Vol.23 No.2

講演再録

原子力バックエンド研究

資源エネルギー庁委託事業における低レベル放射性廃棄物のガラス固化技術の開発状況
福井寿樹＊1

牧隆＊2

三浦信之＊3

塚田毅志＊4

経済産業省資源エネルギー庁委託事業「次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業」を 4 社（IHI，日本原燃，原子力機構，電中研）が受託した．本事業は，5 ヶ年計画で「低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤整備」と「高レベル廃液ガラス固化技術の高度化」を調査・研究する．本報告では，本事業の概要と「低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤整備」の開発状況について報告する．
Keywords: 低レベル放射性廃棄物，高レベル放射性廃液，ガラス固化，溶融ガラス化，運転制御

1 緒言

本報告では、「次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業」（以下，本事業）の概要と「低レベル廃棄物に対するガ原子力発電所，再処理施設等の運転において発生するラス固化技術の基盤整備」の開発状況について報告する．

種々の液体，固体廃棄物は，中間貯蔵もしくは最終処分に適した形態にそれぞれ処理される．

2 次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業の概要【低レベル放射性廃棄物（以下，低レベル廃棄物）】
原子力発電所や再処理施設で発生する低レベル廃棄物は，2.1 開発項目

焼却，圧縮，セメント固化等が一般的であり，ガラス固化

本事業では，「低レベル廃棄物に対するガラス固化技術のは導入されていない．しかし，海外では，以下の通り，一基盤整備」と「高レベル廃液ガラス固化技術の高度化」を部の放射能レベルの高い低レベル廃棄物等に対して，ガラ行う．

ス固化技術が導入されている．

(1) 低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤整備◇仏国 AREVA 社：再処理施設の解体・除染時に発生す① ガラス組成開発

る比較的放射能レベルが高い除染廃液

さまざまな廃棄物（イオン交換樹脂，焼却灰等）に対し◇米国 DOE：各研究所に保管されている比較的放射能て，減容性（廃棄物充填率），運転性（溶融温度，粘度），レベルが高い廃液廃棄体安定性等に優れたガラス組成設定方法を確立する．

◇韓国：原子力発電所で発生する運転廃棄物② マトリックスデータベースの構築

今後，我が国においても，比較的放射能レベルの高い低上記ガラス組成開発で取得する知見等を格納し，低レベレベル廃棄物に対する処理技術が必要と考えられ，低レベル廃棄物の化学組成からガラス組成を決定するツールとしル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤を確立することはて，ガラス組成とそれら物性等のデータベースを構築する．

重要である．

また，後段の高レベル廃液ガラス固化技術の高度化で開発【高レベル放射性廃液（以下，高レベル廃液）】

された高レベル廃液マトリックスの物性等も格納する．

再処理工場で発生する高レベル廃液は，国内外において，③ 運転制御開発

ガラス固化が実用化されている．今後，「廃棄物充填率が高上記で検討したさまざまなガラス組成に適した溶融炉方く，安定的に取り込む技術」や「ガラス溶融炉の運転制御式を検討すると共に，運転制御方法を検討・確認する．

技術の向上」が必要である．

(2) 高レベル廃液ガラス固化技術の高度化

以上から，経済産業省資源エネルギー庁では，平成 26① マトリックス開発

年度より委託事業「次世代再処理ガラス固化技術基盤研究

安定性（耐水性）を確保しつつ，現行マトリックスに比事業」を実施することとし，公募の結果，当社を含む 4 社

べ，廃棄物充填率が 2～3 割程度高いマトリックス（高充填が受託した．本事業は，5 ヶ年計画であり，以下についてマトリックス）を開発する．また，諸外国で開発されてい調査・研究を実施する．

る代替マトリックス（鉄リン酸ガラス等）の特性を調査す① 低レベル廃棄物を対象として，減容性が高く，より安定る．

した廃棄体とするためのガラス固化技術の基盤整備② 運転制御② 基盤整備で得られた知見を反映し，国内で実用化されて廃棄物を高充填することで,白金族元素の沈降・堆積等のいる高レベル廃液のガラス固化技術の高度化

運転課題が発生することから,これら課題に対する対策をDevelopment of glass melting process for LLW at the research project commissionedby the Ministry of Economy, Trade and Industry by Toshiki FUKUI, Takashi MAKI,Nobuyuki MIURA, Takeshi TSUKADA＊1 株式会社ＩＨＩ
IHI Corporation＊2 日本原燃株式会社
Japan Nuclear Fuel Limited (JNFL)＊3 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Japan Atomic Energy Agency (JAEA)＊4 一般財団法人電力中央研究所
Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI)
本稿は，日本原子力学会バックエンド部会主催第 32 回バックエンド夏期セミナーにおける講演内容に加筆したものである．

調査・検討し，適用性を確認する．また，高充填マトリックスに対する運転制御方法を検討・確認する．
2.2 実施体制
本事業の実施体制（平成 27 年度）を図 1 に示す．本事業は、日本原子力研究開発機構（再処理事業者、研究機関）、電力中央研究所（研究機関）、日本原燃（再処理事業者）、IHI（溶融炉メーカー）の 4 社で共同受託した．
また，協力機関として，国内のガラス・鉄鋼（スラグ）・

169

December 2016

原子力バックエンド研究

原子力等を専門とする研究機関および企業，ガラス固化をス固化技術の比較を示す．溶融ガラス化技術は，廃棄物性専門とする研究機関に参画頂き，国内外の知見を取り入れ状や処分要求に応じて，『減容性』，『操業性』および『廃棄るものとした．

体安定性』を調整できることが特徴であり，廃棄物を組みさらに，有識者，ガラス産業界等から構成される研究評
価委員会を設置し，本委員会等での議論を本事業に反映で合わせることで，安定な廃棄体とすることも可能であると考えられる．

きる実施体制を構築した．

以上を踏まえて，低レベル廃棄物へのガラス固化適用の効果を検討した結果を表 2 に示す．

経済産業省
資源エネルギー庁

事務局（技術とり まとめ）（主） ㈱IHI（副） 日本原燃㈱このため，溶融ガラス化技術の適用効果が期待される廃研究評価委員会
研究評価委員会
有識者、ガラス産業連合会等
有識者、ガラス産業連合会等（溶融炉メーカー）(株)IHI（再処理事業者）
日本原燃(株)（再処理事業者、研究機関）（国研）原子力機構（研究機関）（一財）電力中央研究所

東京大学（原子力）埼玉大学（原子力）大阪大学（スラグ）
東北大学（スラグ）
九州大学（スラグ）
茨城大学（スラグ）
千葉大学（ガラス）
中部電力研究所
三菱マテリアル
米国ES社
韓国ＫＨＮＰ社

東京工業大学（ガラス）
滋賀県立大学（ガラス）秋田大学（ガラス）

愛媛大学（ガラス）
芝浦工業大学（ガラス）東京工業大学（原子力）
東京都市大学（原子力）セントラル硝子㈱名古屋大学（原子力）原子力エンジニアリング

棄物を以下の目的から選定するものとした．
Ⅰ：現在検討されている処理技術で処理が困難な廃棄物を安定化（高線量で無機化が必要なイオン交換樹脂等）
Ⅱ：現在検討されている処理技術より廃棄物発生量を低減化（SiO2，CaO 等を主成分とする焼却灰 等）表1

図1

従来技術と溶融ガラス化技術の比較実施体制（平成 27 年度）

ガラス固化技術
ガラス固化（従来）

2.3 事業計画

概要2.1 項の開発項目に対する事業計画を図 2 に示す．事業の廃棄物にホウ珪酸ガラスなどの所定のガラス原料を添加し、カラス固化する方法
溶融進め方は，「低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤
減容性整備」と「高レベル廃液ガラス固化技術の高度化」共に，ガラス原料

ガラス固化体

ラス組成や運転制御方法の検討を行い，試験によって適用性確認を行うものとした．
平成27年度

平成28年度

平成29年度

平成30年度１．ガラス組成・マトリックスの把握に向けた調査・試験（1）事例調査（1）事例調査（1）事例調査

・廃棄物・ガラス組成等の調査
・シミュレーション技術等の調査

・廃棄物の調査・処理処分要件の調査

・廃棄物の調査（2）ガラス固化試験（2）ガラス固化試験（2）ガラス固化試験

・対象廃棄物の選定
・簡易なガラス組成検討
・1次サーベイ実施（基本特性）

・海外調査等を踏まえたガラス組成検討
・廃棄物変動、対象廃棄物拡大・1次サーベイ実施（基本特性）

・廃棄物変動、対象廃棄物拡大・2次サーベイ実施（運転評価等に必要な特性）（3）データベース構築（3）データベース構築（3）データベース構築

・利用目的の検討
・概念検討

・計算コード、既存データベースの統合
・プロトタイプ試作

・改良・高度化・実用化（1）事例調査（1）事例調査（1）事例調査・溶融炉等の調査
・運転制御技術等の調査

・一般産業炉等の調査

・一般産業炉等の調査○◎※安定性を確保できる範囲で、添加物量を最小限に抑制するため、減容性は比較的高い※但し、廃棄物組成によって減容性は変動する※添加材がないため、減容性が高い（2-1）ガラス固化試験（基礎試験、解析）

・運転制御に係る基礎試験、解析評価

・新ガラス組成の運転制御（2-2）ガラス固化試験（管状炉、小型炉）（2-2）ガラス固化試験（管状炉、小型炉）

・スケールアップの影響、動的環境での評価

・新ガラスの運転性評価

図2

操
業性◎
※溶融ガラスの高温物性を一定範囲に管理できるため、加熱・流下（出湯）条件は毎回一定※但し、高レベル廃液の場合は、白金族管理が運転に影響

廃棄体
安定性

◎

○△

※ガラス固化後の組成が常に一定範囲に管理されるため、安定性に優れる※安定性を確保できる範囲で、添加物量を最小限に抑制することで安定性は比較的高い。但し、廃棄物組成によって安定性は変動する※廃棄物組成によってスラグ組成が決まるため、安定性は一定でない△※廃棄物組成によって高温物性が異なるため、加熱・流下（出湯）条件を毎回設定する必要がある

低レベル廃棄物へのガラス固化適用の効果
コンクリートピット処分（Ｌ２廃棄物）〇：セメント固化等で充填したものを廃棄物同士で安定化させることで、添加材を最小限に抑制し、減容性も向上〇：左に同じ

減容性〇：出湯（流下）操作を要するときに、安定した運転が可能〇：左に同じ△：溶融方式によっては、溶融ガラス化時に無機化可能△：左に同じ

高発熱量
廃高線量
棄体
特性 バリア機能事業計画〇※溶融ガラスの高温物性を決められた範囲内に管理できるため、加熱・流下（出湯）条件は大きく変動しないため範囲で運転できる

処分場
（廃棄物）

固化体
操 製造業
性 無機化

（2-1）ガラス固化試験（基礎試験、解析）

溶融固化体

廃棄物

ガラス固化体＋△表2２．ガラス溶融炉の運転制御に係る調査・試験

廃棄物※ガラス原料添加により、廃棄物充填率を一定に保つため、減容性は低い

まず，国内外の事例調査を行い，調査結果を踏まえて，ガ

平成26年度

溶融添加材

＋
廃棄物

溶融固化技術

溶融ガラス化

廃棄物自体に含まれる成分（例えば、廃棄物を溶融し、スラグとしSiO2）などをガラス形成成分とすることで、 て固化する方法
添加物を最小限に抑えて、ガラス固化する方法
溶融

余裕深度処分、地層処分（Ｌ１廃棄物、TRU廃棄物）－（セメント固化で対応可能）〇：セメント等に比べて、発熱制限は高いが、結晶化温度によって制限される－（セメント固化で対応可能）〇：セメント等に比べて、線量制限は高い※ガラス固化体以上の廃棄体はない－（現行施設の安全評価には、バリア機能は考慮されていないため、導入効果はない）△：現在検討されている施設の安全評価にはバリア機能は考慮されていないため、導入効果はない
しかし、バリア機能を考慮するような評価ケースであれば、効果は期待できる

3 低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の開発状況(2) 対象廃棄物の調査・検討
3.1 ガラス組成開発(1) 低レベル廃棄物へのガラス固化適用の考え方

原子力発電所や再処理施設で発生する低レベル廃棄物を調査し，溶融ガラス化技術の適用性と課題を検討した結果

低レベル廃棄物は，放射能レベル，組成・材質などが多を表 3 に示す．本事業（平成 26，27 年度）では，溶融ガラ種多様であり，発生量が多い，ガラス形成成分（Si，Al，P，ス化の効果が高い廃棄物として，イオン交換樹脂，低レベFe 等）を含有する廃棄物が多数あるなどの特徴を有する．

ル濃縮廃液，焼却灰等を選定した．

このため，低レベル廃棄物へのガラス固化技術の適用に際しては，廃棄物自体に含まれる成分をガラス形成成分と(3) 溶融ガラス化方法の検討① 模擬廃棄物の設定することで，添加物を最小限に抑えて，ガラス化する方法（以下，溶融ガラス化技術）を検討することとした．

(2)項で選定したイオン交換樹脂，低レベル濃縮廃液，焼却灰に対して，模擬廃棄物組成を設定した．

表 1 にガラス固化や溶融固化などの従来技術と溶融ガラ
170

資源エネルギー庁委託事業における低レベル放射性廃棄物のガラス固化技術の開発状況
表3

対象廃棄物の調査結果

本事業では，平成 26～28 年度において「1 次サーベイ」

目的
対象廃棄物課題解決特徴

Ⅰ Ⅱ①イオン交換樹脂〇

ガラス組成 運転制御
開発
開発

・高線量
・水分と有機物を含有②低レベル濃縮廃液、除染廃液〇 〇 ・硝酸Na濃度が高い（硝酸ナトリウム廃液）③低レベル濃縮廃液〇 ・リン酸イオンと少量の硝酸を含有（リン酸廃液）④ホウ酸廃液〇 ・B、Na、水分を含有
・高線量⑤イオン交換樹脂の溶離液〇
・S濃度が高い・高線量⑥焼却灰（飛灰含む）〇
・組成変動が大きい⑦HEPAフィルタ 、金属Al板等 〇・金属Alを含む⑧スラッジ等〇 ・Fe濃度が高い⑨アスベスト〇・化学的には安定、形状が有害⑩有害金属廃棄物〇・鉛、水銀等の重金属を含有⑪サンドペーパ〇 ・ポリプロピレン製⑫液体フィルタ〇・有機物を含有⑬ブラスト材〇 ・Al２O３（主成分）、Si、Fe等⑭活性炭〇 ・C主成分
目的Ⅰ：現在検討されている処理技術で処理が困難な廃棄物を安定化
目的Ⅱ：現在検討されている処理技術より廃棄物発生量を低減化

〇〇〇〇〇

〇〇－〇〇

〇－－〇－〇－－〇－〇－〇〇〇〇－〇

を実施し，候補となるガラス組成を絞り込んだ上で，平成29，30 年度に，「2 次サーベイ」を行い，最終的なガラス組成を選定するものとした．

本事業における試験対象廃棄物
太字部：本紙で報告

模擬イオン交換樹脂は原子力発電所で使用されているイ

ガラス物性データの重回帰分析例

オン交換樹脂に微量元素を添加するものとした．
焼却灰は，添加成分
SiO2B2O3Na2OAl2O3MgO
CaO
Li2O
K2 O

焼却物によって組成が大きく変動するため，都市ごみにおける主灰，飛灰のデータを参考に設定した．低レベル濃縮
廃液は硝酸ナトリウムを主成分とした．模擬イオン交換樹
脂および模擬焼却灰の化学組成を表 4 に示す．今後，微量元素や模擬核種の影響も考慮する必要がある．

高温粘度
↑↘
↓
↑
↗
→
↓
↓

高温
導電率
↓↓
↑
↗
→
↓
↑
↑

液相線温度
↑↘
↘
↑
↗
→
↓
↓

添加成分影響試算結果まとめ
表4

模擬廃棄物の化学組成（模擬イオン交換樹脂）
成分*1
陽イオン交換樹脂
陰イオン交換樹脂FeCr,Cr,Ni,Co,Cu,Zn
Cs*2,Sr*2
Total

濃度 [wt%]
無機化前 無機化後
63.3－
31.7－
4.4
88.0
各0.1
各2.0
各0.05
各1.0
100
100.0

*1：「軽水炉燃料のふるまい」(原子力安全研究協会、1998年)を参考とし、組成を設定した。
*2：挙動を評価するため、組成に含めた(橙色：物性向上，灰色：物性悪化)（模擬焼却灰）成分*3
SiO2CaO
Al2O3MgO
Na2OK2OFe2O3Total

図3濃度 [wt%]主灰飛灰 混合灰*4
42.73
25.15
34.86
20.23
38.11
28.23
18.74
12.92
16.13
2.72
3.46
3.05
4.85
10.06
7.18
1.61
7.60
4.29
9.12
2.70
6.25
100.0
100.00100.000

INTERGLAD を用いた添加元素の影響評価例
表5

ガラス組成の検討結果

模擬イオン交換樹脂

模擬焼却灰（主成分：Fe2O3）（主成分：SiO2-CaO-Al2O3）①SiO2-Na2O添加②SiO2-Na2O-B2O3添加③SiO2-B2O3添加④P2O5添加*3：「次世代都市ごみ処理技術の開発」(CMC出版、1998年)を参考に、主灰および飛灰の組成を設定*4：混合灰は、主灰と飛灰を1：1で混合した組成

表6⑤B2O3-Li2O添加⑥Na2O添加⑦SiO2-B2O3添加など

項目

1次サーベイ

2次サーベイ

廃棄物充填率密度(常温)
揮発率
ガラス成分
対象元素
溶融温度
溶融ガラス
粘度
物性
導電率
操業性
密度
比熱
熱伝導率
浸食挙動
レンガ
金属
化学的
短期試験
安定性
中・長期試験
均質性(ガラス化)
廃棄体の 結晶化温度(TTT線図)
安定性 固化体物性 熱容量
熱伝導率
熱膨張係数
機械強度

〇
〇
〇
－〇
〇
－－－－－－〇－〇－－－－－－－－〇
－－〇
〇
〇
〇
〇
〇
－〇－〇
〇
〇
〇
〇

ガラス組成を検討する上で，溶融性，廃棄物充填率，化減容性べき項目があるが，本開発では，溶融性，廃棄物充填率に焦点を当て，1100℃以下でガラス化可能な組成を検討した．
模擬廃棄物の化学組成に応じたガラス組成の設定は，状態図等の文献調査とともに，国際ガラスデータベース
INTERGLAD（ニューガラスフォーラム）を用いて検討した（図 3 参照）．
表 5 に本事業で検討したガラス組成を示す．
③ 評価項目低レベル廃棄物の溶融ガラス化における評価シーケンスと評価項目を表 6 に示す．

（主成分：Na2O）⑧SiO2添加⑨SiO2-B2O3添加⑩B2O3添加⑪SiO2-Al2O3添加

評価シーケンスと評価項目② ガラス組成の検討
学的安定性，放射性核種の閉じ込め性，揮発性など考慮す

模擬低レベル濃縮廃液

基準値
L1廃棄物
TRU廃棄物－－－－－
10～150poise(1100℃)
0.2～0.7S/cm(1100℃)－－－－－－< 2 g/m2(参考値)－－－－－－

L2廃棄物※化学的安定性に関しては，他の廃棄体と比べたガラスの優位性を示すことを目標として，米国基準等を参考に，参考値を設定

評価項目は，『減容性』，『操業性』および『廃棄体安定性』の観点から抽出し，溶融ガラス技術の成立性に係る基本的な項目を「1 次サーベイ」，溶融炉・プロセス選定や溶融炉④ 溶融ガラス化試験の運転条件設定等に必要な項目を「2 次サーベイ」とした．

a. 試験方法

なお，化学的安定性については，国内での基準がないため，ガラス組成（表 5 参照），廃棄物充填率，溶融温度をパラ

他の廃棄体と比べたガラスの優位性を示すことを目標としメータとして，ガラス化の可否を評価し，候補組成の絞りて，米国基準等を参考に，参考値を設定した．

込みを実施した．
171

December 2016

原子力バックエンド研究【試験条件】

ム）」，「熱力学諸量データベース」および本事業で得られた

溶融温度：800～1200℃（標準 1100℃）

物性データなどを用いて，ガラス組成や物性を検索，推算溶融時間：2 時間できるデータベース構築を目指している．

溶融ガラス化サンプルは，ガラス組成分析を行いガラス成分の揮発率を算出すると共に，高温粘度，浸出率（PCT3.3 運転制御開発試験）等の特性を評価した．

(1) 運転制御における課題

b. 試験結果

表 3 に記載した通り，低レベル廃棄物に溶融ガラス化を

表 7 に試験結果のまとめ（表 5 の結果から抜粋），図 4

適用するには，対象廃棄物によって，ガラス組成開発もしに溶融ガラス化サンプルの評価結果例（PCT 浸出試験，高くは運転制御開発で解決すべき課題がある．表 8 に運転制温粘度）を示す．

御開発の課題を示す．

各廃棄物に対して，溶融温度 1100℃程度で高充填率可能

イオン交換樹脂や HEPA フィルタ等では，廃棄物に含まなことを確認しており，米国基準値を満足できる溶融ガラれる成分の無機化や酸化が必要となる．一方，低レベル濃ス化条件を確認している．とくに，焼却灰は SiO2，Al2O3

縮廃液等では，廃棄物に含まれる成分を溶融ガラス化する成分を多く含有するため，添加剤が少なく，80wt%充填可

際に，材料浸食等の観点から，溶融炉の選定が必要となる．

能であった．今後，ガラス組成の改良を行うと共に，廃棄一例として，ホウケイ酸ガラスや鉄リン酸ガラスの溶融物の組成変動に対する対応を検討する．また，随時，対象ガラス化試験に用いる溶融炉材料の選定試験結果を図 5 に廃棄物を拡大する計画である．

示す．今後，これらの試験結果を踏まえて、ガラス組成や溶融温度に応じた溶融炉材料の選定が必要となる．

表7

溶融ガラス化試験結果のまとめ

添加試薬
模擬
イオン交換樹脂
模擬
焼却灰
(主灰)
模擬
低レベル
濃縮廃液

ガラス化
廃棄物充填率 溶融温度

高温
粘度浸出率
（PCT）

表8

溶融ガラス化における運転制御の課題

廃棄物名称

運転課題

①SiO2-Na2O

35wt%

1100℃

〇

△

イオン交換樹脂 有機成分の無機化④P2O540wt%

1100℃

－〇

低レベル濃縮廃液、除染廃液 等（高硝酸Na廃液）

 高Na含有ガラスの腐食に耐えうる溶融炉⑤B2O3-Li2O

80wt%

1100℃

〇

〇

低レベル濃縮廃液（リン酸廃液）

 高P含有ガラスの腐食に耐えうる溶融炉

イオン交換樹脂の溶離液

 高S含有ガラスの腐食に耐えうる溶融炉

HEPAフィルタ、金属Al板等

 金属AlのAl2O3への酸化処理⑨SiO2-Al2O3-B2O3-CaO

30wt%

1100℃

○△

良好な例

数mm
減肉

アルミナが腐食

数mm
減肉

酸素と反応

【基準値（米国・韓国等）】高温粘度：10～150poise(1100℃) 浸出率：< 2 g/m2（PCT)

Feが還元され析出酸性(中性)耐火物
ホウケイ酸ガラス
1200℃
米国・韓国等の基準値

溶融ガラス化サンプルの評価例

3.2 マトリックスデータベースの構築

黒鉛(空気/Ar雰囲気)
ホウケイ酸ガラス
1200℃

ほぼ減肉

材料
変質

塩基性耐火物
鉄リン酸ガラス
1200℃（PCT による浸出率測定結果） （高温粘度測定結果）
図4

酸性(中性)耐火物
ホウケイ酸ガラス
1500℃

図5

SUS304
鉄リン酸ガラス
1200℃

溶融炉材料の評価試験(2) スケールアップ試験

今後，将来のガラス固化におけるガラス組成やマトリッ

諸外国で研究・実用化されているガラス溶融炉や運転制

クス組成の開発において，従来の試行錯誤的なアプローチ

御等技術を調査し，低レベル廃棄物に溶融ガラス化を採用から，蓄積してきたガラス組成・特性データを活用する解する際の運転制御技術の課題に対する対策検討に反映した．

析的なアプローチへ発展させる必要がある．

また，るつぼ試験では把握できない運転制御技術の課題

このため，ガラス組成・特性データおよびこれらから推を確認することを目的に，管状炉や小型プラズマ炉（図 6定できる情報を研究開発者が統合的に利用できるようにす参照）を用いたスケールアップ試験を実施した．模擬イオるため，データベースを構築する．

ン交換樹脂，模擬焼却灰および模擬低レベル廃液のスケー

原子力機構が保有する「廃棄物ガラスデータベース

ルアップ試験結果を以下に示す．

（Waste Glass Data-base）」，産業界で利用されている「国際◇模擬イオン交換樹脂：管状炉，小型プラズマ炉で溶融

ガラスデータベース INTERGLAD（ニューガラスフォーラ

ガラス化を試みたが，模擬廃棄物および添加物の廃ガ
172資源エネルギー庁委託事業における低レベル放射性廃棄物のガラス固化技術の開発状況
ス移行率が高く，有機物の分解処理が課題

d) 将来のガラス組成やマトリックス組成の開発において◇模擬焼却灰：小型プラズマ炉でガラス化可能なこと確は，従来の試行錯誤的なアプローチから，蓄積してき認たガラス組成・特性データを活用する解析的なアプロ◇模擬低レベル濃縮廃液（硝酸ナトリウム）：管状炉でガーチへ発展させる必要があるため，データベースを構ラス化可能なことを確認

築する．
e) 低レベル廃棄物の溶融ガラスにおける運転制御の課題に対して，諸外国で研究・実用化されているガラス溶原料供給

加熱前

650℃到達融炉や運転制御等技術を調査し，対策を検討するとと900℃到達

400℃到達温度計

炉内観察

もに，管状炉や小型プラズマ炉を用いたスケールアッエアー管プ試験を実施した．

モニタ
管状炉

本事業を通して，ガラス固化技術の基盤整備・高度化を行うことで，ガラス固化技術の適用性拡大と信頼性向上に
温度計①
1000℃到達

るつぼ
試験後サンプルヒータ

温度：1100℃想定

バブリング
ポンプ

温度計②

外観

ガラス断面ガラスのSEM/EDS結果繋げたいと考える．

4

なお，本報告は，資源エネルギー庁委託事業「平成 26，27 年度次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業」の成果

概念図の一部である．
（管状炉：IHI）
参考文献[1]（サンプル外観）（小型プラズマ炉：電中研）
図6

溶融ガラス化におけるスケールアップ試験

4 まとめ
経済産業省資源エネルギー庁では，平成 26 年度より委託事業「次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業」を実施することとし，公募の結果，4 社（IHI，日本原燃，原子力機構，電中研）が受託した．
本事業は，5 ヶ年計画であり，本事業では，「低レベル廃棄物に対するガラス固化技術の基盤整備」と「高レベル廃液ガラス固化技術の高度化」について調査・研究を実施する．
a) 低レベル廃棄物へのガラス固化技術の適用に際しては，廃棄物自体に含まれる成分をガラス形成成分とすることで，添加物を最小限に抑えて，ガラス化する方法（溶融ガラス化技術）を採用する．
b) 原子力発電所や再処理施設で発生する低レベル廃棄物を調査し，溶融ガラス化技術の適用性を検討した結果，本事業（平成 26，27 年度）では，イオン交換樹脂，低レベル濃縮廃液，焼却灰等を選定した．
c) 溶融ガラス化試験の結果，各廃棄物に対して，溶融温度 1100℃程度で高充填率可能なことを確認しており，米国基準値を満足できる溶融ガラス化条件を確認している．とくに，焼却灰は SiO2，Al2O3 成分を多く含有するため，充填率 80wt%を達成した．
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鬼木ら；次世代再処理ガラス固化技術基盤研究（その1）～低レベル廃棄物に対する溶融ガラス化の検討～，
日本原子力学会 再処理・リサイクルセミナー(2015)

原子力バックエンド研究

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December 2016