高効率且つ安定性に優れた放射性廃棄物の焼結固化技術開発 | 芝浦工業大学　工学部　材料工学科　新井剛研究室

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、適切な処理を施す必要があります。現在、放射性核種の1つであるセシウムはSARRYと呼ばれるセシウム吸着装置を用いて除去されています。しかし、SARRYではセシウムの選択制が高いゼオライトが使用されていますが、吸着後のゼオライトの処理方法は未だ決定しておらず、一時的に保管している状態です。この使用済みゼオライトを長期間保管してしまうと、セシウムの崩壊熱による温度上昇や、放射線分解による水素ガスや酸素ガスの発生等の危険性が懸念されます。このため、使用済みゼオライトの処理方法の確立は急務な課題となっています。そこで当研究室では、使用済みゼオライトの処理に関する研究に取り組んでいます。

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。

放射性核種の安定固化を目指した使用済みゼオライト焼結固化法に関する研究

　現在、放射性核種を含む廃棄物の処理方法としてガラス固化、焼結固化が検討されています。ガラス固化は廃棄物に対してガラスカレットなどを混合し、溶融することでガラス固化体を作製し処理する方法です。ガラス固化は運転実績が豊富ですが、処理の対象とするセシウムがガラス相に移行した際の化学的安定性が低い事や、長時間の溶融におけるセシウムの揮発が懸念されます。一方で、現在検討されているホットプレス法による焼結固化は、廃棄物のみを用いて固化体を作製するため大幅な減容化が期待されます。しかし、処理の対象とするIE-96と呼ばれるゼオライトは顆粒状であるため加圧、圧縮という工程が必要となり、大量の処理には適していません。そこで、当研究室ではバインダーを用いた焼結固化技術に着目しました。この技術は、廃棄物に対してバインダーとなる添加材を混合し、焼結することで固化体を作製する方法です。この方法により、簡素な製造工程で焼結固化の利点を活かした処理方法の確立が期待できます。本研究においては、焼結助剤として知られるホウ酸をバインダーとして用いました。また、ホウ酸はガラスの骨格を形成する網目形成酸化物となる点から、ホウ酸の添加量の増加によりガラス化を予測しました。そこで当研究室では、IE-96に吸着したセシウムの固化体中への固定化を目的とし、適正な存在形態の調査及びセシウム揮発挙動の検討を行っています。