2019 Fiscal Year Annual Research Report

Study of acceleration effects of microorganisms on fuel debris degradation

Research Project

Project/Area Number	19H02647
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	大貫敏彦東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20354904)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宇都宮聡九州大学, 理学研究院, 准教授 (40452792) 高野公秀国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所原子力基礎工学研究センター, リーダー (40501367) 田中万也国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究副主幹 (60377992) 香西直文国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究主席 (80354877) 劉江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, 博士研究員 (00839095)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	原子力発電所事故 / 核燃料デブリ / 微生物 / 燃料デブリ溶解
Outline of Annual Research Achievements	福島第一原子力発電所(1F)の事故により、溶融燃料とコンクリートとの反応（MCCI）生成物などを対象として燃料デブリの微生物による劣化機構を明らかにすることを最終目的とする。そのため、SiO2、ZrO2などが溶融・固化した模擬デブリ及びUなどを添加した模擬デブリを作製する。作製した模擬デブリを微生物と共に培養液中に添加し、各元素の溶出濃度変化を調べる。さらに、模擬デブリのマトリックス構造の変化や損傷や漏出するU等元素の化学状態を電子顕微鏡、放射光分析により明らかにする。結果に基づき、MCCI生成物の微生物により劣化し易いマトリックスを明らかにし、マトリックスの劣化によるUなどの漏出機構を解明する。そのため、モデル微生物としてPseudomonas fluorescens及びBacillus Subtilisを用いて模擬デブリの存在下において溶解試験を実施した。実験では、模擬デブリとしてSiO2、CeO2、ZrO2中を主成分として、模擬デブリへ鉄の添加の微生物の成育への影響を調べた。その結果、鉄を含む模擬デブリでは微生物の添加後2日程度経過後に両微生物の成育が顕著になり、15日程度は成育が確認された。一方、鉄を含まない模擬デブリでは、微生物の成長はほとんどないことが分かった。さらに、微生物の添加により鉄の溶解も観察された。この結果から、微生物は燃料デブリの組成である鉄を溶解して生育することが分かった。現在、溶液中の元素濃度の経時変化を調べるための養液の分析，及び固相を回収し電子顕微鏡やX線回折装置により分析を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason モデル微生物を用いた試験を開始し、模擬デブリ中の組成が微生物生育に影響を与えることを明らかにした。特に、含有組成として鉄の影響が顕著であることを明らかにしたことは、研究の進展に大きく貢献し、今後の方向性を示すことができたため。
Strategy for Future Research Activity	模擬デブリの溶解試験を継続し、溶解への微生物の影響を明らかにする。