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山下 健仁; 牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔
JAEA-Technology 2023-023, 97 Pages, 2024/03
JAEA-Technology-2023-023.pdf:8.21MB
プルトニウム廃棄物処理開発施設第2難燃物焼却室に設置されている第2難燃物焼却工程設備は、混合酸化物燃料製造等に伴い発生する放射性固体廃棄物のうち塩化ビニル(主にビニルバッグ)、RI用ゴム手袋等の難燃性廃棄物の減容処理技術開発を目的に2002年から焼却処理実証運転を行ってきた。しかし、難燃性廃棄物を処理する際に発生する塩化水素等による設備内部の腐食が進むとともに、焼却炉内壁の耐火物に亀裂の発生、進展が確認されたため、2018年から2022年に運転停止期間を設け、焼却炉等の更新を行った。本設備は廃棄物供給工程、焼却工程、廃ガス処理工程、灰取出工程により構成されており、このうち2020年3月から2021年3月にかけて廃ガス処理工程のスプレー塔の更新を、2021年1月から2022年2月にかけて焼却工程の焼却炉の更新を実施した。また、更新機器の腐食・劣化状況調査のため既設機器の撤去・解体作業中に焼却炉、スプレー塔から試料採取を行い、走査型電子顕微鏡/X線マイクロアナライザーによる観察とX線回折による分析を行った。本報告書ではスプレー塔・焼却炉の撤去・解体に係るグリーンハウスの設営方法、更新手順、更新対象機器の腐食・劣化状況の分析結果について報告する。
山下 健仁; 横山 文*; 高貝 慶隆*; 牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔
JAEA-Technology 2022-020, 106 Pages, 2022/10
JAEA-Technology-2022-020.pdf:4.77MB
福島第一原子力発電所事故に伴い発生した放射性固体廃棄物は、津波や海水の放水によって塩分を多く含んでいる可能性があるとともに、今後の廃止措置に係る作業や放射性廃棄物を処理する際の閉じ込めにはポリ塩化ビニル(PVC)製品を使用することも想定される。固体廃棄物の処理方法のうち、廃棄物の減容・安定化の効果が優れている焼却法は、検討を進めるべき手法の一つではあるが、塩素成分を含む超ウラン元素(TRU)固体廃棄物の処理には、放射性核種及び塩素成分の廃ガス処理系への移行挙動や塩素成分による機器の腐食の程度等を把握した上で、設置する処理施設の構造、使用材料などを決めていく高度な技術が求められる。そこで、国内で唯一、塩素成分を含むTRU固体廃棄物を焼却可能な設備である、核燃料サイクル工学研究所プルトニウム廃棄物処理開発施設(PWTF)の第2難燃物焼却設備を用い、廃棄物中塩素成分の廃ガス処理系移行挙動試験、焼却設備の金属材料選定に資する腐食試験及び廃棄物中プルトニウムの廃ガス処理系への分布調査を実施することとし、処理設備の設計検討に必要な種々のデータを蓄積することとした。本報告書は第2難燃物焼却設備を用いたこれらの試験により得られた焼却設備廃ガス処理系への塩素成分の移行挙動、適した耐食材料選定のための金属材料の評価、プルトニウムの分布調査の結果をまとめたものである。
柴田 祐一
原子力eye, 57(6), p.60 - 63, 2011/06
高速増殖原型炉「もんじゅ」及び高速実験炉「常陽」用のMOX燃料製造に伴い、プルトニウムで汚染したさまざまな固体廃棄物が発生する。これらの固体廃棄物は処分方法が確定するまでの間、当該サイトに保管している。保管の際の管理の合理化及び処分時のコストを低減するため、廃棄物の発生量の低減だけではなく、減容処理が必要となっている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では、MOX燃料製造開始当初から固体廃棄物の減容技術の開発を行ってきた。それらの成果の集大成としてプルトニウム廃棄物処理開発施設(PWTF)を建設し、減容技術の実証試験を行ってきた。実証試験において実廃棄物を処理して得られた知見を元に、MOX燃料製造設備から発生する廃棄物に最適化した焼却技術を新たに開発した。本稿ではMOX燃料製造設備から発生する廃棄物の焼却処理技術について述べる。
柴田 祐一; 田村 正則; 佐藤 俊一; 飯村 泉; 薄井 和也
no journal, ,
プルトニウム燃料製造施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の放射性難燃性廃棄物(以下「難燃物」という)を焼却処理して減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、実廃棄物を用いたホット試験を実施している。本焼却設備において、難燃物を焼却することによりPbCl
及びZnCl等が廃ガス冷却部で凝結し、大部分は2次C.F.で捕集されるが、長期間焼却を継続することで一部は廃ガス冷却部に堆積することが確認され、その部位を特定した。また、分析の結果、堆積物の化学組成を同定し、その生成過程について知見を得た。
柴田 祐一; 田村 正則; 飯村 泉; 薄井 和也
no journal, ,
プルトニウムに汚染された可燃物,不燃物と難燃物の固形廃棄物は、日本原子力研究開発機構(JAEA)において、MOX燃料製造に伴い発生する。難燃性廃棄物の焼却は、さまざまな問題(例えば廃ガス処理系に対する詰まり及び機器の腐食)を引き起こす。JAEAでは難燃性廃棄物のために新しいタイプ焼却システムを設計して、製作した。焼却システムは、2002年6月から稼働している。ここまで処理されたプルトニウム系固形廃棄物は、216m
(30トン)に達する。減容率は、およそ45(減重比は、およそ12)であった。飛灰と排気ガス中の揮発性の塩化物は、セラミックフィルタによる濾過との逆洗によって捕集された。本焼却システムは、その気密性を維持することで作業環境における汚染なしで運転を行うことができた。長期の運転の結果、腐食による有意な機器の損傷は観察されなかった。
柴田 祐一; 飯村 泉; 薄井 和也
no journal, ,
JAEAではMOX燃料製造施設から発生する可燃物及び含塩素廃棄物を焼却する新しい焼却設備を設計・設置した。この焼却施設は2002年6月から実証試験を開始し、今日までに約6000時間の運転で46.4トン(290m)の実廃棄物の処理を行った。本焼却設備において揮発性の塩化物の排ガス処理設備への堆積が課題となったが、堆積物の除去技術を開発したことで、継続的な運転ができることを確認した。
牧 翔太
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、現在、実廃棄物を用いたホット試験を実施している。本設備のうち、廃ガス処理系統は
核種を包蔵するために気密構造としており、構造上消耗品類の交換及び調整等には煩雑な作業が必要となり、設備の稼働率を向上させるためには、こうした消耗品類の長期的運用を考慮する必要がある。特に、廃ガスに含まれる未燃分を含んだ飛散灰や揮発性塩化物を捕集するための耐熱性セラミックフィルタ(以下、「C.F.」という)の長期的運用を可能とする技術開発は、本技術の実用化にあたり極めて重要である。本件では、焼却実証試験において、フィルタエレメントの定期的な逆洗操作・プリコート材被膜によってホット環境下で長期使用が可能であることを確認するとともに、分析結果より捕集物質の化学組成を同定した。これにより、C.F.の長期的運用を図る技術の知見を得ることができた。
牧 翔太; 柴田 祐一; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、現在実廃棄物を用いたホット試験を実施している。設備の運転に伴い、フッ素含有廃棄物焼却時にスクラバに澱物の発生を確認した。この時のスクラバ水をICP分析した結果、通常時と比較してSi濃度が20倍以上であることが分かった。また、澱物をXMA分析した結果、澱物からもSiが検出された。これは、セラミックフィルタを保護しているSiO粉末がフッ素廃棄物焼却時に発生するフッ化水素と反応することによりフッ化ケイ素ガスが発生し、後段のスクラバで回収されたものと考えられる。原子力施設内の難燃性放射性廃棄物焼却設備におけるフッ素化合物焼却時の影響及び澱物の構成成分やその生成過程についての知見を得ることは、設備を安全に、かつ、安定した運転を行う上で極めて有用である。本件では、フッ素含有廃棄物焼却時の設備への影響を確認するとともに、今後のフッ化物含有廃棄物焼却時の対策について報告する。
牧 翔太; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
プルトニウム燃料製造施設から発生する放射性廃棄物を焼却処理する際、廃棄物封入に使用しているビニルバッグ等の塩化ビニルから腐食性の高い塩化水素ガスが発生する。このため焼却炉に接続する廃ガス処理設備には耐食性の高いニッケル合金が使われているが、焼却灰や飛灰を取り扱う機器は焼却中に塩化水素ガスに曝されることはないと設計され、一般的なステンレス鋼が使用されている。しかし、これまでの焼却処理において、これらを取り扱う機器に腐食成分による影響と思われる孔食や腐食割れが発生することが確認されている。このため、焼却灰及び飛灰中に含まれる腐食成分を同定し、それらによる各種材料の腐食試験を実施し、放射性廃棄物焼却設備の実用化に向けた材料選定に資する。
牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、実廃棄物を用いたホット試験を実施してきた。試験を通じて顕在化した課題については、以下の取り組みを行った。(1)設備運転条件(管理値)の最適化、(2)排ガス冷却部において発生した堆積物による配管閉塞事象の原因解明と堆積物除去方法の確立、(3)塩化亜鉛等潮解性物質析出時におけるセラミックフィルタの長寿命化、(4)フッ素化合物焼却時の高濃度フッ素廃液の処理。以上、難燃性廃棄物の焼却による廃ガス処理系統に及ぼす影響については、課題を着実に克服していくことにより、ドラム缶換算5千本の処理に至ることができた。今後は更なる処理に向けて、設備全体の経年劣化評価と対策を行う。
横須賀 一裕; 牧 翔太; 福井 雅裕; 柴田 祐一; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を導入し、コールド・ホット試験を実施してきた。試験運転に伴い、配管等の内部に表面処理された耐食材料であるセラミックコーティングの損傷や耐火物の損傷が確認された。そのため、試験運転の結果を基にセラミックコーティングの使用箇所の見直しや耐火物の更新を実施することにより、設備が継続的に使用可能な状態にあることを確認できた。今後も配管、機器及び耐火物の寿命評価を行い、設備の長期的な運転に向けてこれらの更新方法を確立する。
横須賀 一裕; 牧 翔太; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやハイパロン製グローブ等の塩素成分を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を導入し、実証試験を実施してきた。試験に伴い、耐食材料(ハステロイC-22)を使用した本設備が継続的に使用可能な状態にあることを確認できた。一方ハステロイC-22はステンレス鋼と比較すると高価であり、経済性の高い設備を構築するためには、安価な材料の使用の可否を見極める必要がある。そのため、本設備における実証試験を通じて他金属材料(ステンレス鋼)の腐食試験を実施し、今後の設備更新、及び後継設備へ反映するための材料の選定に関する検討を行った。
牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、実廃棄物を用いたホット試験を実施してきた。試験実施にあたっては、塩ビ等の難燃物を焼却する際に発生する腐食性ガスによる配管類の腐食、または、塩化鉛等の塩化物による配管閉塞等の課題について効果的な対策を講じつつ試験を継続した。その結果、難燃性廃棄物を安定して焼却する技術を確立し、ドラム缶換算5千本の処理を達成することができた。
福井 雅裕; 横須賀 一裕; 牧 翔太; 柴田 祐一; 鴫原 裕太; 大内 隆寛; 箕内 洋之; 家村 圭輔
no journal, ,
原子力機構では、難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、実廃棄物を用いたホット試験を実施してきた。試験を通じて顕在化した課題については、以下の取り組みを行った。(1)設備運転条件(管理値)の最適化、(2)排ガス冷却部において発生した堆積物による配管閉塞事象の原因解明と堆積物除去方法の確立、(3)塩化亜鉛等潮解性物質析出時におけるセラミックフィルタの長寿命化。以上、難燃性廃棄物の焼却による廃ガス処理系統に及ぼす影響については、課題を着実に克服していくことにより、ドラム缶換算5700本の処理に至ることができた。今後は更なる処理に向けて、設備全体の経年劣化評価と対策を行う。
牧 翔太; 横須賀 一裕; 柴田 祐一; 福井 雅裕; 家村 圭輔
no journal, ,
難燃性廃棄物焼却設備においてプルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化するため、水冷ジャケット式の焼却設備を設計・製作し、実廃棄物を用いたホット試験を実施してきた。試験実施にあたっては、塩ビ等の難燃物を焼却することにより進展する耐火物の経年劣化について効果的な対策を講じつつ試験を継続した。その結果、難燃性廃棄物を安定して焼却する技術を確立し、ドラム缶換算5千本の処理を達成することができた。今後は、設備を可能な限り長期的に使用するために耐火物施工機器の更新を実施する予定である。
澤田 翔; 牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔; 大澤 隆康
no journal, ,
難燃性廃棄物焼却設備ではプルトニウム燃料施設において発生する塩化ビニルやネオプレン製グローブ等の塩素を含有する放射性の難燃性廃棄物を焼却処理により減容・安定化する技術を開発するため、実廃棄物を用いたホット試験を実施してきた。試験は、廃棄物を焼却することにより進展する耐火物の経年劣化に対して効果的な対策を講じつつ実施し、その結果、17年間に亘って運転を継続することができた。今後はさらなる設備の長期使用のために、冷却塔及び焼却炉の更新を行っていく予定である。
廣田 賢司; 菊池 貴宏; 紺野 貴裕; 関根 直紀; 田沢 勇人
no journal, ,
プルトニウム燃料技術開発センターの分析廃液を処理する設備は無機物を対象にしており、有機溶媒が含まれる廃液の処理はできない。しかし、今後導入するカールフィッシャー法では無機物と有機溶媒(主にメタノール)が混ざった分析廃液が発生し、処分方法が課題となる。このため、分析廃液中の有機溶媒を化学酸化で分解する技術の開発を行っている。分析廃液には核燃料物質が含まれており、分解はグローブボックス内で行う必要があることから、常温常圧で激しい化学反応が発生しない方法が求められる。このため電気化学酸化や超音波化学酸化を用いた化学的な分解方法を採用する予定であり、これらの分解方法によって有機溶媒を分解する試験を行った結果、分析廃液中の有機溶媒を分解できる有効な手段であることが確認できた。
山下 健仁; 牧 翔太; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 家村 圭輔
no journal, ,
プルトニウム燃料技術開発センターの難燃性放射性廃棄物焼却設備では、プルトニウム燃料施設から発生する塩化ビニル等の塩素を含有する難燃性の放射性廃棄物について、減容・安定化する技術を実証するための焼却試験を実施している。今般、廃ガス冷却機器の耐火物に劣化が確認されたため、グリーンハウスを設置して機器の更新を行うとともに、当該耐火物の分析を行ったので報告する。
菊池 貴宏; 廣田 賢司; 紺野 貴裕; 関根 直紀; 田沢 勇人
no journal, ,
日本原子力研究開発機構プルトニウム燃料技術開発センターでは水分分析方法をカールフィッシャー法に変更する予定である。しかしこの方法は、有機溶媒を含む廃液が発生し、その処分方法が課題である。そこでこの廃液を金属イオン種を含む硝酸溶液に投入し、電気化学的手法および超音波で無機化、分解する試験を行っている。本発表では、複数の金属イオン種で処理速度を比較したこと、カールフィッシャー液の投入容量によって処理速度がどのように変わるかについて報告する。
核種を扱う廃棄物焼却設備の焼却炉更新における技術報告牧 翔太; 山下 健仁; 横須賀 一裕; 福井 雅裕; 綿引 政俊
no journal, ,
プルトニウム燃料技術開発センターのプルトニウム廃棄物処理開発施設に設置している第2難燃物焼却工程設備では、プルトニウム燃料施設から発生する可燃性及び難燃性の放射性固体廃棄物の減容・安定化処理技術を開発・実証するため、焼却試験を約17年間実施してきた。しかしながら、長期間の運転により燃焼促進用の空気を炉内に供給する燃焼空気孔を起点とした亀裂が複数発生するとともに、焼却炉内耐火物の脆化・亀裂等が進み、安全な運転の継続が困難になったことから、汚染拡大防止用のグリーンハウスを設置して焼却炉の更新を実施し、今後の焼却設備開発へ反映可能なデータを取得した。
紺野 貴裕; 菊池 貴宏; 関根 直紀; 田沢 勇人
no journal, ,
日本原子力研究開発機構 プルトニウム燃料技術開発センターでは水分分析方法をカールフィッシャー法に変更する予定である。この方法で発生する放射性廃液には、有機溶媒が含まれている。プルトニウム燃料技術開発センターでは、有機溶媒を含む放射性廃液の処理方法が確立していないため、候補として、電気化学酸化による有機溶媒を無機化する技術の開発を行っている。本発表では、電気分解に使用する陰極材に関する比較結果について報告する。
