関する調査

長安 孝明; 武井 明彦*; 大和田 仁*; 根岸 久美*; 須藤 俊吉*

JNC-TJ6420 2002-006, 12 Pages, 2002/03

JNC-TJ6420-2002-006.pdf:0.2MB

人形峠環境技術センター製錬転換施設では、天然ウランを用いた湿式によるUF6転換および回収ウランを用いた乾式法によるUF6転換にかかる基礎試験から実用規模に至る技術開発を行ってきた。これに伴い発生するウラン等を含む廃液は、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)を添加し、中和沈殿物(以下、「沈殿」という)CaF2として回収・保管されている。これら殿物の合理的な処理方法の一つとして、固体状の放射性廃棄物を固型化するためのセメント系材料に殿物が適用可能であるか調査・検討を行っているが、殿物を使用しないセメント化硬化材料の基本性状を把握する必要がある。そこで、本研究ではセメント系材料を用いた硬化体が、処分後に水と接触した場合を想定し、どのような挙動をしめすかについてモルタル硬化体の浸漬試験を実施した。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究-概要-

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 竹田 哲夫*; 横関 康祐*; 渡邊 賢三*

JNC-TJ8400 2002-029, 79 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-029.pdf:1.58MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。本年度の研究成果を以下に示す。1.水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。実測の見かけ透水係数から劣化部の透水係数を計算により求めた結果、通水量が増すに従って透水係数は増大した。また、通水により空隙率は劣化の顕著な試料上部で増加した。圧縮強度は劣化の顕著な試料上部の値を示すものと考えられ、通水によりその値は低下した。空隙率、劣化部の透水係数、ビッカース硬度の各要因は、圧縮強度との間には相関が認められた。固相の化学的評価、通水液のpHやCa濃度から劣化過程はポルトランダイトが溶出する領域であると考えられ、固相物性の変化はポルトランダイトの溶出に起因するものと推測された。2.水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、浸漬12週の時点では溶出率が小さく、劣化が顕著に進んでいないものの、以下のことが分かった。空隙率は、浸漬12週で初期値より410%程度増加しており、水セメント比が大きいと空隙率の増加量が大きいことが分かった。また、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。各変遷指標間の関係を導くために、今後さらに整備が必要なデータセットが明らかとなった。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC-TJ8400 2002-020, 146 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-020.pdf:4.21MB

TRU廃棄物には、硝酸イオンはじめとして種々の化学物質を含むものがあり、これらの物質が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておく必要がある。また、地下深部は地表面より温度が高く、TRU廃棄物には放射性物質の崩壊熱により発熱しているものもあることから、温度上昇が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておくことも必要である。そこで、本研究では、TRU廃棄物処分システムの構成要素であるコンクリートに着目し、セメント系材料の溶解変質に対する硝酸イオンおよび、再処理過程で発生するプロセス廃液をホウ酸塩で固化した固化体(以下、ROBE固化体という)起源の化学物質の影響を評価した。また併せて、セメント系材料の熱変質の影響を評価した。本年度の研究成果を以下に示す。1)セメント系材料の化学的変遷に及ぼす硝酸イオンの影響の検討 硝酸イオンがセメント系材料の変質に与える影響を評価するために、硝酸ナトリウム水溶液を用いて通水試験を行い、各特性の変化を評価した。その結果、1mol/l硝酸ナトリウム水溶液を通水中は、液相のカルシウム濃度がイオン交換水を通水した場合(以下、ブランク)より高かったこと、及び、固相のカルシウム溶脱による変質領域が広かったことから、ブランクよりカルシウムの溶出量が多く、カルシウム溶脱による試料の変質は促進されたと判断された。また、透水係数は、硝酸ナトリウム水溶液の通水中はブランクを下回ったが、その後、通水液を硝酸ナトリウム水溶液からイオン交換水に切り替えた直後に急増し、積算液固比180の時点ではブランクをやや上回る傾向が見られた。空隙率は、同一液固比では硝酸ナトリウム水溶液を通水した場合のほうがブランクよりもやや大きくなり、圧縮強度は低くなった。また、AFm相は通水初期の段階で硫酸塩型から硝酸塩型に転移し、硝酸イオンの供給がなくなると、炭酸塩型に変化することがわかった。