高レベル放射性廃棄物の処理：ガラス固化技術

高レベル放射性廃棄物の処理：ガラス固化技術

ガラス固化とは

– ガラス固化とは原子力発電所からは、ウラン燃料が核分裂反応を起こした後に、非常に強い放射能を持つ高レベル放射性廃液が発生します。この廃液には、燃料として使い終えたウランやプルトニウムから生じる核分裂生成物と呼ばれる物質が含まれており、人体や環境に深刻な影響を与える可能性があります。そのため、高レベル放射性廃液は、人が住む環境から長期的に隔離して管理する必要があります。ガラス固化は、この高レベル放射性廃液を安全に閉じ込めて保管するために開発された技術です。まず、廃液を高温で処理して水分を蒸発させます。その後、残った物質をガラス原料と混合し、さらに高温で溶かしてガラスにします。こうして生成されたガラスは、内部に高レベル放射性廃液を閉じ込めた状態となり、放射性物質を漏洩させにくい安定した状態になります。ガラス固化された高レベル放射性廃棄物は、冷却期間を経て最終的には地下深くに埋められることになります。ガラス固化は、高レベル放射性廃棄物の長期的な保管方法として、世界中で研究開発が進められています。

ガラス固化の手順

– ガラス固化の手順原子力発電所から発生する高レベル放射性廃棄物は、ガラス固化という方法で処理され、安定な形で長期保管されます。このガラス固化は、いくつかの重要な工程を経て行われます。まず初めに、使用済み核燃料を再処理した後に残る高レベル放射性廃液には、危険な放射性物質が含まれています。この廃液は、脱硝処理という工程で硝酸塩を除去します。これは、硝酸塩が水に溶けやすく、長期保管には適さないためです。次に、脱硝処理された廃液は、乾燥・仮焼という工程に進みます。ここでは、約600℃の高温で処理することで、廃液に含まれる水分を蒸発させると同時に、金属や放射性物質を含む成分を酸化物に変えます。この工程で生成されたものを仮焼体と呼びます。その後、この仮焼体とホウケイ酸系のガラス原料を混ぜ合わせます。ホウケイ酸ガラスは、熱に強く、化学的に安定しているため、放射性廃棄物の長期保管に適しています。混合物をさらに高温の炉で溶かし、均一な溶融状態にします。最後に、この高温の溶融物をキャニスタと呼ばれる専用のステンレス製容器に流し込みます。キャニスタは、高い耐久性と耐腐食性を備えており、内部のガラス固化体を長期間にわたって安全に保管することができます。溶融物を流し込んだキャニスタは、冷却されて固化し、ガラス固化体となります。このように、ガラス固化は、複数の工程を経て、高レベル放射性廃棄物を安定したガラスの中に閉じ込めることで、安全な長期保管を可能にする技術です。

ガラス固化の方法

– ガラス固化の方法高レベル放射性廃棄物を安全に長期保管するために、ガラスと混ぜ合わせて固化するガラス固化技術が重要な役割を担っています。このガラス固化の方法には、大きく分けて二つの方法が存在します。一つはセラミックメルタ法と呼ばれる方法です。この方法の特徴は、廃液の処理工程において、放射性物質を含む廃液から不要な物質を取り除く脱硝工程から、ガラスの原料となる物質を溶かす溶融工程までを、セラミックス製の装置一つで行う点にあります。このため、工程の簡素化や処理の効率化が期待できます。一方、メタリックメルタ法は、セラミックメルタ法とは異なり、仮焼工程と溶融工程を、それぞれ金属製の装置を用いて独立して行う方法です。具体的には、まず金属製の容器内で廃棄物を高温で加熱し、水分や揮発性物質を除去する仮焼処理を行います。その後、別の金属製の溶融炉に移し、ガラス原料と共に高温で溶かしてガラス固化体を作製します。フランスのマルクールでは、このメタリックメルタ法を採用したガラス固化装置（AVM）が実際に稼働しており、高レベル放射性廃棄物の処理に大きく貢献しています。このように、ガラス固化の方法にはそれぞれ特徴があります。それぞれの方法の利点や欠点を比較検討し、処理する廃棄物の性質や量、処理コストなどを考慮しながら、最適な方法を選択することが重要です。

ガラス固化の利点

– ガラス固化の利点ガラス固化は、放射性廃棄物を処理・処分するために用いられる方法の一つで、高レベル放射性廃棄物をガラスと混合して固化体を生成する技術です。このガラス固化体は、セメント固化やビチューメン固化といった他の固化方法と比較して、多くの点で優れた特性を持っています。ガラス固化体の最も大きな利点は、その高い健全性にあります。これは、ガラスという物質が持つ、熱や化学的変化に対して強い性質によるものです。特に高温環境に対する安定性は、放射性廃棄物の閉じ込めという観点から非常に重要です。放射性廃棄物は崩壊熱により長期間にわたって熱を発生し続けるため、固化体は高温に晒され続けることになります。ガラス固化体は高い耐熱性を持つため、高温環境下でもその形状や性質を維持することができ、長期間にわたって放射性物質を閉じ込めておくことができます。さらに、ガラス固化体は水に対する浸出率が非常に低いことも大きな利点です。これは、地下水による放射性物質の漏洩リスクを低減する上で極めて重要です。ガラス固化体は、水に接触しても溶解しにくく、放射性物質が周囲の環境中に溶け出すのを防ぎます。万が一、地下水に接触したとしても、ガラス固化体から溶け出す放射性物質の量は極微量に抑えられます。このように、ガラス固化は放射性廃棄物の長期的な安全性を確保する上で、極めて有効な手段と言えるでしょう。

ガラス固化の課題

– ガラス固化の課題

ガラス固化は、高レベル放射性廃棄物を長期的に安定化させるための有望な処理技術として知られています。この技術は、放射性廃棄物をガラスと混合して溶融し、冷却することで、固形のガラス固化体を作るというものです。ガラス固化体は、放射性物質を閉じ込めておくことができ、水に溶けにくい性質を持つため、環境への漏洩リスクを低減できます。

しかし、ガラス固化は万能な技術ではなく、いくつかの課題も抱えています。中でも、リン酸系ガラスを用いたガラス固化体の腐食が懸念されています。リン酸系ガラスは、特定の種類の放射性廃棄物を効率的に閉じ込めることができるという利点があります。しかし、水と反応しやすい性質を持つため、長期的な安定性や耐久性の面で課題が残されています。

ガラス固化体の腐食が進むと、閉じ込められていた放射性物質が環境中へ漏洩するリスクが高まります。そのため、リン酸系ガラスを用いたガラス固化体を安全に保管するためには、腐食のメカニズム解明や、腐食速度を抑制する技術の開発など、さらなる研究開発が不可欠です。ガラス固化技術の安全性と信頼性を向上させるためには、これらの課題を克服していく必要があるでしょう。