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報告書

焼却灰のセメント固化試験手引書

中山 卓也; 川戸 喜実; 大杉 武史; 嶋崎 竹二郎; 花田 圭司; 鈴木 眞司; 榊原 哲朗; 中澤 修; 目黒 義弘

JAEA-Technology 2014-046, 56 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2014-046.pdf:7.61MB

日本原子力研究開発機構では、保有する原子力施設等の研究開発活動で発生した放射性の可燃性及び難燃性廃棄物を、減容のため焼却処理をしている。焼却処理により発生した焼却灰はセメント固化して処分する計画としている。焼却灰は各拠点で発生するが、焼却炉型や廃棄物により特徴が異なるため、セメントの固化条件を設定するための基礎試験を拠点毎に行い、データを取得する必要がある。また、セメント固化試験においては、共通に評価すべき項目があるため、統一した手順で試験を進めていくことが重要である。本手引書は、セメント固化処理設備の設計に向けた基礎的なデータ取得を計画する際に、試験方法や条件設定の参考として利用するために作成した。焼却灰のセメント固化試験において評価すべき項目として、法規制において廃棄体に求められる要件について整理し、一軸圧縮強度や流動性などの技術的な7つの評価項目を抽出した。試験を計画する際に必要となる焼却灰, セメント, 水, 混和材料の選定方法の項目、試験固化体の作製手順の項目及び膨張、一軸圧縮強度、溶出量等の評価の方法の項目については、これまでの知見から注意すべき点を記載した。同時に、固化条件の最適化に向けた試験フロー及び調整の指針についてまとめた。最後に、各拠点でセメント固化試験に着手する際の助けとなるよう、目標とする固化条件を満足する固化可能な範囲の目安及び固化技術開発の課題について取りまとめたものである。

論文

Radioactive fallout cesium in sewage sludge ash produced after the Fukushima Daiichi nuclear accident

香西 直文; 鈴木 伸一; 青柳 登; 坂本 文徳; 大貫 敏彦

Water Research, 68, p.616 - 626, 2015/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:23.26(Engineering, Environmental)

福島第一原子力発電所の事故起源の放射性セシウムを含む下水汚泥焼却灰(以下、焼却灰)を分析した。分析に用いた焼却灰5試料のうち、2試料は、指定廃棄物となる放射能濃度基準を超えていた。焼却灰は、大きく2つの鉱物群からなる。一つは、リン酸塩鉱物や金属酸化物であり、これらは塩酸に可溶である。もう一つはケイ酸塩である。塩酸に可溶な鉱物のうち、鉄を主成分とする鉱物(恐らく酸化鉄)に、大部分の放射性セシウムが含まれていた。焼却灰を微粉砕したのちに塩酸水溶液中で加熱することにより、リン酸塩鉱物と金属酸化物を効果的に溶解することができた。溶解残渣中の放射性セシウムの濃度は、指定廃棄物となる放射能濃度基準を下回った。溶解残渣は、ほぼケイ酸塩からなる。溶解残渣中の放射性セシウムは、非常に安定に固定されていることが、溶解残渣の静的浸出試験から明らかになった。

論文

超臨界領域で使用可能な高温高圧型水熱ホットプレス装置の開発

石山 孝; 馬場 恒孝; 三田村 久吉; 前田 敏克

廃棄物学会論文誌, 12(2), p.82 - 86, 2001/03

水の臨界点を超える領域での水熱固化反応を焼却灰の安定な固化体への転化に利用するため、黒鉛鉛パッキンの考案により、500$$^{circ}C$$,64MPa(630気圧)の条件で使用可能な水熱ホットプレス装置を開発した。この装置を用いて模擬焼却灰の固化実験によって、従来の水熱ホットプレスでは新たな鉱物相の形成が不十分であった固化体に比べて、高温高圧条件で作製した固化体では形成した新たな鉱物相の種類、量ともに顕著な改善が認められた。

報告書

雑固体廃棄物の一括溶融処理に関する高温物理化学的研究(III)(核燃料サイクル開発機構 委託研究成果報告書)

岩瀬 正則*

JNC-TJ8400 2000-063, 78 Pages, 2000/03

JNC-TJ8400-2000-063.pdf:1.93MB

本研究は、焼却灰を介した溶融金属の酸化反応を制御し、かつそれをスラグ除染に積極的に利用する手段を確立すること最終目的としており、本年は焼却灰の主成分である複数のアルカリ硫酸塩を含む混合溶融塩の物理化学的性質、中でも融体中の酸化物イオンの物理化学的挙動を、溶融塩中のCu2+/Cu+酸化還元平衡によって調査した。2元系、3元系アルカリ金属硫酸塩中のCu2+/Cu+平衡におよぼす諸因子の影響のうち、本年度は特にガス分圧(酸素分圧、SO2分圧)について重点的に調査した。硫酸塩融体中におけるCu2+/Cu+比の酸素分圧、SO2分圧依存の関数形を提示し、その妥当性を熱力学的に検証した。さらに本年度は、高温腐食現象の機構解明の端緒として、複数のアルカリ硫酸塩を含む混合溶融塩中へCr2O3溶解実験を行った。結果から、一定温度および雰囲気において平均イオン半径、換言すれば酸素イオン活量が同じ融体は、同様の酸化物溶解挙動を示すという重要な知見が得られた。

報告書

第1回高温溶融技術研究会 発表資料集

大内 仁; 五十嵐 寛; 河村 和広

PNC-TN8440 95-044, 148 Pages, 1995/10

PNC-TN8440-95-044.pdf:6.06MB

東海事業所及び大洗工学センターにおける高温溶融技術研究成果について議論する場として第1回高温溶融技術研究会を1995年10月6日に地層処分基盤研究施設4階大会議室で開催した。当日は東海事業所、大洗工学センター、人形峠事業所、本社から45名が参加し、高温溶融技術に関連した14件の研究成果の発表があった。本報告書は、研究会の発表要旨及びOHP資料をとりまとめたものである。

報告書

高線量$$alpha$$廃棄物等減容処理施設の設計調査

山崎 純*; 関 貞雄*; 福田 五郎*

PNC-TJ9409 91-001, 164 Pages, 1991/02

PNC-TJ9409-91-001.pdf:4.41MB

動力炉・核燃料開発事業団大洗工学センターで発生する高線量$$alpha$$固体廃棄物は,現在2$$sim$$3重のステンレス製の缶に密封収納後,日本原子力研究所大洗工学研究所廃棄物処理場の高レベル$$alpha$$固体廃棄物貯蔵施設に保管されている。しかしこの施設は,現在の貯蔵量と今後の発生量から推定すると平成8年ごろ満杯となるため,既貯蔵廃棄物の減容等により貯蔵能力の拡大化を図る必要がある。本報告書はこれを受けて,現在保管中の高線量$$alpha$$固体廃棄物,あるいは今後発生する廃棄物の量,性状等を調査予測を行い,処理量に見合った合理的処理プロセス等に係わる設計調査を行い,その結果をまとめたものである。特に本設計調査では発生源から送られてくる$$alpha$$固体廃棄物の減容処理の効率化等に重点をおいた検討を行い運転性,保守性,安全性,開発度,経済性等の面も加味した検討を行った。

論文

原研大洗研究所における可燃性固体廃棄物焼却処理の管理システム

天澤 弘也; 佐藤 元昭; 阿部 昌義

保健物理, 26, p.47 - 58, 1991/00

原研大洗では、低レベル$$beta$$$$gamma$$固体廃棄物の処理能力の増強等のため焼却設備を更新した。更新にあたり、廃棄物の受入からパッケージ化まで一環した処理工程による運転管理の効率化、計算機を利用した廃棄物データ管理の効率化、遠隔自動化による作業者の被爆低減化などを基本方針に、新たな焼却システムを構築した。新システムでは、カートンモニタにより廃棄物の線量当量率及び放射能量の測定を行い、正確な受入データの把握をした後、順次$$beta$$$$gamma$$焼却装置にて焼却する。$$beta$$$$gamma$$焼却装置から回収される焼却灰は、放射能量を測定した後焼却灰固化装置により固型化してパッケージとする。その後、ドラムモニタにより封入放射能量等を測定し保管管理され、各工程から発生する廃棄物基本データ及びプロセスデータを計算機に更新保存する。システムの完成により、作業工程の合理化、廃棄物データの精度の向上が図れることとなった。

報告書

マイクロ波加熱による$$beta$$$$gamma$$雑固体廃棄物の熱分解・溶融固化試験

福田 勝男; 栗林 寿*; 三戸 規生; 進士 義正; 岩本 貞雄; 佐藤 元昭; 菊地 順彦*; 田村 貢大*

JAERI-M 84-001, 76 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-001.pdf:3.16MB

$$beta$$$$gamma$$雑固体廃棄物のうち、難燃性の廃棄物、焼却処理に有害な廃棄物及びイオン交換樹脂について、より一層の減容と安定な固化処理を目的として、マイクロ波加熱による熱分解・溶融固化処理を検討し、試験した。また、溶融固化処理では、焼却灰、スラッジ、砂の溶融固化特性も調べた。この結果、下記の事項が得られた。(1)雑固体廃棄物試料は、単独もしくは混合系で容易に熱分解し、低分子量ガス成分に変換された。(2)トレーサーの排ガス系への移行率は、熱分解処理、灰化処理、溶解固化処理ともマイクロ波出力、パージガス量等には影響を受けず、試料それぞれについて固有の値となった。(3)熱分解・溶融固化処理におけるトータル移行率は、$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Csでは15.7%、$$^{6}$$$$^{0}$$Coでは2.9%であった。また、トータル減容比は、布、紙、塩化ビニルシートの混合系で約1500(減重比:約70)が得られた。模擬焼却スラッジ、砂の減容比は、それぞれ11、5、1.5が得られた。

口頭

焼却灰のセメント固化試験,5; 放射線分解による水素ガス発生

中山 卓也; 鈴木 眞司; 花田 圭司; 川戸 喜実; 目黒 義弘

no journal, , 

焼却灰をセメントで固化した試料に$$gamma$$線照射し、発生する水素ガス量を調べた。放射線分解によりセメント固化試料から発生する水素は試料中の自由水量に大きく影響すること、混練条件や照射条件の違いによる顕著な影響がないこと、水素ガス発生のG値が単純な水の放射線分解のそれとは異なることなどを見出した。

口頭

下水汚泥焼却灰中の$$^{137}$$Csの化学状態の解明及び放射能濃度低減方法

香西 直文; 鈴木 伸一; 青柳 登; 坂本 文徳; 大貫 敏彦

no journal, , 

福島第一原子力発電所の事故により、大量の放射性物質が東日本の広い範囲に降下した結果、高濃度の放射性物質(主に$$^{137}$$Cs)が濃縮した下水汚泥焼却灰が各地で発生した。これらの焼却灰の安全な埋設処分に資するため、本研究では、焼却灰中の$$^{137}$$Csの化学状態を、$$^{137}$$Csの溶解実験及び静的浸出実験を行って検討した。焼却灰中の$$^{137}$$Csは、一部がアルカリ金属の塩に、大部分が酸化鉄に、残りがケイ酸塩(石英,長石)に含まれていた。$$^{137}$$Csの約80-90%がアルカリ金属の塩及び酸化鉄に含まれており、塩酸水溶液中で加熱することでそれらの固相の大部分が溶解した。焼却灰を微粉砕したのち塩酸水溶液中に入れ95$$^{circ}$$Cで加熱することにより、それらの塩酸溶解性成分を完全に溶解させることができ、ほぼケイ酸塩のみの残渣が得られた。この残渣には、焼却灰の約10-20%の$$^{137}$$Csが残留した。粉砕していない焼却灰では一部の$$^{137}$$Csが人工海水に溶出したが、微粉砕試料の塩酸溶解残渣からは$$^{137}$$Csは全く溶出しなかった。

口頭

$$gamma$$線照射による焼却灰のセメント固化体からの水素ガス発生,3

中山 卓也; 花田 圭司; 鈴木 眞司; 川戸 喜実; 目黒 義弘

no journal, , 

原子力機構で発生した可燃物,難燃物の放射性廃棄物は焼却処理し、セメント固化体として廃棄体化することが検討されている。セメント固化体は内包する水の放射線分解により水素ガスが発生するおそれがある。廃棄体の健全性を評価するため、焼却灰の充填率,水セメント比,吸収線量率,吸収線量をパラメータとし、$$^{60}$$Coを線源とする$$gamma$$線照射を行い、焼却灰セメント固化体から発生する水素のG値の算出を試みた。固化体中の自由水量が多くなるにつれ水素ガス発生量は多くなる傾向を示した。一方、自由水に対するG値は自由水量が多くなるにつれ、G値が小さくなる傾向が見られた。

口頭

焼却設備でのセシウム挙動解析,7; 高セシウム濃度の生活ごみに関するシミュレーション

高橋 信雄; 杉杖 典岳; 横山 薫; 小原 義之; 柳瀬 眞一郎*; 河内 俊憲*; 高見 敏弘*; 桑木 賢也*; 百武 徹*; 竹田 宏*; et al.

no journal, , 

高セシウム濃度の生活ごみを焼却した場合のシミュレーションを焼却炉内のCs挙動解析の一環として行った。Cs挙動解析には、「焼却設備でのCs挙動解析コード」を用いて放射性セシウムで汚染された生活ごみの処理実績を有する既存の焼却施設を対象に行った。

口頭

Radiocesium in sewage sludge ash

香西 直文; 鈴木 伸一; 坂本 文徳; 大貫 敏彦

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故により放出された放射性セシウム(以下、Cs)の一部が下水汚泥焼却灰(以下、焼却灰)中に濃縮された。Csの80%以上が焼却灰中の酸化鉄に、約10%が未同定の非晶質酸化ケイ素に強固に保持されていることが既報において明らかになった。本研究では、下水に流入する紙及び下水処理場で下水に添加される有機凝集剤に含まれるケイ素が非晶質酸化ケイ素の起源であることを見いだした。次に、焼却灰の処分に資するため、焼却灰を含むジオポリマー及びセメント固化体を作製し特性を評価した結果、ジオポリマーが高いバリア性能を持つことが明らかとなった。

口頭

東海再処理施設における低放射性廃棄物の処理技術開発,25; 焼却設備における応力腐食割れ発生原因の推定

越野 克彦; 高野 雅人; 佐藤 史紀; 齋藤 恭央

no journal, , 

本施設の焼却設備では、東海再処理施設等から発生する低放射性固体廃棄物を焼却処理する計画である。焼却対象には、塩素を含有する塩化ビニル等の難燃性の廃棄物が含まれるため、廃ガス中の塩化水素濃度等により高い耐食性を求められる箇所にはNW6022を、その他の部分にはSUS304を材料に使用している。過去、本設備のコールド試験運転時に、SUS304部に応力腐食割れが生じた。本報では、応力腐食割れの発生原因を推定するため行った試験運転の結果と、材料選定のため行った材料腐食試験の結果を合わせて報告する。

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