高効率且つ安定性に優れた放射性廃棄物のガラス固化技術開発

チーム紹介

 2014年4月11日に「エネルギー基本計画」が閣議決定され、原子力発電所の再稼働を進める方針が示されました。しかし、その原子力発電の再稼働に伴い放射性廃棄物が発生します。この廃棄物中には人体や環境に影響を与える放射性核種が含まれており、核種の流出に伴う環境汚染を防止するため、適切な固化処理を施す必要があります。原子力発電が実用化されて以来、様々な固化処理に関する研究が行われていますが、未だ充分ではありません。そこで、放射性廃棄物をより安全に処分するため、私たちは新規固化法の一つであるガラス固化法に着目しました。私たちガラス固化班では、福島第一原子力発電所由来の放射性廃液を対象としたホウ酸ガラスチーム、再処理過程で発生する低レベル放射性廃棄物を対象とした鉄リン酸ガラスチームの二チームに分かれ研究を行っています。

研究内容

ガラス固化とは?

 ガラス固化は、放射性廃液の固化方法の一種であり、放射性廃液とガラス原料を混合・加熱し、溶融体をキャニスターと呼ばれるステンレス容器に流し込むことで固化させる方法です。ガラスは主成分であるケイ素やホウ素等が網目のような構造を形成するため、網目内に様々な元素を取り込むことができます。また、水に溶けにくく化学的に安定であるという性質も持っています。これら性質から、放射性物質をガラスの構造内に取り込み、長期間安定的に閉じ込めることができます。一方で、ガラスは割れやすい性質持っています。しかし、放射性物質とガラスは化学的に一体化しているため、ガラスが割れてしまっても放射性物質が流れ出すようなことはありません。また、ガラス固化法による東京電力福島原子力発電所事故由来の放射性廃棄物処理に関する研究も行われています。


東京電力福島第一原子力発電所事故由来の放射性廃棄液の固化に関する研究

 2011年3月11日に発生した大地震に伴う津波により、東京電力福島第一原子力発電所では原子炉内部の冷却が不可能となり、緊急冷却処置として多量のホウ酸を含む海水が炉内に注入されました。注入された海水は放射性汚染水となり、現在もサイト内に貯留されています。この汚染水はホウ酸を多含し、ホウ酸がセメントの形成を阻害するため、従来のセメント固化法の適用ができません。そこで、廃液中のホウ酸を利用したガラス固化法に着目しました。本研究では、ホウ酸ガラスの最適な組成の選定、作製プロセスの検討を行っています。


使用済み核種吸着材の一括固化体の作製プロセスの検討

 東京電力福島第一原子力発電所事故により発生した、放射性汚染水中のCsの除去にゼオライトが使用されています。Csを吸着したゼオライトは廃棄物として埋設処分を行う必要があります。しかし、ゼオライトが粒状であるため廃棄体の体積が大きくなってしまいます。そこで、汚染水に含まれるホウ酸を利用したホウ酸ガラスとゼオライトの一括固化体を作製し、安定に処分することができれば廃棄体の大幅な減容が可能です。本研究では、ゼオライト等の廃吸着材とホウ酸ガラスの一括固化体の作製プロセスについて検討を行っています。


低レベル放射性廃液に対する鉄リン酸ガラスの適用性の検討

 使用済燃料の再処理過程で発生する低レベル放射性廃液の処理には、従来、セメント固化法を用いることが検討されていました。しかし、この廃液はリン酸イオンや硝酸ナトリウム等の成分を多く含むため、セメントを形成する際に取り込める廃棄物の量が低下する等の課題を残しています。そこで、廃液中のリン酸イオンを固化体の骨格に利用可能な鉄リン酸ガラスによる溶融ガラス化技術に着目しました。本研究では、作製した固化体の性能の評価や核分裂生成物などの廃液中に含まれる成分がガラスに与える影響の検討等を行っています。