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報告書

模擬廃棄物含有リン添加ホウケイ酸ガラス試料のXAFS測定(共同研究)

永井 崇之; 小林 秀和; 嶋村 圭介; 大山 孝一; 捧 賢一; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 山中 恵介*; 太田 俊明*

JAEA-Research 2018-005, 72 Pages, 2018/09

JAEA-Research-2018-005.pdf:28.2MB

ガラス固化プロセスで製造されるガラス固化体中の原料ガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、固化体に含まれる廃棄物成分による影響を受ける。本研究は、リン添加ホウケイ酸ガラスを原料ガラスに用いて模擬廃棄物ガラス試料を作製し、放射光XAFS測定によりガラス成分の軽元素や廃棄物成分の希土類元素等の化学状態及び局所構造を評価した。

報告書

模擬廃棄物ホウケイ酸ガラス試料のXAFS測定(共同研究)

永井 崇之; 小林 秀和; 捧 賢一; 菖蒲 康夫; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 山中 恵介*; 太田 俊明*

JAEA-Research 2017-005, 54 Pages, 2017/06

JAEA-Research-2017-005.pdf:16.17MB

ガラス固化プロセスで製造されるガラス固化体中のホウ素(B)や廃棄物成分の局所構造は、固化体に含まれる廃棄物成分による影響を受ける。本研究は、模擬廃棄物ガラス試料を作製し、放射光XAFS測定によるガラス試料中のB及び廃棄物成分の局所構造を評価した。BのK吸収端XAFS測定において、薄板状の試料を用いて良好なXANESスペクトルが得られることを確認し、原料ガラスに廃棄物成分を添加するとB-Oの3配位sp$$^{2}$$構造(BO$$_{3}$$)割合が減少して4配位sp$$^{3}$$構造(BO$$_{4}$$)割合が増加することを明らかにした。また、組成のSiO$$_{2}$$/B$$_{2}$$O$$_{3}$$比の低下又は(SiO$$_{2}$$+B$$_{2}$$O$$_{3}$$)/Al$$_{2}$$O$$_{3}$$比の上昇によって、BO$$_{3}$$割合が増加しBO$$_{4}$$割合が減少すること、P$$_{2}$$O$$_{5}$$の添加によって、BO$$_{3}$$割合が減少しBO$$_{4}$$割合が増加することを明らかにした。廃棄物成分のXAFS測定において、B$$_{2}$$O$$_{3}$$含有率が高い組成ほどセリウム(Ce)原子価が還元されること、原料ガラスへP$$_{2}$$O$$_{5}$$を添加するとCe原子価が還元されることを確認した。またイメージング測定により、ガラス中に析出するRu化合物の状況は組成のB$$_{2}$$O$$_{3}$$含有率を変えても変わらなかった。本研究は、資源エネルギー庁より日本原子力研究開発機構が受託した次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業の実施項目「高レベル廃液ガラス固化の高度化」の一つとして実施した。

論文

ガラス固化プロセス環境における白金族化合物の化学挙動解明

永井 崇之; 秋山 大輔*; 佐藤 修彰*; 捧 賢一

物質・デバイス領域共同研究拠点研究成果報告書(平成28年度)(CD-ROM), 1 Pages, 2017/03

ガラス固化体の製造において、溶融状態の廃棄物ガラスから析出したRuO$$_{2}$$等の白金属化合物が溶融炉底部に堆積して固化体容器へのガラス流下を阻害する。本研究は、廃液成分であるRhがRuO$$_{2}$$生成へ与える影響を確認するため、Ru-Rh化合物等を加熱合成して生成物をXRDにより評価した。その結果、廃液に含まれるRhはRuと同様な化学挙動を示し、Ru化合物と類似構造のRh化合物を生成する可能性があることを見出した。

報告書

模擬廃棄物ガラス試料(バナジウム含有ホウケイ酸ガラス)のXAFS測定

永井 崇之; 小林 秀和; 捧 賢一; 菖蒲 康夫; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 松浦 治明*; 内山 孝文*; 岡田 往子*; 根津 篤*; et al.

JAEA-Research 2016-015, 52 Pages, 2016/11

JAEA-Research-2016-015.pdf:37.48MB

本研究は、資源エネルギー庁の次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業の実施項目「高レベル廃液ガラス固化の高度化」として、バナジウム(V)含有模擬廃棄物ガラスを対象に、放射光XAFS測定によりガラス原料に内包された廃棄物成分元素の局所構造を評価した。本研究で得られた成果を、以下に列挙する。(1)バナジウム(V)は、組成に関係なく比較的安定な4配位構造と考えられ、ガラス原料フリットではVがガラス相に存在する可能性が高い。(2)亜鉛(Zn), セリウム(Ce), ネオジム(Nd), ジルコニウム(Zr), モリブデン(Mo)はガラス相に存在し、Ce原子価はガラス組成によって3価と4価の割合に差が認められた。(3)ルテニウム(Ru)はガラス相からRuO$$_{2}$$として析出し、ロジウム(Rh)は金属と酸化物が混在し、パラジウム(Pd)は金属として析出する。(4)高温XAFS測定を行ったZrとMoの結果、ガラス溶融状態におけるZr, Moの局所構造の秩序が低下する傾向を確認した。(5)ガラス溶融炉温度1200$$^{circ}$$Cの条件で、模擬廃棄物ガラスの高温XAFS測定を行い、今後、試料セルの形状等の最適化を図ることで、良質な局所構造データ取得が期待できる。

論文

ガラス固化プロセス環境におけるルテニウム化合物の挙動評価

永井 崇之; 佐藤 修彰*; 捧 賢一

物質・デバイス領域共同研究拠点研究成果報告書(平成27年度)(CD-ROM), 2 Pages, 2016/03

使用済核燃料再処理から生じる高レベル放射性廃液は、ガラス固化プロセスでガラス原料と溶融混合され、最終処分体のガラス固化体へ加工される。ガラス固化体を製造するガラス溶融炉内では、廃液に含まれるルテニウム(Ru)が溶融ガラス中に二酸化ルテニウム(RuO$$_{2}$$)として析出する。このRuO$$_{2}$$は溶融炉底部に堆積し、固化体容器への溶融ガラスの流下を阻害するため、溶融炉環境におけるRuの反応挙動を理解する必要がある。そこで、ランタン(La)硝酸塩とRu硝酸塩を原料に、硝酸塩の脱硝温度において生成するRu化合物を確認するとともに、Ru-La-Na混合硝酸塩にガラス原料を添加し、Ru化合物の化学形態の変化を追跡した。

報告書

溶融廃棄物ガラス中のルテニウム化合物の電気伝導度に関する研究-高レベル放射性廃液固化研究報告-(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

山下 勝*; 赤井 智子*; 山中 裕*; 捧 賢一

JNC-TY8400 2003-004, 41 Pages, 2003/03

JNC-TY8400-2003-004.PDF:0.83MB

高レベル放射性廃液をガラス固化する際に溶融ガラスから分離析出するルテニウム化合物の溶解及び析出の挙動を把握することは、ガラス溶融炉の安定運転を確保する上で重要な課題の一つである。本研究では、ガラス中のルテニウムの溶解及び析出挙動について、ルテニウム含有ガラスの顕微鏡観察や透過スペクトルの測定、導電率の測定等によって、溶融温度、ルテニウム含有量、ルテニウム原料の化学形等による影響を調べた。その結果、(1) ルテニウムの一部は 1400deg.C以上の高温では4価のルテニウムイオンとして溶融ガラス中に溶解するが、その溶解度はそれ程大きくなく(およそ 0.03mass%以下)、 (2)工学規模溶融炉における溶融温度(1200deg.C以下)ではルテニウムの溶解度がさらに低くなるため、ほとんどすべてのルテニウムが二酸化ルテニウムとして析出し沈澱すること、(3) 仮にルテニウムを 1400deg.C以上の高温で溶解させても高レベル廃液のようにルテニウム含有量が多い場合には、ガラス温度が低下する際に溶解していたルテニウムイオンが素早く析出することが明らかになった。また、(4)ルテニウムが硝酸塩水溶液として存在している場合にはガラス原料の軟化温度よりも低温で分解して酸化ルテニウム結晶となり、(5)そのサイズや形はガラス粒の隙間の大きさで決まること、(6)他の廃液成分の影響は大きくないことが明らかとなった。

報告書

示差熱分析(DTA)による廃棄物ガラスの転移温度測定 -高放射性廃液固化研究報告書-

大内 仁; 五十嵐 寛; 河村 和廣; 山田 一夫*; 鈴木 猛; 捧 賢一; 小田倉 誠美*

PNC-TN8410 97-044, 53 Pages, 1997/03

PNC-TN8410-97-044.pdf:1.57MB

期間1994年6月$$sim$$10月目的高レベルガラス固化体特性評価試験の一環として、CPF及びHTS設置のDTAにより模擬ガラス固化体の転移温度を測定してホット及びコールドの測定データの整合性を確認する。高レベルガラス固化体の熱的安定性を担保するための目的温度として転移温度が有る。この温度領域を越えると結晶化により固化体特性が劣化するので転移温度を把握し固化体温度を転移温度以下で管理する必要がある。一般的な転移温度の測定方法は固化体の熱膨張測定から求める方法であるが,試料の調整上測定が難しいため,簡便な方法としてDTAにより転移温度を測定している。標準試料等を用いて測定条件を合わせた上で模擬廃棄物ガラスを測定した結果以下のことがわかった。(1)TVF標準組成ガラス(PO798)の転移温度は,HTS測定平均値は494$$^{circ}C$$(3$$sigma$$:8.2$$^{circ}C$$),CPF測定平均値は495$$^{circ}C$$(3$$sigma$$:1. 8$$^{circ}C$$),装置間の差は1$$^{circ}C$$であった。これによりDTAによるホット及びコールド転移温度測定データが同等であることを確認した。(2)PO798の転移温度は熱膨張曲線から求めた495$$^{circ}C$$(3$$sigma$$:8.1$$^{circ}C$$)でありDTA測定値と良く一致した。(3)DTA測定から求めた高減容模擬ガラス(P1102)の転移温度は,510.5$$pm$$2.5$$^{circ}C$$(HTS,CPF装置の測定平均値)であった。

報告書

セラミック溶融炉による高レベル放射性廃液のガラス固化のプロセス化学に関して:実験室規模による実験

捧 賢一

PNC-TN8510 95-002, 351 Pages, 1995/04

PNC-TN8510-95-002.pdf:21.8MB

本書は、ドイツKfKのINEの報告書(独文)を和訳したものである。実験室規模の溶融炉と模擬廃液を用い、合計10回のガラス固化キャンペーンを実施し、運転データの評価と製造したガラスの分析を行った。キャンペーンの大部分において、プロセスの条件下での白金族元素の挙動を研究の主要課題とした。その他に、中レベル/高レベル混合廃液、Ruを含まない高レベル廃液、及びTeを含まない高レベル廃液のガラス固化を試みた。ガラス固化処理オフガスの飛沫同伴、ケイ酸塩融液中での他の分離相の形成、及び添加物であるSi粉末、C粉末の作用を調査した。また、電極材料および溶融槽のセラミック・ライニングの腐食を記録した。溶融数時間以内に、溶融槽中で白金属元素(Ru、Rh、Pd)が、組成と粒径の点でほとんど変化せず、しかもケイ酸塩融液にほとんど溶解しない相を形成することが判明した。底部の傾斜角度が45°の溶融槽内のデッド・ゾーンにおいて、流動性のあるこの白金族元素浮遊相は、運転時間が数千時間経過するに連れて沈殿物を形成しながら粗い粒径になった。この沈殿物は移動性に乏しく、沈殿物内部では、導電性のある白金族元素(Pd、Rh、Te合金、Ru(Rh)O2 )が三次元網目構造を形成した。沈殿物中では1200$$^{circ}C$$を遙かに越える温度が支配的であった。溶融槽全体の電気抵抗は、キャンペーンの経過に連れて初期値の30$$sim$$35%にまで低下した。底部の傾斜角が60°の溶融槽では沈殿物が観察されなかった。電気抵抗の低下はわずか約45%に過ぎなかった。0.7wt%、および1.2wt%のSi粉末を添加することによって、電気抵抗の減少を10$$sim$$15%に抑えられた。

報告書

第12回PNC/KfK高レベル廃棄物管理会議(2/2)-別冊資料集(1993年12月7日$$sim$$9日、動燃東海事業所にて開催)-高放射性廃液固化研究報告-

捧 賢一; 二村 浩尓; 大内 仁

PNC-TN8100 94-003, 337 Pages, 1994/02

PNC-TN8100-94-003.pdf:11.69MB

動燃事業団と独KfKとの間に結ばれている高レベル廃棄物管理における協定の一環として、ガラス固化技術を中心とする廃棄物管理に関する会議が1993年12月7日から9日までの3日間、東海事業所において開催された。本資料は、第12回PNC/KfK高レベル廃棄物管理会議報告書(1/2)-会議PNC PN8100 94-002の別冊資料集として、発表に用いたOHP資料をとりまとめたものである。

報告書

第12回 PNC/KfK 高レベル廃棄物管理会議(1/2)-会議(1993年12月7日$$sim$$9日,動燃東海事業所にて開催)-

財津 知久*; 吉岡 正弘; 五十嵐 寛; 河村 和広; 捧 賢一; 二村 浩尓; 大内 仁

PNC-TN8100 94-002, 104 Pages, 1994/02

PNC-TN8100-94-002.pdf:3.08MB

動燃事業団と独KfKとの間に結ばれている高レベル廃棄物管理における協定の一環として、ガラス固化技術を中心とする廃棄物管理に関する会議が1993年12月7日から9日までの3日間、東海事業所において開催された。KfK側からはドイツにおける廃棄物管理状況、WAK廃液ガラス固化プラントの設計、ガラス溶融炉(K-6'、ESM運転における白金族元素挙動、ガラス溶融炉からオフガスへの元素移行、プロセス運転の制御システム、ガラスレベル検出方法、ガラス固化体品質保証について紹介があった。PNCからはTVFコールド試運転、白金族元素の挙動、熱流動解析、品質保証、新技術の概要等を紹介した。討論における双方の関心は、主にガラス溶融炉運転における白金族元素の挙動および品質保証であった。特にKfK側はTVFの施設および試運転結果に高い関心を示した。また会議の中でKfK一行はTVF施設を見学した。会議では発表に用いたOHP資料および最近の報告書および論文等を交換した。とくにKfKからはK-6'メルタの1990$$sim$$1993年の試験結果をまとめた400頁余りの報告書が提供された。

論文

高レベル廃棄物の高減容処理研究

米谷 雅之; 河村 和廣; 五十嵐 寛; 大内 仁; 山下 照雄; 捧 賢一

動燃技報, 98, , 

高レベル廃棄物の減容化は、ガラス固化体の廃棄物含有率を制限している条件を取り除くことで可能となる。高レベル廃液中にMoを含んだまま、廃棄物含有率の高いガラス固化体を製作すると、ガラス固化体中で化学的耐久性の劣る相分離が生じる。廃棄物含有率の高いガラスを溶融・固化するとき、高レベル廃液に含まれる白金族元素であるPdとRuがガラス溶融炉底部に沈殿に溶融操作を妨害する。高レベル廃液中のCsとSrは主要な発熱元素であり、これらの元素を含んだ状態で廃棄物含有率が高くなると貯蔵時のガラス固化体の熱的安定性を保つことができなくなる。高レベル廃液中のMo、Pd・Ru、Cs、Srを分離・固化する基礎試験を実施し、高減容処理プロセスにより高レベル廃棄物を減容し得ることを示した。

口頭

高減容ガラス固化処理の技術的成立性に関する研究

小林 秀和; 捧 賢一; 薄井 康史; 菖蒲 康夫; 塩月 正雄

no journal, , 

東海ガラス固化技術開発施設(TVF)における高レベル放射性廃液組成に関して、非放射性の模擬廃液を用いた基礎試験及び小型溶融炉による固化処理試験により、ガラス固化体中の廃棄物含有率を現状の標準値である25wt%から30wt%程度まで高められる技術的見通しを得た。なお、本研究は原子力機構と電気事業者11社及び日本原燃との共同研究にて実施しているものである。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉の開発,7; 模擬固化ガラス中の粒子状物質の挙動に関する基礎試験

宮内 厚志; 守川 洋; 捧 賢一; 山下 照雄; 塩月 正雄

no journal, , 

溶融ガラス中に懸濁する粒子状物質の形態,形状及び粒度分布を評価するとともに、粒子状物質を含有する溶融ガラスを安定して流下するための炉底構造及び条件に関する基礎試験を実施し、溶融ガラスの温度と粘度の関係並びに高粘性ガラスに対する流下促進対策の見通しが得られた。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉の開発,5; 処理対象固化ガラスの特性評価

捧 賢一; 宮内 厚志; 守川 洋; 山下 照雄; 塩月 正雄

no journal, , 

長寿命ガラス固化溶融炉にて処理するガラスの特性範囲を把握するため、将来の核燃料サイクルを想定した使用済燃料(高燃焼度燃料,FBR燃料等)の再処理に伴い発生する高レベル廃液組成とその幅の推定に基づき、溶融炉の運転に最も重要な物性である粘性(流動性,流下性)及び比抵抗(加熱性)を測定した。将来の使用済燃料・再処理条件として8ケース(燃焼度28-153GWD/t,比出力10-60MW/t,現状の再処理工程-マイナーアクチニドを回収するFBR再処理工程、等の幅を考慮)を想定し、燃焼崩壊計算コードを用いてこれらを再処理することにより発生するHLW組成を設定した。このHLW組成をもとにガラス固化時に発熱量の制限まで廃棄物成分を含有させるという考え方で想定固化ガラス組成の範囲を求め、粘性・比抵抗に影響する白金族元素含有率の範囲の評価並びに物性値を取得した。粘性は、TRPの標準固化ガラス組成の0.5-1.8倍の範囲であった。比抵抗は、TRPの標準固化ガラス組成の0.5-1.5倍であった。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉の開発,11; 粒子状物質の溶融ガラス粘性への影響評価

捧 賢一; 中島 正義; 山下 照雄; 塩月 正雄; 松本 史朗*

no journal, , 

溶融ガラスの流動を推定するためには、白金族元素が溶融ガラスの粘性に与える影響について、白金族元素濃度及びずり速度をパラメータとして表現することが不可欠である。本研究では、この白金族元素濃度及びずり速度の粘度への影響を調査し、解析コードに組込むために数式として整理した。また、粒子の形態により係数を使い分けることにより2種類の粒子形態に対してフィッティングさせることができた。

口頭

先進サイクルシステムへのホウケイ酸ガラス固化適用性確認試験

狩野 茂; 小林 秀和; 山下 照雄; 捧 賢一

no journal, , 

先進サイクルシステムにおいて発生が予想される高レベル放射性廃液に対する現行固化技術であるホウケイ酸ガラス固化の適用性について、ルツボによる非放射性固化ガラス試料を作製することにより確認した。高含有化に伴いMo含有率が増加していくが、廃棄物含有率20$$sim$$30wt%においてはMo固溶上限以下であり、均質な固化ガラスが得られる組成範囲内に収まる見通しが得られた。しかしながら廃棄物含有率が30wt%を超えると、Mo固溶上限に近づき、35wt%においては上限を超え、Mo酸塩が析出しやすい領域に至ってしまうことがわかった。Moの含有量を分離等により低減させることができれば30wt%超の高含有化を達成でき、廃棄体発生量をさらに減少させることが可能であることがわかった。

口頭

Storage and disposal of the high level waste from the advanced FBR fuel cycle

西原 健司; 大井川 宏之; 中山 真一; 藤原 武; 小林 秀和; 狩野 茂; 捧 賢一; 山下 照雄; 小野 清; 塩谷 洋樹

no journal, , 

先進FBR燃料サイクルにおいて、Sr-Csの分離とMA核変換をそれぞれ導入する/しない場合のHLWの貯蔵施設と処分場の縮小効果をコストとともに評価した。その結果、処分場を小さくするためには、$$^{241}$$Am発熱のため、MA核変換が不可欠であることが示された。また、分離と核変換の導入によって、TRU処分場相当の非常に小さな処分場が実現することがわかった。その場合のコストは他の場合よりも小さく、分離工程や核変換のためのコスト増を緩和する。なお、本研究は、資源エネルギー庁の公募事業「先進的地層処分概念・性能評価技術高度化開発」において実施したものである。

口頭

高度化ガラス固化溶融炉の開発,16; 高粘性ガラスの流動条件評価

中崎 和寿; 守川 洋; 山下 照雄; 捧 賢一; 中島 正義

no journal, , 

高度化ガラス固化溶融炉の白金族元素抜き出しに適した炉底構造及び運転条件に資するため、炉底傾斜面上に堆積した白金族元素を含む高粘性ガラスの流動に関するモデル式を整理し、流動速度に影響を及ぼす因子(傾斜角度,降伏応力,残留粘度)をパラメータとして感度解析を行い、その影響度について評価した。

口頭

高度化ガラス固化溶融炉の開発,17; 高粘性ガラス中の白金族元素の形態及び堆積状態評価

山中 淳至; 宮内 厚志; 守川 洋; 捧 賢一; 山下 照雄

no journal, , 

工学規模ガラス溶融炉試験で採取した流下ガラス及びドレンアウト後の炉底部残留ガラスに存在する白金族元素の析出形態及び堆積状態を調査し、それらの粘性(降伏応力,残留粘度)に対する影響について検討した。

口頭

高度化ガラス固化溶融炉の開発; 高粘性ガラスの流動条件評価

守川 洋; 山下 照雄; 中島 正義; 中崎 和寿; 捧 賢一

no journal, , 

高度化ガラス固化溶融炉の白金族元素抜き出しに適した炉底構造及び運転条件に資するために、炉底傾斜面上に堆積した白金族元素を高濃度に含む高粘性ガラスの流動に関するモデル式を整理し、流動速度に影響を及ぼす因子(傾斜角,降伏応力,残留粘度)をパラメータとした感度解析を行い、その影響度について評価した。

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