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安田 均*; 野高 昌之*; 萬谷 健一*; 上窪 文生*; 降矢 喬*; 市川 史郎*
PNC TJ8058 97-007, 583 Pages, 1997/03
硝酸中で40,000時間の運転を完了したTi-5Ta製およびZr製の酸回収蒸発管モックアップ装置から試験片を採取し、機械的性質、減肉量の測定および表面状態の評価を行った。評価結果の概要は以下のとおりであり、Zrと比較するとTi-5Taの方が腐食速度は大きいが、いずれも十分な耐食性を有していると判断される。(1)機械的性質:Ti-5TaおよびZrとも、評価部位により測定値に差異があったが、装置製作時の加工方法の違いによるものと考えられ、40,000時間の運転に起因する顕著な材料強度等の低下は認められなかった。(2)肉厚測定:Ti-5Taは、硝酸蒸気に曝されるベンド配管(最大0.09mm/y)、蒸発部塔頂部(最大0.07mm/y)での腐食速度は他の部位(0.02mm以下)よりも腐食速度は大きくなっている。Zrはほとんどの部位で腐食速度は0.01mm/y以下であった。(3)表面粗さ測定:Ti-5Taでは、肉圧測定結果と同様ベンド配管および蒸発部塔頂部で表面粗さは他の部位よりも大きくなっており、全面腐食に起因するものと考えられる。また、溶接部は母材部よりも表面粗さが大きく、溶着金属部の方が全面腐食が進行していると推定される。ZrはTi-5Taよりも表面粗さは小さい。また、部位による表面粗さの差異はなく、溶着金属部の粗度は母材部と同程度であった。(4)断面ミクロ観察:Ti-5Taには、ベンド配管および蒸発部塔頂部で全面腐食による表面の凹凸が認められ、溶着金属部の方が母材部よりも凹凸は大きくなっているが、粒界腐食などの局部腐食は生じていない。Zrでは凹凸形状がほとんど認められず、健全であった。(5)表面SEM観察:Ti-5Taには、ほとんどの部位で腐食生成物と思われるスケールが付着しておりベンド配管及び蒸発部塔頂部ではスケールの堆積が大きい。一部の部位で全面腐食による表面部の肌荒れが観察されたが、局部腐食は生じていない。Zrはスケールの付着量が少なく、腐食がほとんど進行していない。(6)元素組成分析:Ti-5Taの表面皮膜にはTiO
とSiOが混在しており、この他に耐食性向上に寄与するとされているTaO
の存在が確認された。また、溶接部にも不動態皮膜が形成されていた。ZrではZrOとSiOの他に伝熱管から上部連絡管にかけてTiOが検出された。Zrに認められた白色スケールはSiO及びTiO皮膜やZrO皮膜の上に付着しているようである。
本田 明; 野高 昌之*; 鶴留 浩二; 井上 邦博*; 石川 博久; 佐久間 秀樹
PNC TN1410 92-059, 96 Pages, 1992/07
(目 的)オーバーパックの有力候補材料である炭素鋼で、実スケールの自己しゃへい型オーバーパックを設計・試作し、設計・製造プロセスでの技術的課題を抽出する。(内容)処分深度1000m程度を想定して、地圧27.5PMa(垂直)、27.5
54.9MPa(水平)、温度150度Cの条件で円筒型オーバーパックを設計した。材質は、SFVC1(圧力容器用炭素鋼鍛鋼品)を選定し、ASME-CODE-Sec.IIINEによる強度計算の結果、必要肉厚は212mmとなった。しゃへい解析に対する余裕(210mm必要)および腐食代を考慮し、肉厚を300mm(腐食代50mm)とした。製造技術上の課題は、蓋部の接合方法である。今回の検討では電子ビーム溶接の適用が有望と考えられ、施工試験により肉厚200mmの健全溶接が可能であることを確認した。(今後の課題)オーバーパックの製造技術は、現状の技術水準で十分成立可能であるが、蓋部の溶接方法の確認を行っておく必要がある。現状で有力な電子ビーム溶接を中心に、溶接システムおよび品質保証方法を確立しておくことが重要である。
手嶌 孝弥*; 野高 昌之*; 石川 博久; 湯佐 泰久; 佐々木 憲明
PNC TN8420 90-008, 144 Pages, 1990/09
現在オーバーパックの開発研究では,オーバーパック材の第一候補材として炭素鋼を選定し,炭素鋼に重点を置いた研究を推進している。本書は,炭素鋼をオーバーパック材として選定,評価しているスイスNAGRAの研究内容について今後の研究の参考とすべく調査したものである。調査の対象とした技術報告書は,1982年1989年に発行された12件の報告書であり,その内容は次の通りである。(1) 腐食および材質選定に関するもの(2) クリープに関するもの(3) 腐食に伴う水素ガス発生に関するもの(4) 設計に関するものNAGRAは,上記報告書で課題として摘出した「応力腐食割れなどの局部腐食」,「ベントナイト中の腐食挙動」,「腐食に伴う水素ガスの挙動」などについて研究を継続しており,今後とも研究動向を調査しオーバーパックの開発計画に反映する予定である。
野高 昌之*; 手島 孝弥*; 雨宮 清*; 他19名*
PNC TN8440 89-023, 315 Pages, 1989/11
本報告書は、環境工学開発部廃棄物処分技術開発室(現在の環境技術開発部地層処分開発室)において、昭和63年度に実施した主な業務とその成果を、各研究開発の分野毎にまとめたものである。(1)オーバーパックの開発炭素鋼及び純銅について、陰イオン濃度、温度、溶存酸素濃度等をパラメータとした腐食試験を実施するとともに、炭素鋼の腐食加速試験方法を検討した。チタンについては、ダブルUベント試験片を用いたすきま腐食試験を実施し、再不動態化試験の結果と矛盾がないことを確認した。また、セラミックオーバーパックの研究の一環として各種セラミック材料の腐食試験を実施した他、オーバーパックの製作上の課題を摘出するために、実規模大オーバーパックの試作を行った。(2)緩衝材の開発緩衝材の候捕材料であるベントナイトについて、市販の国産ベントナイト製品8種類の組成、膨潤度、水分拡散係数等の基本特性試験を実施した。また、ベントナイトの化学的緩衝性に関する基礎試験として、地下水中への元素溶出試験を実施し、地球化学計算コードPHREEQEによる解析を行った。さらに、ベントナイトの熱変質に関する調査及び変質試験を実施した。(3)核種浸出・移行評価研究緩衝材共存系における実高レベルガラス固化体及び実規模ガラス固化体の浸出試験を実施した。また、緩衝材中のCs-137、Np-237の拡散試験を実施するとともに、実高レベルガラス固化体の浸出液を用いた岩石への核種の収着試験を実施した。さらに、処分環境条件下の核種の溶解度測定手法を確立するためのpH-Eh制御試験及びネオジウムを用いた溶解度試験を実施した。(4)処分野外試験人工バリア材料の埋設試験のための第二試験場を開設するとともに、東濃鉱山の地下水の水質、水理調査を実施した。また、模擬ガラス固化体の埋設試験及び地下水を用いた静的浸出試験を実施し、蒸留水による浸出試験結果と比較検討した。(5)ナチュラルアナログ研究天然ガラスの長期変質挙動の研究として、前年度実施した富士山の火山ガラスの変質調査に引き続き、伊豆大島の火山ガラスの変質について調査し、変質速度に与える地下水の水質の影響を明らかにした。またベントナイトに関しては、新潟県村上ベントナイト-イライト鉱床の変質に関する調査を実施した。コンクリートについては、神奈川県の築造後67年経過したトンネルの側壁コンクリートの
野高 昌之*; 手嶌 孝弥*; 石川 博久; 湯佐 泰久; 佐々木 憲明
PNC TN8420 89-003, 66 Pages, 1989/05
腐食モデルによる長期にわたる腐食量予測は、オーバーパックの寿命評価上重要課題の1つである。このため、我国の処分環境に対応した腐食モデルを開発する上で参考とすべく、海外の腐食モデルの開発状況を調査した。調査はオーバーパック関連文献(約160件)から腐食モデルを扱っているものを抽出し、対象とする処分環境、基本的な考え方等を整理した。その結果、腐食モデルには経験式によるモデルと数学的モデルがあり、経験式によるモデルでは、温度、地下水組成等の処分環境と時間をパラメータとして腐食量を予測する形式が主体であることがわかった。数学的モデルは、経験式の長時間の外挿により生ずる不確実性を排除するため、腐食メカニズムに基づき開発されているものであるが、現状ではその基本的な考え方が提案され一部試験結果との比較が実施されている段階である。また、調査結果を基にケーススタディとして経験式によるモデルを用いた1,000年間の腐食量予測及び内部の試験結果との比較を行った。今後も、既存モデルの調査を継続するとともに、その長所・問題点を明確にし腐食モデルの開発に反映していく予定である。
佐々木 憲明; 湯佐 泰久; 山田 一夫; 野高 昌之*; 三谷 広美*; 河村 和廣; 宮原 要; 新井 隆; 亀井 玄人; 広瀬 郁朗; et al.
PNC TN8440 88-018, 170 Pages, 1988/12
本報告書は,環境工学開発部廃棄物処分技術開発室において,昭和62年度に実施した主な業務とその成果を,各研究開発の分野毎にまとめたものである。 1)オーバーバックの開発 炭素綱,純銅及びチタンに関して腐食試験を実施した。炭素綱及び純銅については,酸素が十分存在する条件下でのベントナイト共存腐食試験を行った。チタンについては,すきま腐食の発生試験を行った。 2)緩衝材の開発 国内産のN-型ベントナイトを用い,透水性試験方法の検討及び透水係数の測定を行った。 また,ベントナイトの熱変質に関する文献調査を行い,試験方法の検討を行った。 3)ガラス組成開発 日本原燃サービスのガラス固化施設用ガラス組成を設定し,その基本特性の測定を行い,動燃のガラス固化技術開発施設用ガラスと同様な特性を持っていることを確認した。 ガラス固化技術開発施設用ガラスについては,組成変動による特性の変化について検討を行った。 4)核種移行・浸出評価 実高レベルガラス固化体を用いた浸出試験を行い,TRU,EP核種の浸出量の測定を行った。また,この浸出液を用いて,岩石への核種の収着試験を行った。 核種移行試験としては,137C-,90S-を用い,ベントナイト中の拡散係数の測定試験を行った。 5)処分野外試験 東濃鉱山で人工バリア材の埋設試験を実施し,金属材料の腐食試験,模擬ガラスの浸出試験等を行った。また,東濃鉱山の地下水を用い,埋設試験条件に対応する室内試験を実施し,埋設試験結果との比較検討を行った。6)ナチュラルアナログ研究 天然ガラスの長期変質挙動の研究として,富士山の2種類の火山ガラス(砂沢,宝永スコリア)の変質について調査し,変質層と環境条件との関係を明らかにした。ベントナイト及びコンクリートについては,長期変質に関する文献調査を行った。7)地層処分システム設計研究 設計条件の整備,設計手法の選定,操業管理システムの調査及び経済性評価について,委託研究を実施した。8)地層処分システム性能評価研究 9)ホットガラス固化試験 10)TRU廃棄物処分技術開発等
手嶌 孝弥*; 野高 昌之*; 石川 博久
PNC TN8420 88-006, 48 Pages, 1988/08
オーバーパック材料の候補の一つとして,セラミックス材料を検討する上で,候補材料の抽出,試験方法の検討等今後の研究開発方針の参考とすべく,海外の情報入手・整理を行った。調査対象は,IAEA発行のWaste Managament Research Abstract NO.1318(19811986年)として,研究概要,候補材料及び試験内容・条件等を国(機関)別,年度別に抽出・整理した。その結果,セラミックス材料の研究開発を推進している国は,西独(KfK),カナダ(AECL),米国(PNL)及びスウェーデン(ASEA社,他)であり,スクリーニングテストの結果有望材料としてAl2O3,ZrO2,TiO2,磁器(ステアタイト含む)及びSiCがあげられていることがわかった。今回の調査はセラミックス材料を中心に行ったが,金属材料についても同様の調査を実施し結果を併記した。また,上記調査と並行して,セラミックスオーバーパックの製作に関してその概念の予備検討を実施した。今後は,今回の調査結果を参考に,詳細な研究開発状況の把握及びセラミックス材料の一次スクリーニングテストを実施していく予定である。
石黒 勝彦; 野高 昌之*
PNC TN8410 87-072, 35 Pages, 1987/11
チタン及びチタン合金のオーバパックへの適用性を検討するために,チタンの局部腐食のなかで最も発生しやすいと考えられているすきま腐食について,発生・成長の臨界条件を測定する。 工業用純チタン及びASTMGrade12チタン等のTi-Ni-Mo合金について,すきま腐食の成長が停止する条件を再不動態化法により測定した。再不動態化法は腐食の発生・成長の有無を決定論的に評価する試験方法で,長期間の腐食挙動を推定することができる。 試験の結果,金属/ベントナイトすきまは金属/金属すきまよりすきま腐食が発生しにくい構造であることがわかった。金属/金属すきまについては,すきま腐食の成長が停止する臨界条件(電位,温度及びNaC-濃度)を測定することができ,以下のことがわかった。 1再不動態化電位に対しては塩素濃度の影響が大きく,温度やpHの影響は小さい。 2Grade12チタンは純チタンと比較して,再不動態化する電位は貴となり,またより高温,高塩素濃度でもすきま腐食は発生しない。
石黒 勝彦; 河村 和廣; 園部 一志; 野高 昌之*; 新井 隆; 湯佐 泰久; 角田 直己
PNC TN8410 87-071, 37 Pages, 1987/08
本論文は、「処分環境下における人工バリア材の性能に関する実験的研究」と題して1987年8月24、25日にスイスのローザンヌで開催された会議で発表した内容の詳細を記述したものである。処分環境下における人工バリア材(ガラス固化体、オーバーパック材及び緩衝材)の耐久性を評価する目的で実施した実験的研究は、次のようにまとめられる。(1)ガラス固化体浸出特性: 1年以上の浸出試験の結果、高いSA/V比(試料表面積/浸出液量比)の条件で浸出が抑制された。これは、浸出液中のシリコン濃度の飽和により、他の元素の浸出が抑制されたためと考えられる。(2)オーバーパック候補材の腐食挙動: 炭素鋼とチタンについて模擬地下水及びベントナイト共存下で試験をした結果、局部腐食は認められなかった。炭素鋼の腐食速度はベントナイト/水比に依存することがかった。また、チタン系材料について、すきま腐食発生の臨界条件を求めた。(3)緩衝材(圧縮ベントナイト)の止水性能:ベントナイト密度の増加とともに透水係数は小さくなり、膨潤圧は大きくなる。ベントナイトにクラックが存在しても著しい透水性能の劣化は起きなかった。また、処分開始時を想定し、乾燥ベントナイトへの水の浸入速度を評価した。
