学科
エネルギー理工学科
専攻
工学研究科 総合エネルギー工学専攻
分野
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講座名
エネルギーシステム工学講座
研究グループ名
エネルギー資源循環工学グループ
研究室名
榎田・杉山・澤田研究室

放射性廃棄物の資源循環と
安全処分を設計する

苦労した1年間を語り合う研究室忘年会にて  苦労した1年間を語り合う研究室忘年会にて  苦労した1年間を語り合う研究室忘年会にて 

研究テーマ

・超臨界二酸化炭素利用技術の研究
・原子力燃料サイクル技術の研究開発
・高レベル放射性廃棄物の資源循環技術の開発
・高レベル放射性廃棄物の長期安定固定化技術の研究
・希少元素の資源循環技術の研究開発
・核融合炉燃料サイクル技術の研究
・高度な同位体分離技術に係る研究
・疎水性白金触媒の創成に係る研究
・ウラン廃棄物の管理に係る研究

論文テーマ

・固体核磁気共鳴分析を利用したホウケイ酸ガラスの構造と環境耐久性の研究
・原子炉冷却用溶融塩中の重金属溶解度測定法の研究
・高レベル放射性廃棄物からの合理的核種分離法の開発
・二重温度交換による水素同位体分離法の研究
・超撥水性白金触媒の創成技術に関する研究
・高シリカガラス媒体による高レベル放射性廃棄物の閉じ込めに関する研究
・ウランを含む凝集殿物からのウランの合理的回収法に関する基礎研究

キーワード

放射性廃棄物,ガラス固化,白金触媒,同位体分離,トリチウム,使用済燃料再処理,原子力化学工学,核融合炉,核分裂炉,燃料サイクル,水素同位体,核燃料,ウラン,プルトニウム,

Webサイト

研究内容

「原子力化学工学」は、人工元素の製造、核分裂炉および核融合炉による発電およびその燃料サイクルを工学手法で扱う分野です。
 このため、この分野では、原子力工学と化学工学の2つの分野の両方を股にかけた研究を行います。

原子力工学については、原子炉や同位体製造における核反応、原子力燃料で重要な物質の性質、中性子、ガンマ線、ベータ線の性質とこれらの材料中での反応についてよく理解することが重要です。
 つまり、原子力工学技術者は、中性子と原子力材料を熟知していることになります。

一方、化学工学については、エネルギー・システムで重要な材料とプロセスの特徴をよく理解して、材料を分離・精製するための、または、エネルギー・システムで使われる物質または形態に変換するためのプロセスを熟知していることが重要です。

具体的には、原子炉について知っておくべき側面として、二酸化ウラン燃料やトリチウムの製法や原料精製に加え、燃料被覆管用のハフニウムを不純物として除去した高純度のジルコニウムの製造法や冷却材中に含まれる腐食性生物の制御法に関する研究が含まれます。ウランとプルトニウムを資源循環するための原子力燃料の再処理方法とそれに伴う高レベル放射性廃棄物のガラス固化も重要です。

超臨界二酸化炭素中でウランを抽出する 超臨界二酸化炭素中でウランを抽出する 超臨界二酸化炭素中でウランを抽出する

研究環境

研究グループで専有する研究設備として、多数の超臨界流体取扱い設備やガラス溶融炉、レーザー光散乱粒径分析装置 1式、水素同位体分離装置 1式、液体シンチレーション・カウンタ 1式、ドラフトチャンバー 5式、グローブボックス 2式、誘導結合プラズマ質量分析装置 3式、誘導結合プラズマ発光分光装置 2式、粉末X線回折装置 1式、四重極質量分析装置 1式、走査型電子顕微鏡 1式等を駆使して実験研究を推進するとともに、原子力化学工学分野で重要な輸送現象に係るモデル構築とそれによるシミュレーションによる理論研究を両立させて実施しています。研究体制は平成27年1月末で教授 1名、准教授 2名、非常勤職員 3名、博士前期課程2年 4名、博士前期課程1年 4名、学部4年 4名の体制で研究を実施しています。

現在外国人留学生は在籍していませんが、これまで米国、モンゴル、スリランカ、中国からの留学生を受け入れた実績があり、名大からも米国アイダホ大学、米国ワシントン州立大学、仏国原子力庁研究所にて学生を含む研究室メンバーが滞在研究を行ってきました。国際的な研究環境は今後とも重要と考えています。

学生研究室の様子です. 学生研究室の様子です. 学生研究室の様子です.

社会貢献と自己実現を図る

我々の研究の特徴は、物理現象や材料の解析を通じて理解したり発見 したりするのではなく、原子力発電全体を支えるような実用大型システムにおける「新技術」の設計(デザイン)とその基礎研究を大学の場において実践することにあります。
 いわば理想的なシステムを「デザインし実現する」ことを目標としています。

現在の研究では、行き詰まっているといわれる放射性廃棄物の処理・処分システムを直接の対象としています。ここでは、原子力発電で発生する使用済み燃料の処理について紹介しましょう。

これまで、使用済み燃料のような高レベルな放射性廃棄物は、その処理をすればするほど、大量の二次的な放射性廃棄物が発生してしまうという矛盾に満ちていました。
 この点の解決について検討を行った結果、処理を行っても廃棄物がほとんど出ないプロセスを「デザインし実現する」ことに取組んで、「超臨界二酸化炭素抽出法」による使用済み燃料の再処理法の原理を発明し、原理実証に成功しました。

この新技術を使うと、二次的な放射性廃棄物の発生を大幅に減少でき、原子力エネルギー利用の経済性も大きく高めることができます。さらに重要なことは、この技術に注目した国の研究機関や民間企業と共同で、この名古屋大学発の新技術の実用化を目指した開発を進めることができて(写真参照)、
単に大学での基礎研究でよい成果を上げるということにとどまらず、実用大型システムとしての開発と実現にも大きく寄与しつつあるということです。
我々の成果にいち早く着目した米国や仏国とも協同して、米国ワシントン州に実用化プラントを建設済みであり、名古屋大学発の発明が実用システムとして採用されたことになります。

この技術のための研究は名大での多くの卒論、修論、博士論文で検討されたものであり、皆さんにも、同様の機会が待っています。

現在は、高レベル放射性廃棄物ガラス固化体の高性能化、超臨界二酸化炭素を活用した高性能材料の創製、廃棄物に含まれる貴重資源の再資源化と循環利用についての研究を行っています。

新技術の実用化プロジェクトに参画することによって、スキルとしての研究立案やプロジェクト推進・管理に係る 経験を習得でき、また、研究室ゼミの参加によって大型プラント設計の知識を身につけることができます。
我々の研究成果は、近い将来を支える 実用システムで採用される可能性があり、今後も研究室での研究や卒業後に研究開発プロジェクト・マネージャーとしての自己実現を図ること通じて社会貢献が可能です。

名大技術を基盤として国の研究機関や民間企業と共同で設計・製作したプルトニウム処理設備の様子 名大技術を基盤として国の研究機関や民間企業と共同で設計・製作したプルトニウム処理設備の様子 名大技術を基盤として国の研究機関や民間企業と共同で設計・製作したプルトニウム処理設備の様子