WO2012111090A1 - 放射性物質を伴う樹脂減容処理装置およびその動作方法 - Google Patents

放射性物質を伴う樹脂減容処理装置およびその動作方法 Download PDF

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    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Definitions

  • the present invention relates to an ion exchange resin volume reduction processing apparatus and an operation method thereof. More specifically, the present invention relates to an ion exchange resin volume reduction apparatus for reducing the volume of used ion exchange resin mainly used in nuclear facilities, and an operation method thereof.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-153998 discloses a technique for reducing the volume of ion-exchange resin discharged from a nuclear facility, which is low-level radioactive waste, by performing carbonization and ashing using oxygen plasma. Is disclosed. Patent Document 1 discloses a process for carbonizing and ashing a resin to be treated on the stage by placing the resin to be treated on a stage in a vacuum vessel and exciting oxygen plasma in the upper space thereof. .
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-275393 discloses excitation of inductively coupled plasma (hereinafter abbreviated as “IC plasma”) to generate high-density plasma, and It is disclosed that, after the IC plasma is stopped, excitation of capacitively coupled plasma is employed in the volume reduction process in order to decompose tar adhered in the container.
  • IC plasma inductively coupled plasma
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 when processing a resin, IC plasma using a high-frequency power source is usually employed for generating oxygen plasma (Patent Document 1, paragraph [ [0012] and Patent Document 2, paragraph [0012]). This is because, in the volume reduction treatment method for treating a resin, it is required to increase the processing amount per unit time, that is, the processing speed, and as a result, an IC plasma that easily increases the plasma density is selected as the oxygen plasma. .
  • the power source for exciting the IC plasma is hereinafter referred to as “ICP power source”.
  • the ICP power source is used to ignite oxygen plasma for the first time, that is, to ignite, and to maintain the excited state of oxygen plasma in the conventional volume reduction processing methods including Patent Document 1 and Patent Document 2. It is also used.
  • JP 2001-153998 A for example, paragraph 0012 JP 2000-275393 A, for example, paragraph 0012
  • the first problem is a problem with respect to the point of being difficult to ignite oxygen plasma as IC plasma.
  • the second problem is that when the pressure inside the vacuum vessel or the supply direction of the gas supplied to the vacuum vessel for volume reduction processing is changed, oxygen plasma as IC plasma is easily extinguished. This is a problem of resistance to changes in pressure and supply direction.
  • the third problem is that the oxygen plasma excited as IC plasma lacks stability, and the oxygen plasma is unexpectedly extinguished. The following countermeasures have been conventionally taken for each of these problems.
  • the pressure of the vacuum vessel is reduced to a lower pressure than that used for volume reduction treatment. Is used to adjust the pressure so that the pressure is increased after the IC plasma is ignited with the reduced pressure.
  • Such pressure adjustment is a complicated condition changing operation. This is because the pressure suitable for volume reduction treatment is higher than the pressure for igniting oxygen plasma as IC plasma, so that the pressure is lower than the pressure suitable for treatment of the vacuum vessel only for the purpose of igniting the plasma. This is because it means that the air is exhausted.
  • the second problem regarding the resistance to changing the pressure of the vacuum vessel and the direction of the supply gas to the vacuum vessel is that the first phase of relatively low temperature is used in order to efficiently perform the volume reduction process.
  • This is related to the volume reduction process being performed in two phases of the relatively high temperature second phase.
  • a first phase treatment at a relatively low temperature of about 400 ° C. and a second phase treatment at a relatively high temperature of about 700 ° C. are performed in this order. It is.
  • both the pressure suitable for processing and the direction of supply gas differ. More specifically, the pressure is preferably set higher in the second phase than in the first phase in the first phase and the second phase.
  • the direction of the supply gas is such that when the vacuum vessel has a cylindrical shape having an axis in the vertical direction, in the first phase at a relatively low temperature, a flow of oxygen gas that swirls around that axis (swirl flow). ) Is preferable, but in the relatively high temperature second phase, the direction of the oxygen gas is determined in a pattern that combines the swirl flow pattern and the flow toward the axis (concentrated flow). Is preferred.
  • the pressure change or the gas supply pattern change If the pressure is abrupt, there is a phenomenon that the oxygen plasma that has been excited by the ICP power source is extinguished until then.
  • a countermeasure is taken in which the pressure in the vacuum vessel is changed stepwise or continuously.
  • the gas supply pattern for example, the gas supply direction pattern is stepwise or reduced so that the total flow rate of the swirling flow and the concentrated flow is maintained as much as possible, and the swirling flow rate is decreased to increase the concentrated flow rate. Measures are taken to change continuously. While such stepwise or continuous pressure or gas supply pattern changes reduce the possibility of extinguishing the IC plasma, these measures are themselves complex processes.
  • the third problem concerning the stability of plasma is manifested as an unexpected extinction of plasma when gas is generated from the resin to be treated inside the vacuum vessel.
  • the resin to be treated is put in a state where oxygen plasma is excited by IC plasma, the ignition state of the plasma becomes unstable and the arc may be extinguished.
  • the resin to be treated contains a certain amount of moisture (for example, about 5%). Since the resin to be treated is an ion exchange resin used for purification of water such as cooling water, moisture is not completely removed even if it is dried. When the water-containing resin is put on a stage heated to a high temperature such as 400 ° C.
  • the oxygen plasma is stabilized as an IC plasma.
  • other measures such as introducing an auxiliary gas, such as argon or helium, to make the plasma easier to ignite or to increase the stability of the excited plasma. Yes.
  • argon gas or helium gas it is desirable to avoid the use of argon gas or helium gas in addition to oxygen because a plurality of types of gases need to be supplied for volume reduction treatment.
  • the present invention has been made to solve at least some of these problems.
  • the present invention contributes to facilitating treatment of the resin to be treated discharged from nuclear facilities by improving the ease of starting oxygen plasma as IC plasma.
  • the present invention also provides oxygen plasma as IC plasma when changing gas supply conditions such as pressure change and gas direction, and when changing plasma conditions such as additional charging of resin to be treated. By stabilizing the excited state of, it contributes to the stabilization of the treatment of the resin to be treated discharged from the nuclear equipment.
  • an ICP power source is used to reduce the volume of the resin using oxygen plasma excited in a vacuum vessel.
  • a power source other than the ICP power source is used as needed for the oxygen plasma for processing the resin.
  • This separate power supply supplies energy by generating a voltage or electric field, ie capacitive coupling, to the space where the plasma is ignited or excited. With this energy, it is possible to improve the ease of ignition of the plasma (ease of ignition), and it is possible to stabilize the excited plasma.
  • a resin to be treated with a radioactive substance is placed, and a stage capable of raising the temperature disposed in a vacuum vessel and the stage in the vacuum vessel are arranged.
  • a power source for CCP for supplying a voltage or electric field to the upper space by capacitive coupling
  • a power source for ICP for supplying power to the oxygen plasma excited in the space by inductive coupling
  • a volume reduction processing apparatus is provided in which a power source supplies a voltage or an electric field for igniting the oxygen plasma to the space.
  • a resin to be treated with a radioactive substance is placed, and a stage capable of raising a temperature disposed in a vacuum vessel, and the stage in the vacuum vessel
  • a power source for CCP for supplying a voltage or an electric field to the space above the space by capacitive coupling
  • a power source for ICP for supplying power to the oxygen plasma excited in the space by inductive coupling
  • the vacuum vessel A supply mechanism configured to supply the resin to be processed to the stage while maintaining the reduced pressure state, and the CCP power supply when the resin to be processed is supplied to the stage by the supply mechanism
  • a volume reduction processing apparatus for supplying the voltage or electric field is provided.
  • the volume reduction processing apparatus heat-treats the resin to be treated, and oxidizes at least one or both of the resin to be treated itself and the gas released from the resin to be treated with oxygen plasma. Can be done.
  • CCP power supply refers to a power supply provided to supply a voltage or electric field to the space above the stage in the vacuum vessel by capacitive coupling.
  • the CCP power supply outputs high-frequency power, such as 13.56 MHz, for example, and the high-frequency power, that is, CCP power, acts as a voltage or electric field on oxygen under reduced pressure in the space above the stage of the vacuum vessel.
  • This CCP power is used to turn oxygen into plasma and start it, and to stabilize the excited oxygen plasma.
  • the output from the ICP power source provided in the volume reduction processing apparatus of the above aspect together with the CCP power source, that is, the ICP power acts to increase the density of oxygen plasma by inductive coupling.
  • the action of the ICP power on the plasma at this time is due to electromagnetic induction on the charge of the plasma.
  • the CCP power by the CCP power source generates a voltage or an electric field in the space and acts to ionize and ionize oxygen molecules constituting the plasma.
  • the supply mechanism when the supply mechanism supplies the resin to be processed, when the resin to be processed is supplied in a reduced pressure state, it indicates a time point at which plasma extinction is likely to occur or a period including the time point. For this reason, the CCP power supply supplies voltage or electric field energy to the space above the stage in a time point at which plasma extinction is likely to occur when the resin to be processed is supplied or in a period including the time point. Operate.
  • a resin to be treated with a radioactive substance is placed, a stage capable of raising a temperature disposed in the vacuum vessel, A power source for CCP for supplying a voltage or an electric field to the space above the stage by capacitive coupling, a power source for ICP for supplying power to the oxygen plasma excited in the space by inductive coupling, A gas condition control unit for changing a supply condition of the gas supplied to the space in the vacuum vessel from a first gas condition to a second gas condition different from the first gas condition, When the supply condition is changed by the gas condition control unit, a volume reduction processing apparatus is provided in which the CCP power supply supplies the voltage or electric field.
  • the operation of the ICP power supply and the CCP power supply is the same as that of the above-described embodiment.
  • the time when the plasma is easily extinguished due to the change of the gas supply conditions and the period including the time are indicated.
  • the CCP power supply continuously supplies a voltage to the space above the stage through a time point at which the plasma is easily extinguished when the resin to be processed is supplied or through the backbone including the time point.
  • the present invention is also implemented by an aspect of the operation method of the volume reduction processing apparatus. That is, in one aspect of the present invention, the step of heating the resin to be processed by a stage placed on the resin to be processed with a radioactive substance disposed in the vacuum container, and the stage in the vacuum container A step of supplying a voltage or an electric field by capacitive coupling to the upper space, a step of supplying a voltage or an electric field by which the CCP power source ignites oxygen plasma to the space by capacitive coupling, and a power source for ICP being supplied to the space. Supplying a power by inductive coupling to the excited oxygen plasma.
  • the step of heating the resin to be processed by a stage placed on the resin to be processed with a radioactive substance disposed in the vacuum container; and the stage in the vacuum container A step of supplying a voltage or an electric field to the upper space by capacitive coupling, a step of supplying electric power to the oxygen plasma excited in the space by an ICP power source by inductive coupling, and a decompression state by a supply mechanism Supplying the resin to be processed to the stage of the vacuum vessel being maintained, and when the resin to be processed is supplied to the stage by the supply mechanism, the CCP power supply is A method of operating a volume reduction apparatus for supplying a voltage or electric field is provided.
  • a step of heating the resin to be processed by a stage placed on the resin to be processed with a radioactive substance disposed in the vacuum container, and above the stage in the vacuum container Supplying a voltage or electric field to the space by capacitive coupling, supplying electric power to the oxygen plasma excited in the space by an ICP power source by inductive coupling, and a gas condition controller Changing the supply condition of the gas supplied to the space in the container from the first gas condition to a second gas condition different from the first gas condition, wherein the supply condition is
  • An operation method of the volume reduction processing apparatus is provided in which the CCP power supply supplies the voltage or electric field when changed by the gas condition control unit.
  • the plasma can be easily ignited and the stability of the excited plasma can be improved.
  • FIG. 3 (a) of the parameter
  • a swirl flow (FIG. 4A), a concentrated flow (FIG. 4B), and a first phase air flow (FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the second-phase airflow (FIG. 4D).
  • FIG. 5A shows an example in which a disc electrode is arranged at the center of the high frequency coil
  • FIG. 5B shows an example in which a ring electrode is arranged at the outer periphery of the high frequency coil.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a volume reduction processing system 1000 including a volume reduction processing apparatus 110 in the present embodiment.
  • the volume reduction processing apparatus 110 of the volume reduction processing system 1000 includes a stage 112 in a vacuum container 114.
  • the stage 112 is configured to place the supply of the resin 20 to be processed (the resin 22 to be processed) accompanied by a radioactive substance.
  • a heater 116 is provided inside the flat plate portion on which the resin 22 to be treated of the stage 112 is placed, and the temperature of the stage 112 itself can be raised by the heater 116.
  • At least one or both of the processed resin 22 itself heated by the stage 112 and the gas released from the processed resin 22 are oxidized by the oxygen plasma P.
  • the CCP power supply system 180 can be used.
  • the power (CCP power) supplied by the CCP power supply system 180 generates a voltage or an electric field in the space S above the stage 112 in the vacuum vessel 114 by capacitive coupling.
  • the volume reduction processing device 110 is also equipped with an ICP power supply system 190.
  • the volume reduction apparatus 110 is also provided with a supply mechanism 122 configured to supply the resin to be processed to the stage while maintaining the decompressed state of the empty container.
  • the CCP power supply system 180 of the volume reduction processing device 110 continuously supplies the CCP power when the resin 20 to be treated is supplied to the stage 112 by the supply mechanism 122, thereby A voltage or electric field can be continuously applied to S.
  • a high frequency coil 142 is disposed on the outer surface of the top wall 114R of the vacuum vessel 114 on the atmosphere side.
  • the high frequency coil 142 is used to excite plasma in the space S inside the top wall 114 ⁇ / b> R of the vacuum vessel 114.
  • the exhaust line 150 for keeping the inside in a reduced pressure state is also connected to the vacuum vessel 114.
  • An exhaust valve 152 and a vacuum pump 154 are connected to the exhaust line 150.
  • the opening degree of the exhaust valve 152 is controlled by the pressure control unit 158, and the pressure control unit 158 continuously performs control based on the signal of the pressure sensor 160 that measures the pressure in the internal space of the vacuum vessel 114. Yes. Therefore, the pressure control unit 158 automatically controls the pressure of the vacuum container 114 as APC (Automatic Pressure Controller).
  • APC Automatic Pressure Controller
  • a carbon dioxide sensor 156 is connected to the outlet side path of the vacuum pump 154.
  • the carbon dioxide sensor 156 outputs concentration data or a concentration signal corresponding to the concentration of carbon dioxide gas measured in the exhaust path from the vacuum vessel 114.
  • any type of gas sensor that achieves the purpose of measuring the concentration of the carbon-containing gas can be used in place of the carbon dioxide sensor 156.
  • the same purpose can be achieved by using a carbon monoxide sensor instead of a carbon dioxide sensor.
  • the gas sensor such as the carbon dioxide sensor 156 may be provided not on the outlet side path of the vacuum pump 154 but on, for example, a wall surface of the vacuum vessel 114 or a path to the vacuum pump 154 in the exhaust line 150. .
  • the volume reduction processing apparatus 110 is provided with a radiometer 102.
  • This radiometer 102 is an arbitrary radiometer designed to measure the radioactivity of the resin 20 to be processed before being supplied to the volume reduction processing device 110.
  • a typical radiometer 102 may include a semiconductor detector that measures gamma rays by energy decomposition.
  • the radiometer 102 outputs radioactivity data or a radioactivity signal indicating the radioactivity value of the resin 20 to be treated.
  • the radiometer 102 is a radiometer having ⁇ -ray energy resolution, for example, the radioactivity in the specified nuclide can be measured while the radionuclide is specified by the energy of the emitted ⁇ -ray. It becomes possible.
  • the arrangement of the radiometer 102 is not limited to the position shown in FIG. 1, and is arranged at an arbitrary position where the radioactivity value of the resin 20 to be processed can be acquired.
  • the high frequency coil 142 is a coil formed by spirally forming a linear member such as copper.
  • the high-frequency coil 142 has a connecting portion at a spiral center portion and a peripheral portion.
  • the top wall 114 ⁇ / b> R of the vacuum vessel 114 is an insulator in order to generate a high-frequency electromagnetic field by the high-frequency coil 142 in the space S.
  • the top wall 114R is made of fused silica glass. Note that the configuration and arrangement of the high-frequency coil that can be employed in the present embodiment are not particularly limited to the arrangement of the high-frequency coil 142.
  • the volume reduction process of this embodiment can be performed by using a high-frequency coil having an arbitrary shape and arrangement suitable for excitation of oxygen plasma.
  • the volume reduction processing apparatus 110 of the volume reduction processing system 1000 includes a CCP power supply system 180 and an ICP power supply system 190 as plasma power sources.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the CCP power supply system 180 and the ICP power supply system 190.
  • the CCP power supply system 180 is connected to the high frequency coil 142 in combination with the ICP frequency blocking circuit 188 (the series resonance circuit 188A and the parallel resonance circuit 188B), whereas the ICP power supply system 190 is connected to the CCP frequency blocking circuit 188. It is connected to the high frequency coil 142 in combination with the circuit 198 (parallel resonant circuit 198A and parallel resonant circuit 198B).
  • the CCP power supply system 180 includes a CCP high-frequency power source 186 that is a high-frequency power source having a CCP frequency of 13.56 MHz, for example, and a CCP matching circuit 184 for matching the output to the high-frequency coil 142. Yes. Of the two outputs of the CCP power supply system 180, one CCP output 180P is connected to the high-frequency coil 142 via the parallel resonance circuit 188B of the ICP frequency blocking circuit 188. On the other hand, the other CCP output 180N is grounded to GND. Since the vacuum vessel 114 is also grounded at GND and maintained at a ground level potential (FIG.
  • the output of the CCP power supply system 180 passes between the high-frequency coil 142 and the vacuum vessel 114 through the top wall 114R.
  • a voltage or electric field is applied to the space S. That is, the high-frequency coil 142 forms a capacitor that creates an electric field in the space S with a conductive member having the same potential as that of the vacuum vessel 114, and the voltage or electric field generated by the CCP power causes the plasma at the time of ignition to be generated. It works to improve the ease of firing and the stability of the excited plasma.
  • the CCP matching circuit 184 includes variable capacitors CV1 and CV2 and reactance L1.
  • the CCP matching circuit 184 acts to efficiently transmit the current output of the CCP high-frequency power source 186 to the high-frequency coil 142, for example, by changing the capacitances of the variable capacitors CV1 and CV2 as circuit constants.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 includes a series resonance circuit 188A and a parallel resonance circuit 188B. Among these, in the series resonance circuit 188A, the capacitor C1 and the reactance L2 are connected in series. In the parallel resonance circuit 188B, the variable capacitor CV4 and the reactance L3 are connected in parallel.
  • the series resonance circuit 188A short-circuits the current of the frequency component of 2 MHz, that is, the ICP frequency component by series resonance, whereas the parallel resonance circuit 188B prevents the current of the ICP frequency component (2 MHz) from passing by the parallel resonance.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 including the series resonant circuit 188A and the parallel resonant circuit 188B has, for example, 2 MHz ICP frequency component power from the ICP power supply system 190 to the CCP power supply 182 and the CCP power supply system 180. It becomes the circuit which attenuates and stops.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 does not substantially act on CCP power having an ICP frequency such as 13.56 MHz, for example. That is, for the CCP power, the series resonance circuit 188A is the same as the open circuit, and the parallel resonance circuit 188B is the same as the short circuit.
  • the blocking frequency of the parallel resonance circuit 188B is adjusted by changing the capacitance of the variable capacitor CV4.
  • the reactance L2 and the reactance L3 are accompanied by parasitic resistance because they are actual reactance elements, and the energy of 2 MHz power in the resonance state is dissipated as Joule heat by the parasitic resistance.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 attenuates the power of the ICP frequency component from the ICP power supply system 190 toward the CCP power supply system 180.
  • the ICP power supply system 190 includes, for example, an ICP high-frequency power source 196 that is a high-frequency power source with an ICP frequency of 2 MHz, and an ICP matching circuit 194 for matching the output with the high-frequency coil 142. I have. Of the two outputs of the ICP power supply system 190, one ICP output 190P and the other ICP output 190N are respectively connected to the two high-frequency coils 142 through the parallel resonant circuits 198A and 198B included in the CCP frequency blocking circuit 198. Is connected to one terminal. The output of the ICP power supply system 190 generates a high frequency electromagnetic field in the space S between the high frequency coil 142 and the vacuum vessel 114 through the top wall 114R.
  • the ICP matching circuit 194 includes a variable capacitor CV3, a capacitor C2, and a variable reactance LV1.
  • the capacity of the variable reactance LV1 is adjusted in order to efficiently transmit the current output of the ICP high frequency power source 196 to the high frequency coil 142.
  • the CCP frequency blocking circuit 198 includes a parallel resonance circuit 198A connected to the ICP output 190P and a parallel resonance circuit 198B connected to the ICP output 190N.
  • the parallel resonance circuit 198A is a parallel resonance filter for attenuating power of a component of a CCP frequency, for example, 13.56 MHz, by the variable capacitor CV5 and the reactance L4.
  • the parallel resonance circuit 198B is also a parallel resonance filter for attenuating the CCP frequency component due to the variable capacitor CV6 and the reactance L5.
  • the blocking frequencies of the parallel resonant circuit 198A and the parallel resonant circuit 198B are adjusted by changing the capacitances of the variable capacitor CV4 and the variable capacitor CV5.
  • the reactances L4 and L5 are accompanied by parasitic resistance. For this reason, as in the case of the ICP frequency blocking circuit 188, the energy of the power of the CCP frequency (13.56 MHz) blocked by the parallel resonant circuit 198A and the parallel resonant circuit 198B is dissipated as Joule heat by the reactances L4 and L5. Is done. In this way, the CCP frequency blocking circuit 198 attenuates the power from the CCP power supply system 180 toward the ICP power supply system 190.
  • the CCP frequency blocking circuit 198 does not substantially work for the ICP power. That is, for the ICP power that is an ICP frequency such as 2 MHz, for example, both the parallel resonant circuits 198A and 198B operate as a short circuit.
  • both the CCP power supply system 180 and the ICP power supply system 190 are connected to the high-frequency coil 142.
  • the high-frequency coil 142 capacitively couples the 13.56 MHz high-frequency power from the CCP power supply system 180 to the space S (FIG. 1) between the vacuum vessel 114 and the ground as one function. Act as an electrode for.
  • the high-frequency coil 142 serves as an electrode for the grounded vacuum vessel 114, and a voltage or an electric field is generated in the space S by capacitive coupling.
  • the operation of the CCP power supply system 180 is to increase the ease of starting the plasma with respect to the space or to increase the stability of the excited plasma by capacitive coupling using a voltage or an electric field.
  • the capacitors C3 and C4 shown in FIG. 2 are provided for measuring the voltage by floating the high frequency coil 142 from the ground GND.
  • the voltage output from the CCP power supply system 180 is high frequency by monitoring the peak-to-peak voltage amplitude VPP with respect to the ground GND of the electrode opposite to the grounded electrode of the floating capacitor C3. It is possible to measure the standard of the voltage applied to the space by the electrode of the coil 142.
  • the high-frequency coil 142 acts as another coil that causes a current of 2 MHz high-frequency power from the ICP power supply system 190 to flow and generates an electric field and a magnetic field in the space S. .
  • the action of the high-frequency coil 142 at this time is an action by inductive coupling with plasma as a conductor generated in the space.
  • the action of the ICP power supply system 190 is an action of supplying power for increasing the plasma density to the space S by inductive coupling.
  • the ICP output 190N is provided with a current measuring terminal. By measuring the peak current IP from here, a measure of the output current of the ICP power supply system 190 can be obtained.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 is connected to the CCP power supply system 180, and the CCP frequency blocking circuit 198 is connected to the ICP power supply system 190. These blocking circuits function to mitigate the effects of other power on the power supply. That is, the ICP frequency blocking circuit 188 prevents the CCP high-frequency power source 186 from being damaged by the power from the ICP power supply system 190 or the matching by the CCP matching circuit 184 from being stepped out. Similarly, the CCP frequency blocking circuit 198 prevents the ICP high-frequency power source 196 from being damaged by the power from the CCP power supply system 180 or the matching by the ICP matching circuit 194 from being stepped out.
  • a typical volume reduction processing apparatus 110 (FIG. 1) according to this embodiment includes a supply mechanism 122.
  • the resin 20 to be treated is supplied to the stage 112 by the supply mechanism 122 through the supply side gate valve G1.
  • the supply mechanism 122 is provided with a quantitative mass 124 having a predetermined volume.
  • the fixed mass 124 is delivered by the arm 126 to the position above the stage 112 through the opened supply-side gate valve G1.
  • the resin 20 to be treated in the quantitative mass 124 is dropped onto the upper surface of the stage 112.
  • a fixed mass driving mechanism 128 that enables such an operation is connected to the arm 126.
  • the volume reduction apparatus 110 includes a vacuum vessel 114 that is generally formed in a cylindrical shape.
  • Gas supply lines 130 ⁇ / b> A and 130 ⁇ / b> B for supplying oxygen to the internal space of the vacuum container 114 are connected to the vacuum container 114.
  • Oxygen from the oxygen cylinder 132 is supplied from the gas supply lines 130A and 130B to the internal space of the vacuum vessel 114 through regulator valves 134A and 134B, respectively. Accordingly, at least the regulator valves 134A and 134B operate as a gas condition control unit that controls the supply condition of oxygen supplied to the internal space of the vacuum vessel 114.
  • the regulator valves 134A and 134B can be calibrated as controlled by the computer 176 directly or through the sequence control unit 174.
  • the computer 176 and the sequence control unit 174 also operate as a gas condition control unit.
  • the stage 112 is a metal tray that is manufactured in the shape of a circular dish and on which the resin 22 to be treated can be placed.
  • the stage 112 is configured to be able to rotate around an axis that passes through the center of the circular dish and is perpendicular to the flat plate portion while maintaining the airtightness of the vacuum vessel 114.
  • the stage drive mechanism 118 can cause the stage 112 to perform a slow rotation operation, for example, once per several minutes to several times per minute.
  • the stage 112 is manufactured so that the vertical position, that is, the height of the paper surface of FIG. 1 can be changed by a driving mechanism (not shown).
  • the stage 112 is connected to a heating power source 120 that supplies controlled power to the heater 116.
  • the stage 112 is equipped with a temperature sensor (not shown) that measures the temperature of the stage 112 itself.
  • the electric power supplied to the heater 116 is controlled in accordance with the temperature measurement signal from the temperature sensor.
  • the temperature of the stage 112 can be controlled to a temperature suitable for volume reduction processing such as 400 ° C. or 700 ° C., for example.
  • the computer 176 starts and stops the exhaust operation of the vacuum vessel 114, changes the pressure command value used by the pressure control unit 158 for automatic control, starts the heating power source 120, adjusts the output, Various controls such as a stop and drive command for the discharge mechanism 162 are performed.
  • the computer 176 receives data or signals from the volume reduction processing device 110, the radiometer 102, the carbon dioxide sensor 156, and the additional radiometer 172, and receives these data or signals for each control described above. Is used.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of an index indicating the state of the volume reduction processing system 1000 (FIG. 3A), and an explanatory diagram illustrating a state of resin volume reduction by a weight reduction ratio (FIG. 3B). )).
  • FIG. 3A shows the temperature of the stage 112 (curve 202) and the value of the carbon dioxide concentration obtained from the carbon dioxide sensor 156 (curve 204).
  • curve 214 is the estimated weight reduction rate which estimated the mode of volume reduction of resin.
  • the temperature of the stage 112 indicated by the curve 202 is a temperature indication value indicated by a temperature sensor provided in the stage 112 (not shown), and the numerical value is clearly indicated on the vertical axis.
  • the curve 204 indicating the value of the carbon dioxide concentration output from the carbon dioxide sensor 156 shows only temporal behavior, and the scale of the value is an arbitrary unit.
  • the value of the carbon dioxide concentration shown by the curve 204 is plotted linearly and the horizontal axis is such that the concentration is zero.
  • the sub-batch is a processing unit obtained by further subdividing a batch of the resin 20 to be processed, which is a unit processing amount for volume reduction processing.
  • the volume reduction processing by the volume reduction processing system 1000 is roughly divided into two processing phases, that is, a first phase (first processing) and a second phase (second processing). ing.
  • first phase the stage 112 is heated to approximately 400 ° C.
  • second phase the stage 112 is heated to approximately 700 ° C.
  • these temperatures show finer temporal variations as shown by the curve 202.
  • the treatment target of the volume reduction treatment system 1000 is an ion exchange resin used by a nuclear power generation facility or the like
  • the resin 22 to be treated is an ion exchange resin and a radioactive substance accompanied by the ion exchange resin. And the remaining moisture.
  • ion exchange resins used in nuclear power generation facilities are accompanied by adsorbing or holding radioactive substances including radioisotopes on themselves in the form of ions or corrosive organisms (cladding).
  • the resin 22 to be processed is divided into several sub-batches and put into the vacuum vessel 114 and placed on the stage 112.
  • the resin 22 to be treated is carbonized by being heated to about 400 ° C.
  • This process is a process first performed on the resin 22 to be processed.
  • a large amount of water vapor is released until the temperature reaches about 400 ° C.
  • the resin 22 to be treated begins to release a large amount of decomposition gas.
  • This release of cracked gas is close to a phenomenon in which general organic substances release cracked gas by heat.
  • power for exciting the plasma P is supplied to the high-frequency coil 142.
  • This power is a combination of 13.56 MHz high frequency power for capacitive coupling supplied by the CCP power supply system 180 and 2 MHz high frequency power for inductive coupling supplied by the ICP power supply system 190. Is.
  • the decomposition gas released from the resin 22 to be treated is oxidized by the oxygen plasma P excited in the space above the stage 112, and a component that is susceptible to oxidation in the decomposition gas, such as a carbon component, is oxidized.
  • the gas generated by oxidizing the decomposition gas by the oxygen plasma P, that is, the processing gas contains carbon dioxide and carbon monoxide. This processing gas is exhausted through the exhaust line 150.
  • the decomposition in this process is intense immediately after the start of the process and starts to weaken after a certain period of time. This corresponds to the consumption of components that are decomposed by the temperature.
  • the stage 112 is left with the decomposition gas component extracted from the resin 22 to be treated and carbonized.
  • the decomposition treatment of the resin 22 to be treated, the carbonization treatment, and the oxidation treatment of the decomposition gas are performed by combining the heating of the stage 112 and the oxidation by the oxygen plasma P.
  • the carbon component of the cracked gas in the first phase is discharged from the exhaust line 150 as carbon dioxide or carbon monoxide gas in the oxidized processing gas, and its concentration is measured by the carbon dioxide sensor 156.
  • the carbon dioxide concentration in the first phase increases with increasing temperature in each sub-batch, and after a high value is maintained for a certain time, it decreases with consumption of the components to be decomposed.
  • the value of the carbon dioxide concentration is a direct index indicating the amount of carbon per unit time that is oxidized in the resin 22 to be treated.
  • the value of the carbon dioxide concentration is an indirect indicator for all components oxidized in the resin 22 to be treated.
  • all the components oxidized in the to-be-processed resin 22 may contain a nitrogen component, a sulfur component, and a hydrogen component other than a carbon component.
  • the resin 22 to be processed is processed in units of sub-batches in which the resin 22 to be processed is subdivided into the processing capacity range of the volume reduction processing device 110.
  • FIG. 2A shows a state in which the resin 22 to be treated is put into four sub-batches.
  • the progress of carbonization and decomposition treatment by heating on the first sub-batch of the resin 22 to be treated is monitored as the value of the carbon dioxide concentration.
  • the supply-side gate valve G1 is opened, and the next sub-batch, that is, the second sub-batch treated resin 22 is additionally charged.
  • the processed resin 22 that has been processed as the first sub-batch remains on the stage 112.
  • a second sub-batch treated resin 22 is additionally supplied to the stage 112 in that state. Therefore, the resin 22 to be processed is processed in both the newly added second sub-batch and the first sub-batch being processed. Thereafter, the third sub-batch and the fourth sub-batch are similarly processed.
  • the first phase of the resin 22 to be treated is advanced in this way because a large amount of cracked gas is generated from the resin 22 to be treated in the first phase compared to the second phase. This is because the ability to process may be insufficient.
  • the second phase will be described.
  • the vacuum vessel 114 remains decompressed without being released to the atmosphere.
  • the pressure that is, the degree of vacuum is changed between the first phase and the second phase.
  • the processing target of the second phase is a semi-processed product carbonized through the first phase processing as the first to fourth sub-batch of the resin 22 to be processed remaining on the stage 112.
  • this half-processed product is also referred to as a resin 22 to be processed.
  • the temperature of the stage 112 is raised to 700 ° C. in that state.
  • the second phase is a process of further reducing the volume by reducing the carbon component of the resin 22 to be treated that has been carbonized by ashing that combines heat treatment and oxygen plasma.
  • oxygen plasma P is used as in the first phase.
  • the high-frequency coil 142 is supplied with electric power for exciting the plasma P by inductive coupling.
  • oxidizing the cracked gas was an action expected of the oxygen plasma P
  • the oxygen plasma was expected in the action of ashing the carbonized resin 22 to be treated. P is excited.
  • the gas supply conditions are different for the first phase and the second phase. Most typically, a higher pressure than in the first phase is selected in the gas supply conditions in the second phase.
  • the oxygen supply direction is also selected so that the airflow from the top wall 114R toward the stage 112 in the second phase is larger than that in the first phase.
  • the carbon components remaining in the resin 22 to be treated are discharged from the exhaust line 150 as a treatment gas such as carbon dioxide or carbon monoxide gas. Is done.
  • the carbon dioxide concentration in the second phase also increases as the temperature increases, and after a high value is maintained for a certain time, it decreases according to the consumption of the component to be oxidized.
  • the value of the carbon dioxide concentration obtained from the carbon dioxide sensor 156 is a direct index indicating the amount of carbon per unit time oxidized in the resin 22 to be treated, This is an indirect indicator for all components oxidized in the resin 22 to be treated.
  • the supply of the resin 20 to be processed (the resin 22 to be processed) is subjected to volume reduction processing while being placed on the stage 112.
  • This volume reduction process is performed by a heat process by the stage 112 and an oxidation process by the oxygen plasma P. That is, the volume reduction treatment apparatus 110 heats the resin 22 to be treated, and oxidizes at least one or both of the resin 22 itself and the gas released from the resin 22 with the oxygen plasma P. .
  • the volume reduction process is performed in the second phase, the solid content (residual solid matter) placed on the stage 112 is obtained from the resin 22 to be treated.
  • the CCP power supply system 180 and the ICP power supply system 190 are stopped, the excitation of plasma is stopped, and the stage heating is also stopped, thereby stopping the volume reduction process.
  • the residual solid is removed from the stage 112 by the discharge mechanism 162 and discharged to the outside of the vacuum container 114.
  • a suction pipe 164 including a recovery nozzle 166 is disposed in the discharge mechanism 162.
  • the suction pipe 164 is connected to a discharge drive mechanism 168 for driving the position of the recovery nozzle 166 to a position suitable for suction of the residual solid matter on the stage 112 in a state where the discharge side gate valve G2 is open.
  • the residual solid sucked by the suction pipe 164 is recovered while preventing scattering through a bag filter or a cyclone (both not shown) for recovering the residual solid from the airflow, and is temporarily stored in the residual solid container 170. It is stored in.
  • the residual solid container 170 is provided with an additional radiometer 172 for measuring the radioactivity remaining in the final residual solid.
  • the solid residue in the solid residue container 170 is then sealed, for example, with cement or covered with sand to increase safety, and transported to a suitable facility such as a final disposal site for semi-permanent use. Is disposed of by permanent storage.
  • the CCP power supply system 180 operates to generate a voltage or an electric field in the space S in the vacuum vessel 114 by capacitive coupling.
  • This voltage or electric field has the effect of facilitating the ignition of the oxygen plasma.
  • This voltage or electric field also has an arc extinguishing prevention effect that prevents arc excitation of the excited oxygen plasma.
  • oxygen in a reduced pressure state is easily ionized and ionized. For this reason, oxygen easily turns into plasma.
  • This reduced pressure state may be a pressure suitable for a decompression process described later, for example, a pressure of about 10 Torr.
  • a pressure suitable for a decompression process described later for example, a pressure of about 10 Torr.
  • the CCP power supply system 180 it is not necessary to reduce the pressure in the vacuum vessel 114 for the purpose of facilitating plasma ignition. If the plasma is ignited only by the ICP power supply system 190 without using the CCP power supply system 180, an equivalent voltage, that is, an electric field is not generated with the same power.
  • the pressure region in which these devices normally operate is a region on the right side of the minimum value of the Paschen curve, that is, a region in which the voltage or electric field required for discharge increases as the pressure increases.
  • the ICP power supply system 190 when only the ICP power supply system 190 is used, it is necessary to set a lower pressure in order to easily ignite the oxygen plasma. Furthermore, the ionization effect by the voltage or electric field which the CCP electric power supply system 180 brings with respect to the space S is useful also about arc-extinguishing prevention property.
  • the ICP power supply system 190 functions to increase the density of the oxygen plasma P. Since high-density oxygen plasma P is generated by electromagnetic induction in the vicinity of the high-frequency coil 142, that is, directly below the top wall 114R, by the power from the ICP power supply system 190, the processing amount per unit time in the volume reduction processing, that is, the processing speed It is possible to increase.
  • the densification is achieved by inductively coupling the conductivity indicated by ionized ions in the plasma with the power for ICP.
  • the current in the high-frequency coil 142 is only increased.
  • the CCP power is superimposed on the ICP power as in the present embodiment, an ionizing action is brought about even on oxygen molecules that have not been converted to plasma. For this reason, superimposing the CCP power on the ICP power helps to start the oxygen plasma and prevents the plasma once excited from extinguishing.
  • the timing at which the plasma is ignited is the timing shown at time A in FIG. 3A, that is, the timing at which the first phase processing is started.
  • the timing will be described in detail.
  • a process of measuring the initial radioactivity is executed by the radiometer 102.
  • the sub-batch (first sub-batch) resin 22 to be processed initially is opened by opening the supply-side gate valve G1, and the supply-side gate valve G1 is closed again.
  • This is a process of supplying a constant volume of the resin 22 to be processed by the fixed mass 124 and is a process of placing the resin 22 to be processed on the stage 112 of the vacuum vessel 114 in advance as a first sub-batch.
  • the inside of the vacuum container 114 is depressurized.
  • a pressure of about 10 Torr (1.3 kPa) is selected as a pressure suitable for the volume reduction process in the first phase.
  • the stage 112 is heated to 400 ° C. by the heater 116 in order to start the volume reduction process in the first phase.
  • measurement of the carbon dioxide gas concentration by the carbon dioxide sensor 156 is started. Note that the order of raising the temperature of the stage and starting measurement of carbon dioxide gas may be reversed.
  • the plasma is then ignited. In the volume reduction processing apparatus 110 of the present embodiment, it is possible to ignite plasma while automatically controlling the pressure suitable for the first phase processing described above.
  • the CCP power supply system 180 starts to supply the power of the CCP frequency such as 13.56 MHz (CCP power) to the high-frequency coil 142. .
  • this electric power acts to oscillate the voltage of the high-frequency coil 142 with respect to a grounded conductor portion such as the vacuum vessel 114 and the stage 112.
  • the voltage acts as an electric field for the space S, and converts the introduced oxygen into plasma. In this way, the oxygen plasma is ignited.
  • the output of the CCP power supply system 180 necessary for this is, for example, about 1 kW.
  • the pressure is lowered below the pressure suitable for volume reduction processing, as in the conventional volume reduction processing apparatus, or the volume reduction processing is performed thereafter. Therefore, there is no need to return the pressure to the required pressure.
  • ICP power is output from the ICP power supply system 190 in order to supply power by inductive coupling which is useful for increasing the plasma density.
  • the output of the CCP power supply of the CCP power supply system 180 is increased to, for example, about 2 kW in order to stabilize the plasma excitation state.
  • the output of the ICP power of the ICP power supply system 190 can be an arbitrary output.
  • the CCP power supply system 180 outputs the CCP power to generate a voltage or an electric field in the space S at the same time, and at the same time, the ICP power from the ICP power supply system 190.
  • the action of is applied to the space S. In this way, even if there is moisture released from the supplied first sub-batch of the resin 22 to be processed, the high-density oxygen plasma can stably maintain the plasma state.
  • This action at time B1 works similarly even when the second sub-batch, the third sub-batch, and the fourth sub-batch of the resin 20 to be treated are additionally charged. These timings are clearly shown as times B2, B3, and B4 in FIG.
  • the CCP power is output from the CCP power supply system 180, and at the same time, the ICP power is also output from the ICP power supply system 190. It becomes possible to stably excite the oxygen plasma.
  • the supply-side gate valve G1 When the second to fourth sub-batches are charged, the supply-side gate valve G1 is opened, the resin 20 to be processed as each sub-batch is charged, and then the supply-side gate valve G1 is closed again. It is. Since both sides of the supply-side gate valve G1 are evacuated, even if the supply-side gate valve G1 is opened, the pressure in the vacuum vessel 114 does not change.
  • the output of the carbon dioxide sensor 156 is monitored. For example, until the measured value of the concentration of carbon dioxide gas drops from the maximum value to about 90%, it is determined that the maximum value remains, and monitoring is continued. And if it is judged that it fell from the maximum value by, for example, less than 90%, the resin of the sub-batch next to the sub-batch being processed is additionally charged.
  • the output of the CCP power by the CCP power supply system 180 is controlled in accordance with the progress of the processing based on the output of the carbon dioxide sensor 156 monitored in this way. It is also possible to do.
  • the output of the CCP power by the CCP power supply system 180 is started by the time when the additional sub-batch is introduced, and the output is continued for a predetermined period determined based on the experiment. When the predetermined period has passed, the output of the CCP power by the CCP power supply system 180 is stopped.
  • the stage 112 is in a state in which the supplied carbonized resin 22 is disposed.
  • a process of ashing this is performed as the second phase process.
  • the stage temperature is first raised to 700 ° C.
  • the gas supply conditions are changed from those in the first phase to those in accordance with the processing conditions in the second phase.
  • This change in the gas supply condition includes a change in various conditions such as a change in pressure inside the vacuum vessel 114 and a change in the flow rate and supply direction of oxygen gas.
  • the gas supply conditions may include any of gas conditions that affect the stability of the plasma.
  • the gas supply conditions changed in the first phase and the second phase include the pressure inside the vacuum vessel 114. This is because the pressures suitable for the volume reduction processing in the first phase and the second phase are different.
  • the pressure in the second phase is set to about 10 Torr (1.3 kPa), for example.
  • the pressure in the second phase is set to, for example, 30 to 50 Torr (about 4.0 to 6.7 kPa).
  • the pressure is suddenly changed when the pressure is different between the first phase and the second phase, the plasma is extinguished with the conventional method in which the oxygen plasma is excited only by the ICP power. The probability that it will be increased.
  • the pressure is changed stepwise or continuously from the pressure in the first phase to the pressure in the second phase.
  • the output of the CCP power by the CCP power supply system 180 is used for the ICP by the ICP power supply system 190. Use with power output.
  • the combined operation of the CCP power and the ICP power supply makes it possible to stably maintain the plasma excitation state even if the pressure is suddenly changed.
  • the output of the CCP power supply system 180 necessary for this is, for example, about 1 kW.
  • the pressure of the vacuum vessel 114 is controlled by changing the pressure command value that the pressure control unit 158 performs automatic control as APC.
  • the oxygen gas supply direction patterns are different from each other. That is, in the first phase, oxygen is supplied mainly by a swirl flow pattern, whereas in the second phase, oxygen is supplied by a pattern that combines the swirl flow component and the concentrated flow component that gathers toward the axis. Is done.
  • the swirl flow is generally an orientation along the inner wall of the cylinder and substantially along the surface included in the stage 112 in the vacuum vessel 114 made in a cylindrical shape coaxial with the central axis of the stage 112. In the cylindrical space S, the oxygen gas vortex is generated so as to be generated.
  • FIG. 4 is a horizontal sectional view of the vacuum vessel 114, showing a swirling flow (FIG. 4A), a concentrated flow (FIG. 4B), and a first phase air flow (first pattern, FIG. 4C). And a second phase airflow (second pattern, FIG. 4D). Due to the introduction of these gases, the inner wall of the vacuum vessel 114 has a number of orientations that turn around one direction along the circumference for swirl flow and towards the axis for concentrated flow. A gas inlet is provided. In FIG.
  • the introduction direction from the gas supply line 130 ⁇ / b> A is drawn in a direction toward the paper surface on the left inner surface of the vacuum container 114, and in a direction protruding from the paper surface on the right inner surface of the vacuum container 114. Further, the introduction direction from the gas supply line 130B is drawn in a direction from the inner surface of the vacuum vessel 114 toward the center.
  • the flow rate for each gas inlet is realized by adjusting the open / close state and flow rate of the regulator valve 134A for swirl flow and the regulator valve 134B for concentrated flow included in the gas supply line 130A or 130B. Is done.
  • oxygen gas is supplied by these patterns.
  • the main volume reduction process is to oxidize the decomposition gas released from the supplied resin 22 to be treated.
  • the first-phase oxygen plasma a process for oxidizing the decomposition gas as efficiently as possible is performed.
  • the direction of the oxygen gas is swirled (FIG. 4 (c)).
  • the supplied resin 22 to be treated is in a carbonized state, and the main treatment is ashing the carbonized residue solid.
  • the reason why the swirl flow component remains in the second phase pattern is that if the flow rate of oxygen suitable for volume reduction treatment is supplied only by the concentrated flow, the downflow becomes too strong. In other words, by combining the swirl flow with the concentrated flow, an appropriate down flow is actually performed while supplying oxygen at a flow rate suitable for volume reduction treatment. In order to set the oxygen supply pattern in this way, the ratio of the concentrated flow and the swirling flow is adjusted.
  • oxygen plasma when oxygen plasma is excited as IC plasma by the output of the ICP power supply only by the ICP power supply system 190, it is excited as IC plasma when the oxygen supply pattern is rapidly changed.
  • the oxygen plasma that is present can extinguish.
  • the possibility of extinguishing the plasma is not completely eliminated.
  • the output of the CCP power from the CCP power supply system 180 is used in addition to the output of the ICP power supply from the ICP power supply system 190, the timing of changing the direction of oxygen supply is used. It is possible to reduce the possibility that the plasma is extinguished. Therefore, the conventional process of changing the direction of supplying oxygen stepwise or continuously is not necessary. For example, even if the oxygen supply pattern is suddenly changed from a swirl flow pattern suitable for the first phase to a combination of swirl flow and concentrated flow suitable for the second phase, the plasma is stably excited. It is possible to maintain the state.
  • the CCP power is output from the CCP power supply system 180 when the ignition timing of the plasma, the timing of additional charging of the resin to be treated in the first phase, and the first phase. At any or all of the timing of the transition to the second phase.
  • the CCP power output from the CCP power supply system 180 output at any one of these timings acts as a voltage or an electric field on the space S, thereby facilitating plasma ignition and preventing arc extinction.
  • the CCP power supply system 180 is operated by appropriately selecting some or all of these timings as necessary.
  • the CCP power supply system 180 may be operated so as to continuously output the CCP power.
  • One of the effects is that unexpected arc extinction of oxygen plasma can be prevented in advance as in the above-described operation at each timing.
  • Another effect is that the processing speed can be increased as compared with the case where only the output of the ICP power supply from the ICP power supply system 190 is used.
  • the effect of increasing the processing speed is related to the fact that the oxygen flow rate is conventionally limited only by IC plasma. If the output of the CCP power from the CCP power supply system 180 of the present embodiment is used, the stability of the plasma is increased. It becomes possible to make it. As a result, it is possible to increase the oxidation rate of the decomposition gas or the supplied solid residue of the resin 22 to be processed, and the processing rate by the volume reduction processing device 110 can be increased.
  • the timing for outputting the CCP power from the CCP power supply system 180 is an arbitrary timing for performing the processing of the first phase and the second phase.
  • the CCP power is output from the CCP power supply system 180 in any period from time B1 to time B2, as shown in FIG. 3A, in any period from time B2 to time B3, and In any period from time B3 to time B4, it is an arbitrary part or all of the period. If the CCP power supply system 180 outputs the CCP power during any of these periods, the processing speed when oxidizing the cracked gas in the first phase can be increased. As another period, it is also useful to output the CCP power from the CCP power supply system 180 at an arbitrary timing after the time C. If the CCP power supply system 180 outputs the CCP power in an arbitrary period after the time C, it is possible to increase the processing speed when oxidizing the residual solids of the resin 22 to be processed supplied in the second phase. become.
  • Example An example of an operable volume reduction processing apparatus 110 according to the above-described embodiment was produced. Specifically, the CCP power supply system 180 and the ICP power supply system 190 shown in FIG. It should be noted that the circuit constants of the component parts described in Table 1 include those that are adapted to the necessary circuit constants by combining not actual components but individual components.
  • the capacitor C2 (2500 pF) used in the ICP matching circuit 194 can be implemented by a combined capacitance realized by connecting two 1000 pF capacitors and one 500 pF capacitor in parallel.
  • the oxygen plasma P is actually easily ignited and the stability of the excited oxygen plasma P is reduced. Evaluated. As a result, it was possible to easily ignite the oxygen plasma P as compared with the case where only the ICP power supply system 190 was used without using the CCP power supply system 180. Specifically, it is output from the CCP power supply system 180 to the high-frequency coil 142 while maintaining the pressure of 10 Torr (1.3 kPa) without having to lower the pressure of the vacuum vessel 114 for ignition. The oxygen plasma P could be ignited by setting the output of 56 MHz to about 1 kW.
  • the output from the CCP power supply system 180 is increased to about 2 kW, and the 2 MHz output output from the ICP power supply system 190 to the high frequency coil 142 is increased to about 3 kW.
  • a high-density plasma was generated and the volume reduction treatment could be performed. This plasma was not only easily ignited at time A (FIG. 3) of the first phase, but was also stably excited without being extinguished at any time B1, B2, B3 and B4.
  • the pressure in the vacuum vessel 114 is increased to 50 Torr (about 6.7 kPa), and the regulator valve 134A and the regulator valve 134B are controlled to change the swirl flow from the swirl flow. It was changed to a combination with a concentrated flow. Even at the time C, the excited plasma was not extinguished, and it was possible to continue exciting the stable plasma.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a plurality of electrodes arranged on the atmosphere side surface of the top wall 114R of the vacuum vessel 114 and the state of connection of the CCP power supply system and the ICP power supply system to them. is there.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a plurality of electrodes arranged on the atmosphere side surface of the top wall 114R of the vacuum vessel 114 and the state of connection of the CCP power supply system and the ICP power supply system to them. is there.
  • a disk electrode 144 is disposed at the center of the high frequency coil 142 connected to the ICP power supply system 190A, and the CCP power from the CCP power supply system 180A is applied to the disk electrode 144.
  • An example of output is shown.
  • a ring electrode 146 is disposed on the outer periphery of the high-frequency coil 142 connected to the ICP power supply system 190B, and the CCP power from the CCP power supply system 180B is supplied to the ring electrode 146.
  • An example of output is shown.
  • the current as the outputs of the ICP power supplies 192A and 192B from the ICP power supply systems 190A and 190B flows through the high-frequency coil 142, so that the space S Has the effect of increasing the density of the plasma.
  • the high frequency coil 142 is used only for inductively coupling the ICP power to the space S, it functions only as an ICP coil.
  • the output of the CCP power from the CCP power supply 182A of the CCP power supply system 180A is the space S between the disk electrode 144 and the vacuum vessel 114. It acts as a voltage or an electric field to facilitate plasma ignition and to stabilize the plasma.
  • the output of the CCP power from the CCP power supply 182B of the CCP power supply system 180B is between the ring electrode 146 and the vacuum vessel 114.
  • An action that acts as a voltage or an electric field on the space S to facilitate the ignition of the plasma and an action to stabilize the plasma are realized.
  • the vacuum vessel 114 is also grounded at GND and maintained at a ground level potential (FIG. 1), the disc electrode 144 or the ring electrode 146 is not spaced from the conductive member at the same potential as the vacuum vessel 11. It is a capacitor that creates an electric field in S.
  • the CCP power supply from the CCP power supply system 180A or 180B when the CCP power supply from the CCP power supply system 180A or 180B is output to an electrode different from the high frequency coil 142, the CCP power supply system 180A or 180B and the ICP power supply are supplied. Both outputs of system 190A or 190B will not be directly connected to each other.
  • the CCP when an electrode different from the high-frequency coil 142 is used, depending on the specific configuration of the high-frequency coil 142 and the disk electrode 144 or the specific configuration of the high-frequency coil 142 and the ring electrode 146, the CCP.
  • the mutual influence between the power supply 182A or 182B for power supply and the power supply 192A or 192B for ICP is reduced.
  • the ICP frequency blocking circuit 188 and the CCP frequency blocking circuit 198 shown in FIG. 2 are omitted or changed to a simple configuration.
  • the influence of the CCP power source 182A or 182B and the ICP power source 192A or 192B on each other may be affected. It may still be a problem.
  • a modification using only one of the disk electrode 144 and the ring electrode 146 is shown. Which of these is used is appropriately selected in consideration of, for example, the electric field strength generated in the space S, the strength of the CCP power input to the plasma, and the like. Also, both the disc electrode 144 and the ring electrode 146 are provided to supply power for CCP to them, or another form of electrode is provided at another position where an electric field is generated in the space S. This embodiment also includes supplying CCP power.
  • the present invention makes it easy to reduce the volume of waste discharged from the operation of nuclear facilities by providing a volume reduction apparatus capable of stably performing resin treatment and an operation method thereof.

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Abstract

【課題】　プラズマの点弧を容易化し、プラズマの消弧を防止する。 【解決手段】　本発明のいくつかの態様の減容処理装置１１０は、被処理樹脂２２を載置するステージ１１２と、ＣＣＰ用電源１８０と、ＩＣＰ用電源１９０とを備えている。本発明のある態様の減容処理装置１１０には供給機構１２２が備わっており、ＣＣＰ用電源１８０が、被処理樹脂を真空容器１１４に減圧状態で供給する際に動作を続けている。また、本発明のある態様の減容処理装置１１０では、真空容器１１４にガスを供給するガス条件を変更する際に、ＣＣＰ用電源１８０が動作を続けている。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　放射性物質を伴う樹脂減容処理装置およびその動作方法
　本発明はイオン交換樹脂減容処理装置およびその動作方法に関する。さらに詳細には、本発明は、主として原子力関連施設において用いられた使用済のイオン交換樹脂を減容するイオン交換樹脂減容処理装置およびその動作方法に関する。
　近年、放射性廃棄物の低レベル廃棄物の減容処理の効率を高める手法が開発されている。特許文献１（特開２００１－１５３９９８号公報）には、酸素プラズマを用いて炭化および灰化処理を行うことによって低レベル放射性廃棄物である原子力施設から排出されるイオン交換樹脂を減容する手法が開示されている。特許文献1には、被処理樹脂を真空容器内のステージに載置してその上方空間に酸素プラズマを励起することにより、ステージ上の被処理樹脂を炭化および灰化する処理が開示されている。
　また、特許文献２（特開２０００－２７５３９３号公報）には、高密度のプラズマを生成するために誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、以下、「ＩＣプラズマ」と略記する）を励起すること、および、ＩＣプラズマを停止した後に、容器内に付着したタールを分解するために、容量結合プラズマを励起することを減容処理に採用することが開示されている。
　特許文献１および特許文献２に開示されているように、樹脂を処理する際には、通常、酸素プラズマの生成のために高周波電源を利用するＩＣプラズマが採用される（特許文献１、段落［００１２］、および、特許文献２、段落［００１２］）。これは、樹脂を処理する減容処理の手法において、単位時間あたりの処理量すなわち処理速度を高めることが求められ、その結果、酸素プラズマとしてプラズマ密度を高めやすいＩＣプラズマが選択されるためである。ＩＣプラズマを励起するための電源を以下「ＩＣＰ用電源」と記す。ＩＣＰ用電源は、酸素プラズマを最初に点火するすなわち点弧するために利用されるとともに、特許文献１および特許文献２を始め従来の減容処理の手法では、酸素プラズマの励起状態を維持するためにも利用されている。
特開２００１－１５３９９８号公報、例えば段落００１２ 特開２０００－２７５３９３号公報、例えば段落００１２
　減容処理を実施するための手法においてはいくつかの問題点が生じ、従来からそれらに対する対策がとられている。第１の問題点は、ＩＣプラズマとして酸素プラズマを点弧しにくいという点孤についての問題点である。第２の問題点は、真空容器内部の圧力や、減容処理のために真空容器に供給されるガスの供給方向を変更する際に、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマが消弧しやすいというガスの圧力や供給方向の変更に対する耐性の問題点である。そして、第３の問題点は、ＩＣプラズマとして励起されている酸素プラズマが安定性を欠き、酸素プラズマが不意に消弧してしまうという安定性の問題点である。これらの各問題点に対し、以下のような対策が従来から行なわれている。
　まず、点弧に関連する上記第１の問題点への対策として、従来は、ＩＣプラズマの点弧を容易化するために、減容処理に用いられる際に比べて低い圧力に真空容器の圧力を一旦低下させ、その低下された圧力でＩＣプラズマを点弧した後に圧力を高めるように調整する手法が採用されている。しかし、この対策には依然として課題が残されている。このような圧力の調整は、それ自体が複雑な条件変更作業である。というのは、減容処理に適する圧力が、酸素プラズマをＩＣプラズマとして点弧するための圧力よりも高いため、プラズマを点弧するだけを目的に、真空容器を処理に適する圧力よりも低い圧力にまで排気することを意味するからである。加えて、点弧に成功した後にも、減容処理に適した圧力に調整する際には、圧力を徐々に高める必要がある。これらの理由から、点弧のために一旦圧力を低下させることは、複雑な条件変更を要する作業である。しかも、これらの条件変更作業により、ＩＣプラズマが消弧する可能性は、低減はするものの皆無となるわけではない。
　また、真空容器の圧力や真空容器への供給ガスの向きを変更することに対する耐性についての上記第２の問題点は、減容処理を効率よく行なうために、相対的に低温の第１フェーズと相対的に高温の第２フェーズという二つのフェーズに分けて減容処理が実施されることに関連している。イオン交換樹脂を減容処理するためには、例えば４００℃程度の相対的低温の温度による第１フェーズの処理と、７００℃程度の相対的高温の温度における第２フェーズの処理とがこの順に行なわれる。そして、第１フェーズと第２フェーズでは、処理に適する圧力と、供給ガスの向きとがともに異なっている。より具体的には、圧力は、第１フェーズと第２フェーズでは第２フェーズにおいて第１フェーズよりも高く設定されることが好ましい。また、供給ガスの向きは、真空容器が鉛直方向に軸を有する円筒形である場合に、相対的に低温の第１フェーズでは、その軸の周りに旋回するような酸素ガスの流れ（旋回流）が好ましいのに対して、相対的に高温の第２フェーズにおいては、その旋回流のパターンと、軸の向きに向かう流れ（集中流）とを組み合わせるようなパターンに酸素ガスの向きを定めることが好ましい。第１フェーズから第２フェーズへの移行に応じて、圧力を変更する際や、酸素の供給の向きをこれらの具体例のように変更する際に、圧力の変更やガスの供給のパターンの変更が急激であると、それまでＩＣＰ用電源によって励起されている酸素プラズマが消弧してしまう現象が散見される。その対策として、従来は、圧力については、例えば真空容器内の圧力を段階的または連続的に変更するという対策が取られている。また、ガス供給パターンについても、例えば旋回流と集中流の総流量を可能な限り保って旋回流の流量を低下させて集中流の流量を増大させるようにガスの供給方向のパターンを段階的または連続的に変更するという対策がとられている。このような段階的または連続的な圧力またはガス供給パターンの変更によってＩＣプラズマの消弧の可能性は低減するものの、これらの対策は、それら自体が複雑な処理である。
　そして、プラズマの安定性についての上記第３の問題点は、真空容器内部で被処理樹脂からガスが生成される際の不意のプラズマの消弧として顕在化している。例えば、ＩＣプラズマによって酸素プラズマを励起している状態で被処理樹脂を投入すると、プラズマの点弧状態が不安定となって消弧しかねない。これに関係しているのは、被処理樹脂がある程度（例えば約５％程度）の水分を含んでいることである。被処理樹脂は、例えば冷却水などの水の浄化に用いられるイオン交換樹脂であるため、乾燥されていても水分が完全に除去されているわけではない。その水分を含む樹脂が、減圧されている真空容器内の４００℃等の高温に加熱されているステージ上に投入されると、短時間に多量の水蒸気がガスとして生成される。そのため、酸素プラズマをＩＣプラズマとして励起し続けることが可能な条件に調整されていたとしても、水蒸気によってその条件が崩れてしまい、プラズマを安定して励起し続けることが難しくなる。この水蒸気によってプラズマの安定性が低下する場合には、プラズマが消弧しかねず、消弧した場合の再点弧処理のためにプラズマの状態を監視する必要が生じてしまう。
　ここで、点弧の容易化を目的として、または、圧力の変更・ガスの向きの変更といったプラズマ条件の変更、樹脂の投入といった環境条件の変更を伴う場合において、酸素プラズマをＩＣプラズマとして安定して励起させ続けることを目的として、別の対策、すなわち、例えばアルゴンやヘリウムといった補助ガスを導入してプラズマを点弧しやすくしたり、励起されているプラズマの安定性を高めることも行われている。しかし、酸素に加えて、アルゴンガスやヘリウムガスを用いることは、減容処理のために複数の種類のガスを供給する必要が生じるため、避けることが望ましい。
　本発明はこれらの課題の少なくともいくつかを解決するためになされたものである。本発明は、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマの点弧しやすさを改善することにより、原子力関連設備から排出される被処理樹脂の処理の容易化に貢献する。また、本発明は、圧力の変更やガスの向きといったガスの供給条件を変更する際、および、被処理樹脂の追加投入の際といったプラズマにとっての条件変更となる際に、ＩＣプラズマとしての酸素プラズマの励起状態を安定させることにより、原子力関連設備から排出される被処理樹脂の処理の安定化に貢献する。
　本願の発明者は、上述した各課題が、プラズマが形成される空間に対して容量結合により高周波の電圧または電界を印加することにより解決されることを見出した。通常、真空容器内にて励起されている酸素プラズマを利用して樹脂を減容処理するためには、上述したようにＩＣＰ用電源が用いられている。本発明のある態様においては、樹脂の処理を行なう酸素プラズマに対して、ＩＣＰ用電源とは別の電源も必要に応じて利用する。この別の電源は、プラズマが点弧または励起される空間に対して、電圧または電界を生成することつまり容量結合によってエネルギーを供給する。このエネルギーによって、プラズマの点弧のしやすさ（点弧容易性）を高めることが可能となり、また、励起されているプラズマを安定化させることが可能となる。
　すなわち、本発明のある態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起される酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源とを備え、前記ＣＣＰ用電源が、前記酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を前記空間に供給するものである減容処理装置が提供される
　また、本発明の別の態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、前記真空容器の減圧状態を維持したまま前記ステージに前記被処理樹脂を供給するようになっている供給機構とを備え、前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置が提供される。
　ここで、減容処理装置は、被処理樹脂を加熱処理し、該被処理樹脂それ自体と該被処理樹脂から放出されるガスとの少なくともいずれかまたは両方を酸素プラズマによって酸化処理するような処理を行うことが可能である。
　ＣＣＰ用電源とは、真空容器内のステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するように設けられている電源をいう。ＣＣＰ用電源は、例えば１３．５６ＭＨｚなどの高周波電力を出力し、その高周波電力すなわちＣＣＰ用電力は、真空容器のステージの上方の空間における減圧下での酸素に対して電圧または電界として作用する。このＣＣＰ用電力は、酸素をプラズマ化して点弧するため、および、励起されている酸素プラズマを安定化するために利用される。なお、ＣＣＰ用電源とともに上記態様の減容処理装置に備わっているＩＣＰ用電源による出力すなわちＩＣＰ用電力は、誘導結合によって酸素プラズマの密度を高めるように作用する。そのため、この際のＩＣＰ用電力のプラズマに対する作用は、プラズマの電荷に対する電磁誘導によるものである。これに対し、ＣＣＰ用電源によるＣＣＰ用電力は、空間に対して電圧または電界を生成して、プラズマを構成する酸素分子を電離させイオン化するように作用する。
　上述した各態様において供給機構が被処理樹脂を供給する際とは、被処理樹脂を減圧状態で供給する場合、プラズマの消弧が起りやすい時点またはその時点を含む期間を指している。そのため、ＣＣＰ用電源は、その被処理樹脂が供給される際のプラズマの消弧が生じやすい時点、またはその時点を含む期間において、ステージの上方の空間に電圧または電界によるエネルギーを供給するように動作する。
　加えて、本発明のさらに別の態様においては、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するためのガス条件制御部とを備え、前記供給条件が該ガス条件制御部によって変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置が提供される。
　本態様においても、ＩＣＰ用電源、ＣＣＰ用電源の作用は先に述べた態様のものと同様である。本態様において供給条件が変更される際とは、ガスの供給条件が変更されることによってプラズマの消弧が生じやすい時点およびその時点を含む期間を指している。この態様においても、ＣＣＰ用電源は、その被処理樹脂が供給される際のプラズマの消弧が起りやすい時点またはその時点を含む基幹を通じて、ステージの上方の空間に電圧を継続的に供給するように動作する。
　本発明は、減容処理装置の動作方法の態様によっても実施される。すなわち、本発明のある態様においては、真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＣＣＰ用電源が、酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を容量結合により前記空間に供給するステップと、ＩＣＰ用電源が、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップとを含む減容処理装置の動作方法が提供される。
　また、本発明の別の態様において、真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、供給機構により、減圧状態に維持されている前記真空容器の前記ステージに、前記被処理樹脂を供給するステップとを含んでおり、前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置の動作方法が提供される。
　また本発明のさらに別の態様として、真空容器内に配置されおり、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、ガス条件制御部により、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するステップとを含んでおり、前記供給条件が前記ガス条件制御部により変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する減容処理装置の動作方法が提供される。
　本発明の上記いずれかの態様によれば、プラズマの点弧が容易になり、また、励起されているプラズマの安定性を高めることが可能となる。
本発明のある実施形態における減容処理装置を含む減容処理システムの構成を示す概略断面図である。 本発明のある実施形態におけるＣＣＰ用電力供給系とＩＣＰ用電力供給系との構成例を示す回路図である。 本発明のある実施形態における減容処理システムの状態を示す指標（温度と二酸化炭素濃度）のグラフ（図３（ａ））と、樹脂の減容の様子を示す推定減重率のグラフ（図３（ｂ））である。 本発明のある実施形態において、真空容器の水平断面図によって、旋回流（図４（ａ））と、集中流（図４（ｂ））と、第１フェーズの気流（図４（ｃ））と、第２フェーズの気流（図４（ｄ））とを説明する説明図である。 本発明のある実施形態において、頂部壁の大気側の面に配置される複数の電極の構成と、それらに対するＣＣＰ用電力供給系およびＩＣＰ用電力供給系の接続の様子とを示す説明図である。図５（ａ）は、高周波コイルの中心部に円板電極を配置する例を、また、図５（ｂ）は、高周波コイルの外周部にリング電極を配置する例を示している。
　以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
＜第１実施形態＞
［１　システム構成］
　図１は、本実施形態における減容処理装置１１０を含む減容処理システム１０００の構成を示す概略断面図である。
［１－１　減容処理装置の構成］
　減容処理システム１０００の減容処理装置１１０には、ステージ１１２が真空容器１１４内に備えられている。このステージ１１２は、放射性物質を伴っている被処理樹脂２０の供給されたもの（被処理樹脂２２）を載置するようになっている。また、ステージ１１２の被処理樹脂２２が置かれる平板部分の内部には、ヒーター１１６が設けられており、そのヒーター１１６によってステージ１１２自体の温度が昇温可能となるようにされている。ステージ１１２によって加熱されている被処理樹脂２２それ自体や、被処理樹脂２２から放出されるガスは、少なくともいずれかまたは両方が酸素プラズマＰによって酸化される。その酸素プラズマＰを点弧させるために、ＣＣＰ用電力供給系１８０を利用することができる。このＣＣＰ用電力供給系１８０により供給される電力（ＣＣＰ用電力）は、真空容器１１４内のステージ１１２の上方の空間Ｓに容量結合により電圧または電界を生じさせる。また、減容処理装置１１０には、酸素プラズマＰに対して誘導結合により電力を供給するために、ＩＣＰ用電力供給系１９０も装備されている。さらに、減容処理装置１１０には、空容器の減圧状態を維持したままステージに被処理樹脂を供給するようになっている供給機構１２２も備わっている。
　ここで、減容処理装置１１０のＣＣＰ用電力供給系１８０は、被処理樹脂２０がステージ１１２に対して供給機構１２２によって供給される際に継続して上記ＣＣＰ用電力を供給することにより、空間Ｓに電圧または電界を継続して作用させることもできる。
　また、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの大気側の外面には、高周波コイル１４２が配置されている。この高周波コイル１４２は、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの内側の空間Ｓにプラズマを励起するために用いられる。
　真空容器１１４には、内部を減圧状態に保つための排気ライン１５０も接続されている。この排気ライン１５０には、排気バルブ１５２と真空ポンプ１５４が接続されている。排気バルブ１５２の開度は圧力制御部１５８によって制御されており、その圧力制御部１５８は、真空容器１１４の内部空間の圧力を測定する圧力センサー１６０の信号に基づいて制御を継続的に行なっている。したがって、圧力制御部１５８は、ＡＰＣ（Automatic Pressure Controller）として真空容器１１４の圧力を自動制御している。
　真空ポンプ１５４の出口側経路には二酸化炭素センサー１５６が接続されている。二酸化炭素センサー１５６からは、真空容器１１４からの排気経路において測定された二酸化炭素ガスの濃度に応じた濃度データまたは濃度信号が出力される。なお、本実施形態では、二酸化炭素センサー１５６に代えて、炭素含有ガスの濃度を測定する目的を達成する任意の種類のガスセンサーを用いることができる。例えば、二酸化炭素センサーではなく一酸化炭素センサーを用いることによっても同一の目的が達成される。さらに、二酸化炭素センサー１５６等のガスセンサーは、真空ポンプ１５４の出口側経路ではなく、例えば、真空容器１１４の壁面や、排気ライン１５０のうちの真空ポンプ１５４までの経路に装備されていてもよい。
　減容処理装置１１０には、放射能計１０２が備えられている。この放射能計１０２は、減容処理装置１１０に供給される前の被処理樹脂２０の放射能を測定するようになっている任意の放射能計である。典型的な放射能計１０２としては、エネルギー分解してγ線を測定する半導体検出器を挙げることができる。放射能計１０２は、処理対象の被処理樹脂２０の放射能の値を示す放射能データまたは放射能信号を出力する。放射能計１０２をγ線のエネルギー分解能を有する放射能計とした場合には、例えば放出されるγ線のエネルギーによって放射性核種を特定しながら、その特定された核種における放射能を測定することが可能となる。放射能計１０２の配置は、図１に示した位置に限られず、処理対象の被処理樹脂２０の放射能の値を取得可能な任意の位置に配置される。
［１－１－１　電極コイル］
　高周波コイル１４２は、例えば銅などの線状部材を渦巻き状に形成したよるコイルである。高周波コイル１４２は、渦巻き状の中心部と周縁部とに接続部を有している。
　高周波コイル１４２には、酸素を供給しながら電力が供給されるため励起されるプラズマは主に酸素プラズマとなる。また、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒは、高周波コイル１４２による高周波電磁界を空間Ｓに生成するために絶縁体とされている。最も端的には、頂部壁１１４Ｒは溶融石英ガラスによって作製されている。なお、本実施形態において採用可能な高周波コイルの構成や配置は特段この高周波コイル１４２の配置に限定はされない。例えば、酸素プラズマの励起に適する任意の形状と配置の高周波コイルを用いることによって、本実施形態の減容処理を実施することが可能である。
［１－２　プラズマ用電源］
　減容処理システム１０００の減容処理装置１１０には、プラズマ用電源として、ＣＣＰ用電力供給系１８０と、ＩＣＰ用電力供給系１９０とが備えられている。図２は、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０との構成例を示す回路図である。ＣＣＰ用電力供給系１８０は、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８（直列共振回路１８８Ａおよび並列共振回路１８８Ｂ）と組み合わせて高周波コイル１４２に接続されているのに対し、ＩＣＰ用電力供給系１９０は、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８（並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂ）と組み合わせて高周波コイル１４２に接続されている。
［１－２－１　ＣＣＰ用電源］
　ＣＣＰ用電力供給系１８０は、例えば１３．５６ＭＨｚであるＣＣＰ用周波数の高周波電源であるＣＣＰ用高周波電力源１８６と、その出力を高周波コイル１４２にマッチングさせるためのＣＣＰ用マッチング回路１８４とを備えている。ＣＣＰ用電力供給系１８０の二つの出力のうち、一方のＣＣＰ出力１８０Ｐは、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８の並列共振回路１８８Ｂを介して高周波コイル１４２に接続されている。これに対し、他方のＣＣＰ出力１８０Ｎは、ＧＮＤに接地されている。なお、真空容器１１４もＧＮＤ接地されて接地レベルの電位に保たれているため（図１）、ＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、頂部壁１１４Ｒを通じて高周波コイル１４２と真空容器１１４との間の空間Ｓに対する電圧または電界を与える。つまり、高周波コイル１４２は、真空容器１１４と等しい電位にある導電性の部材との間で空間Ｓに電界をつくるキャパシターをなしており、ＣＣＰ用電力による電圧または電界が、点弧時のプラズマの点弧容易性や、励起されているプラズマの安定性を向上させるように作用する。
　ＣＣＰ用マッチング回路１８４には、可変キャパシターＣＶ１およびＣＶ２、リアクタンスＬ１が備わっている。ＣＣＰ用マッチング回路１８４では、回路定数として、例えば可変キャパシターＣＶ１およびＣＶ２の容量を変化させることによって、ＣＣＰ用高周波電力源１８６の電流出力を高周波コイル１４２に効率よく伝達するように作用する。
　ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、直列共振回路１８８Ａと並列共振回路１８８Ｂとから構成されている。このうち、直列共振回路１８８Ａにおいては、キャパシターＣ１とリアクタンスＬ２とが直列に接続されている。また、並列共振回路１８８Ｂにおいては、可変キャパシターＣＶ４とリアクタンスＬ３とが並列に接続されている。直列共振回路１８８Ａは、直列共振によって２ＭＨｚの周波数成分すなわちＩＣＰ用周波数成分の電流を短絡させるのに対して、並列共振回路１８８Ｂは、並列共振によってＩＣＰ用周波数成分（２ＭＨｚ）の電流の通過を阻止する作用を持つ。このため、直列共振回路１８８Ａおよび並列共振回路１８８Ｂを含むＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０からＣＣＰ用電源１８２やＣＣＰ用電力供給系１８０に向かう例えば２ＭＨｚのＩＣＰ用周波数成分の電力を減衰させて阻止する回路となる。ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、例えば１３．５６ＭＨｚなどのＩＣＰ用周波数のＣＣＰ用電力に対しては実質的には作用しない。つまり、ＣＣＰ用電力にとって、直列共振回路１８８Ａは開放路、並列共振回路１８８Ｂは短絡路と同様である。なお、並列共振回路１８８Ｂの阻止周波数は、可変キャパシターＣＶ４の容量を変更することによって調整される。そして、リアクタンスＬ２およびリアクタンスＬ３は、現実のリアクタンス素子であるため寄生抵抗を伴っており、共振状態にある２ＭＨｚの電力のエネルギーはその寄生抵抗によってジュール熱として放散される。こうして、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＣＣＰ用電力供給系１８０に向かうＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用周波数成分の電力を減衰させる。
［１－２－２　ＩＣＰ用電源］
　これに対して、ＩＣＰ用電力供給系１９０は、例えば２ＭＨｚのＩＣＰ用周波数の高周波電源であるＩＣＰ用高周波電力源１９６と、その出力を高周波コイル１４２にマッチングさせるためのＩＣＰ用マッチング回路１９４とを備えている。ＩＣＰ用電力供給系１９０の二つの出力のうち、一方のＩＣＰ出力１９０Ｐおよび他方のＩＣＰ出力１９０Ｎは、それぞれ、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８に含まれている並列共振回路１９８Ａおよび１９８Ｂを通じて高周波コイル１４２の二つの端子部に接続されている。ＩＣＰ用電力供給系１９０の出力は、頂部壁１１４Ｒを通じて高周波コイル１４２と真空容器１１４との間の空間Ｓに対して高周波電磁界を生成する。
　ＩＣＰ用マッチング回路１９４には、可変キャパシターＣＶ３、キャパシターＣ２、可変リアクタンスＬＶ１が備わっている。ＩＣＰ用マッチング回路１９４では、ＩＣＰ用高周波電力源１９６の電流出力が高周波コイル１４２に効率よく伝達するマッチングのために、例えば可変リアクタンスＬＶ１の容量が調整される。
　ＣＣＰ周波数阻止回路１９８には、ＩＣＰ出力１９０Ｐにつながる並列共振回路１９８Ａと、ＩＣＰ出力１９０Ｎにつながる並列共振回路１９８Ｂとが備わっている。並列共振回路１９８Ａは、可変キャパシターＣＶ５とリアクタンスＬ４とによるＣＣＰ用周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの成分の電力減衰させるための並列共振フィルターである。同様に、並列共振回路１９８Ｂも、可変キャパシターＣＶ６とリアクタンスＬ５とによるＣＣＰ用周波数の成分を減衰させるための並列共振フィルターである。並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂそれぞれの阻止周波数は、可変キャパシターＣＶ４と可変キャパシターＣＶ５の容量を変更することによって調整される。リアクタンスＬ４およびＬ５は寄生抵抗を伴っている。このため、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８の場合と同様に、並列共振回路１９８Ａおよび並列共振回路１９８Ｂによって阻止されたＣＣＰ用周波数（１３．５６ＭＨｚ）の電力のエネルギーは、リアクタンスＬ４およびＬ５によってジュール熱として放散される。こうしてＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０に向かうＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力を減衰させる。ＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＩＣＰ用電力にとっては、実質的には作用しない。つまり、例えば２ＭＨｚなどのＩＣＰ用周波数であるＩＣＰ用電力にとっては、並列共振回路１９８Ａおよび１９８Ｂはともに短絡路として動作する。
［１－２－３　ＣＣＰ用電源とＩＣＰ用電源の接続とそれらの作用］
　上述したように、本実施形態の減容処理装置１１０においては、高周波コイル１４２に対し、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０との両者が接続されている。したがって、高周波コイル１４２は、一つの作用として、接地されている真空容器１１４との間の空間Ｓ（図１）に対してＣＣＰ用電力供給系１８０からの１３．５６ＭＨｚの高周波電力を容量結合させるための電極として作用する。この場合の高周波コイル１４２が接地されている真空容器１１４に対する電極となって、容量結合により電圧または電界を上記空間Ｓに生じさせる。ＣＣＰ用電力供給系１８０の作用は、電圧または電界による容量結合により、上記空間に対してプラズマの点弧容易性を高めたり、励起されているプラズマの安定性を高めたりする作用である。なお、図２に示したキャパシターＣ３およびＣ４は、高周波コイル１４２を接地ＧＮＤから高周波コイル１４２をフローティングさせて電圧を測定するために設けられている。すなわち、ＣＣＰ用電力供給系１８０による出力の電圧は、フローティング用のキャパシターＣ３の接地している電極とは反対の電極の接地ＧＮＤに対するピーク・トゥー・ピークでの電圧振幅ＶＰＰをモニターすれば、高周波コイル１４２の電極が空間に与えている電圧の目安を測定することが可能となる。
　さらに、高周波コイル１４２は、もう一つ別の作用として、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの２ＭＨｚの高周波電力による電流を流し、電界と磁界とを上記空間Ｓに発生させるコイルとしても作用している。この際の高周波コイル１４２の作用はその空間に発生する導電体としてのプラズマに対する誘導結合による作用である。ＩＣＰ用電力供給系１９０の作用は、誘導結合により、上記空間Ｓに対してプラズマの密度を高めるための電力を供給する作用である。ＩＣＰ出力１９０Ｎには、電流測定端子が設けられている。ここからピーク電流ＩＰを測定することによって、ＩＣＰ用電力供給系１９０の出力電流の目安を得ることができる。
［１－２－４　阻止回路の機能］
　上述したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０にはＩＣＰ周波数阻止回路１８８が、また、ＩＣＰ用電力供給系１９０にはＣＣＰ周波数阻止回路１９８が接続されている。これらの阻止回路は、互いに他の電力が電源に及ぼす影響を軽減するように機能する。つまり、ＩＣＰ周波数阻止回路１８８は、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの電力によってＣＣＰ用高周波電力源１８６が破損したり、ＣＣＰ用マッチング回路１８４によるマッチングが脱調したりすることを防止する。同様に、ＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、ＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力によってＩＣＰ用高周波電力源１９６が破損したり、ＩＣＰ用マッチング回路１９４によるマッチングが脱調したりすることを防止する。
［１－３　供給機構］
　本実施形態の典型的な減容処理装置１１０（図１）には供給機構１２２が備わっている。被処理樹脂２０は、供給機構１２２によって供給側ゲートバルブＧ１を通ってステージ１１２に供給される。その供給動作を行うために、供給機構１２２は所定の容積に作製された定量マス１２４を備えている。被処理樹脂２０を供給するためには、まず、開かれた供給側ゲートバルブＧ１を通ってステージ１１２の上方空間の位置にまで定量マス１２４がアーム１２６によって届けられる。次に、その位置で定量マス１２４をアーム１２６の軸回りに回転させることにより、定量マス１２４内の被処理樹脂２０をステージ１１２の上面に落下させる。このような動作を可能にする定量マス駆動機構１２８がアーム１２６には接続されている。
［１－４　ガス供給条件の制御］
　減容処理装置１１０は、概して円筒形状に作製されている真空容器１１４を備えている。その真空容器１１４には、真空容器１１４の内部空間に対して酸素を供給するためのガス供給ライン１３０Ａおよび１３０Ｂが接続されている。このガス供給ライン１３０Ａおよび１３０Ｂからは、それぞれ、レギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂを通じて、酸素ボンベ１３２からの酸素が真空容器１１４の内部空間へと制御された流量によって供給される。したがって、少なくともレギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂは、真空容器１１４の内部空間へと供給される酸素の供給条件を制御するガス条件制御部として動作している。また、本実施形態の減容処理装置１１０を含む減容処理システム１０００では、レギュレータバルブ１３４Ａおよび１３４Ｂが、コンピューター１７６によって直接またはシーケンス制御部１７４を通じて制御しているように校正することも可能である。その場合、コンピューター１７６やシーケンス制御部１７４も、ガス条件制御部として動作することとなる。
［１－５　他の構成］
　ステージ１１２は、円形皿の形状に作製されており、その上面に被処理樹脂２２を載置することができるようになっている金属製のトレイである。このステージ１１２は、真空容器１１４の気密を維持したまま、円形皿の中心を通り平板部分に垂直な軸の周りに回転動作が可能となるように構成されている。ステージ駆動機構１１８は、例えば数分間に１回から一分間に数回程度のゆっくりした回転動作をステージ１１２に行なわせることが可能である。また、ステージ１１２は、図示しない駆動機構によって、図１の紙面の上下方向の位置つまり高さを変更することができるように作製されている。ステージ１１２には、制御した電力をヒーター１１６に供給する加熱用電源１２０が接続されている。温度制御のため、ステージ１１２には、ステージ１１２自体の温度を測定する温度センサー（図示しない）を装備している。この温度センサーからの温度測定信号に応じて、ヒーター１１６へ供給される電力が制御される。特に限定するものではないが、ステージ１１２の温度は、例えば４００℃、あるいは、７００℃といった減容処理に適する温度に制御することが可能である。
　また、コンピューター１７６は、上述した制御以外にも、真空容器１１４の排気動作の起動および停止、圧力制御部１５８が自動制御に用いる圧力指令値の変更、加熱用電源１２０の起動、出力の調整または停止、排出機構１６２の駆動指令といった各種の制御を行なう。このために、コンピューター１７６は、減容処理装置１１０、放射能計１０２、二酸化炭素センサー１５６、および追加の放射能計１７２からのデータまたは信号を受信して、上記各制御にこれらのデータまたは信号を利用する。
［２　処理動作］
　次に、上述した減容処理システム１０００の減容処理装置１１０の動作について説明する。図３は、減容処理システム１０００の状態を示す指標の説明図（図３（ａ））と、樹脂の減容の様子を減重率（weight reduction ratio）によって示す説明図（図３（ｂ））である。減容処理システム１０００の状態の指標として図３（ａ）に示したものは、ステージ１１２の温度（曲線２０２）と、二酸化炭素センサー１５６から得られる二酸化炭素濃度の値（曲線２０４）である。また、図３（ｂ）に示したものは、樹脂の減容の様子を推定した推定減重率（曲線２１４）である。
　曲線２０２により示されるステージ１１２の温度は、図示しないステージ１１２に備えられた温度センサーの示す温度指示値であり、縦軸に数値を目安として明示している。これに対し、二酸化炭素センサー１５６が出力する二酸化炭素濃度の値を示す曲線２０４は、時間的な振る舞いだけを示しており値の目盛は任意単位である。ただし、曲線２０４により示される二酸化炭素濃度の値は、線形にプロットされ横軸が濃度０がとなるように描かれている。図３の横軸は、被処理樹脂２２の最初のサブバッチ（第１サブバッチ）をステージ１１２に載置して供給側ゲートバルブＧ１を閉じた瞬間から計時を開始した時間つまり処理時間である。図３（ａ）に示された全処理は、概ね２４時間程度の時間を要している。なお、サブバッチとは、減容処理の単位処理量である被処理樹脂２０のバッチをさらに細分化した処理単位である。
［２－１　全体動作・概要］
　図３（ａ）に示すように、減容処理システム１０００による減容処理は、大別して、二つの処理フェーズ、すなわち第１フェーズ（第１処理）と第２フェーズ（第２処理）とに分かれている。第１フェーズでは、ステージ１１２が概ね４００℃程度に加熱されるのに対し、第２フェーズではステージ１１２が概ね７００℃程度に加熱される。なお、これらの温度は、曲線２０２に示したように、より細かい時間的な変動を示す。ここで、例えば減容処理システム１０００の処理対象物が原子力発電設備などによって利用されたイオン交換樹脂である場合、被処理樹脂２２は、イオン交換樹脂と、そのイオン交換樹脂が伴っている放射性物質と、残留している水分との混合物である。また、原子力発電設備において利用されるイオン交換樹脂は、放射性同位元素を含む放射性物質を、イオンまたは腐食性生物（クラッド）の形態でそれ自体に吸着または保持することにより伴っている。
　上記各フェーズにおける処理の概要を以下説明する。まず、第１フェーズでは、被処理樹脂２２がいくつかのサブバッチに分けて真空容器１１４に投入されてステージ１１２に載置される。第１フェーズでは、４００℃程度に加熱されて被処理樹脂２２の炭化処理が行われる。この処理は、被処理樹脂２２に対して最初に施される処理である。被処理樹脂２２の各サブバッチは、ステージ１１２に載置され加熱が開始されると、４００℃程度の温度になるまでに多量の水蒸気を放出する。その後４００℃付近にまで温度が上昇すると、被処理樹脂２２は分解ガスも多量に放出しはじめる。この分解ガスの放出は、一般の有機物が熱によって分解ガスを放出する現象に近いものである。その状態で高周波コイル１４２には、プラズマＰを励起するための電力が投入されている。この電力は、ＣＣＰ用電力供給系１８０によって供給される容量結合のための１３．５６ＭＨｚの高周波電力と、ＩＣＰ用電力供給系１９０によって供給される誘導結合のための２ＭＨｚの高周波電力とを組み合わせたものである。
　被処理樹脂２２から放出された分解ガスは、ステージ１１２上方の空間に励起されている酸素プラズマＰによって酸化されて、分解ガス中の酸化を受けやすい成分、例えば炭素成分が酸化される。酸素プラズマＰによって分解ガスが酸化されて生じるガスすなわち処理ガスには、二酸化炭素や一酸化炭素が含まれている。この処理ガスは、排気ライン１５０を通じて排気されてゆく。この処理における分解は、処理の開始直後は激しく、ある程度の時間継続すると弱まり始める。これは、その温度によって分解される成分が消費されることに対応している。ステージ１１２には、被処理樹脂２２から分解ガス成分が抽出され炭化したものが残されてゆく。この炭化した被処理樹脂２２は、第１フェーズでは十分に処理されたとしても、炭化された状態までしか進行しない。このため、被処理樹脂２２には、この時点で炭素成分が残存している。こうして、第１フェーズでは、ステージ１１２の加熱と、酸素プラズマＰによる酸化とを組み合わせることによって、被処理樹脂２２の分解処理と、炭化処理と、分解ガスの酸化処理とが実行される。
　第１フェーズにおける分解ガスの炭素成分は、酸化された処理ガス中の二酸化炭素または一酸化炭素のガスとして排気ライン１５０から排出され、二酸化炭素センサー１５６によってその濃度が測定される。第１フェーズの二酸化炭素濃度は、各サブバッチにおいて温度の上昇とともに上昇し、高い値がある時間維持された後、分解される成分の消費につれて低下してゆく。この二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される単位時間あたりの炭素量を示す直接的な指標となる。そればかりか、この二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される全成分に対する間接的な指標でもある。なお、被処理樹脂２２において酸化される全成分は、炭素成分以外に、窒素成分、硫黄成分、水素成分を含んでいる場合がある。
　第１フェーズでは、被処理樹脂２２が減容処理装置１１０の処理能力の範囲に小分けされたサブバッチを単位として被処理樹脂２２が処理される。図２（ａ）には、４つのサブバッチに分けて被処理樹脂２２が投入される場合の様子が示されている。第１フェーズでは、被処理樹脂２２の第１サブバッチに対する加熱による炭化および分解処理の進行する様子が二酸化炭素濃度の値として監視される。そして二酸化炭素濃度の値から第１サブバッチの処理がある程度進んだと判断されると供給側ゲートバルブＧ１が開かれて次のサブバッチすなわち第２サブバッチの被処理樹脂２２が追加して投入される。このとき、ステージ１１２には第１サブバッチとして処理が進んだ被処理樹脂２２が残存したままである。その状態のステージ１１２に第２サブバッチの被処理樹脂２２が追加して供給される。したがって、被処理樹脂２２は、新たに投入された第２サブバッチと、処理途中の第１サブバッチの両方が処理される。以降、第３サブバッチ、第４サブバッチについても同様に処理される。なお、このように小分けされて被処理樹脂２２の第１フェーズが進められるのは、第２フェーズの処理に比べて第１フェーズでは被処理樹脂２２から多量の分解ガスが発生し、分解ガスを処理する能力が不足しかねないためである。
　次いで第２フェーズについて説明する。第１フェーズから第２フェーズへ移行する際、真空容器１１４は大気開放されることなく減圧されたままである。ただし、第１フェーズと第２フェーズの間で圧力すなわち真空度は変更される。第２フェーズの処理対象は、ステージ１１２に残されている被処理樹脂２２の第１～第４サブバッチとして第１フェーズの処理を経て炭化された半処理物である。ここでは、この半処理物も被処理樹脂２２と記す。第２フェーズでは、その状態でステージ１１２の温度が７００℃に昇温される。第１フェーズの処理によって炭化された被処理樹脂２２の温度が上昇すると、炭化していた被処理樹脂２２に対して酸素プラズマが作用して、炭素成分が酸化して除去されてゆく。すなわち、第２フェーズは、加熱処理と酸素プラズマとを組み合わせた灰化によって炭化していた被処理樹脂２２の炭素成分を減少させることによりさらに減容する処理である。第２フェーズにおいても第１フェーズと同様に酸素プラズマＰが用いられる。このため、高周波コイル１４２には、誘導結合によってプラズマＰを励起するための電力が投入される。ただし、第１フェーズでは分解ガスを酸化することが酸素プラズマＰに期待される作用であったのに対し、第２フェーズでは、炭化した被処理樹脂２２を灰化する作用を期待して酸素プラズマＰが励起される。この期待する作用の相異のために、一般には、酸素プラズマＰを励起する条件（プラズマ条件）のうち、ガスの供給条件は、第１フェーズと第２フェーズとで別々のものとされる。最も典型的には、第２フェーズのガスの供給条件では、第１フェーズよりも高い圧力が選択される。また、酸素の供給方向も、第２フェーズでは頂部壁１１４Ｒからステージ１１２に向かう気流が第１フェーズに比して多くなるように選択される。
　第２フェーズを通じて被処理樹脂２２が灰化されると、被処理樹脂２２に残存していた炭素成分等は、二酸化炭素または一酸化炭素のガスのような処理ガスとなって排気ライン１５０から排出される。第２フェーズの二酸化炭素濃度も、温度の上昇とともに上昇し、高い値がある時間維持された後、酸化される成分の消費に応じて低下してゆく。第２フェーズにおいても、第１フェーズと同様に、二酸化炭素センサー１５６から得られる二酸化炭素濃度の値は、被処理樹脂２２において酸化される単位時間あたりの炭素量を示す直接的な指標であり、被処理樹脂２２において酸化される全成分に対する間接的な指標である。
　こうして、被処理樹脂２０の供給されたもの（被処理樹脂２２）は、ステージ１１２に載置された状態で減容処理される。この減容処理は、ステージ１１２による加熱処理と、酸素プラズマＰによる酸化処理とによって行われる。すなわち、減容処理装置１１０は、被処理樹脂２２を加熱処理し、被処理樹脂２２それ自体と被処理樹脂２２から放出されるガスとの少なくともいずれかまたは両方を、酸素プラズマＰによって酸化処理する。第２フェーズによって減容処理されると、被処理樹脂２２からはステージ１１２に載置された状態の固形分（残渣固形物）が得られる。
　そして、第２フェーズを終えると、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０が停止されてプラズマの励起が停止され、ステージ加熱も停止されることによって、減容処理を停止させる。処理終了後、残渣固形物は排出機構１６２によってステージ１１２から除去されて真空容器１１４の外部に排出される。排出機構１６２には、回収ノズル１６６を備える吸引パイプ１６４が配置されている。吸引パイプ１６４は、排出側ゲートバルブＧ２が開いている状態で回収ノズル１６６の位置をステージ１１２上の残渣固形物の吸引に適する位置に駆動するための排出駆動機構１６８に接続されている。吸引パイプ１６４によって吸引された残渣固形物は、気流中から残渣固形物を回収するためのバグフィルターやサイクロン（いずれも図示しない）を通して飛散を防止しながら回収され、残渣固形物容器１７０に一時的に貯留される。この残渣固形物容器１７０には、最終的な残渣固形物に残留している放射能を測定するための追加の放射能計１７２が備えられている。残渣固形物容器１７０の残渣固形物は、その後に、例えばセメントによって封じられたり、または、砂をかぶせられたりして安全性が高められ、例えば最終処分地などの適当な設備に運搬されて半永久的な保管によって処分される。
　以上に説明した各処理は、コンピューター１７６によって直接またはシーケンス制御部１７４によって各処理が指示される。最後に、必要に応じて、処理後の残渣固形物の放射能が追加の放射能計１７２によって測定される。
　次に、本実施形態の減容処理装置１１０の動作において、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とを同時に用いる動作について詳述する。
［２－２　プラズマの点弧と励起］
　上述した全体的な動作を実現するために、減容処理装置１１０においては、第１フェーズの開始時にプラズマを点弧する必要がある。また、励起されているプラズマの消弧を防止するためには、プラズマの励起状態を安定させる必要がある。本実施形態に採用されるＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とによる動作をこれらに関連して説明する。
［２－２－１　ＣＣＰ用電源の作用］
　まず、本願の発明者が考えるＣＣＰ用電力供給系１８０の作用について説明する。上述したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０は、容量結合によって真空容器１１４内の空間Ｓに電圧または電界を生じさせるように動作する。この電圧または電界は、酸素プラズマの点弧を容易にする点弧容易化の効果を有している。また、この電圧または電界は、励起されている酸素プラズマの消弧を防止する消弧防止の効果をも有している。具体的には、空間Ｓに電圧または電界が生成されると、減圧状態にある酸素は容易に電離してイオン化する。このため酸素は容易にプラズマ化する。この減圧状態は、後述する減圧処理に適する程度の圧力、例えば、１０Ｔｏｒｒ程度の圧力であっても構わない。つまりＣＣＰ用電力供給系１８０を動作させれば、プラズマの点弧を容易にする目的で真空容器１１４の圧力を低下させる必要はない。なお、仮にＣＣＰ用電力供給系１８０を利用せず、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみによってプラズマを点弧しようとした場合には、同じ電力では同等の電圧つまり電界が生成されない。また、通常これらの装置が動作する圧力領域は、パッシェンカーブの最小値より右側の領域、つまり、放電のために要する電圧または電界が圧力の上昇とともに上昇する領域である。これらの理由から、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみを用いた場合には、酸素プラズマを容易に点弧するために、より低い圧力とする必要がある。さらに、消弧防止性についても、空間Ｓに対してＣＣＰ用電力供給系１８０がもたらす電圧または電界による電離作用が役に立っている。
［２－２－２　ＩＣＰ用電源の作用］
　次に、ＩＣＰ用電力供給系１９０の作用について説明する。このＩＣＰ用電力供給系１９０は、酸素プラズマＰを高密度化するように働く。ＩＣＰ用電力供給系１９０による電力によって高周波コイル１４２の近傍つまり頂部壁１１４Ｒの直下には電磁誘導によって高い密度の酸素プラズマＰが生成されるため、減容処理における単位時間あたりの処理量すなわち処理速度を高めることが可能である。
［２－２－３　ＣＣＰ用電源とＩＣＰ用電源の同時使用による効果］
　そして、ＣＣＰ用電力供給系１８０とＩＣＰ用電力供給系１９０とを同時に動作させると、高周波コイル１４２には、ＣＣＰ用電力供給系１８０からの電力（ＣＣＰ用電力）と、ＩＣＰ用電力供給系１９０からの電力（ＩＣＰ用電力）とが重畳して投入される。これは、最終的には、ＣＣＰ用電力による電圧または電界と、ＩＣＰ用電力による電磁誘導とが空間Ｓに対して同時に作用する状態を作り出す。ここで、空間Ｓにおいて誘導結合のみによって励起されるＩＣプラズマが生成されている従来の場合、ＩＣＰ用電力は、プラズマを高密度化する作用を持つ。ところがその高密度化は、プラズマ中の電離したイオンの示す導電性がＩＣＰ用電力と誘導的に結合して達成される。逆に、プラズマが点弧されていない状態や消弧してしまった状態では、ＩＣＰ用電力を高めても、高周波コイル１４２における電流を増大させるばかりとなってしまう。これに対し、本実施形態のようにＣＣＰ用電力をＩＣＰ電力に重畳して投入すると、プラズマ化していない酸素分子に対しても電離作用をもたらす。そのため、ＣＣＰ用電力をＩＣＰ用電力に重畳させると、酸素プラズマの点弧を助けるとともに、一旦励起されたプラズマの消弧を防止する役割を果たす。
［２－２－３－１　プラズマの点弧動作］
　プラズマを点弧するタイミングは、図３（ａ）の時間Ａに示すタイミング、すなわち、第１フェーズの処理を開始するタイミングである。そのタイミングを詳細に説明すると、まず減容処理の最初の処理として、放射能計１０２によって、初期の放射能を測定する処理が実行される。次いで、供給側ゲートバルブＧ１を開放して初期に投入されるサブバッチ（第１サブバッチ）の被処理樹脂２２が供給され、再び供給側ゲートバルブＧ１が閉止される。これは、定量マス１２４によって定容積の被処理樹脂２２を供給する処理であり、第１サブバッチとしてあらかじめ真空容器１１４のステージ１１２に被処理樹脂２２を載置する処理である。その後、真空容器１１４内が減圧される。その圧力は、例えば、第１フェーズの減容処理に適する圧力として、１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）程度の圧力が選択される。目的の圧力に到達すると、第１フェーズの減容処理を開始するために、ステージ１１２がヒーター１１６によって４００℃に昇温される。次いで、二酸化炭素センサー１５６による二酸化炭素ガス濃度の計測が開始される。なお、ステージの昇温と二酸化炭素ガスの計測開始の順序は逆であっても構わない。その後プラズマが点弧される。本実施形態の減容処理装置１１０においては、上述した第１フェーズの処理に適する圧力に自動制御したままプラズマを点弧することが可能である。
　より具体的には、このプラズマの点弧の際には、まず、ＣＣＰ用電力供給系１８０によって高周波コイル１４２に１３．５６ＭＨｚなどのＣＣＰ用周波数の電力（ＣＣＰ用電力）の供給が開始される。この際、この電力は、真空容器１１４やステージ１１２など、接地されている導体部分に対して高周波コイル１４２の電圧を振動させるように作用する。その電圧は、空間Ｓに対する電界となって作用し、導入されている酸素をプラズマ化する。このようにして酸素プラズマが点弧される。このために必要なＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、例えば１ｋＷ程度の出力である。本実施形態の減容処理装置１１０においては、この点弧するためには、従来の減容処理装置のように、圧力を減容処理に適する圧力よりも低下させたり、その後に減容処理のための圧力に戻すような操作は必要ない。その後、プラズマの密度を高めるために役立つ誘導結合による電力供給を行なうために、ＩＣＰ用電力供給系１９０からＩＣＰ用電力を出力する。なお、ＣＣＰ用電力供給系１８０のＣＣＰ用電力の出力は、よりプラズマの励起状態を安定させるために、例えば２ｋＷ程度まで高める。また、ＩＣＰ用電力供給系１９０のＩＣＰ用電力の出力は、任意の出力とすることが可能である。
［２－２－３－２　第１フェーズの樹脂投入時におけるプラズマの安定化］
　処理を開始すると、二酸化炭素ガスの濃度は、図３（ａ）の曲線２０４に示したように変化する。時間Ａ以降は、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチが処理されている。この処理を開始すると、二酸化炭素ガスの濃度が次第に増加し、その後、最大値となった後、今度は当該濃度が低下し始める。ここで、二酸化炭素ガスの濃度が増加する段階である時間Ｂ１においては、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチから多量の水分（図示しない）が水蒸気となって放出されており、この水分が励起されている酸素プラズマＰの安定性に悪影響を与える。本実施形態においては、この際にも、ＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力して空間Ｓに電圧または電界を生成させておき、同時に、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電力による作用を空間Ｓに作用させる。こうして、供給された被処理樹脂２２の第１サブバッチから放出される水分が存在しても、高い密度の酸素プラズマは安定してプラズマ状態を維持することが可能となる。
　時間Ｂ１におけるこの作用は、被処理樹脂２０の第２サブバッチ、第３サブバッチ、そして第４サブバッチが追加投入される時点でも同様に作用する。これらのタイミングを図３（ａ）において時間Ｂ２、Ｂ３およびＢ４として明示している。被処理樹脂２０を追加投入するいずれのタイミングにおいても、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力し、同時に、ＩＣＰ用電力供給系１９０からもＩＣＰ用電力を出力することにより、高密度の酸素プラズマを安定して励起し続けることが可能となる。
　なお、第２～第４サブバッチの投入の際には、供給側ゲートバルブＧ１が開放され、各サブバッチとなる被処理樹脂２０が投入され、その後に再び供給側ゲートバルブＧ１を閉止する処理によって行なわれる。供給側ゲートバルブＧ１の両側は排気されているため、供給側ゲートバルブＧ１の開放が行なわれても、真空容器１１４の圧力の変化は生じない。
　減容処理装置１１０の処理を行う際には、二酸化炭素センサー１５６の出力が監視されている。例えば、二酸化炭素ガスの濃度の測定値が最大値から９０％程度まで低下するまでは、最大値のままであると判断して監視が継続される。そして、例えば９０％を下回ることによってその最大値から低下したと判断されると、処理中のサブバッチの次のサブバッチの樹脂が追加投入される。本実施形態の減容処理装置１１０の動作においては、このように監視されている二酸化炭素センサー１５６の出力に基づく処理の進行に合せて、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力を制御することも可能である。というのは、追加のサブバッチを投入した後に水蒸気が発生する期間は、追加のサブバッチの投入後のある期間であることが経験的に確認されているためである。このような制御を行なう場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力は、追加のサブバッチを投入する時点までに開始され、実験に基づいて決まる所定期間の間その出力が継続され、その所定期間が過ぎると、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力が停止される。
　同様の処理がすべてのサブバッチに対して行なわれると、第１フェーズの処理が完了する。
［２－３　第２フェーズへの移行におけるガスの供給条件の変更］
　第１フェーズの処理が完了すると、ステージ１１２には、供給された被処理樹脂２２の炭化したものが配置された状態になっている。本実施形態の減容処理装置１１０においては、第２フェーズの処理としてこれを灰化する処理が行われる。そのためには、まず、ステージの温度が７００℃に昇温される。次に、ガスの供給条件が、第１フェーズのものから第２フェーズの処理条件にあわせたものに変更される。このガスの供給条件の変更には、真空容器１１４内部の圧力変更といった各種の条件の変更と、酸素ガスの流量や供給方向の変更とを含んでいる。なお、ガスの供給条件は、プラズマ条件のうち、プラズマの安定性に影響するようなガスに関する任意の条件を含むことができる。
［２－３－１　圧力変更］
　本実施形態において、第１フェーズと第２フェーズとにおいて変更されるガスの供給条件には、真空容器１１４の内部の圧力が含まれている。これは第１フェーズと第２フェーズのそれぞれの減容処理に適する圧力が異なるためである。本実施形態においては、第２フェーズの圧力は、例えば約１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）に設定される。これに対して、第２フェーズの圧力は、例えば３０～５０Ｔｏｒｒ（約４．０～６．７ｋＰａ）に設定される。
　このように、第１フェーズと第２フェーズの間で圧力が異なる場合に急激に圧力を変化させると、ＩＣＰ用電力のみによって酸素プラズマを励起している従来の手法であればプラズマが消弧してしまう確率が高まる。従来は圧力の変化による消弧を防止するために、第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へと段階的または連続的に変化させている。これに対して本実施形態においては、この第１フェーズの圧力から第２フェーズの圧力へ変更するタイミングにおいて、ＣＣＰ用電力供給系１８０によるＣＣＰ用電力の出力をＩＣＰ用電力供給系１９０によるＩＣＰ用電源の出力とともに利用する。このＣＣＰ用電力とＩＣＰ用電源との併用の動作によって、圧力が急に変更されたとしてもプラズマの励起状態を安定して維持することが可能になる。このために必要なＣＣＰ用電力供給系１８０の出力は、例えば１ｋＷ程度の出力である。なお、真空容器１１４の圧力の制御は、圧力制御部１５８がＡＰＣとして自動制御を行なう圧力指令値を変化させることによって行なう。
［２－３－２　ガス供給パターン変更］
　第１フェーズと第２フェーズとにおけるガスの供給条件では、酸素ガスの供給方向のパターンが互いに異なっている。つまり、第１フェーズでは、主として旋回流のパターンにより酸素が供給されるのに対し、第２フェーズでは、その旋回流成分と、軸に向かって集まる集中流成分とを組み合わせたパターンにより酸素が供給される。ここで、旋回流とは、概して、ステージ１１２の中心軸と同軸の円筒形状に作製されている真空容器１１４において、円筒の内側壁に沿い、ほぼステージ１１２含まれる面に沿うような向きであり、その円筒形の空間Ｓにおいて酸素ガスの渦が生成されるように向かう向きである。また、軸に向かって集まる集中流成分とは、真空容器１１４の内壁からステージ１１２の軸に向かう向きの成分である。図４は、真空容器１１４の水平断面図によって、旋回流（図４（ａ））と集中流（図４（ｂ））と、第１フェーズの気流（第１パターン、図４（ｃ））と、第２フェーズの気流（第２パターン、図４（ｄ））とを説明する説明図である。これらのガスの導入のために、真空容器１１４の内壁には、旋回流のために周に沿った一方向周りに回る向きに向けて、また、集中流のためには軸に向けて、いくつかのガス導入口が設けられている。図１においては、ガス供給ライン１３０Ａからの導入方向が、真空容器１１４の左側内側面で紙面に向かう向きに、また、真空容器１１４の右側内側面で紙面から飛び出す向きに描かれている。また、ガス供給ライン１３０Ｂからの導入方向は、真空容器１１４の内側面から中央に向かう向きに描かれている。また、各ガス導入口に対する流量は、ガス供給ライン１３０Ａまたは１３０Ｂに含まれている旋回流のためのレギュレータバルブ１３４Ａおよび集中流のためのレギュレータバルブ１３４Ｂそれぞれの開閉状態と流量と調整することによって実現される。
　これらのパターンにより酸素ガスが供給される理由は次の通りである。まず第１フェーズでは、供給された被処理樹脂２２から放出された分解ガスを酸化する処理を行なうことが主な減容処理となる。このため、第1フェーズの酸素プラズマでは分解ガスをできる限り効率よく酸化するための処理が行なわれる。そのためには、ステージ１１２に載置されている供給された被処理樹脂２２に対して酸素ガスを向けるよりは、空間Ｓに向かう酸素ガスを増やす必要がある。そのため、第１フェーズでは酸素ガスの向きが旋回流とされる（図４（ｃ））。これに対して第２フェーズでは、供給された被処理樹脂２２が炭化した状態になっており、その炭化した残渣固形物を灰化する処理が主な処理である。このためには、酸素プラズマによって活性化された酸素を効率良く供給された被処理樹脂２２に供給する必要がある。というのも、炭化した残渣固形物に対してステージ１１２から熱を加え続けるだけでは灰化は灰化が進みにくく、その灰化のために必要な活性化された酸素ガスを「送風」するような向きが好ましいいからである。集中流の成分を含むようなパターンを採用すると、ステージ１１２の上方の空間に酸素が供給され、供給された被処理樹脂２２に向かうダウンフローとして酸素プラズマから活性化された酸素が供給され、同時に、供給された被処理樹脂２２から発生した二酸化炭素などの炭素含有ガスが除去される。したがって、この目的に適うように、旋回流に集中流を組み合わせた気流（図４（ｄ））が供給される。なお、第２フェーズのパターンにおいて旋回流の成分を残しているのは、集中流のみによって減容処理に適する流量の酸素を供給すると、ダウンフローが強くなりすぎるためである。いわば、集中流に旋回流を組み合わせることによって、減容処理に適する流量の酸素を供給しつつ、適度なダウンフローを実際しているのである。このように酸素の供給パターンを設定するためには、集中流と旋回流の比率が調整される。
　上述したように、ＩＣＰ用電力供給系１９０のみによるＩＣＰ用電源の出力によってＩＣプラズマとして酸素プラズマを励起している場合には、酸素の供給のパターンを急激に変化させるとＩＣプラズマとして励起されている酸素プラズマは消弧しかねない。また、従来の段階的または連続的に酸素の供給のパターンを変更する処理を行なっても、プラズマの消弧の可能性が皆無となるものではない。本実施形態においては、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電源の出力に加えてＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力も利用するため、酸素の供給の向きを変化するタイミングにおいてプラズマが消弧する可能性を低下させることが可能である。したがって、従来のように段階的または連続的な酸素の供給の向きの変更といった処理は必要ではない。例えば第１フェーズに適する旋回流のパターンから、第２フェーズに適する旋回流と集中流との組み合わせのパターンへと酸素の供給のパターンを急激に変化させても、プラズマは安定して励起された状態を維持することが可能である。
［２－４　オプション：定常動作時の同時使用］
　上述した本実施形態において、ＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力が出力されるのは、プラズマの点弧のタイミング、第１フェーズにおける被処理樹脂の追加投入のタイミング、そして、第１フェーズから第２フェーズへの移行のタイミングのうちのいずれかまたはすべてにおいてである。これらのいずれかのタイミングにおいて出力されるＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力は、空間Ｓに電圧または電界として作用して、プラズマの点弧を容易にし、また、消弧を防止する効果を発揮する。必要に応じ、これらのタイミングのうちの一部または全部を適宜に選択してＣＣＰ用電力供給系１８０を動作させることは、本実施形態に含まれている。
　本実施形態においては、任意選択として、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を継続して出力するように動作させることもできる。その効果は、一つには、上述の各タイミングにおける作用と同様に不意の酸素プラズマの消弧を未然に防止することができる点にある。もう一つ別の効果として、ＩＣＰ用電力供給系１９０からのＩＣＰ用電源の出力のみを用いる場合に比べて、処理速度を高めることが可能となる効果もある。この処理速度を高める効果は、従来、ＩＣプラズマのみでは酸素流量が制限されることと関係している。本実施形態のＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力を利用すれば、プラズマの安定性が高まるため、従来採用することが難しかった増大された酸素流量によって減容処理装置１１０を動作させることが可能となる。その結果、分解ガスの酸化または供給された被処理樹脂２２の残渣固形物の酸化の速度を高めることが可能となって、減容処理装置１１０による処理速度を増大させることができる。
　このような効果を期待してＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力するタイミングは、第１フェーズおよび第２フェーズの処理を行なう任意のタイミングである。例えば、ＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力するのは、図３（ａ）に示した時間Ｂ１から時間Ｂ２に至る任意の期間、時間Ｂ２から時間Ｂ３に至る任意の期間、そして時間Ｂ３から時間Ｂ４に至る任意の期間において、任意の一部または全部の期間である。これらのうちのいずれかの期間においてＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力すれば、第１フェーズにおける分解ガスを酸化する際の処理速度を高めることが可能になる。また、別の期間として、時間Ｃ以降の任意のタイミングにＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力を出力することも有用である。時間Ｃ以降の任意の期間においてＣＣＰ用電力供給系１８０からＣＣＰ用電力を出力すれば、第２フェーズにおいて供給された被処理樹脂２２の残渣固形物を酸化する際の処理速度を高めることが可能になる。
［実施例］
　上述した実施形態に従う動作可能な減容処理装置１１０の実施例を作製した。具体的には、図２に示したＣＣＰ用電力供給系１８０およびＩＣＰ用電力供給系１９０を、表１に示す回路部材によって作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 なお、表１に記載の構成部品の回路定数は、実際の部品では単独ではなく組み合わせることによって必要な回路定数に適合させるものが含まれている。例えば、ＩＣＰ用マッチング回路１９４に用いるキャパシターＣ２（２５００ｐＦ）は、１０００ｐＦのキャパシター２個と５００ｐＦのキャパシター１個を並列接続して実現される合成の容量によって実装することができる。
　以上のようにして作製されたＣＣＰ用電力供給系１８０およびＩＣＰ用電力供給系１９０によって、実際に減容処理装置１１０の酸素プラズマＰの点弧の容易性と、励起した酸素プラズマＰの安定性を評価した。その結果、ＣＣＰ用電力供給系１８０を利用せずにＩＣＰ用電力供給系１９０のみを用いた場合に比べて、酸素プラズマＰを容易に点弧することかできた。具体的には、真空容器１１４の圧力を点弧のために低下させる必要なく、１０Ｔｏｒｒ（１．３ｋＰａ）の圧力に保ったまま、ＣＣＰ用電力供給系１８０から高周波コイル１４２に出力される１３．５６ＭＨｚの出力を約１ｋＷとすることにより、酸素プラズマＰを点弧することができた。その後、より高い安定性を得るためにＣＣＰ用電力供給系１８０からの出力を約２ｋＷに上昇させ、ＩＣＰ用電力供給系１９０から高周波コイル１４２に出力される２ＭＨｚの出力を約３ｋＷにまで高めその出力を維持したところ、高密度のプラズマが生成して減容処理を行なうことができた。このプラズマは、第１フェーズの時間Ａ（図３）において容易に点弧されたばかりか、時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４のいずれの際にも消弧せず安定して励起されていた。
　さらに、第１フェーズから第２フェーズに移行する際に、真空容器１１４の圧力を５０Ｔｏｒｒ（約６．７ｋＰａ）に高めるとともに、レギュレータバルブ１３４Ａとレギュレータバルブ１３４Ｂとを制御して旋回流から、旋回流と集中流との組み合わせへと変更した。その時間Ｃの際にも、励起されていたプラズマは消弧せず、安定したプラズマを励起し続けることが可能であった。
＜第１実施形態：変形例＞
　本発明の上述した第１実施形態はその趣旨を保って種々変形することが可能である。特に、容量結合による電圧または電界を空間Ｓにおいて生成するために、高周波コイル１４２とは別の電極を通じてＣＣＰ用電力供給系１８０からのＣＣＰ用電力の出力を空間Ｓ（図１）に作用させるように構成することも可能である。図５は、真空容器１１４の頂部壁１１４Ｒの大気側の面に配置される複数の電極の構成と、それらに対するＣＣＰ用電力供給系およびＩＣＰ用電力供給系の接続の様子とを示す説明図である。図５（ａ）は、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ａに接続された高周波コイル１４２の中心部に円板電極１４４を配置し、その円板電極１４４にＣＣＰ用電力供給系１８０ＡからのＣＣＰ用電力を出力する例を示している。また、図５（ｂ）は、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ｂに接続された高周波コイル１４２の外周部にリング電極１４６を配置し、そのリング電極１４６にＣＣＰ用電力供給系１８０ＢからのＣＣＰ用電力を出力する例を示している。
　図５（ａ）および（ｂ）に示すいずれの場合においても、高周波コイル１４２にＩＣＰ用電力供給系１９０Ａおよびら１９０ＢからのＩＣＰ用電源１９２Ａおよび１９２Ｂの出力としての電流が流れることにより、空間Ｓには、プラズマの密度を高める作用がもたらされる。これらの場合、高周波コイル１４２はＩＣＰ用電力を空間Ｓに誘導結合するためにのみ用いられるため、ＩＣＰ用コイルとしてのみ機能する。図５（ａ）に示した円板電極１４４を用いる場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＡのＣＣＰ用電源１８２ＡからのＣＣＰ用電力の出力は、円板電極１４４と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。また、図５（ｂ）に示したリング電極１４６を用いる場合にも、ＣＣＰ用電力供給系１８０ＢのＣＣＰ用電源１８２ＢからのＣＣＰ用電力の出力は、リング電極１４６と真空容器１１４との間の空間Ｓに電圧または電界として作用し、プラズマの点弧を容易にする作用や、プラズマを安定化する作用が実現する。真空容器１１４もＧＮＤ接地されて接地レベルの電位に保たれているため（図１）、円板電極１４４またはリング電極１４６は、真空容器１１と等しい電位にある導電性の部材との間で空間Ｓに電界をつくるキャパシターをなしている。
　図５に示したように、ＣＣＰ用電力供給系１８０Ａまたは１８０ＢからのＣＣＰ用電力が高周波コイル１４２とは別の電極に出力される場合、ＣＣＰ用電力供給系１８０Ａまたは１８０Ｂと、ＩＣＰ用電力供給系１９０Ａまたは１９０Ｂとの両方の出力が互いに直接接続されなくなる。これらのように、高周波コイル１４２とは別の電極が利用される場合、高周波コイル１４２と円板電極１４４の具体的な構成や、高周波コイル１４２とリング電極１４６の具体的な構成によっては、ＣＣＰ用電源１８２Ａまたは１８２ＢとＩＣＰ用電源１９２Ａまたは１９２Ｂとが相互に及ぼす影響が低減される。そのような場合、図２に示していたＩＣＰ周波数阻止回路１８８やＣＣＰ周波数阻止回路１９８は、省略されたり簡易な構成のものに変更されたりする。ただし、高周波コイル１４２と円板電極１４４の具体的な構成や、高周波コイル１４２とリング電極１４６の具体的な構成によっては、ＣＣＰ用電源１８２Ａまたは１８２ＢとＩＣＰ用電源１９２Ａまたは１９２Ｂが互いに及ぼす影響が依然として問題となる場合がある。そのような場合には、図２に示していたＩＣＰ周波数阻止回路１８８やＣＣＰ周波数阻止回路１９８と同様の互いの周波数成分を阻止する阻止回路を装備しておく。
　なお、図５に示した例では円板電極１４４とリング電極１４６とのうちの一方のみを用いる変形例を示していた。これらのうちのいずれを用いるかは、例えば空間Ｓに生じる電界強度や、プラズマに対して投入されるＣＣＰ用電力の強さなどを勘案して適宜に選択される。また、円板電極１４４とリング電極１４６との両者を設けてこれらに対してＣＣＰ用電力を供給することや、空間Ｓに電界を生じさせるような他の位置に、別の形態の電極を設けてＣＣＰ用電力を供給するようにすることも本実施形態には含まれている。
　以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
　本発明は、樹脂の処理を安定して実行しうる減容処理装置およびその動作方法を提供することにより、原子力関連設備の運転から排出される廃棄物の減容処理を容易にする。
　１０００　減容処理システム
　２０　被処理樹脂
　２２　供給された被処理樹脂
　１０２　放射能計
　１１０　減容処理装置
　１１２　ステージ
　１１４　真空容器
　１１４Ｒ　頂部壁
　１１６　ヒーター
　１１８　ステージ駆動機構
　１２０　加熱用電源
　１２２　供給機構
　１２４　定量マス
　１２６　アーム
　１２８　定量マス駆動機構
　１３０Ａ、１３０Ｂ　ガス供給ライン
　１３２　酸素ボンベ
　１３４Ａ、１３４Ｂ　レギュレータバルブ
　１４２　高周波コイル
　１４４　円板電極
　１４６　リング電極
　１５０　排気ライン
　１５２　排気バルブ
　１５４　真空ポンプ
　１５６　二酸化炭素センサー
　１５８　圧力制御部
　１６０　圧力センサー
　１６２　排出機構
　１６６　回収ノズル
　１６４　吸引パイプ
　１７０　残渣固形物容器
　１７２　追加の放射能計
　１７４　シーケンス制御部
　１７６　コンピューター
　１８０、１８０Ａ、１８０Ｂ　ＣＣＰ用電力供給系
　１８０Ｐ、１８０Ｎ　ＣＣＰ出力
　１８２、１８２Ａ、１８２Ｂ　ＣＣＰ用電源
　１８４　ＣＣＰ用マッチング回路
　１８６　ＣＣＰ用高周波電力源
　１８８　ＩＣＰ周波数阻止回路
　１８８Ａ　直列共振回路
　１８８Ｂ　並列共振回路
　１９０、１９０Ａ、１９０Ｂ　ＩＣＰ用電力供給系
　１９０Ｐ、１９０Ｎ　ＩＣＰ出力
　１９２、１９２Ａ、１９２Ｂ　ＩＣＰ用電源
　１９４　ＩＣＰ用マッチング回路
　１９６　ＩＣＰ用高周波電力源
　１９８　ＣＣＰ周波数阻止回路
　１９８Ａ、１９８Ｂ　並列共振回路
　２０２　曲線（ステージの温度）
　２０４　曲線（二酸化炭素濃度の値）
　２１４　曲線（推定減重率）
　Ｃ１～Ｃ３　キャパシター
　ＣＶ１～ＣＶ５　可変キャパシター
　Ｌ１～Ｌ５　リアクタンス
　ＬＶ１　可変リアクタンス
　Ｇ１　供給側ゲートバルブ
　Ｇ２　排出側ゲートバルブ
　Ｐ　プラズマ
　Ｓ　空間
　ＧＮＤ　接地
　ＶＰＰ　電圧振幅（ピーク・トゥー・ピーク）
　ＩＰ　ピーク電流

Claims (14)

  1. 　放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、
    　前記空間に励起される酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と
    　を備え、
    　前記ＣＣＰ用電源が、前記酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を前記空間に供給するものである
    　減容処理装置。
  2. 　放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、
    　前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、
    　前記真空容器の減圧状態を維持したまま前記ステージに前記被処理樹脂を供給するようになっている供給機構と
    　を備え、
    　前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する
    　減容処理装置。
  3. 　前記被処理樹脂が水分を含んでおり、前記供給機構により前記ステージに供給された該被処理樹脂が水蒸気を放出する
    　請求項２に記載の減容処理装置。
  4. 　放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するようになっており、真空容器内に配置されている昇温可能なステージと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するためのＣＣＰ用電源と、
    　前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するためのＩＣＰ用電源と、
    　前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するためのガス条件制御部と
    　を備え、
    　前記供給条件が該ガス条件制御部によって変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する
    　減容処理装置。
  5. 　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に対して直接的または前記真空容器の絶縁壁を介して間接的に面する位置に配置されており、前記ＩＣＰ用電源と前記ＣＣＰ用電源との両者に接続されているコイル
    　をさらに備える
    　請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の減容処理装置。
  6. 　前記ＩＣＰ用電源の出力と前記ＣＣＰ用電源の出力とがともに前記コイルに電気的に接続されており、
    　該ＩＣＰ用電源は、ＩＣＰ用周波数の電力を出力し、該ＩＣＰ用電源には、該ＣＣＰ用電源からの出力を阻止するＣＣＰ周波数阻止回路が接続されており、
    　該ＣＣＰ用電源は、ＣＣＰ用周波数の電力を出力し、該ＣＣＰ用電源には、該ＩＣＰ用電源からの出力を阻止するＩＣＰ周波数阻止回路が接続されている
    　請求項５に記載の減容処理装置。
  7. 　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に対して直接的または前記真空容器の絶縁壁を介して間接的に面する位置に配置されている、前記ＩＣＰ用電源に電気的に接続されたＩＣＰ用コイルと、
    　該ＩＣＰ用コイルによって囲まれた中心部と該ＩＣＰ用コイルを取り囲む周辺部とのうちの少なくともいずれかの位置に配置されている、前記ＣＣＰ用電源に電気的に接続されたＣＣＰ用電極と
    　をさらに備える
    　請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の減容処理装置。
  8. 　真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、
    　ＣＣＰ用電源が、酸素プラズマを点弧させる電圧または電界を容量結合により前記空間に供給するステップと、
    　ＩＣＰ用電源が、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと
    　を含む
    　減容処理装置の動作方法。
  9. 　真空容器内に配置されており、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、
    　ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、
    　供給機構により、減圧状態に維持されている前記真空容器の前記ステージに、前記被処理樹脂を供給するステップと
    　を含んでおり、
    　前記被処理樹脂が前記供給機構によって前記ステージに供給される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する
    　減容処理装置の動作方法。
  10. 　真空容器内に配置されおり、放射性物質を伴う被処理樹脂を載置するステージによって該被処理樹脂を加熱するステップと、
    　前記真空容器内の前記ステージの上方の空間に容量結合により電圧または電界を供給するステップと、
    　ＩＣＰ用電源により、前記空間に励起されている酸素プラズマに対して誘導結合により電力を供給するステップと、
    　ガス条件制御部により、前記真空容器内の前記空間に供給されるガスの供給条件を、第１ガス条件から、該第1ガス条件とは別の第２ガス条件へと変更するステップと
    　を含んでおり、
    　前記供給条件が前記ガス条件制御部により変更される際に、前記ＣＣＰ用電源が前記電圧または電界を供給する
    　減容処理装置の動作方法。
  11. 　前記第１ガス条件は、前記真空容器内の圧力を第１圧力へと設定することを含んでおり、
    　前記第２ガス条件は、前記真空容器内の圧力を、前記第１圧力よりも高い圧力である第２圧力へと設定することを含んでいる
    　請求項１０に記載の減容処理装置の動作方法。
  12. 　前記第１ガス条件は、前記真空容器内へのガスの供給方向のパターンを第１パターンへと設定することを含んでおり、
    　前記第２ガス条件は、前記真空容器内へのガスの供給方向のパターンを、前記第１パターンとは別の第２パターンへと設定することを含んでいる
    　請求項１０に記載の減容処理装置の動作方法。
  13. 　前記被処理樹脂が加熱分解を起こす第１温度に前記ステージの温度を設定し、分解または炭化によって前記被処理樹脂から放出されたガスを前記酸素プラズマによって酸化する第１処理ステップと、
    　該第１処理ステップの後に、前記第１温度よりも高い温度である第２温度に前記ステージの温度を設定し、前記第１処理を経た前記被処理樹脂それ自体を前記酸素プラズマによって分解または酸化することによって前記被処理樹脂を灰化する第２処理ステップと
    　を含み、
    　前記第１処理から前記第２処理へと動作が切り替えられる際に、前記ガス条件制御部が、前記第１ガス条件から前記第２ガス条件へと前記供給条件を変更する
    　請求項１２に記載の減容処理装置の動作方法。
  14. 　前記ＣＣＰ用電源を作動させないとした場合に前記酸素プラズマを安定して励起させることが可能な酸素流量の上限値よりも増大された酸素流量で前記減容処理装置が動作しており、
    　該増大された酸素流量によって前記減容処理装置が動作している間、前記ＣＣＰ用電源による前記電圧の出力が継続されている
    　請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の減容処理装置の動作方法。
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