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METHOD FOR DETECTING FOREIGN MATTER IN SOLIDIFIED GLASS BODY

Patent code P160013208
File No. 13980
Posted date Aug 9, 2016
Application number P2014-182856
Publication number P2016-057137A
Patent number P6406695
Date of filing Sep 9, 2014
Date of publication of application Apr 21, 2016
Date of registration Sep 28, 2018
Inventor
  • (In Japanese)西澤 代治
  • (In Japanese)猪瀬 毅彦
  • (In Japanese)大山 孝一
  • (In Japanese)宮内 厚志
  • (In Japanese)永井 崇之
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title METHOD FOR DETECTING FOREIGN MATTER IN SOLIDIFIED GLASS BODY
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple and quick method for detecting foreign matter in a solidified glass body.
SOLUTION: Disclosed is a method for detecting foreign matter in a solidified glass body by a laser ablation inductively-coupled plasma atomic emission spectrometry (LA-ICP-AES method) in which YAG-5ω laser is used as a light source. This method includes a step of, by linear irradiation of laser beams, measuring (a) local ICP emission intensity of an element peculiar to the foreign matter or a change in the ICP emission intensity, or (b) local concentration of an oxide peculiar to the foreign matter or a change in concentration thereof, and then detecting the foreign matter which is mixed into or unevenly distributed in the solidified glass body.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

原子力発電所から搬出される使用済み核燃料を再処理すると、高濃度の放射性物質を含む廃液(高レベル放射性廃液)が生ずる。高レベル放射性廃液は、再処理施設のガラス固化設備のガラス溶融炉にて溶融するホウケイ酸塩ガラスと混合され、キャニスタ中に流下され、次いで冷却されると、高レベルの放射性物質がガラス中に固定され、ガラス固化体が得られる。ガラス固化体は廃棄物管理施設で保管され、最終的に地層中に処分される。

ガラス溶融炉の開発及びガラス固化体製造方法の確立は難しく、開発過程では、通常、モックアップガラス溶融炉(モックアップ溶融炉)を用いて、放射能を有しない模擬高レベル放射性廃液(模擬廃液)をガラス固化する試験方法が用いられる。モックアップ溶融炉により製造されるガラス固化体が模擬ガラス固化体である。

高レベル放射性廃液をガラス溶融炉実機でガラス固化させる時と同様に、模擬廃液をモックアップ溶融炉でガラス固化させる時も、模擬廃液中の白金族元素(Pd、Rh、Ru等)、溶融ガラス中に落下した溶融炉天井レンガ成分、溶融ガラス中に溶損した溶融炉接液部レンガ成分等の異物は、比較的大きな固まりになって溶融ガラス中で偏在しやすく、モックアップ溶融炉の出口ノズルを閉塞させるため、溶融ガラスのキャニスタ内への流下の閉塞(流下不調)が生じやすい。
また、モリブデン酸塩とクロム酸塩が主成分である水溶性のイエローフェーズ(YP)が溶融ガラス(ガラス固化体)中に発生又は混入すると、地層処分後にガラス固化体が水分と接した時にガラス固化体中の放射性物質が溶出するおそれがある。
従って、白金族元素のみならず、溶融炉天井レンガ成分、溶融炉接液部レンガ成分、イエローフェーズ等の異物の検出又は元素濃度分析は、ガラス溶融炉の運転管理及びガラス固化体の製造品質管理にとって極めて重要である。

従来より、(1)溶液法誘導結合プラズマ発光分光分析法(溶液法ICP-AES)及び(2)蛍光X線分析法(XRF)が、ガラス固化体(以下、模擬ガラス固化体を含む総称として用いる)の元素濃度分析方法(異物の検出方法を含む)として用いられている。また、(3)目視確認も、レンガ成分やYP等の異物検出のために従来より用いられている。
しかし、従来技術(1)及び(2)は、ガラス固化体の元素濃度分析を行うまでの前処理に非常に多くの労力と時間、更にコストを要する。
(1)溶液法ICP-AESは、試料溶液の調製(ガラス固化体の一部を採取し、酸に溶解させ、測定用溶液を作製する)に多くの時間と労力を必要とする。更に、酸の使用は2次廃棄物(塩酸廃液、硝酸廃液)を発生させ、その処理コストを要する。
(2)XRFは、ガラス固化体を粉砕・微細化して測定用試料を作製する工程を要し、当該工程は多くの時間と労力を必要とする。
(3)目視確認は、流下ガラス(ガラス固化体)中のレンガ成分やYP等の異物の混入・発生の認定を可能とするが、異物の定量又は定性分析ができないという欠点を有する。

ところで、LA法ICP-AESによる貴金属(白金族元素、金及び銀)の分析法が検討された(例えば、特許文献1参照)。また、赤外線レーザが光源として用いられるLA法ICP-AESによる金属やガラス等の固体試料の元素濃度分析方法が検討された(例えば、特許文献2参照)。しかし、上記のLA法ICP-AESによりガラス固化体の元素濃度分析、及びガラス固化体中の異物の検出はできない。

なお、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma、略称ICP)は、気体に高電圧が印加されて発生するプラズマの内部に、高周波の変動磁場によって渦電流によるジュール熱を発生させて得られる高温のプラズマである。
発光分光分析(Atomic Emission Spectrometry、略称AES)は、原子化・熱励起された試料が基底状態に戻る際の発光スペクトルを測定する、元素の定性・定量分析法であり、原子吸光法と異なり、一度に複数の元素が分析される。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、YAGレーザ第5高調波光(YAG-5ωレーザ、波長λ≒213nm)を光源として用いるレーザアブレーション法誘導結合プラズマ発光分光分析法(LA法ICP-AES)による、ガラス固化体中の異物の検出方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
YAGレーザ第5高調波光が光源として用いられるレーザアブレーション法誘導結合プラズマ発光分光分析法によるガラス固化体中の異物の検出方法であって、
検量線作成用標準ガラス試料が、分析対象のガラス固化体の化学組成に類似させられて作製され検量線が作成される工程、
上記検量線が使用され、分析対象のガラス固化体の元素濃度が分析される工程、を基本工程として含み、さらに、
当該レーザ光の線状照射により、異物に特有な元素の局所的なICP(誘導結合プラズマ)発光強度又はICP発光強度の変化が測定され、ガラス固化体中に混入又は偏在する異物が検出される工程を含む、ガラス固化体中の異物の検出方法

【請求項2】
 
YAGレーザ第5高調波光が光源として用いられるレーザアブレーション法誘導結合プラズマ発光分光分析法によるガラス固化体中の異物の検出方法であって、
検量線作成用標準ガラス試料が、分析対象のガラス固化体の化学組成に類似させられて作製され検量線が作成される工程、
上記検量線が使用され、分析対象のガラス固化体の元素濃度が分析される工程、を基本工程として含み、さらに、
当該レーザ光の線状照射により、上記検量線が使用され、異物に特有な酸化物の局所的な濃度又は濃度変化が測定され、ガラス固化体中に混入又は偏在する異物が検出される工程を含む、ガラス固化体中の異物の検出方法

【請求項3】
 
ガラス固化体中の異物がガラス溶融炉天井レンガ成分、ガラス溶融炉接液部レンガ成分及び/又はイエローフェーズである、請求項1又は2に記載されているガラス固化体中の異物の検出方法

【請求項4】
 
ガラス溶融炉天井レンガがアルミナ・ジルコニア質焼成レンガ、ガラス溶融炉接液部レンガがクロミア・アルミナ系電鋳レンガである、請求項3に記載されているガラス固化体中の異物の検出方法
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014182856thum.jpg
State of application right Registered
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