高レベル廃液ガラス固化技術：LFCM

高レベル廃液ガラス固化技術：LFCM

高レベル廃液処理の要

原子力発電所からは、運転に伴い、高レベル放射性廃棄物と呼ばれる危険な廃棄物が発生します。これは、使用済み核燃料を再処理する過程で生じる廃液で、非常に高い放射能レベルを有し、人の健康や環境への影響が懸念されることから、長期にわたる厳重な管理が必要不可欠です。

この高レベル放射性廃棄物を安全に管理するために開発された技術が、ガラス固化技術です。この技術は、高レベル放射性廃棄物を高温で溶かし、特殊なガラスと混ぜ合わせて固化させるというものです。生成されたガラス固化体は、高い安定性を持ち、放射線を遮蔽する効果にも優れています。

ガラス固化体は、地下深くに建設された安定した地層に保管されます。ガラス固化体と保管場所を組み合わせることで、放射性物質を環境から長期にわたって隔離することが可能となります。ガラス固化技術は、世界的に安全性の高い高レベル放射性廃棄物の処理方法として認められており、日本においても将来的な実施に向けて研究開発が進められています。

LFCMとは

– LFCMとはLFCMは、Liquid Fed Ceramic Melterの頭文字をとった言葉で、日本語では「廃液供給式直接通電型セラミック溶融炉」と訳されます。これは、高レベル放射性廃液を処理するための技術の一つです。高レベル放射性廃液には、寿命の長い放射性物質が含まれており、長期にわたって安全に管理する必要があります。LFCMは、この高レベル放射性廃液をガラスと混ぜ合わせて固化体にすることで、安全な保管を可能にする技術です。LFCMでは、まず高レベル放射性廃液とガラス原料を混合し、これを溶融炉に連続的に供給します。溶融炉内は1100℃以上の高温に保たれており、供給された混合物は溶けて液体状になります。この液体は、溶融炉内で徐々に冷却され、最終的にはガラス固化体となります。ガラス固化体は、化学的に安定しており、放射性物質を閉じ込める性質があります。そのため、ガラス固化体にすることで、放射性物質の環境中への漏出を防ぎ、長期にわたって安全に保管することができます。LFCMは、1988年から東海事業所の技術開発施設で開発が進められてきました。長年の研究開発により、LFCMは高い信頼性と安全性を備えた技術として確立されつつあります。

セラミック溶融炉の利点

– セラミック溶融炉の利点

高レベル廃液の処理には、過酷な条件にも耐えうる特別な設備が必要です。その中でも、セラミック溶融炉は優れた特性を持つ溶融炉として注目されています。

セラミック溶融炉の最大の特徴は、その名の通り炉の内側にセラミック、つまり耐火レンガが使われている点にあります。この耐火レンガは、極めて高い温度にも耐えられるだけでなく、様々な化学物質による腐食にも強いという特性を持っています。

高レベル廃液には、様々な放射性物質や腐食性の強い化学物質が含まれています。そのため、溶融炉にはこれらの物質に長期間にわたって耐えうる耐久性が求められます。セラミック溶融炉は、耐熱性と耐食性に優れた耐火レンガを採用することで、過酷な条件下でも安定した運転を長期間続けることを可能にしています。

このように、セラミック溶融炉は高レベル廃液処理において重要な役割を担っており、その優れた耐久性は、より安全で確実な廃液処理の実現に貢献しています。

ジュール熱による効率的な溶融

LFCM（ロスフローコントロール法）では、ガラス原料を溶かすために、電気抵抗を利用した発熱現象を用いています。これはジュール熱と呼ばれ、導体に電流を流すと、電気抵抗によって熱が発生する現象です。ガラスは高い温度になると電流を通しやすくなる性質があるため、溶融炉内の電極からガラス原料に電流を流すことで、ガラス自身が発熱し、溶けていきます。 この方法は、従来の外部から熱を加える溶融方法に比べて、熱効率が高く、エネルギー消費量を抑えることができます。また、ガラス全体を均一に温めることができるため、品質の高い均質な溶融ガラスを得られます。溶融炉内の温度は1,100℃から1,200℃の範囲で精密に制御されており、これにより、安定した形状と品質のガラス固化体の生成が可能となっています。

ガラス固化体の生成と保管

– ガラス固化体の生成と保管原子力発電所からは、運転に伴い高レベル放射性廃棄物が発生します。この廃棄物は、将来の世代に負担をかけないように、安全かつ長期的に隔離する必要があります。その方法の一つとして、現在研究が進められているのがガラス固化技術です。ガラス固化とは、高レベル放射性廃棄物を高温で溶かし、ガラスと混ぜ合わせて固める技術です。まず、高レベル放射性廃棄物を専用の炉で1000度以上の高温で溶かします。そこに、ガラスの原料となる珪砂やホウ酸などを混ぜ合わせます。すると、高レベル放射性廃棄物はガラス成分の中に取り込まれ、冷えて固まるとともに安定した状態になります。溶けたガラスと廃棄物の混合物は、キャニスターと呼ばれる金属製の容器に注ぎ込まれます。キャニスターは、内部が高温・高圧に耐えられるように設計されており、冷却システムも備わっています。キャニスター内で冷却された混合物は、徐々に固化し、最終的にはガラス固化体となります。ガラス固化体は、放射線を遮蔽する能力が高く、化学的にも安定しているため、長期にわたって安全に保管することができます。最終的には、ガラス固化体を地下深くに埋められるなどして、環境から隔離することが検討されています。このように、ガラス固化技術は、高レベル放射性廃棄物を将来の世代に影響を与えない形で処理できる、有望な技術として期待されています。