(57)【要約】【課題】  プラズマの点弧を容易化し、プラズマの消弧を防止する。【解決手段】  本発明のいくつかの態様の減容処理装置１１０は、被処理樹脂２２を載置するステージ１１２と、ＣＣＰ用電源１８０と、ＩＣＰ用電源１９０とを備えている。本発明のある態様の減容処理装置１１０には供給機構１２２が備わっており、ＣＣＰ用電源１８０が、被処理樹脂を真空容器１１４に減圧状態で供給する際に動作を続けている。また、本発明のある態様の減容処理装置１１０では、真空容器１１４にガスを供給するガス条件を変更する際に、ＣＣＰ用電源１８０が動作を続けている。
2012111090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、  前記空間に励起される酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と  を備え、  前記ＣＣＰ用電源が、前記酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を前記空間に供給するものである  減容処理装置。
【請求項２】
放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、  前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、  前記真空容器の減圧状態を維持したまま前記ステージに前記被処理樹脂を供給するようになっている供給機構と  を備え、  前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する  減容処理装置。
【請求項３】
前記被処理樹脂が水分を含んでおり、前記供給機構により前記ステージに供給された該被処理樹脂が水蒸気を放出する  請求項２に記載の減容処理装置。
【請求項４】
放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、  前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、  前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するためのガス条件制御部と  を備え、  前記供給条件が該ガス条件制御部によって変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する  減容処理装置。
【請求項５】
前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に対して直接的または前記真空容器の絶縁壁を介して間接的に面する位置に配置されており、前記ＩＣＰ用電源と前記ＣＣＰ用電源との両者に接続されているコイル  をさらに備える  請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の減容処理装置。
【請求項６】
前記ＩＣＰ用電源の出力と前記ＣＣＰ用電源の出力とがともに前記コイルに電気的に接続されており、  該ＩＣＰ用電源は、ＩＣＰ用周波数の電力を出力し、該ＩＣＰ用電源には、該ＣＣＰ用電源からの出力を阻止するＣＣＰ周波数阻止回路が接続されており、  該ＣＣＰ用電源は、ＣＣＰ用周波数の電力を出力し、該ＣＣＰ用電源には、該ＩＣＰ用電源からの出力を阻止するＩＣＰ周波数阻止回路が接続されている  請求項５に記載の減容処理装置。
【請求項７】
前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に対して直接的または前記真空容器の絶縁壁を介して間接的に面する位置に配置されている、前記ＩＣＰ用電源に電気的に接続されたＩＣＰ用コイルと、  該ＩＣＰ用コイルによって囲まれた中心部と該ＩＣＰ用コイルを取り囲む周辺部とのうちの少なくともいずれかの位置に配置されている、前記ＣＣＰ用電源に電気的に接続されたＣＣＰ用電極と  をさらに備える  請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の減容処理装置。
【請求項８】
真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、  ＣＣＰ用電源が、酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を容量結合により前記空間に供給するステップと、  ＩＣＰ用電源が、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと  を含む  減容処理装置の動作方法。
【請求項９】
真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、  ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、  供給機構により、減圧状態に維持されている前記真空容器の前記ステージに、前記被処理樹脂を供給するステップと  を含んでおり、  前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する  減容処理装置の動作方法。
【請求項１０】
真空容器内に配置されおり、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、  前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、  ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、  ガス条件制御部により、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するステップと  を含んでおり、  前記供給条件が前記ガス条件制御部により変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する  減容処理装置の動作方法。
【請求項１１】
前記第１ガス条件は、前記真空容器内の圧力を第１圧力へと設定することを含んでおり、  前記第２ガス条件は、前記真空容器内の圧力を、前記第１圧力よりも高い圧力である第２圧力へと設定することを含んでいる  請求項１０に記載の減容処理装置の動作方法。
【請求項１２】
前記第１ガス条件は、前記真空容器内へのガスの供給方向のパターンを第１パターンへと設定することを含んでおり、  前記第２ガス条件は、前記真空容器内へのガスの供給方向のパターンを、前記第１パターンとは別の第２パターンへと設定することを含んでいる  請求項１０に記載の減容処理装置の動作方法。
【請求項１３】
前記被処理樹脂が加熱分解を起こす第１温度に前記ステージの温度を設定し、分解または炭化によって前記被処理樹脂から放出されたガスを前記酸素プラズマによって酸化する第１処理ステップと、  該第１処理ステップの後に、前記第１温度よりも高い温度である第２温度に前記ステージの温度を設定し、前記第１処理を経た前記被処理樹脂それ自体を前記酸素プラズマによって分解または酸化することによって前記被処理樹脂を灰化する第２処理ステップと  を含み、  前記第１処理から前記第２処理へと動作が切り替えられる際に、前記ガス条件制御部が、前記第１ガス条件から前記第２ガス条件へと前記供給条件を変更する  請求項１２に記載の減容処理装置の動作方法。
【請求項１４】
前記ＣＣＰ用電源を作動させないとした場合に前記酸素プラズマを安定して励起させることが可能な酸素流量の上限値よりも増大された酸素流量で前記減容処理装置が動作しており、  該増大された酸素流量によって前記減容処理装置が動作している間、前記ＣＣＰ用電源による前記電圧の出力が継続されている  請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の減容処理装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はイオン交換樹脂減容処理装置およびその動作方法に関する。さらに詳細には、本発明は、主として原子力関連施設において用いられた使用済のイオン交換樹脂を減容するイオン交換樹脂減容処理装置およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、放射性廃棄物の低レベル廃棄物の減容処理の効率を高める手法が開発されている。特許文献１（特開２００１−１５３９９８号公報）には、酸素プラズマを用いて炭化および灰化処理を行うことによって低レベル放射性廃棄物である原子力施設から排出されるイオン交換樹脂を減容する手法が開示されている。特許文献1には、被処理樹脂を真空容器内のステージに載置してその上方空間に酸素プラズマを励起することにより、ステージ上の被処理樹脂を炭化および灰化する処理が開示されている。【０００３】  また、特許文献２（特開２０００−２７５３９３号公報）には、高密度のプラズマを生成するために誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、以下、「ＩＣプラズマ」と略記する）を励起すること、および、ＩＣプラズマを停止した後に、容器内に付着したタールを分解するために、容量結合プラズマを励起することを減容処理に採用することが開示されている。【０００４】  特許文献１および特許文献２に開示されているように、樹脂を処理する際には、通常、酸素プラズマの生成のために高周波電源を利用するＩＣプラズマが採用される（特許文献１、段落［００１２］、および、特許文献２、段落［００１２］）。これは、樹脂を処理する減容処理の手法において、単位時間あたりの処理量すなわち処理速度を高めることが求められ、その結果、酸素プラズマとしてプラズマ密度を高めやすいＩＣプラズマが選択されるためである。ＩＣプラズマを励起するための電源を以下「ＩＣＰ用電源」と記す。ＩＣＰ用電源は、酸素プラズマを最初に点火するすなわち点弧するために利用されるとともに、特許文献１および特許文献２を始め従来の減容処理の手法では、酸素プラズマの励起状態を維持するためにも利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５３９９８号公報、例えば段落００１２
【特許文献２】特開２０００−２７５３９３号公報、例えば段落００１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  減容処理を実施するための手法においてはいくつかの問題点が生じ、従来からそれらに対する対策がとられている。第１の問題点は、ＩＣプラズマとして酸素プラズマを点弧しにくいという点孤についての問題点である。第２の問題点は、真空容器内部の圧力や、減容処理のために真空容器に供給されるガスの供給方向を変更する際に、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマが消弧しやすいというガスの圧力や供給方向の変更に対する耐性の問題点である。そして、第３の問題点は、ＩＣプラズマとして励起されている酸素プラズマが安定性を欠き、酸素プラズマが不意に消弧してしまうという安定性の問題点である。これらの各問題点に対し、以下のような対策が従来から行なわれている。【０００７】  まず、点弧に関連する上記第１の問題点への対策として、従来は、ＩＣプラズマの点弧を容易化するために、減容処理に用いられる際に比べて低い圧力に真空容器の圧力を一旦低下させ、その低下された圧力でＩＣプラズマを点弧した後に圧力を高めるように調整する手法が採用されている。しかし、この対策には依然として課題が残されている。このような圧力の調整は、それ自体が複雑な条件変更作業である。というのは、減容処理に適する圧力が、酸素プラズマをＩＣプラズマとして点弧するための圧力よりも高いため、プラズマを点弧するだけを目的に、真空容器を処理に適する圧力よりも低い圧力にまで排気することを意味するからである。加えて、点弧に成功した後にも、減容処理に適した圧力に調整する際には、圧力を徐々に高める必要がある。これらの理由から、点弧のために一旦圧力を低下させることは、複雑な条件変更を要する作業である。しかも、これらの条件変更作業により、ＩＣプラズマが消弧する可能性は、低減はするものの皆無となるわけではない。【０００８】  また、真空容器の圧力や真空容器への供給ガスの向きを変更することに対する耐性についての上記第２の問題点は、減容処理を効率よく行なうために、相対的に低温の第１フェーズと相対的に高温の第２フェーズという二つのフェーズに分けて減容処理が実施されることに関連している。イオン交換樹脂を減容処理するためには、例えば４００℃程度の相対的低温の温度による第１フェーズの処理と、７００℃程度の相対的高温の温度における第２フェーズの処理とがこの順に行なわれる。そして、第１フェーズと第２フェーズでは、処理に適する圧力と、供給ガスの向きとがともに異なっている。より具体的には、圧力は、第１フェーズと第２フェーズでは第２フェーズにおいて第１フェーズよりも高く設定されることが好ましい。また、供給ガスの向きは、真空容器が鉛直方向に軸を有する円筒形である場合に、相対的に低温の第１フェーズでは、その軸の周りに旋回するような酸素ガスの流れ（旋回流）が好ましいのに対して、相対的に高温の第２フェーズにおいては、その旋回流のパターンと、軸の向きに向かう流れ（集中流）とを組み合わせるようなパターンに酸素ガスの向きを定めることが好ましい。第１フェーズから第２フェーズへの移行に応じて、圧力を変更する際や、酸素の供給の向きをこれらの具体例のように変更する際に、圧力の変更やガスの供給のパターンの変更が急激であると、それまでＩＣＰ用電源によって励起されている酸素プラズマが消弧してしまう現象が散見される。その対策として、従来は、圧力については、例えば真空容器内の圧力を段階的または連続的に変更するという対策が取られている。また、ガス供給パターンについても、例えば旋回流と集中流の総流量を可能な限り保って旋回流の流量を低下させて集中流の流量を増大させるようにガスの供給方向のパターンを段階的または連続的に変更するという対策がとられている。このような段階的または連続的な圧力またはガス供給パターンの変更によってＩＣプラズマの消弧の可能性は低減するものの、これらの対策は、それら自体が複雑な処理である。【０００９】  そして、プラズマの安定性についての上記第３の問題点は、真空容器内部で被処理樹脂からガスが生成される際の不意のプラズマの消弧として顕在化している。例えば、ＩＣプラズマによって酸素プラズマを励起している状態で被処理樹脂を投入すると、プラズマの点弧状態が不安定となって消弧しかねない。これに関係しているのは、被処理樹脂がある程度（例えば約５％程度）の水分を含んでいることである。被処理樹脂は、例えば冷却水などの水の浄化に用いられるイオン交換樹脂であるため、乾燥されていても水分が完全に除去されているわけではない。その水分を含む樹脂が、減圧されている真空容器内の４００℃等の高温に加熱されているステージ上に投入されると、短時間に多量の水蒸気がガスとして生成される。そのため、酸素プラズマをＩＣプラズマとして励起し続けることが可能な条件に調整されていたとしても、水蒸気によってその条件が崩れてしまい、プラズマを安定して励起し続けることが難しくなる。この水蒸気によってプラズマの安定性が低下する場合には、プラズマが消弧しかねず、消弧した場合の再点弧処理のためにプラズマの状態を監視する必要が生じてしまう。【００１０】  ここで、点弧の容易化を目的として、または、圧力の変更・ガスの向きの変更といったプラズマ条件の変更、樹脂の投入といった環境条件の変更を伴う場合において、酸素プラズマをＩＣプラズマとして安定して励起させ続けることを目的として、別の対策、すなわち、例えばアルゴンやヘリウムといった補助ガスを導入してプラズマを点弧しやすくしたり、励起されているプラズマの安定性を高めることも行われている。しかし、酸素に加えて、アルゴンガスやヘリウムガスを用いることは、減容処理のために複数の種類のガスを供給する必要が生じるため、避けることが望ましい。【００１１】  本発明はこれらの課題の少なくともいくつかを解決するためになされたものである。本発明は、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマの点弧しやすさを改善することにより、原子力関連設備から排出される被処理樹脂の処理の容易化に貢献する。また、本発明は、圧力の変更やガスの向きといったガスの供給条件を変更する際、および、被処理樹脂の追加投入の際といったプラズマにとっての条件変更となる際に、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマの励起状態を安定させることにより、原子力関連設備から排出される被処理樹脂の処理の安定化に貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本願の発明者は、上述した各課題が、プラズマが形成される空間に対して容量結合により高周波の電圧または電界を印加することにより解決されることを見出した。通常、真空容器内にて励起されている酸素プラズマを利用して樹脂を減容処理するためには、上述したようにＩＣＰ用電源が用いられている。本発明のある態様においては、樹脂の処理を行なう酸素プラズマに対して、ＩＣＰ用電源とは別の電源も必要に応じて利用する。この別の電源は、プラズマが点弧または励起される空間に対して、電圧または電界を生成することつまり容量結合によってエネルギーを供給する。このエネルギーによって、プラズマの点弧のしやすさ（点弧容易性）を高めることが可能となり、また、励起されているプラズマを安定化させることが可能となる。【００１３】  すなわち、本発明のある態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起される酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源とを備え、前記ＣＣＰ用電源が、前記酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を前記空間に供給するものである減容処理装置が提供される【００１４】  また、本発明の別の態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、前記真空容器の減圧状態を維持したまま前記ステージに前記被処理樹脂を供給するようになっている供給機構とを備え、前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置が提供される。【００１５】  ここで、減容処理装置は、被処理樹脂を加熱処理し、該被処理樹脂それ自体と該被処理樹脂から放出されるガスとの少なくともいずれかまたは両方を酸素プラズマによって酸化処理するような処理を行うことが可能である。【００１６】  ＣＣＰ用電源とは、真空容器内のステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するように設けられている電源をいう。ＣＣＰ用電源は、例えば１３．５６ＭＨｚなどの高周波電力を出力し、その高周波電力すなわちＣＣＰ用電力は、真空容器のステージの上方の空間における減圧下での酸素に対して電圧または電界として作用する。このＣＣＰ用電力は、酸素をプラズマ化して点弧するため、および、励起されている酸素プラズマを安定化するために利用される。なお、ＣＣＰ用電源とともに上記態様の減容処理装置に備わっているＩＣＰ用電源による出力すなわちＩＣＰ用電力は、誘導結合によって酸素プラズマの密度を高めるように作用する。そのため、この際のＩＣＰ用電力のプラズマに対する作用は、プラズマの電荷に対する電磁誘導によるものである。これに対し、ＣＣＰ用電源によるＣＣＰ用電力は、空間に対し��電圧または電界を生成して、プラズマを構成する酸素分子を電離させイオン化するように作用する。【００１７】  上述した各態様において供給機構が被処理樹脂を供給する際とは、被処理樹脂を減圧状態で供給する場合、プラズマの消弧が起りやすい時点またはその時点を含む期間を指している。そのため、ＣＣＰ用電源は、その被処理樹脂が供給される際のプラズマの消弧が生じやすい時点、またはその時点を含む期間において、ステージの上方の空間に電圧または電界によるエネルギーを供給するように動作する。【００１８】  加えて、本発明のさらに別の態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するためのガス条件制御部とを備え、前記供給条件が該ガス条件制御部によって変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置が提供される。【００１９】  本態様においても、ＩＣＰ用電源、ＣＣＰ用電源の作用は先に述べた態様のものと同様である。本態様において供給条件が変更される際とは、ガスの供給条件が変更されることによってプラズマの消弧が生じやすい時点およびその時点を含む期間を指している。この態様においても、ＣＣＰ用電源は、その被処理樹脂が供給される際のプラズマの消弧が起りやすい時点またはその時点を含む基幹を通じて、ステージの上方の空間に電圧を継続的に供給するように動作する。【００２０】  本発明は、減容処理装置の動作方法の態様によっても実施される。すなわち、本発明のある態様においては、真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＣＣＰ用電源が、酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を容量結合により前記空間に供給するステップと、ＩＣＰ用電源が、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップとを含む減容処理装置の動作方法が提供される。【００２１】  また、本発明の別の態様において、真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、供給機構により、減圧状態に維持されている前記真空容器の前記ステージに、前記被処理樹脂を供給するステップとを含んでおり、前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置の動作方法が提供される。【００２２】  また本���明のさらに別の態様として、真空容器内に配置されおり、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、ガス条件制御部により、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するステップとを含んでおり、前記供給条件が前記ガス条件制御部により変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置の動作方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】  本発明の上記いずれかの態様によれば、プラズマの点弧が容易になり、また、励起されているプラズマの安定性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のある実施形態における減容処理装置を含む減容処理システムの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明のある実施形態におけるＣＣＰ用電力供給系とＩＣＰ用電力供給系との構成例を示す回路図である。
【図３】本発明のある実施形態における減容処理システムの状態を示す指標（温度と二酸化炭素濃度）のグラフ（図３（ａ））と、樹脂の減容の様子を示す推定減重率のグラフ（図３（ｂ））である。
【図４】本発明のある実施形態において、真空容器の水平断面図によって、旋回流（図４（ａ））と、集中流（図４（ｂ））と、第１フェーズの気流（図４（ｃ））と、第２フェーズの気流（図４（ｄ））とを説明する説明図である。
【図５】本発明のある実施形態において、頂部壁の大気側の面に配置される複数の電極の構成と、それらに対するＣＣＰ用電力供給系およびＩＣＰ用電力供給系の接続の様子とを示す説明図である。図５（ａ）は、高周波コイルの中心部に円板電極を配置する例を、また、図５（ｂ）は、高周波コイルの外周部にリング電極を配置する例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】  以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００２６】＜第１実施形態＞［１  システム構成］  図１は、本実施形態における減容処理装置１１０を含む減容処理システム１０００の構成を示す概略断面図である。
【００２７】［１−１  減容処理装置の構成］  減容処理システム１０００の減容処理装置１１０には、ステージ１１２が真空容器１１４内に備えられている。このステージ１１２は、放射性物質を伴っている被処理樹脂２０の供給されたもの（被処理樹脂２２）を載置するようになっている。また、ステージ１１２の被処理樹脂２２が置かれる平板部分の内部には、ヒーター１１６が設けられており、そのヒーター１１６によってステージ１１２自体の温度が昇温可能となるようにされている。ステージ１１２によって加熱されている被処理樹脂２２それ自体や、被処理樹脂２２から放出されるガスは、少なくともいずれかまたは両方が酸素プラズマＰによって酸化される。その酸素プラズマＰを点弧させるために、ＣＣＰ用電力供給系１８０を利用することができる。このＣＣＰ用電力供給系１８０により供給される電力（ＣＣＰ用電力）は、真空容器１１４内のステージ１１２の上方の空間Ｓに容量結合により電圧または電界を生じさせる。また、減容処理装置１１０には、酸素プラズマＰに対して誘導結合により電力を供給するために、ＩＣＰ用電力供給系１９０も装備されている。さらに、減容処理装置１１０には、空容器の減圧状態を維持したままステージに被処理樹脂を供給するようになっている供給機構１２２も備わっている。
【００２８】  ここで、減容処理装置１１０のＣＣＰ用電力供給系１８０は、被処理樹脂２０がステージ１１２に対して供給機構１２２によって供給される際に継続して上記ＣＣＰ用電力を供給することにより、空間Ｓに電圧または電界を継続して作用させることもできる。
【００２９】  また、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの大気側の外面には、高周波コイル１４２が配置されている。この高周波コイル１４２は、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの内側の空間Ｓにプラズマを励起するために用いられる。
【００３０】  真空容器１１４には、内部を減圧状態に保つための排気ライン１５０も接続されている。この排気ライン１５０には、排気バルブ１５２と真空ポンプ１５４が接続されている。排気バルブ１５２の開度は圧力制御部１５８によって制御されており、その圧力制御部１５８は、真空容器１１４の内部空間の圧力を測定する圧力センサー１６０の信号に基づいて制御を継続的に行なっている。したがって、圧力制御部１５８は、ＡＰＣ（Automatic Pressure Controller）として真空容器１１４の圧力を自動制御している。
【００３１】  真空ポンプ１５４の出口側経路には二酸化炭素センサー１５６が接続されている。二酸化炭素センサー１５６からは、真空容器１１４からの排気経路において測定された二酸化炭素ガスの濃度に応じた濃度データまたは濃度信号が出力される。なお、本実施形態では、二酸化炭素センサー１５６に代えて、炭素含有ガスの濃度を測定する目的を達成する任意の種類のガスセンサーを用いることができる。例えば、二酸化炭素センサーではなく一酸化炭素センサーを用いることによっても同一の目的が達成される。さらに、二酸化炭素センサー１５６等のガスセンサーは、真空ポンプ１５４の出口側経路ではなく、例えば、真空容器１１４の壁面や、排気ライン１５０のうちの真空ポンプ１５４までの経路に装備されていてもよい。
【００３２】  減容処理装置１１０には、放射能計１０２が備えられている。この放射能計１０２は、減容処理装置１１０に供給される前の被処理樹脂２０の放射能を測定するようになっている任意の放射能計である。典型的な放射能計１０２としては、エネルギー分解してγ線を測定する半導体検出器を挙げることができる。放射能計１０２は、処理対象の被処理樹脂２０の放射能の値を示す放射能データまたは放射能信号を出力する。放射能計１０２をγ線のエネルギー分解能を有する放射能計とした場合には、例えば放出されるγ線のエネルギーによって放射性核種を特定しながら、その特定された核種における放射能を測定することが可能となる。放射能計１０２の配置は、図１に示した位置に限られず、処理対象の被処理樹脂２０の放射能の値を取得可能な任意の位置に配置される。
【００３３】［１−１−１  電極コイル］  高周波コイル１４２は、例えば銅などの線状部材を渦巻き状に形成したよるコイルである。高周波コイル１４２は、渦巻き状の中心部と周縁部とに接続部を有している。
【００３４】  高周波コイル１４２には、酸素を供給しながら電力が供給されるため励起されるプラズマは主に酸素プラズマとなる。また、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒは、高周波コイル１４２による高周波電磁界を空間Ｓに生成するために絶縁体とされている。最も端的には、頂部壁１１４Ｒは溶融石英ガラスによって作製されている。なお、本実施形態において採用可能な高周波コイルの構成や配置は特段この高周波コイル１４２の配置に限定はされない。例えば、酸素プラズマの励起に適する任意の形状と配置の高周波コイルを用いることによって、本実施形態の減容処理を実施することが可能である。
【００３５】［１−２  プラズマ用電源］  減容処理システム１０００の減容処理装置１１０には、プラズマ用電源として、ＣＣＰ用電力供給系１８０と、ＩＣＰ用電力供給系１９０とが備えられている。図２は、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０との構成例を示す回路図である。ＣＣＰ用電力供給系１８０は、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８（直列共振回路１８８Ａおよび並列共振回路１８８Ｂ）と組み合わせて高周波コイル１４２に接続されているのに対し、ＩＣＰ用電力供給系１９０は、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８（並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂ）と組み合わせて高周波コイル１４２に接続されている。
【００３６】［１−２−１  ＣＣＰ用電源］  ＣＣＰ用電力供給系１８０は、例えば１３．５６ＭＨｚであるＣＣＰ用周波数の高周波電源であるＣＣＰ用高周波電力源１８６と、その出力を高周波コイル１４２にマッチングさせるためのＣＣＰ用マッチング回路１８４とを備えている。ＣＣＰ用電力供給系１８０の二つの出力のうち、一方のＣＣＰ出力１８０Ｐは、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８の並列共振回路１８８Ｂを介して高周波コイル１４２に接続されている。これに対し、他方のＣＣＰ出力１８０Ｎは、ＧＮＤに接地されている。なお、真空容器１１４もＧＮＤ接地されて接地レベルの電位に保たれているため（図１）、ＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、頂部壁１１４Ｒを通じて高周波コイル１４２と真空容器１１４との間の空間Ｓに対する電圧または電界を与える。つまり、高周波コイル１４２は、真空容器１１４と等しい電位にある導電性の部材との間で空間Ｓに電界をつくるキャパシターをなしており、ＣＣＰ用電力による電圧または電界が、点弧時のプラズマの点弧容易性や、励起されているプラズマの安定性を向上させるように作用する。
【００３７】  ＣＣＰ用マッチング回路１８４には、可変キャパシターＣＶ１およびＣＶ２、リアクタンスＬ１が備わっている。ＣＣＰ用マッチング回路１８４では、回路定数として、例えば可変キャパシターＣＶ１およびＣＶ２の容量を変化させることによって、ＣＣＰ用高周波電力源１８６の電流出力を高周波コイル１４２に効率よく伝達するように作用する。
【００３８】  ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、直列共振回路１８８Ａと並列共振回路１８８Ｂとから構成されている。このうち、直列共振回路１８８Ａにおいては、キャパシターＣ１とリアクタンスＬ２とが直列に接続されている。また、並列共振回路１８８Ｂにおいては、可変キャパシターＣＶ４とリアクタンスＬ３とが並列に接続されている。直列共振回路１８８Ａは、直列共振によって２ＭＨｚの周波数成分すなわちＩＣＰ用周波数成分の電流を短絡させるのに対して、並列共振回路１８８Ｂは、並列共振によってＩＣＰ用周波数成分（２ＭＨｚ）の電流の通過を阻止する作用を持つ。このため、直列共振回路１８８Ａおよび並列共振回路１８８Ｂを含むＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０からＣＣＰ用電源１８２やＣＣＰ用電力供給系１８０に向かう例えば２ＭＨｚのＩＣＰ用周波数成分の電力を減衰させて阻止する回路となる。ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、例えば１３．５６ＭＨｚなどのＩＣＰ用周波数のＣＣＰ用電力に対しては実質的には作用しない。つまり、ＣＣＰ用電力にとって、直列共振回路１８８Ａは開放路、並列共振回路１８８Ｂは短絡路と同様である。なお、並列共振回路１８８Ｂの阻止周波数は、可変キャパシターＣＶ４の容量を変更することによって調整される。そして、リアクタンスＬ２およびリアクタンスＬ３は、現実のリアクタンス素子であるため寄生抵抗を伴っており、共振状態にある２ＭＨｚの電力のエネルギーはその寄生抵抗によってジュール熱として放散される。こうして、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＣＣＰ用電力供給系１８０に向かうＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用周波数成分の電力を減衰させる。
【００３９】［１−２−２  ＩＣＰ用電源］  これに対して、ＩＣＰ用電力供給系１９０は、例えば２ＭＨｚのＩＣＰ用周波数の高周波電源であるＩＣＰ用高周波電力源１９６と、その出力を高周波コイル１４２にマッチングさせるためのＩＣＰ用マッチング回路１９４とを備えている。ＩＣＰ用電力供給系１９０の二つの出力のうち、一方のＩＣＰ出力１９０Ｐおよび他方のＩＣＰ出力１９０Ｎは、それぞれ、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８に含まれている並列共振回路１９８Ａおよび１９８Ｂを通じて高周波コイル１４２の二つの端子部に接続されている。ＩＣＰ用電力供給系１９０の出力は、頂部壁１１４Ｒを通じて高周波コイル１４２と真空容器１１４との間の空間Ｓに対して高周波電磁界を生成する。
【００４０】  ＩＣＰ用マッチング回路１９４には、可変キャパシターＣＶ３、キャパシターＣ２、可変リアクタンスＬＶ１が備わっている。ＩＣＰ用マッチング回路１９４では、ＩＣＰ用高周波電力源１９６の電流出力が高周波コイル１４２に効率よく伝達するマッチングのために、例えば可変リアクタンスＬＶ１の容量が調整される。
【００４１】  ＣＣＰ周波数阻止回路１９８には、ＩＣＰ出力１９０Ｐにつながる並列共振回路１９８Ａと、ＩＣＰ出力１９０Ｎにつながる並列共振回路１９８Ｂとが備わっている。並列共振回路１９８Ａは、可変キャパシターＣＶ５とリアクタンスＬ４とによるＣＣＰ用周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの成分の電力減衰させるための並列共振フィルターである。同様に、並列共振回路１９８Ｂも、可変キャパシターＣＶ６とリアクタンスＬ５とによるＣＣＰ用周波数の成分を減衰させるための並列共振フィルターである。並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂそれぞれの阻止周波数は、可変キャパシターＣＶ４と可変キャパシターＣＶ５の容量を変更することによって調整される。リアクタンスＬ４およびＬ５は寄生抵抗を伴っている。このため、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８の場合と同様に、並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂによって阻止されたＣＣＰ用周波数（１３．５６ＭＨｚ）の電力のエネルギーは、リアクタンスＬ４およびＬ５によってジュール熱として放散される。こうしてＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０に向かうＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力を減衰させる。ＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＩＣＰ用電力にとっては、実質的には作用しない。つまり、例えば２ＭＨｚなどのＩＣＰ用周波数であるＩＣＰ用電力にとっては、並列共振回路１９８Ａおよび１９８Ｂはともに短絡路として動作する。
【００４２】［１−２−３  ＣＣＰ用電源とＩＣＰ用電源の接続とそれらの作用］  上述したように、本実施形態の減容処理装置１１０においては、高周波コイル１４２に対し、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０との両者が接続されている。したがって、高周波コイル１４２は、一つの作用として、接地されている真空容器１１４との間の空間Ｓ（図１）に対してＣＣＰ用電力供給系１８０からの１３．５６ＭＨｚの高周波電力を容量結合させるための電極として作用する。この場合の高周波コイル１４２が接地されている真空容器１１４に対する電極となって、容量結合により電圧または電界を上記空間Ｓに生じさせる。ＣＣＰ用電力供給系１８０の作用は、電圧または電界による容量結合により、上記空間に対してプラズマの点弧容易性を高めたり、励起されているプラズマの安定性を高めたりする作用である。なお、図２に示したキャパシターＣ３およびＣ４は、高周波コイル１４２を接地ＧＮＤから高周波コイル１４２をフローティングさせて電圧を測定するために設けられている。すなわち、ＣＣＰ用電力供給系１８０による出力の電圧は、フローティング用のキャパシターＣ３の接地している電極とは反対の電極の接地ＧＮＤに対するピーク・トゥー・ピークでの電圧振幅ＶＰＰをモニターすれば、高周波コイル１４２の電極が空間に与えている電圧の目安を測定することが可能となる。
【００４３】  さらに、高周波コイル１４２は、もう一つ別の作用として、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの２ＭＨｚの高周波電力による電流を流し、電界と磁界とを上記空間Ｓに発生させるコイルとしても作用している。この際の高周波コイル１４２の作用はその空間に発生する導電体としてのプラズマに対する誘導結合による作用である。ＩＣＰ用電力供給系１９０の作用は、誘導結合により、上記空間Ｓに対してプラズマの密度を高めるための電力を供給する作用である。ＩＣＰ出力１９０Ｎには、電流測定端子が設けられている。ここからピーク電流ＩＰを測定することによって、ＩＣＰ用電力供給系１９０の出力電流の目安を得ることができる。
【００４４】［１−２−４  阻止回路の機能］  上述したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０にはＩＣＰ周波数阻止回路１８８が、また、ＩＣＰ用電力供給系１９０にはＣＣＰ周波数阻止回路１９８が接続されている。これらの阻止回路は、互いに他の電力が電源に及ぼす影響を軽減するように機能する。つまり、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの電力によってＣＣＰ用高周波電力源１８６が破損したり、ＣＣＰ用マッチング回路１８４によるマッチングが脱調したりすることを防止する。同様に、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力によってＩＣＰ用高周波電力源１９６が破損したり、ＩＣＰ用マッチング回路１９４によるマッチングが脱調したりすることを防止する。
【００４５】［１−３  供給機構］  本実施形態の典型的な減容処理装置１１０（図１）には供給機構１２２が備わっている。被処理樹脂２０は、供給機構１２２によって供給側ゲートバルブＧ１を通ってステージ１１２に供給される。その供給動作を行うために、供給機構１２２は所定の容積に作製された定量マス１２４を備えている。被処理樹脂２０を供給するためには、まず、開かれた供給側ゲートバルブＧ１を通ってステージ１１２の上方空間の位置にまで定量マス１２４がアーム１２６によって届けられる。次に、その位置で定量マス１２４をアーム１２６の軸回りに回転させることにより、定量マス１２４内の被処理樹脂２０をステージ１１２の上面に落下させる。このような動作を可能にする定量マス駆動機構１２８がアーム１２６には接続されている。
【００４６】［１−４  ガス供給条件の制御］  減容処理装置１１０は、概して円筒形状に作製されている真空容器１１４を備えている。その真空容器１１４には、真空容器１１４の内部空間に対して酸素を供給するためのガス供給ライン１３０Ａおよび１３０Ｂが接続されている。このガス供給ライン１３０Ａおよび１３０Ｂからは、それぞれ、レギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂを通じて、酸素ボンベ１３２からの酸素が真空容器１１４の内部空間へと制御された流量によって供給される。したがって、少なくともレギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂは、真空容器１１４の内部空間へと供給される酸素の供給条件を制御するガス条件制御部として動作している。また、本実施形態の減容処理装置１１０を含む減容処理システム１０００では、レギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂが、コンピューター１７６によって直接またはシーケンス制御部１７４を通じて制御しているように校正することも可能である。その場合、コンピューター１７６やシーケンス制御部１７４も、ガス条件制御部として動作することとなる。
【００４７】［１−５  他の構成］  ステージ１１２は、円形皿の形状に作製されており、その上面に被処理樹脂２２を載置することができるようになっている金属製のトレイである。このステージ１１２は、真空容器１１４の気密を維持したまま、円形皿の中心を通り平板部分に垂直な軸の周りに回転動作が可能となるように構成されている。ステージ駆動機構１１８は、例えば数分間に１回から一分間に数回程度のゆっくりした回転動作をステージ１１２に行なわせることが可能である。また、ステージ１１２は、図示しない駆動機構によって、図１の紙面の上下方向の位置つまり高さを変更することができるように作製されている。ステージ１１２には、制御した電力をヒーター１１６に供給する加熱用電源１２０が接続されている。温度制御のため、ステージ１１２には、ステージ１１２自体の温度を測定する温度センサー（図示しない）を装備している。この温度センサーからの温度測定信号に応じて、ヒーター１１６へ供給される電力が制御される。特に限定するものではないが、ステージ１１２の温度は、例えば４００℃、あるいは、７００℃といった減容処理に適する温度に制御することが可能である。
【００４８】  また、コンピューター１７６は、上述した制御以外にも、真空容器１１４の排気動作の起動および停止、圧力制御部１５８が自動制御に用いる圧力指令値の変更、加熱用電源１２０の起動、出力の調整または停止、排出機構１６２の駆動指令といった各種の制御を行なう。このために、コンピューター１７６は、減容処理装置１１０、放射能計１０２、二酸化炭素センサー１５６、および追加の放射能計１７２からのデータまたは信号を受信して、上記各制御にこれらのデータまたは信号を利用する。
【００４９】［２  処理動作］  次に、上述した減容処理システム１０００の減容処理装置１１０の動作について説明する。図３は、減容処理システム１０００の状態を示す指標の説明図（図３（ａ））と、樹脂の減容の様子を減重率（weight reduction ratio）によって示す説明図（図３（ｂ））である。減容処理システム１０００の状態の指標として図３（ａ）に示したものは、ステージ１１２の温度（曲線２０２）と、二酸化炭素センサー１５６から得られる二酸化炭素濃度の値（曲線２０４）である。また、図３（ｂ）に示したものは、樹脂の減容の様子を推定した推定減重率（曲線２１４）である。
【００５０】  曲線２０２により示されるステージ１１２の温度は、図示しないステージ１１２に備えられた温度センサーの示す温度指示値であり、縦軸に数値を目安として明示している。これに対し、二酸化炭素センサー１５６が出力する二酸化炭素濃度の値を示す曲線２０４は、時間的な振る舞いだけを示しており値の目盛は任意単位である。ただし、曲線２０４により示される二酸化炭素濃度の値は、線形にプロットされ横軸が濃度０がとなるように描かれている。図３の横軸は、被処理樹脂２２の最初のサブバッチ（第１サブバッチ）をステージ１１２に載置して供給側ゲートバルブＧ１を閉じた瞬間から計時を開始した時間つまり処理時間である。図３（ａ）に示された全処理は、概ね２４時間程度の時間を要している。なお、サブバッチとは、減容処理の単位処理量である被処理樹脂２０のバッチをさらに細分化した処理単位である。
【００５１】［２−１  全体動作・概要］  図３（ａ）に示すように、減容処理システム１０００による減容処理は、大別して、二つの処理フェーズ、すなわち第１フェーズ（第１処理）と第２フェーズ（第２処理）とに分かれている。第１フェーズでは、ステージ１１２が概ね４００℃程度に加熱されるのに対し、第２フェーズではステージ１１２が概ね７００℃程度に加熱される。なお、これらの温度は、曲線２０２に示したように、より細かい時間的な変動を示す。ここで、例えば減容処理システム１０００の処理対象物が原子力発電設備などによって利用されたイオン交換樹脂である場合、被処理樹脂２２は、イオン交換樹脂と、そのイオン交換樹脂が伴っている放射性物質と、残留している水分との混合物である。また、原子力発電設備において利用されるイオン交換樹脂は、放射性同位元素を含む放射性物質を、イオンまたは腐食性生物（クラッド）の形態でそれ自体に吸着または保持することにより伴っている。
【００５２】  上記各フェーズにおける処理の概要を以下説明する。まず、第１フェーズでは、被処理樹脂２２がいくつかのサブバッチに分けて真空容器１１４に投入されてステージ１１２に載置される。第１フェーズでは、４００℃程度に加熱されて被処理樹脂２２の炭化処理が行われる。この処理は、被処理樹脂２２に対して最初に施される処理である。被処理樹脂２２の各サブバッチは、ステージ１１２に載置され加熱が開始されると、４００℃程度の温度になるまでに多量の水蒸気を放出する。その後４００℃付近にまで温度が上昇すると、被処理樹脂２２は分解ガスも多量に放出しはじめる。この分解ガスの放出は、一般の有機物が熱によって分解ガスを放出する現象に近いものである。その状態で高周波コイル１４２には、プラズマＰを励起するための電力が投入されている。この電力は、ＣＣＰ用電力供給系１８０によって供給される容量結合のための１３．５６ＭＨｚの高周波電力と、ＩＣＰ用電力供給系１９０によって供給される誘導結合のための２ＭＨｚの高周波電力とを組み合わせたものである。
【００５３】  被処理樹脂２２から放出された分解ガスは、ステージ１１２上方の空間に励起されている酸素プラズマＰによって酸化されて、分解ガス中の酸化を受けやすい成分、例えば炭素成分が酸化される。酸素プラズマＰによって分解ガスが酸化されて生じるガスすなわち処理ガスには、二酸化炭素や一酸化炭素が含まれている。この処理ガスは、排気ライン１５０を通じて排気されてゆく。この処理における分解は、処理の開始直後は激しく、ある程度の時間継続すると弱まり始める。これは、その温度によって分解される成分が消費されることに対応している。ステージ１１２には、被処理樹脂２２から分解ガス成分が抽出され炭化したものが残されてゆく。この炭化した被処理樹脂２２は、第１フェーズでは十分に処理されたとしても、炭化された状態までしか進行しない。このため、被処理樹脂２２には、この時点で炭素成分が残存している。こうして、第１フェーズでは、ステージ１１２の加熱と、酸素プラズマＰによる酸化とを組み合わせることによって、被処理樹脂２２の分解処理と、炭化処理と、分解ガスの酸化処理とが実行される。
【００５４】  第１フェーズにおける分解ガスの炭素成分は、酸化された処理ガス中の二酸化炭素または一酸化炭素のガスとして排気ライン１５０から排出され、二酸化炭素センサー１５６によってその濃度が測定される。第１フェーズの二酸化炭素濃度は、各サブバッチにおいて温度の上昇とともに上昇し、高い値がある時間維持された後、分解される成分の消費につれて低下してゆく。この二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される単位時間あたりの炭素量を示す直接的な指標となる。そればかりか、この二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される全成分に対する間接的な指標でもある。なお、被処理樹脂２２において酸化される全成分は、炭素成分以外に、窒素成分、硫黄成分、水素成分を含んでいる場合がある。
【００５５】  第１フェーズでは、被処理樹脂２２が減容処理装置１１０の処理能力の範囲に小分けされたサブバッチを単位として被処理樹脂２２が処理される。図２（ａ）には、４つのサブバッチに分けて被処理樹脂２２が投入される場合の様子が示されている。第１フェーズでは、被処理樹脂２２の第１サブバッチに対する加熱による炭化および分解処理の進行する様子が二酸化炭素濃度の値として監視される。そして二酸化炭素濃度の値から第１サブバッチの処理がある程度進んだと判断されると供給側ゲートバルブＧ１が開かれて次のサブバッチすなわち第２サブバッチの被処理樹脂２２が追加して投入される。このとき、ステージ１１２には第１サブバッチとして処理が進んだ被処理樹脂２２が残存したままである。その状態のステージ１１２に第２サブバッチの被処理樹脂２２が追加して供給される。したがって、被処理樹脂２２は、新たに投入された第２サブバッチと、処理途中の第１サブバッチの両方が処理される。以降、第３サブバッチ、第４サブバッチについても同様に処理される。なお、このように小分けされて被処理樹脂２２の第１フェーズが進められるのは、第２フェーズの処理に比べて第１フェーズでは被処理樹脂２２から多量の分解ガスが発生し、分解ガスを処理する能力が不足しかねないためである。
【００５６】  次いで第２フェーズについて説明する。第１フェーズから第２フェーズへ移行する際、真空容器１１４は大気開放されることなく減圧されたままである。ただし、第１フェーズと第２フェーズの間で圧力すなわち真空度は変更される。第２フェーズの処理対象は、ステージ１１２に残されている被処理樹脂２２の第１〜第４サブバッチとして第１フェーズの処理を経て炭化された半処理物である。ここでは、この半処理物も被処理樹脂２２と記す。第２フェーズでは、その状態でステージ１１２の温度が７００℃に昇温される。第１フェーズの処理によって炭化された被処理樹脂２２の温度が上昇すると、炭化していた被処理樹脂２２に対して酸素プラズマが作用して、炭素成分が酸化して除去されてゆく。すなわち、第２フェーズは、加熱処理と酸素プラズマとを組み合わせた灰化によって炭化していた被処理樹脂２２の炭素成分を減少させることによりさらに減容する処理である。第２フェーズにおいても第１フェーズと同様に酸素プラズマＰが用いられる。このため、高周波コイル１４２には、誘導結合によってプラズマＰを励起するための電力が投入される。ただし、第１フェーズでは分解ガスを酸化することが酸素プラズマＰに期待される作用であったのに対し、第２フェーズでは、炭化した被処理樹脂２２を灰化する作用を期待して酸素プラズマＰが励起される。この期待する作用の相異のために、一般には、酸素プラズマＰを励起する条件（プラズマ条件）のうち、ガスの供給条件は、第１フェーズと第２フェーズとで別々のものとされる。最も典型的には、第２フェーズのガスの供給条件では、第１フェーズよりも高い圧力が選択される。また、酸素の供給方向も、第２フェーズでは頂部壁１１４Ｒからステージ１１２に向かう気流が第１フェーズに比して多くなるように選択される。
【００５７】  第２フェーズを通じて被処理樹脂２２が灰化されると、被処理樹脂２２に残存していた炭素成分等は、二酸化炭素または一酸化炭素のガスのような処理ガスとなって排気ライン１５０から排出される。第２フェーズの二酸化炭素濃度も、温度の上昇とともに上昇し、高い値がある時間維持された後、酸化される成分の消費に応じて低下してゆく。第２フェーズにおいても、第１フェーズと同様に、二酸化炭素センサー１５６から得られる二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される単位時間あたりの炭素量を示す直接的な指標であり、被処理樹脂２２において酸化される全成分に対する間接的な指標である。
【００５８】  こうして、被処理樹脂２０の供給されたもの（被処理樹脂２２）は、ステージ１１２に載置された状態で減容処理される。この減容処理は、ステージ１１２による加熱処理と、酸素プラズマＰによる酸化処理とによって行われる。すなわち、減容処理装置１１０は、被処理樹脂２２を加熱処理し、被処理樹脂２２それ自体と被処理樹脂２２から放出されるガスとの少なくともいずれかまたは両方を、酸素プラズマＰによって酸化処理する。第２フェーズによって減容処理されると、被処理樹脂２２からはステージ１１２に載置された状態の固形分（残渣固形物）が得られる。
【００５９】  そして、第２フェーズを終えると、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０が停止されてプラズマの励起が停止され、ステージ加熱も停止されることによって、減容処理を停止させる。処理終了後、残渣固形物は排出機構１６２によってステージ１１２から除去されて真空容器１１４の外部に排出される。排出機構１６２には、回収ノズル１６６を備える吸引パイプ１６４が配置されている。吸引パイプ１６４は、排出側ゲートバルブＧ２が開いている状態で回収ノズル１６６の位置をステージ１１２上の残渣固形物の吸引に適する位置に駆動するための排出駆動機構１６８に接続されている。吸引パイプ１６４によって吸引された残渣固形物は、気流中から残渣固形物を回収するためのバグフィルターやサイクロン（いずれも図示しない）を通して飛散を防止しながら回収され、残渣固形物容器１７０に一時的に貯留される。この残渣固形物容器１７０には、最終的な残渣固形物に残留している放射能を測定するための追加の放射能計１７２が備えられている。残渣固形物容器１７０の残渣固形物は、その後に、例えばセメントによって封じられたり、または、砂をかぶせられたりして安全性が高められ、例えば最終処分地などの適当な設備に運搬されて半永久的な保管によって処分される。
【００６０】  以上に説明した各処理は、コンピューター１７６によって直接またはシーケンス制御部１７４によって各処理が指示される。最後に、必要に応じて、処理後の残渣固形物の放射能が追加の放射能計１７２によって測定される。
【００６１】  次に、本実施形態の減容処理装置１１０の動作において、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とを同時に用いる動作について詳述する。
【００６２】［２−２  プラズマの点弧と励起］  上述した全体的な動作を実現するために、減容処理装置１１０においては、第１フェーズの開始時にプラズマを点弧する必要がある。また、励起されているプラズマの消弧を防止するためには、プラズマの励起状態を安定させる必要がある。本実施形態に採用されるＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とによる動作をこれらに関連して説明する。
【００６３】［２−２−１  ＣＣＰ用電源の作用］  まず、本願の発明者が考えるＣＣＰ用電力供給系１８０の作用について説明する。上述したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０は、容量結合によって真空容器１１４内の空間Ｓに電圧または電界を生じさせるように動作する。この電圧または電界は、酸素プラズマの点弧を容易にする点弧容易化の効果を有している。また、この電圧または電界は、励起されている酸素プラズマの消弧を防止する消弧防止の効果をも有している。具体的には、空間Ｓに電圧または電界が生成されると、減圧状態にある酸素は容易に電離してイオン化する。このため酸素は容易にプラズマ化する。この減圧状態は、後述する減圧処理に適する程度の圧力、例えば、１０Ｔｏｒｒ程度の圧力であっても構わない。つまりＣＣＰ用電力供給系１８０を動作させれば、プラズマの点弧を容易にする目的で真空容器１１４の圧力を低下させる必要はない。なお、仮にＣＣＰ用電力供給系１８０を利用せず、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみによってプラズマを点弧しようとした場合には、同じ電力では同等の電圧つまり電界が生成されない。また、通常これらの装置が動作する圧力領域は、パッシェンカーブの最小値より右側の領域、つまり、放電のために要する電圧または電界が圧力の上昇とともに上昇する領域である。これらの理由から、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみを用いた場合には、酸素プラズマを容易に点弧するために、より低い圧力とする必要がある。さらに、消弧防止性についても、空間Ｓに対してＣＣＰ用電力供給系１８０がもたらす電圧または電界による電離作用が役に立っている。
【００６４】［２−２−２  ＩＣＰ用電源の作用］  次に、ＩＣＰ用電力供給系１９０の作用について説明する。このＩＣＰ用電力供給系１９０は、酸素プラズマＰを高密度化するように働く。ＩＣＰ用電力供給系１９０による電力によって高周波コイル１４２の近傍つまり頂部壁１１４Ｒの直下には電磁誘導によって高い密度の酸素プラズマＰが生成されるため、減容処理における単位時間あたりの処理量すなわち処理速度を高めることが可能である。
【００６５】［２−２−３  ＣＣＰ用電源とＩＣＰ用電源の同時使用による効果］  そして、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とを同時に動作させると、高周波コイル１４２には、ＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力（ＣＣＰ用電力）と、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの電力（ＩＣＰ用電力）とが重畳して投入される。これは、最終的には、ＣＣＰ用電力による電圧または電界と、ＩＣＰ用電力による電磁誘導とが空間Ｓに対して同時に作用する状態を作り出す。ここで、空間Ｓにおいて誘導結合のみによって励起されるＩＣプラズマが生成されている従来の場合、ＩＣＰ用電力は、プラズマを高密度化する作用を持つ。ところがその高密度化は、プラズマ中の電離したイオンの示す導電性がＩＣＰ用電力と誘導的に結合して達成される。逆に、プラズマが点弧されていない状態や消弧してしまった状態では、ＩＣＰ用電力を高めても、高周波コイル１４２における電流を増大させるばかりとなってしまう。これに対し、本実施形態のようにＣＣＰ用電力をＩＣＰ電力に重畳して投入すると、プラズマ化していない酸素分子に対しても電離作用をもたらす。そのため、ＣＣＰ用電力をＩＣＰ用電力に重畳させると、酸素プラズマの点弧を助けるとともに、一旦励起されたプラズマの消弧を防止する役割を果たす。
【００６６】［２−２−３−１  プラズマの点弧動作］  プラズマを点弧するタイミングは、図３（ａ）の時間Ａに示すタイミング、すなわち、第１フェーズの処理を開始するタイミングである。そのタイミングを詳細に説明すると、まず減容処理の最初の処理として、放射能計１０２によって、初期の放射能を測定する処理が実行される。次いで、供給側ゲートバルブＧ１を開放して初期に投入されるサブバッチ（第１サブバッチ）の被処理樹脂２２が供給され、再び供給側ゲートバルブＧ１が閉止される。これは、定量マス１２４によって定容積の被処理樹脂２２を供給する処理であり、第１サブバッチとしてあらかじめ真空容器１１４のステージ１１２に被処理樹脂２２を載置する処理である。その後、真空容器１１４内が減圧される。その圧力は、例えば、第１フェーズの減容処理に適する圧力として、１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）程度の圧力が選択される。目的の圧力に到達すると、第１フェーズの減容処理を開始するために、ステージ１１２がヒーター１１６によって４００℃に昇温される。次いで、二酸化炭素センサー１５６による二酸化炭素ガス濃度の計測が開始される。なお、ステージの昇温と二酸化炭素ガスの計測開始の順序は逆であっても構わない。その後プラズマが点弧される。本実施形態の減容処理装置１１０においては、上述した第１フェーズの処理に適する圧力に自動制御したままプラズマを点弧することが可能である。
【００６７】  より具体的には、このプラズマの点弧の際には、まず、ＣＣＰ用電力供給系１８０によって高周波コイル１４２に１３．５６ＭＨｚなどのＣＣＰ用周波数の電力（ＣＣＰ用電力）の供給が開始される。この際、この電力は、真空容器１１４やステージ１１２など、接地されている導体部分に対して高周波コイル１４２の電圧を振動させるように作用する。その電圧は、空間Ｓに対する電界となって作用し、導入されている酸素をプラズマ化する。このようにして酸素プラズマが点弧される。このために必要なＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、例えば１ｋＷ程度の出力である。本実施形態の減容処理装置１１０においては、この点弧するためには、従来の減容処理装置のように、圧力を減容処理に適する圧力よりも低下させたり、その後に減容処理のための圧力に戻すような操作は必要ない。その後、プラズマの密度を高めるために役立つ誘導結合による電力供給を行なうために、ＩＣＰ用電力供給系１９０からＩＣＰ用電力を出力する。なお、ＣＣＰ用電力供給系１８０のＣＣＰ用電力の出力は、よりプラズマの励起状態を安定させるために、例えば２ｋＷ程度まで高める。また、ＩＣＰ用電力供給系１９０のＩＣＰ用電力の出力は、任意の出力とすることが可能である。
【００６８】［２−２−３−２  第１フェーズの樹脂投入時におけるプラズマの安定化］  処理を開始すると、二酸化炭素ガスの濃度は、図３（ａ）の曲線２０４に示したように変化する。時間Ａ以降は、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチが処理されている。この処理を開始すると、二酸化炭素ガスの濃度が次第に増加し、その後、最大値となった後、今度は当該濃度が低下し始める。ここで、二酸化炭素ガスの濃度が増加する段階である時間Ｂ１においては、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチから多量の水分（図示しない）が水蒸気となって放出されており、この水分が励起されている酸素プラズマＰの安定性に悪影響を与える。本実施形態においては、この際にも、ＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力して空間Ｓに電圧または電界を生成させておき、同時に、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電力による作用を空間Ｓに作用させる。こうして、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチから放出される水分が存在しても、高い密度の酸素プラズマは安定してプラズマ状態を維持することが可能となる。
【００６９】  時間Ｂ１におけるこの作用は、被処理樹脂２０の第２サブバッチ、第３サブバッチ、そして第４サブバッチが追加投入される時点でも同様に作用する。これらのタイミングを図３（ａ）において時間Ｂ２、Ｂ３およびＢ４として明示している。被処理樹脂２０を追加投入するいずれのタイミングにおいても、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力し、同時に、ＩＣＰ用電力供給系１９０からもＩＣＰ用電力を出力することにより、高密度の酸素プラズマを安定して励起し続けることが可能となる。
【００７０】  なお、第２〜第４サブバッチの投入の際には、供給側ゲートバルブＧ１が開放され、各サブバッチとなる被処理樹脂２０が投入され、その後に再び供給側ゲートバルブＧ１を閉止する処理によって行なわれる。供給側ゲートバルブＧ１の両側は排気されているため、供給側ゲートバルブＧ１の開放が行なわれても、真空容器１１４の圧力の変化は生じない。
【００７１】  減容処理装置１１０の処理を行う際には、二酸化炭素センサー１５６の出力が監視されている。例えば、二酸化炭素ガスの濃度の測定値が最大値から９０％程度まで低下するまでは、最大値のままであると判断して監視が継続される。そして、例えば９０％を下回ることによってその最大値から低下したと判断されると、処理中のサブバッチの次のサブバッチの樹脂が追加投入される。本実施形態の減容処理装置１１０の動作においては、このように監視されている二酸化炭素センサー１５６の出力に基づく処理の進行に合せて、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力を制御することも可能である。というのは、追加のサブバッチを投入した後に水蒸気が発生する期間は、追加のサブバッチの投入後のある期間であることが経験的に確認されているためである。このような制御を行なう場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力は、追加のサブバッチを投入する時点までに開始され、実験に基づいて決まる所定期間の間その出力が継続され、その所定期間が過ぎると、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力が停止される。
【００７２】  同様の処理がすべてのサブバッチに対して行なわれると、第１フェーズの処理が完了する。
【００７３】［２−３  第２フェーズへの移行におけるガスの供給条件の変更］  第１フェーズの処理が完了すると、ステージ１１２には、供給された被処理樹脂２２の炭化したものが配置された状態になっている。本実施形態の減容処理装置１１０においては、第２フェーズの処理としてこれを灰化する処理が行われる。そのためには、まず、ステージの温度が７００℃に昇温される。次に、ガスの供給条件が、第１フェーズのものから第２フェーズの処理条件にあわせたものに変更される。このガスの供給条件の変更には、真空容器１１４内部の圧力変更といった各種の条件の変更と、酸素ガスの流量や供給方向の変更とを含んでいる。なお、ガスの供給条件は、プラズマ条件のうち、プラズマの安定性に影響するようなガスに関する任意の条件を含むことができる。
【００７４】［２−３−１  圧力変更］  本実施形態において、第１フェーズと第２フェーズとにおいて変更されるガスの供給条件には、真空容器１１４の内部の圧力が含まれている。これは第１フェーズと第２フェーズのそれぞれの減容処理に適する圧力が異なるためである。本実施形態においては、第２フェーズの圧力は、例えば約１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）に設定される。これに対して、第２フェーズの圧力は、例えば３０〜５０Ｔｏｒｒ（約４．０〜６．７ｋＰａ）に設定される。
【００７５】  このように、第１フェーズと第２フェーズの間で圧力が異なる場合に急激に圧力を変化させると、ＩＣＰ用電力のみによって酸素プラズマを励起している従来の手法であればプラズマが消弧してしまう確率が高まる。従来は圧力の変化による消弧を防止するために、第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へと段階的または連続的に変化させている。これに対して本実施形態においては、この第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へ変更するタイミングにおいて、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力をＩＣＰ用電力供給系１９０によるＩＣＰ用電源の出力とともに利用する。このＣＣＰ用電力とＩＣＰ用電源との併用の動作によって、圧力が急に変更されたとしてもプラズマの励起状態を安定して維持することが可能になる。このために必要なＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、例えば１ｋＷ程度の出力である。なお、真空容器１１４の圧力の制御は、圧力制御部１５８がＡＰＣとして自動制御を行なう圧力指令値を変化させることによって行なう。
【００７６】［２−３−２  ガス供給パターン変更］  第１フェーズと第２フェーズとにおけるガスの供給条件では、酸素ガスの供給方向のパターンが互いに異なっている。つまり、第１フェーズでは、主として旋回流のパターンにより酸素が供給されるのに対し、第２フェーズでは、その旋回流成分と、軸に向かって集まる集中流成分とを組み合わせたパターンにより酸素が供給される。ここで、旋回流とは、概して、ステージ１１２の中心軸と同軸の円筒形状に作製されている真空容器１１４において、円筒の内側壁に沿い、ほぼステージ１１２含まれる面に沿うような向きであり、その円筒形の空間Ｓにおいて酸素ガスの渦が生成されるように向かう向きである。また、軸に向かって集まる集中流成分とは、真空容器１１４の内壁からステージ１１２の軸に向かう向きの成分である。図４は、真空容器１１４の水平断面図によって、旋回流（図４（ａ））と集中流（図４（ｂ））と、第１フェーズの気流（第１パターン、図４（ｃ））と、第２フェーズの気流（第２パターン、図４（ｄ））とを説明する説明図である。これらのガスの導入のために、真空容器１１４の内壁には、旋回流のために周に沿った一方向周りに回る向きに向けて、また、集中流のためには軸に向けて、いくつかのガス導入口が設けられている。図１においては、ガス供給ライン１３０Ａからの導入方向が、真空容器１１４の左側内側面で紙面に向かう向きに、また、真空容器１１４の右側内側面で紙面から飛び出す向きに描かれている。また、ガス供給ライン１３０Ｂからの導入方向は、真空容器１１４の内側面から中央に向かう向きに描かれている。また、各ガス導入口に対する流量は、ガス供給ライン１３０Ａまたは１３０Ｂに含まれている旋回流のためのレギュレータバルブ１３４Ａおよび集中流のためのレギュレータバルブ１３４Ｂそれぞれの開閉状態と流量と調整することによって実現される。
【００７７】  これらのパターンにより酸素ガスが供給される理由は次の通りである。まず第１フェーズでは、供給された被処理樹脂２２から放出された分解ガスを酸化する処理を行なうことが主な減容処理となる。このため、第1フェーズの酸素プラズマでは分解ガスをできる限り効率よく酸化するための処理が行なわれる。そのためには、ステージ１１２に載置されている供給された被処理樹脂２２に対して酸素ガスを向けるよりは、空間Ｓに向かう酸素ガスを増やす必要がある。そのため、第１フェーズでは酸素ガスの向きが旋回流とされる（図４（ｃ））。これに対して第２フェーズでは、供給された被処理樹脂２２が炭化した状態になっており、その炭化した残渣固形物を灰化する処理が主な処理である。このためには、酸素プラズマによって活性化された酸素を効率良く供給された被処理樹脂２２に供給する必要がある。というのも、炭化した残渣固形物に対してステージ１１２から熱を加え続けるだけでは灰化は灰化が進みにくく、その灰化のために必要な活性化された酸素ガスを「送風」するような向きが好ましいいからである。集中流の成分を含むようなパターンを採用すると、ステージ１１２の上方の空間に酸素が供給され、供給された被処理樹脂２２に向かうダウンフローとして酸素プラズマから活性化された酸素が供給され、同時に、供給された被処理樹脂２２から発生した二酸化炭素などの炭素含有ガスが除去される。したがって、この目的に適うように、旋回流に集中流を組み合わせた気流（図４（ｄ））が供給される。なお、第２フェーズのパターンにおいて旋回流の成分を残しているのは、集中流のみによって減容処理に適する流量の酸素を供給すると、ダウンフローが強くなりすぎるためである。いわば、集中流に旋回流を組み合わせることによって、減容処理に適する流量の酸素を供給しつつ、適度なダウンフローを実際しているのである。このように酸素の供給パターンを設定するためには、集中流と旋回流の比率が調整される。
【００７８】  上述したように、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみによるＩＣＰ用電源の出力によってＩＣプラズマとして酸素プラズマを励起している場合には、酸素の供給のパターンを急激に変化させるとＩＣプラズマとして励起されている酸素プラズマは消弧しかねない。また、従来の段階的または連続的に酸素の供給のパターンを変更する処理を行なっても、プラズマの消弧の可能性が皆無となるものではない。本実施形態においては、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電源の出力に加えてＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力も利用するため、酸素の供給の向きを変化するタイミングにおいてプラズマが消弧する可能性を低下させることが可能である。したがって、従来のように段階的または連続的な酸素の供給の向きの変更といった処理は必要ではない。例えば第１フェーズに適する旋回流のパターンから、第２フェーズに適する旋回流と集中流との組み合わせのパターンへと酸素の供給のパターンを急激に変化させても、プラズマは安定して励起された状態を維持することが可能である。
【００７９】［２−４  オプション：定常動作時の同時使用］  上述した本実施形態において、ＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力が出力されるのは、プラズマの点弧のタイミング、第１フェーズにおける被処理樹脂の追加投入のタイミング、そして、第１フェーズから第２フェーズへの移行のタイミングのうちのいずれかまたはすべてにおいてである。これらのいずれかのタイミングにおいて出力されるＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力は、空間Ｓに電圧または電界として作用して、プラズマの点弧を容易にし、また、消弧を防止する効果を発揮する。必要に応じ、これらのタイミングのうちの一部または全部を適宜に選択してＣＣＰ用電力供給系１８０を動作させることは、本実施形態に含まれている。
【００８０】  本実施形態においては、任意選択として、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を継続して出力するように動作させることもできる。その効果は、一つには、上述の各タイミングにおける作用と同様に不意の酸素プラズマの消弧を未然に防止することができる点にある。もう一つ別の効果として、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電源の出力のみを用いる場合に比べて、処理速度を高めることが可能となる効果もある。この処理速度を高める効果は、従来、ＩＣプラズマのみでは酸素流量が制限されることと関係している。本実施形態のＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力を利用すれば、プラズマの安定性が高まるため、従来採用することが難しかった増大された酸素流量によって減容処理装置１１０を動作させることが可能となる。その結果、分解ガスの酸化または供給された被処理樹脂２２の残渣固形物の酸化の速度を高めることが可能となって、減容処理装置１１０による処理速度を増大させることができる。
【００８１】  このような効果を期待してＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力するタイミングは、第１フェーズおよび第２フェーズの処理を行なう任意のタイミングである。例えば、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力するのは、図３（ａ）に示した時間Ｂ１から時間Ｂ２に至る任意の期間、時間Ｂ２から時間Ｂ３に至る任意の期間、そして時間Ｂ３から時間Ｂ４に至る任意の期間において、任意の一部または全部の期間である。これらのうちのいずれかの期間においてＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力すれば、第１フェーズにおける分解ガスを酸化する際の処理速度を高めることが可能になる。また、別の期間として、時間Ｃ以降の任意のタイミングにＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力することも有用である。時間Ｃ以降の任意の期間においてＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力すれば、第２フェーズにおいて供給された被処理樹脂２２の残渣固形物を酸化する際の処理速度を高めることが可能になる。
【００８２】［実施例］  上述した実施形態に従う動作可能な減容処理装置１１０の実施例を作製した。具体的には、図２に示したＣＣＰ用電力供給系１８０およびＩＣＰ用電力供給系１９０を、表１に示す回路部材によって作製した。【表１】
2012111090.tif 000003
なお、表１に記載の構成部品の回路定数は、実際の部品では単独ではなく組み合わせることによって必要な回路定数に適合させるものが含まれている。例えば、ＩＣＰ用マッチング回路１９４に用いるキャパシターＣ２（２５００ｐＦ）は、１０００ｐＦのキャパシター２個と５００ｐＦのキャパシター１個を並列接続して実現される合成の容量によって実装することができる。
【００８３】  以上のようにして作製されたＣＣＰ用電力供給系１８０およびＩＣＰ用電力供給系１９０によって、実際に減容処理装置１１０の酸素プラズマＰの点弧の容易性と、励起した酸素プラズマＰの安定性を評価した。その結果、ＣＣＰ用電力供給系１８０を利用せずにＩＣＰ用電力供給系１９０のみを用いた場合に比べて、酸素プラズマＰを容易に点弧することかできた。具体的には、真空容器１１４の圧力を点弧のために低下させる必要なく、１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）の圧力に保ったまま、ＣＣＰ用電力供給系１８０から高周波コイル１４２に出力される１３．５６ＭＨｚの出力を約１ｋＷとすることにより、酸素プラズマＰを点弧することができた。その後、より高い安定性を得るためにＣＣＰ用電力供給系１８０からの出力を約２ｋＷに上昇させ、ＩＣＰ用電力供給系１９０から高周波コイル１４２に出力される２ＭＨｚの出力を約３ｋＷにまで高めその出力を維持したところ、高密度のプラズマが生成して減容処理を行なうことができた。このプラズマは、第１フェーズの時間Ａ（図３）において容易に点弧されたばかりか、時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４のいずれの際にも消弧せず安定して励起されていた。
【００８４】  さらに、第１フェーズから第２フェーズに移行する際に、真空容器１１４の圧力を５０Ｔｏｒｒ（約６．７ｋＰａ）に高めるとともに、レギュレータバルブ１３４Ａとレギュレータバルブ１３４Ｂとを制御して旋回流から、旋回流と集中流との組み合わせへと変更した。その時間Ｃの際にも、励起されていたプラズマは消弧せず、安定したプラズマを励起し続けることが可能であった。
【００８５】＜第１実施形態：変形例＞  本発明の上述した第１実施形態はその趣旨を保って種々変形することが可能である。特に、容量結合による電圧または電界を空間Ｓにおいて生成するために、高周波コイル１４２とは別の電極を通じてＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力を空間Ｓ（図１）に作用させるように構成することも可能である。図５は、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの大気側の面に配置される複数の電極の構成と、それらに対するＣＣＰ用電力供給系およびＩＣＰ用電力供給系の接続の様子とを示す説明図である。図５（ａ）は、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ａに接続された高周波コイル１４２の中心部に円板電極１４４を配置し、その円板電極１４４にＣＣＰ用電力供給系１８０ＡからのＣＣＰ用電力を出力する例を示している。また、図５（ｂ）は、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ｂに接続された高周波コイル１４２の外周部にリング電極１４６を配置し、そのリング電極１４６にＣＣＰ用電力供給系１８０ＢからのＣＣＰ用電力を出力する例を示している。
【００８６】  図５（ａ）および（ｂ）に示すいずれの場合においても、高周波コイル１４２にＩＣＰ用電力供給系１９０Ａおよびら１９０ＢからのＩＣＰ用電源１９２Ａおよび１９２Ｂの出力としての電流が流れることにより、空間Ｓには、プラズマの密度を高める作用がもたらされる。これらの場合、高周波コイル１４２はＩＣＰ用電力を空間Ｓに誘導結合するためにのみ用いられるため、ＩＣＰ用コイルとしてのみ機能する。図５（ａ）に示した円板電極１４４を用いる場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＡのＣＣＰ用電源１８２ＡからのＣＣＰ用電力の出力は、円板電極１４４と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。また、図５（ｂ）に示したリング電極１４６を用いる場合にも、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＢのＣＣＰ用電源１８２ＢからのＣＣＰ用電力の出力は、リング電極１４６と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。真空容器１１４もＧＮＤ接地されて接地レベルの電位に保たれているため（図１）、円板電極１４４またはリング電極１４６は、真空容器１１と等しい電位にある導電性の部材との間で空間Ｓに電界をつくるキャパシターをなしている。
【００８７】  図５に示したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０Ａまたは１８０ＢからのＣＣＰ用電力が高周波コイル１４２とは別の電極に出力される場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０Ａまたは１８０Ｂと、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ａまたは１９０Ｂとの両方の出力が互いに直接接続されなくなる。これらのように、高周波コイル１４２とは別の電極が利用される場合、高周波コイル１４２と円板電極１４４の具体的な構成や、高周波コイル１４２とリング電極１４６の具体的な構成によっては、ＣＣＰ用電源１８２Ａまたは１８２ＢとＩＣＰ用電源１９２Ａまたは１９２Ｂとが相互に及ぼす影響が低減される。そのような場合、図２に示していたＩＣＰ周波数阻止回路１８８やＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、省略されたり簡易な構成のものに変更されたりする。ただし、高周波コイル１４２と円板電極１４４の具体的な構成や、高周波コイル１４２とリング電極１４６の具体的な構成によっては、ＣＣＰ用電源１８２Ａまたは１８２ＢとＩＣＰ用電源１９２Ａまたは１９２Ｂが互いに及ぼす影響が依然として問題となる場合がある。そのような場合には、図２に示していたＩＣＰ周波数阻止回路１８８やＣＣＰ周波数阻止回路１９８と同様の互いの周波数成分を阻止する阻止回路を装備しておく。
【００８８】  なお、図５に示した例では円板電極１４４とリング電極１４６とのうちの一方のみを用いる変形例を示していた。これらのうちのいずれを用いるかは、例えば空間Ｓに生じる電界強度や、プラズマに対して投入されるＣＣＰ用電力の強さなどを勘案して適宜に選択される。また、円板電極１４４とリング電極１４６との両者を設けてこれらに対してＣＣＰ用電力を供給することや、空間Ｓに電界を生じさせるような他の位置に、別の形態の電極を設けてＣＣＰ用電力を供給するようにすることも本実施形態には含まれている。
【００８９】  以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】  本発明は、樹脂の処理を安定して実行しうる減容処理装置およびその動作方法を提供することにより、原子力関連設備の運転から排出される廃棄物の減容処理を容易にする。
【符号の説明】
【００９１】  １０００  減容処理システム  ２０  被処理樹脂  ２２  供給された被処理樹脂  １０２  放射能計  １１０  減容処理装置  １１２  ステージ  １１４  真空容器  １１４Ｒ  頂部壁  １１６  ヒーター  １１８  ステージ駆動機構  １２０  加熱用電源  １２２  供給機構  １２４  定量マス  １２６  アーム  １２８  定量マス駆動機構  １３０Ａ、１３０Ｂ  ガス供給ライン  １３２  酸素ボンベ  １３４Ａ、１３４Ｂ  レギュレータバルブ  １４２  高周波コイル  １４４  円板電極  １４６  リング電極  １５０  排気ライン  １５２  排気バルブ  １５４  真空ポンプ  １５６  二酸化炭素センサー  １５８  圧力制御部  １６０  圧力センサー  １６２  排出機構  １６６  回収ノズル  １６４  吸引パイプ  １７０  残渣固形物容器  １７２  追加の放射能計  １７４  シーケンス制御部  １７６  コンピューター  １８０、１８０Ａ、１８０Ｂ  ＣＣＰ用電力供給系  １８０Ｐ、１８０Ｎ  ＣＣＰ出力  １８２、１８２Ａ、１８２Ｂ  ＣＣＰ用電源  １８４  ＣＣＰ用マッチング回路  １８６  ＣＣＰ用高周波電力源  １８８  ＩＣＰ周波数阻止回路  １８８Ａ  直列共振回路  １８８Ｂ  並列共振回路  １９０、１９０Ａ、１９０Ｂ  ＩＣＰ用電力供給系  １９０Ｐ、１９０Ｎ  ＩＣＰ出力  １９２、１９２Ａ、１９２Ｂ  ＩＣＰ用電源  １９４  ＩＣＰ用マッチング回路  １９６  ＩＣＰ用高周波電力源  １９８  ＣＣＰ周波数阻止回路  １９８Ａ、１９８Ｂ  並列共振回路  ２０２  曲線（ステージの温度）  ２０４  曲線（二酸化炭素濃度の値）  ２１４  曲線（推定減重率）  Ｃ１〜Ｃ３  キャパシター  ＣＶ１〜ＣＶ５  可変キャパシター  Ｌ１〜Ｌ５  リアクタンス  ＬＶ１  可変リアクタンス  Ｇ１  供給側ゲートバルブ  Ｇ２  排出側ゲートバルブ  Ｐ  プラズマ  Ｓ  空間  ＧＮＤ  接地  ＶＰＰ  電圧振幅（ピーク・トゥー・ピーク）  ＩＰ  ピーク電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月6日(2013.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本態様においても、ＩＣＰ用電源、ＣＣＰ用電源の作用は先に述べた態様のものと同様である。本態様において供給条件が変更される際とは、ガスの供給条件が変更されることによってプラズマの消弧が生じやすい時点およびその時点を含む期間を指している。この態様においても、ＣＣＰ用電源は、その被処理樹脂が供給される際のプラズマの消弧が起りやすい時点またはその時点を含む期間を通じて、ステージの上方の空間に電圧を継続的に供給するように動作する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
［１−１  減容処理装置の構成］
減容処理システム１０００の減容処理装置１１０には、ステージ１１２が真空容器１１４内に備えられている。このステージ１１２は、放射性物質を伴っている被処理樹脂２０の供給されたもの（被処理樹脂２２）を載置するようになっている。また、ステージ１１２の被処理樹脂２２が置かれる平板部分の内部には、ヒーター１１６が設けられており、そのヒーター１１６によってステージ１１２自体の温度が昇温可能となるようにされている。ステージ１１２によって加熱されている被処理樹脂２２それ自体や、被処理樹脂２２から放出されるガスは、少なくともいずれかまたは両方が酸素プラズマＰによって酸化される。その酸素プラズマＰを点弧させるために、ＣＣＰ用電力供給系１８０を利用することができる。このＣＣＰ用電力供給系１８０により供給される電力（ＣＣＰ用電力）は、真空容器１１４内のステージ１１２の上方の空間Ｓに容量結合により電圧または電界を生じさせる。また、減容処理装置１１０には、酸素プラズマＰに対して誘導結合により電力を供給するために、ＩＣＰ用電力供給系１９０も装備されている。さらに、減容処理装置１１０には、真空容器の減圧状態を維持したままステージに被処理樹脂を供給するようになっている供給機構１２２も備わっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
［２−３−１  圧力変更］
本実施形態において、第１フェーズと第２フェーズとにおいて変更されるガスの供給条件には、真空容器１１４の内部の圧力が含まれている。これは第１フェーズと第２フェーズのそれぞれの減容処理に適する圧力が異なるためである。本実施形態においては、第１フェーズの圧力は、例えば約１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）に設定される。これに対して、第２フェーズの圧力は、例えば３０〜５０Ｔｏｒｒ（約４．０〜６．７ｋＰａ）に設定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
このように、第１フェーズと第２フェーズの間で圧力が異なる場合に急激に圧力を変化させると、ＩＣＰ用電力のみによって酸素プラズマを励起している従来の手法であればプラズマが消弧してしまう確率が高まる。従来は圧力の変化による消弧を防止するために、第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へと段階的または連続的に変化させている。これに対して本実施形態においては、この第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へ変更するタイミングにおいて、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力をＩＣＰ用電力供給系１９０によるＩＣＰ用電力の出力とともに利用する。このＣＣＰ用電力とＩＣＰ用電力との併用の動作によって、圧力が急に変更されたとしてもプラズマの励起状態を安定して維持することが可能になる。このために必要なＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、例えば１ｋＷ程度の出力である。なお、真空容器１１４の圧力の制御は、圧力制御部１５８がＡＰＣとして自動制御を行なう圧力指令値を変化させることによって行なう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
図５（ａ）および（ｂ）に示すいずれの場合においても、高周波コイル１４２にＩＣＰ用電力供給系１９０Ａおよび１９０ＢからのＩＣＰ用電源１９２Ａおよび１９２Ｂの出力としての電流が流れることにより、空間Ｓには、プラズマの密度を高める作用がもたらされる。これらの場合、高周波コイル１４２はＩＣＰ用電力を空間Ｓに誘導結合するためにのみ用いられるため、ＩＣＰ用コイルとしてのみ機能する。図５（ａ）に示した円板電極１４４を用いる場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＡのＣＣＰ用電源１８２ＡからのＣＣＰ用電力の出力は、円板電極１４４と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。また、図５（ｂ）に示したリング電極１４６を用いる場合にも、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＢのＣＣＰ用電源１８２ＢからのＣＣＰ用電力の出力は、リング電極１４６と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。真空容器１１４もＧＮＤ接地されて接地レベルの電位に保たれているため（図１）、円板電極１４４またはリング電極１４６は、真空容器１１４と等しい電位にある導電性の部材との間で空間Ｓに電界をつくるキャパシターをなしている。
【国際調査報告】
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