High-precision thermal property measurements of glass for solidification of radioactive waste -Aiming to construct a thermophysical property prediction system

放射性废物固化用玻璃高精度热物性测量——旨在构建热物性预测系统

基本信息

批准号：
21H01854
负责人：
西剛史
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高レベル放射性廃棄物処理において、固化用ガラス作製時に安定した溶融炉の操業が困難なことが最も懸念されている。こうした溶融炉の正確な制御あるいはガラス作製時のトラブルを防ぐため、ガラス融体の熱伝導率と電気伝導率を操業前に把握する技術が求められている。より具体的には、ガラス融体の熱伝導率、電気伝導率を実測により高精度に評価し、NMR等を用いて推定したガラス融体のネットワーク構造から熱伝導のメカニズムを明らかにすることで、実操業におけるホウケイ酸塩融体の物性を把握できるデータベースを構築することが求められている。そこで、本研究では、従来測定が困難とされてきたケイ酸塩融体の比熱、密度、熱浸透率、電気伝導率を高精度に実測することを目指してきた。これまで、アルカリケイ酸塩およびアルカリアルミノケイ酸塩融体の熱浸透率を表面加熱・表面検出レーザフラッシュ法にて測定し、密度と比熱の値を用いて熱伝導率を評価した。3回以上の測定を行い、熱伝導率に再現性があること、Li系はNa系、K系よりも熱伝導率が大きいことが明らかとなった。また、セシルドロップ法にてアルカリケイ酸塩およびアルカリアルミノケイ酸塩融体の密度を測定し、再現性のある値で密度を算出することが可能となった。さらに、温度変調DSCを用いてホウケイ酸塩融体の比熱測定も実施しており、想定されるケイ酸塩融体の比熱の値および温度依存性が得られている。一方、電気伝導率測定装置の開発においては、昨年度設計した電気伝導率測定装置の整備に着手したが、加熱をする際の制御機構に改良する余地が残されており、ケイ酸塩融体の電気伝導率測定には至っていない。

在处理高级放射性废物时，最担心的是，在制造玻璃以固化时，很难操作稳定的熔炉。为了防止对玻璃生产过程中对熔炉或麻烦的准确控制，技术需要在操作前掌握玻璃熔体的热电导率。更具体地说，有必要建立一个数据库，该数据库可以通过评估玻璃融化的导热率和高精度的导热性和电导率来掌握实际操作中的物理特性，并从NMR的网络结构中阐明玻璃网络结构的机制，从而使用NMR估计的玻璃结构，因此，在此研究中，我们可以准确地衡量并衡量精确的热量，并且我们已经确定了精确的热量。硅酸盐融化，被认为难以测量。到目前为止，通过表面加热和表面检测激光闪光测量了碱性硅酸盐和碱性铝硅酸盐熔体的热渗透性，并使用密度和比热的值评估了热导率。经过三个或多个测量值后，揭示了热导率可再现的电导率，并且基于LI的系统的导热率比基于NA的系统和基于K的系统具有更高的导热率。此外，使用Cecil Drop方法测量了碱性硅酸盐和碱性铝硅酸盐熔体的密度，并且有可能用可重复值计算密度。此外，已经使用温度调制的DSC对硼硅酸盐熔体进行了特定的热测量，并获得了估计的比热值和温度依赖性。另一方面，在开发电导率测量设备时，我们开始开发去年设计的电导率测量设备，但是加热时仍有控制机制的改善空间，并且我们尚未达到硅酸盐熔体电导率的测量。