2016 Fiscal Year Annual Research Report
福島事故で発生したデブリの大気圧非平衡プラズマと固体吸着剤を用いた化学処理法
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16H04628
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 達也 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70323839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩熊 美奈子 都城工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00342593)
阿部 達雄 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (20390403)
北垣 徹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉国際共同研究センター, 研究職 (30770036)
野上 雅伸 近畿大学, 理工学部, 教授 (50415866)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | デブリ / 廃棄物処理 / バックエンド / 原子力 / 核種分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「デブリの熱化学計算等による化学的特性の評価」では、熱力学平衡計算ソフトFactSage6.4、熱力学データベースNUCLEAを用いてU-Zr-O系の酸素ポテンシャル－温度図を作成し、(U,Zr)O2が高次の酸化物への酸素ポテンシャルはUO2、ZrO2の比率によらず一定であること、また、ZrO2の固溶によるUO2の酸化の抑制効果は、ギブズの自由エネルギーの低下で説明できることを示した。
「大気圧非平衡プラズマによるデブリ化学転換及び溶解に関する基礎研究」では、不定形のデブリに対応できるフロー型プラズマリアクターの試作を行い、二酸化モリブデンを用いた模擬デブリで酸化試験を行い、この試験装置により酸化現象が起きることを確認した。
「固体抽出剤の開発と核種分離に関する基礎研究」では、ウラン等のアクチノイド吸着体に係わる研究として、主に一段階の付加重合で合成可能な複数のアミド型樹脂を合成し、硝酸および塩酸系にて種々の金属イオンに対する吸着特性をバッチ法で検討し、樹脂の交換基の化学構造と金属イオンに対する吸着特性の関係は必ずしも明確でなく、今後交換基の主な配位原子である酸素の電子供与性等についても検討すべきであることを確認した。核種分離に関しては、モリブドリン酸アンモニウムおよびタングストリン酸アンモニウムを用いてバッチ試験により、セシウムへの選択的吸着を確認し、続いてカラム法で使用で切る様に造粒を試みた。造粒法としては多孔性シリカビーズ中でこれら吸着体を合成する方法で、合成可能であることを確認した。また、アモルファス構造をもつアンチモン酸スズ、およびスズ酸についても合成成功し、アンチモン酸スズは、ストロンチウムをよく吸着し0.1mol/L塩酸溶液中で約90％吸着すること、更には、ルテニウムも比較的よく吸着することを確認した。白金族軽吸着体として活性セラミック型吸着剤の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
デブリの科学特性については、熱力学平衡計算ソフト、熱力学データベースを活用し、炉内デブリの主要構成成分であるU-Zr-O系の熱力学特性の評価を終了している。難溶解性デブリの化学転換に関しては、トーチ型大気圧非平衡プラズマ装置の試作を行い、模擬デブリによる試験まで行っている。
固体吸着剤に関しては、ウラン吸着用のアミド型樹脂の開発まで行っており、核種分離用の無機イオン交換体については、種々核種分離用の吸着体の合成と核種選択性の確認までできている。
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| Strategy for Future Research Activity |
デブリ評価については、今年度とと同様の熱力学平衡計算ソフト、熱力学データベースを活用し、MCCI生成物の主要構成成分であるU-Zr-Si-O系の熱力学特性の評価を実施するとともに、MCCI生成物の主要な化学形の一つとして熱力学平衡条件下では過剰に生成が予測される(Zr,U)SiO4の非平衡条件下での生成挙動の解析手法に関する検討を行う。
デブリの化学転換による溶解技術については、装置の更なる改良とウラン酸化物を用いた試験についても試みる予定であり、また塩素化についても研究を行う予定である。
固体吸着剤の開発については、アクチノド吸着剤については、更に幅広い種類の交換基の吸着特性について検討するため、二段階の反応で得られる樹脂の合成に取り組むと共に、ウランの吸着に関するデータを取得する予定である。核種分離に係わる無機イオン交換体については用いる原料を広げ、また、混合比を調整することにより更なる吸着特性の向上を目指す。
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