2013 Fiscal Year Annual Research Report
福島原発事故で発生した廃棄物の合理的な処理・処分システム構築に向けた基盤研究
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24226021
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池田 泰久 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40323836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桐島 陽 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (00400424)
三村 均 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10091753)
出光 一哉 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221079)
佐藤 努 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10313636)
小崎 完 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60234746)
佐々木 隆之 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60314291)
佐藤 修彰 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70154078)
鈴木 達也 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70323839)
稲垣 八穂広 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80203199)
竹下 健二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80282870)
新堀 雄一 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90180562)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 福島原発事故 / 除染 / 汚染水処理 / 放射性廃棄物の処理・処理 / ゼオライト / ガラス固化 / ベントナイト / 高塩水環境 |
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| Research Abstract |
本研究では、従来とは異なる固体／液体汚染物の性状研究、固体／液体汚染物処理研究、発生する廃棄物の処分研究の3分野に分け進めているが、本年度下記の実績をあげている。
固体／液体汚染物性状研究：模擬デブリ(U-Zr酸化物)の構造変化に及ぼす雰囲気や組成の影響を調べ、酸素分圧の増加とともに蛍石型構造へのZrの固溶度が増加すること、Zr濃度が増加するとUの酸化が抑制される等の知見を得ている。また、上記酸化物に中性子照射を行った試料中の核種の海水への溶出挙動が、高酸素分圧で作製した試料の方が多いことを見出している。
固体／液体汚染物処理研究：様々な廃棄物のガラス固化技術を研究し、Cs吸着模擬ゼオライト(ZEO)廃棄物の適切な処理条件を見出し、超臨界CO2を用いた除染法では、フッ素を含むキレート剤を用いることで核種の溶解性を向上し得ること、機能性イオン液体(IL)を用いた金属酸化物・抽出を行うことを利用した除染法の可能性を確認している。また、汚染水の処理用として、ZEO･フェロシアン化物(FC)複合吸着剤によるCs/Srの選択的除去、タンニン酸を多孔質シリカに担持した吸着剤（TN）やキレート樹脂を用いたU,その他の核種の分離除去、Pt触媒を用いた水-水素同位体交換反応と水の電気分解によるによるトリチウム回収の可能性を見出している。
廃棄物処理研究：高濃度の塩を含む廃棄物の処分の観点から、イオン強度(IS)とベントナイト中の陽及び陰イオンの移動挙動の関係から拡散機構を解明し、またCsを含有するFCとZEOの高アルカリ溶液やコンクリート中での挙動試験から、CSHとCsとの相互作用はC/S比が小さい方が強くなることを明らかにしている。さらに、Cs+を吸着したZEOやFCの処理・処分に関して、セメント中ではハーシュライトが安定でないこと、ある種の微生物はFCをCN-にまで分解可能であることが判明し、処分において考慮すべき課題であることを見出している。
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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
本研究では、固体／液体汚染物の性状研究、固体／液体汚染物処理研究、廃棄物処分研究の3分野に分け、実験に基づく科学的データを取得し進めてきており、次のように予定通りの成果を出している。
固体／液体汚染物性状研究：燃料酸化物及び構造材からなる燃料デブリの性状に関して、主成分であるU及びZr酸化物の相解析や核分裂生成物(FP)とMAの挙動について検討し、酸素分圧の増加とともに蛍石型構造へのZrの固溶度が増加すること、Zr濃度が増加するとUの酸化が抑制されること等、また、上記模擬酸化物に中性子照射した試料からの海水への核種溶出挙動に関する知見を取得する等、順調に成果を出している。
固体／液体汚染物処理研究： Cs吸着模擬ZEO廃棄物の溶融法について研究し、最適な固化条件を見出し、かつ超臨界CO2及びILを用いた除染法に関する基礎データ取得試験から、これら除染法の可能性を確認している。また、ZEO･FC複合吸着剤によるCs/Srの選択的除染、TN吸着材によるU等の重金属回収、Pt触媒によるトリチウム回収法について検討し、これら手法の適用可能性を見出しており、順調に成果を出している。
廃棄物処分研究：高塩濃度下を想定し、ISの変化に伴うベントナイト中の陽及び陰イオンの移動挙動の変化につい調べ、これらイオンの移行挙動支配因子を解明し、かつ処分場において生成するCSHが高塩水環境においても安定に存在すること、CSHとCsとの相互作用はC/S比が小さい方が強くなることを明らかにしている。さらに、Cs+を吸着したZEOやFCに関しもセメント中ではハーシュライトが安定でないこと、ある種の微生物がFCをCN-にまで分解可能であることから処分において考慮すべき課題であることを明らかしている等、処分の体系化に必要な基盤データを順調に取得している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで通り、3分野に分けて進め、得られた成果に基づき、プロセス全体としての合理性を図った処理･処分システムを検討する。
固体／液体汚染物性状研究：U-Zr系模擬デブリ、SUSやジルカロイ、コンクリートを混合した模擬燃料デブリを調製し、相関係や反応性について調べる。また、種々の模擬デブリ酸化物からの海水への核種の溶出実験を行い、短半減期FPの挙動を把握する。
固体／液体汚染物処理研究： Cs吸着ZEO模擬廃棄物から各種処理条件で作製したガラス固化体の諸特性（熱特性、化学的耐久性等）を評価し、超臨界CO2とIL媒体とした除染法について、模擬汚染物を用いた適用条件検討試験を実施する。また、不溶性FC担持ZEOの高温焼結固化体の長期的な安定性評価試験、シリカ担持型TN樹脂のMA(III)の吸着特性試験とキレート系樹脂新吸着剤の開発を行う。さらに、より実際の汚染水処理水に近い状況でトリチウム処理試験を行い、実際の汚染水処理水に対応できるシステムを提案する。
廃棄物処分研究：高IS下でのベントナイト粘土中の陽イオンの拡散挙動を分子動力学計算結果と合わせた検討ならびにSr2+の拡散機構に進展させ、陰イオンでは長期的な空隙構造の変化と拡散経係数の変化の関係を調べる。また、高濃度塩水環境におけるCSHとCsとの相互作用のみならず、137Csが137Baに壊変することを考慮し、Baとの相互作用について明らかにする。さらに、Cs+を吸着したZEOやFCの浸出実験を継続するとともに、炭酸塩及び鉄共沈における取り込み核種の推定と保管時の安定性に関する検討を開始する。
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Research Products
(49 results)
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[Presentation] 福島原発事故で発生した廃棄物の合理的な処理・処分システム構築に向けた基盤研究：(1) 全体概要とトピックス
Author(s)
池田泰久, 竹下健二, 佐藤修彰, 桐島 陽, 三村 均, 新堀雄一, 佐々木隆之, 稲垣八稲広, 出光一哉, 鈴木達也, 小崎 完, 佐藤 務
Organizer
日本原子力学会2013年秋の大会
Place of Presentation
八戸工業大学（青森県 八戸市）
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