(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2017년04월25일
(11) 등록번호 10-1730061
(24) 등록일자 2017년04월19일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G21F 9/06 (2006.01) H05H 1/46 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7021115
(22) 출원일자(국제) 2011년02월15일
심사청구일자 2015년09월24일
(85) 번역문제출일자 2013년08월09일
(65) 공개번호 10-2014-0056149
(43) 공개일자 2014년05월09일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2011/053142
(87) 국제공개번호 WO 2012/111090
국제공개일자 2012년08월23일
(56) 선행기술조사문헌
JP2000257826 A*
JP2001059894 A*
KR1020030039871 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
후지 덴키 가부시키가이샤
일본 가나가와껭 가와사끼시 가와사끼구 타나베신
덴 1-1
(72) 발명자
카타기리, 겐이치
일본 2100856 가나가와껭 가와사끼시 가와사끼구
타나베신덴 1-1 후지 덴키 가부시키가이샤 (내)
(74) 대리인
특허법인 남앤드남
전체 청구항 수 : 총 16 항 심사관 : 윤연숙
(54) 발명의 명칭 방사성 물질을 수반하는 수지 감용 처리 장치 및 그 동작 방법
(57) 요 약
플라즈마의 점호를 용이화하고, 플라즈마의 소호를 방지한다.
본 발명의 몇 개의 양태의 감용 처리 장치(110)는, 피처리 수지(22)를 재치하는 스테이지(112)와, CCP용 전원
(180)과, ICP용 전원(190)을 구비하고 있다. 본 발명의 임의의 양태의 감용 처리 장치(110)에는 공급 기구(122)
가 구비되어 있으며, CCP용 전원(180)이 피처리 수지를 진공용기(114)에 감압 상태로 공급할 때에 동작을 계속하
고 있다. 또한, 본 발명의 임의의 양태의 감용 처리 장치(110)에서는, 진공용기(114)에 가스를 공급하는 가스 조
건을 변경할 때에, CCP용 전원(180)이 동작을 계속하고 있다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1730061
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명 세 서
청구범위
청구항 1
수분을 포함하고 또한 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 감용(減容) 처리하는 감용 처리 장치로서,
피처리 수지를 재치(載置)하게 되어 있으며, 진공용기 내에 배치되어 있는 승온(昇溫)가능한 스테이지와,
전극에 접속되어 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하
는 ＣＣＰ용 전원과,
코일에 접속되어 상기 공간에 여기(勵起)되어 있는 산소 플라즈마에 대하여 유도결합에 의해 전력을 공급하는
ＩＣＰ용 전원과,
상기 진공용기의 감압상태를 유지한 채 상기 스테이지에 상기 피처리 수지를 공급가능한 공급 기구와,
컴퓨터 또는 시퀀스 제어부를 구비하고,
상기 컴퓨터 또는 시퀀스 제어부는,
감용 처리되어야 할 피처리 수지의 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 투입된 상태에서, 상기 ＩＣ
Ｐ용 전원이 상기 산소 플라즈마에 대하여 상기 전력을 공급함으로써 산소 플라즈마에 의한 감용 처리를
행하고,
감용 처리되어야 할 상기 피처리 수지의 나머지의 적어도 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 추가
투입될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급함으로써 플라즈마의 소호(消弧)를 방지하도록
동작을 제어하는 것인 감용(減容) 처리 장치.
청구항 2
방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하게 되어 있으며, 진공용기 내에 배치되어 있는 승온가능한 스테이
지와,
전극에 접속되어 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하
는 ＣＣＰ용 전원과,
코일에 접속되어 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대하여 유도결합에 의해 전력을 공급하는 ＩＣＰ
용 전원과,
상기 진공용기 내의 상기 공간에 공급되는 가스의 공급 조건을 변경하는 가스 조건 제어부와,
상기 진공용기의 감압상태를 유지한 채 상기 스테이지에 상기 피처리 수지를 공급가능한 공급 기구를 구비하고,
상기 공급 조건이 상기 가스 조건 제어부에 의해 변경될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공
급하며,
감용 처리되어야 할 피처리 수지의 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 투입된 상태에서, 상기 ＩＣ
Ｐ용 전원이 상기 산소 플라즈마에 대하여 상기 전력을 공급함으로써 산소 플라즈마에 의한 감용 처리를
행하고,
감용 처리되어야 할 상기 피처리 수지의 나머지의 적어도 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 추가
투입될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급함으로써 플라즈마의 소호를 방지하는 감용 처
리 장치.
청구항 3
제2항에 있어서,
상기 피처리 수지가 수분을 포함하고 있으며, 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 공급 또는 추가 투입된
등록특허 10-1730061
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피처리 수지가 수증기를 방출하는 감용 처리 장치.
청구항 4
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 대하여 직접적 또는 상기 진공용기의 절연 벽을 통하여 간
접적으로 면(面)하는 위치에 배치되어 있는 고주파 코일을 더 구비하고,
상기 고주파 코일은 상기 전극 및 상기 코일이며, 상기 고주파 코일에 상기 ＩＣＰ용 전원의 출력과 상기 ＣＣ
Ｐ용 전원의 출력이 모두 전기적으로 접속되어 있는 감용 처리 장치.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 ＩＣＰ용 전원은, ＩＣＰ용 주파수의 전력을 출력하고, 상기 ＩＣＰ용 전원에는, 상기 ＣＣＰ용 전원으로
부터의 출력을 저지하는 ＣＣＰ 주파수 저지 회로가 접속되어 있으며,
상기 ＣＣＰ용 전원은, ＣＣＰ용 주파수의 전력을 출력하고, 상기 ＣＣＰ용 전원에는, 상기 ＩＣＰ용 전원으로
부터의 출력을 저지하는 ＩＣＰ 주파수 저지 회로가 접속되어 있는 감용 처리 장치.
청구항 6
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 대하여 직접적 또는 상기 진공용기의 절연 벽을 통하여 간
접적으로 면하는 위치에 배치되어 있는, 상기 ＩＣＰ용 전원에 전기적으로 접속된 ＩＣＰ용 코일과,
상기 ＩＣＰ용 코일에 의해 둘러싸인 중심부와 상기 ＩＣＰ용 코일을 둘러싸는 주변부 중의 적어도 어느 하나의
위치에 배치되어 있는, 상기 ＣＣＰ용 전원에 전기적으로 접속된 ＣＣＰ용 전극을 더 구비하는 감용 처리 장치.
청구항 7
진공용기 내에 배치되어 있으며, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하는 스테이지에 의해 피처리 수지
를 가열하는 단계와,
ＣＣＰ용 전원이, 상기 ＣＣＰ용 전원에 접속된 전극을 통하여, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공
간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하는 단계와,
ＩＣＰ용 전원이, 상기 ＩＣＰ용 전원에 접속된 코일을 통하여, 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대
하여 유도결합에 의해 전력을 공급하는 단계와,
공급 기구에 의해, 감압상태로 유지되어 있는 상기 진공용기의 상기 스테이지에, 피처리 수지를 공급하는 단계
를 포함하고 있고,
공급 기구에 의해 피처리 수지를 공급하는 상기 단계는, 감용 처리되어야 할 피처리 수지의 일부를 상기 스테이
지에 투입하는 단계와, 상기 피처리 수지의 나머지의 적어도 일부를 상기 스테이지에 추가 투입하는 단계를 포
함하는 것이며,
상기 ＩＣＰ용 전원이 유도결합에 의해 전력을 공급하는 상기 단계는, 피처리 수지의 상기 일부가 상기 공급 기
구에 의해 상기 스테이지에 투입된 상태에서, 상기 ＩＣＰ용 전원에 의해 상기 산소 플라즈마에 대하여 상기 전
력을 공급함으로써 감용 처리하는 단계를 포함하는 것이고,
상기 ＣＣＰ용 전원이 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하는 상기 단계는, 피처리 수지의 상기 나머지의
적어도 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 추가 투입될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또
는 전계를 공급함으로써 플라즈마의 소호(消弧)를 방지하는 것인 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 8
진공용기 내에 배치되어 있으며, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하는 스테이지에 의해 피처리 수지
를 가열하는 단계와,
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ＣＣＰ용 전원이, 상기 ＣＣＰ용 전원에 접속된 전극을 통하여, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공
간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하는 단계와,
ＩＣＰ용 전원이, 상기 ＩＣＰ용 전원에 접속된 코일을 통하여, 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대
하여 유도결합에 의해 전력을 공급하는 단계와,
가스 조건 제어부에 의해, 상기 진공용기 내의 상기 공간에 공급되는 가스의 공급 조건을 변경하는 단계와,
공급 기구에 의해, 상기 진공용기의 감압상태를 유지한 채 상기 스테이지에 상기 피처리 수지를 공급하는 단계
를 포함하고 있으며,
상기 공급 조건이 상기 가스 조건 제어부에 의해 변경될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공
급하고,
감용 처리되어야 할 피처리 수지의 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 투입된 상태에서, 상기 ＩＣ
Ｐ용 전원이 상기 산소 플라즈마에 대하여 상기 전력을 공급함으로써 산소 플라즈마에 의한 감용 처리를
행하고,
감용 처리되어야 할 상기 피처리 수지의 나머지의 적어도 일부가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 추가
투입될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급함으로써 플라즈마의 소호를 방지하는 감용 처
리 장치의 동작 방법.
청구항 9
제8항에 있어서,
상기 가스의 공급 조건을 변경하는 단계는, 상기 진공용기 내의 압력을 높은 압력으로 변경하는 것을 포함하고
있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 10
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 가스의 공급 조건을 변경하는 단계는, 상기 진공용기 내로의 가스의 공급 방향을 변경하는 것을 포함하고
있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 11
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 피처리 수지가 가열 분해를 일으키는 제 1 온도로 상기 스테이지의 온도를 설정하고, 분해 또는
탄화(炭化)에 의해 피처리 수지로부터 방출된 가스를 상기 산소 플라즈마에 의해 산화하는 제 1 처리 단계와,
상기 제 1 처리 단계 후에, 상기 제 1 온도보다도 높은 온도인 제 2 온도로 상기 스테이지의 온도를 설정하고,
상기 제 1 처리를 거친 피처리 수지 그 자체를 상기 산소 플라즈마에 의해 분해 또는 산화시킴으로써 피처리 수
지를 애싱(ashing)하는 제 2 처리 단계를 포함하고,
상기 제 1 처리로부터 상기 제 2 처리로 동작이 전환될 때에, 상기 가스 조건 제어부가, 상기 공급 조건을 변경
하는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 12
제10항에 있어서,
상기 피처리 수지가 가열 분해를 일으키는 제 1 온도로 상기 스테이지의 온도를 설정하고, 분해 또는
탄화(炭化)에 의해 피처리 수지로부터 방출된 가스를 상기 산소 플라즈마에 의해 산화하는 제 1 처리 단계와,
상기 제 1 처리 단계 후에, 상기 제 1 온도보다도 높은 온도인 제 2 온도로 상기 스테이지의 온도를 설정하고,
상기 제 1 처리를 거친 피처리 수지 그 자체를 상기 산소 플라즈마에 의해 분해 또는 산화시킴으로써 피처리 수
지를 애싱(ashing)하는 제 2 처리 단계를 포함하고,
상기 제 1 처리로부터 상기 제 2 처리로 동작이 전환될 때에, 상기 가스 조건 제어부가, 상기 공급 조건을 변경
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하는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 13
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 ＣＣＰ용 전원을 작동시키지 않는 것으로 했을 경우에 상기 산소 플라즈마를 안정되게 여기시키는 것이 가
능한 산소유량의 상한치보다도 증대된 산소유량으로 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있으며,
상기 증대된 산소유량에 의해 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있는 동안, 상기 ＣＣＰ용 전원에 의한 상기 전
압의 출력이 계속되고 있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 14
제10항에 있어서,
상기 ＣＣＰ용 전원을 작동시키지 않는 것으로 했을 경우에 상기 산소 플라즈마를 안정되게 여기시키는 것이 가
능한 산소유량의 상한치보다도 증대된 산소유량으로 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있으며,
상기 증대된 산소유량에 의해 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있는 동안, 상기 ＣＣＰ용 전원에 의한 상기 전
압의 출력이 계속되고 있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 15
제11항에 있어서,
상기 ＣＣＰ용 전원을 작동시키지 않는 것으로 했을 경우에 상기 산소 플라즈마를 안정되게 여기시키는 것이 가
능한 산소유량의 상한치보다도 증대된 산소유량으로 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있으며,
상기 증대된 산소유량에 의해 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있는 동안, 상기 ＣＣＰ용 전원에 의한 상기 전
압의 출력이 계속되고 있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
청구항 16
제12항에 있어서,
상기 ＣＣＰ용 전원을 작동시키지 않는 것으로 했을 경우에 상기 산소 플라즈마를 안정되게 여기시키는 것이 가
능한 산소유량의 상한치보다도 증대된 산소유량으로 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있으며,
상기 증대된 산소유량에 의해 상기 감용 처리 장치가 동작하고 있는 동안, 상기 ＣＣＰ용 전원에 의한 상기 전
압의 출력이 계속되고 있는 감용 처리 장치의 동작 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 이온교환수지 감용 처리 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 주로 원[0001]
자력 관련 시설에 있어서 이용되었던 사용이 끝난 이온교환수지를 감용(減容)하는 이온교환수지 감용 처리 장치
및 그 동작 방법에 관한 것이다.
배 경 기 술
최근, 방사성 폐기물의 저(低)레벨 폐기물의 감용 처리의 효율을 높이는 방법이 개발되고 있다. 특허문헌 1(일[0002]
본 특허공개공보 2001-153998호 공보)에는, 산소 플라즈마를 이용하여 탄화(carbonization) 및 애싱 처리
(ashing)를 행함으로써 저(低)레벨 방사성 폐기물인 원자력 시설로부터 배출되는 이온교환수지를 감용하는 방법
이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 피처리 수지를 진공용기 내의 스테이지에 재치(載置))하고 그 상방 공간에
산소 플라즈마를 여기시킴으로써, 스테이지 상의 피처리 수지를 탄화 및 애싱하는 처리가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2(일본 특허공개공보 2000-275393호 공보)에는, 고밀도의 플라즈마를 생성하기 위해서 유도 결[0003]
합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, 이하, 「ＩＣ 플라즈마」라고 약기한다)를 여기하는 것, 및 ＩＣ 플
라즈마를 정지한 후에, 용기 내에 부착된 타르(tar)를 분해하기 위해서, 용량결합 플라즈마를 여기하는 것을 감
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용 처리에 채용하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 수지를 처리할 때에는, 통상, 산소 플라즈마의 생성을[0004]
위해 고주파 전원을 이용하는 ＩＣ 플라즈마가 채용된다(특허문헌 1, 단락 [0012], 및, 특허문헌 2, 단락
[0012]). 이것은, 수지를 처리하는 감용 처리의 방법에 있어서, 단위시간당의 처리량 즉 처리 속도를 높이는 것
이 요구되며, 그 결과, 산소 플라즈마로서 플라즈마 밀도를 높이기 쉬운 ＩＣ 플라즈마가 선택되기 때문이다.
ＩＣ 플라즈마를 여기하기 위한 전원을 이하 「ＩＣＰ용 전원」이라고 기재한다. ＩＣＰ용 전원은, 산소 플라즈
마를 최초에 점화하는 즉 점호(点弧)하기 위해 이용되는 동시에, 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 비롯하여 종래의
감용 처리의 방법에서는, 산소 플라즈마의 여기상태를 유지하기 위해서도 이용되고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본 특허공개공보 2001-153998호, 예를 들면 단락 0012 [0005]
(특허문헌 0002) 일본 특허공개공보 2000-275393호, 예를 들면 단락 0012
발명의 내용
해결하려는 과제
감용 처리를 실시하기 위한 방법에 있어서는 몇 개의 문제점이 발생하여, 종래부터 이들에 대한 대책이 취해지[0006]
고 있다. 제 1의 문제점은, ＩＣ플라즈마로서 산소 플라즈마를 점호하기 어렵다고 하는 점호에 대한
문제점이다. 제 2의 문제점은, 진공용기 내부의 압력이나, 감용 처리를 위해 진공용기에 공급되는 가스의 공급
방향을 변경할 때에, ＩＣ 플라즈마로서의 산소 플라즈마가 소호(消弧)되기 쉽다고 하는 가스의 압력이나 공급
방향의 변경에 대한 내성(耐性)의 문제점이다. 그리고, 제 3의 문제점은, ＩＣ 플라즈마로서 여기되어 있는 산
소 플라즈마가 안정성이 결여되어, 산소 플라즈마가 불의에 소호해버린다고 하는 안정성의 문제점이다. 이들의
각 문제점에 대하여, 이하와 같은 대책이 종래부터 행해지고 있다.
우선, 점호에 관련된 상기 제 1의 문제점에 대한 대책으로서, 종래는, ＩＣ 플라즈마의 점호를 용이화하기 위해[0007]
서, 감용 처리에 이용될 때에 비해서 낮은 압력으로 진공용기의 압력을 일단 저하시키고, 그 저하된 압력으로
ＩＣ 플라즈마를 점호한 후에 압력을 높이도록 조정하는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 이 대책에는 여전히 과
제가 남아 있다. 이러한 압력의 조정은, 그 자체가 복잡한 조건변경 작업이다. 이것은, 감용 처리에 적합한 압
력이, 산소 플라즈마를 ＩＣ 플라즈마로서 점호하기 위한 압력보다도 높기 때문에, 플라즈마를 점호하는 것만을
목적으로, 진공용기를 처리에 적합한 압력보다도 낮은 압력까지 배기하는 것을 의미하기 때문이다. 덧붙여, 점
호에 성공한 후에도, 감용 처리에 적합한 압력으로 조정할 때에는, 압력을 서서히 높일 필요가 있다. 이러한 이
유에서, 점호를 위해 일단 압력을 저하시키는 것은, 복잡한 조건변경을 필요로 하는 작업이다. 게다가, 이들의
조건변경 작업에 의해, ＩＣ 플라즈마가 소호할 가능성은, 저감은 하지만 전무(皆無)가 되는 것은 아니다.
또한, 진공용기의 압력이나 진공용기로의 공급 가스의 방향을 변경하는 것에 대한 내성에 관한 상기 제 2의 문[0008]
제점은, 감용 처리를 효율적으로 행하기 위해서, 상대적으로 저온인 제 1 페이즈(phase)와 상대적으로 고온인
제 2 페이즈라는 두 개의 페이즈로 나누어 감용 처리가 실시되는 것에 관련되어 있다. 이온교환수지를 감용 처
리하기 위해서는, 예를 들면 400℃ 정도의 상대적 저온의 온도에 의한 제 1 페이즈의 처리와, 700℃ 정도의 상
대적 고온의 온도에 있어서의 제 2 페이즈의 처리가 순서대로 행해진다. 그리고, 제 1 페이즈와 제 2 페이즈에
서는, 처리에 적합한 압력과, 공급 가스의 방향이 모두 다르게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 압력은, 제 1 페
이즈와 제 2 페이즈에서는 제 2 페이즈에 있어서 제 1 페이즈보다도 높게 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 공
급 가스의 방향은, 진공용기가 연직방향으로 축을 가지는 원통형일 경우에, 상대적으로 저온의 제 1 페이즈에서
는, 그 축의 주변으로 선회하는 것과 같은 산소 가스의 흐름(선회(旋回)류)이 바람직한 것에 대해서, 상대적으
로 고온의 제 2 페이즈에 있어서는, 그 선회류의 패턴과, 축의 방향을 향하는 흐름(집중(集中)류)을 조합하는
것과 같은 패턴으로 산소 가스의 방향을 정하는 것이 바람직하다. 제 1 페이즈로부터 제 2 페이즈로의 이행에
따라서, 압력을 변경할 때나, 산소의 공급의 방향을 이들의 구체예와 같이 변경할 때에, 압력의 변경이나 가스
의 공급의 패턴의 변경이 급격하면, 그때까지 ＩＣＰ용 전원에 의해 여기되어 있는 산소 플라즈마가 소호해버리
는 현상이 여기저기 보인다. 그 대책으로서, 종래는, 압력에 대해서는, 예를 들면 진공용기 내의 압력을 단계적
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또는 연속적으로 변경한다고 하는 대책이 취해지고 있다. 또한, 가스 공급 패턴에 대해서도, 예를 들면 선회류
와 집중류의 총 유량을 가능한 한 유지해서 선회류의 유량을 저하시키고 집중류의 유량을 증대시키도록 가스의
공급 방향의 패턴을 단계적 또는 연속적으로 변경한다고 하는 대책이 취해지고 있다. 이러한 단계적 또는 연속
적인 압력 또는 가스 공급 패턴의 변경에 의해 ＩＣ 플라즈마의 소호의 가능성은 저감하지만, 이들의 대책은,
그 자체가 복잡한 처리이다.
그리고, 플라즈마의 안정성에 관한 상기 제 3의 문제점은, 진공용기 내부에서 피처리 수지로부터 가스가 생성될[0009]
때의 불의의 플라즈마의 소호로서 현재화되어 있다. 예를 들면, ＩＣ 플라즈마에 의해 산소 플라즈마를 여기하
고 있는 상태에서 피처리 수지를 투입하면, 플라즈마의 점호 상태가 불안정하게 되어 소호할지도 모른다. 이것
과 관계되어 있는 것은, 피처리 수지가 어느 정도(예를 들면 약 5% 정도)의 수분을 포함하고 있는 것이다. 피처
리 수지는, 예를 들면 냉각수 등의 물의 정화(淨化)에 이용되는 이온교환수지이기 때문에, 건조되어 있어도 수
분이 완전히 제거되어 있는 것은 아니다. 그 수분을 포함하는 수지가, 감압(減壓)되어 있는 진공용기 내의 400
℃ 등의 고온으로 가열되어 있는 스테이지 위에 투입되면, 단시간에 다량의 수증기가 가스로서 생성된다. 이 때
문에, 산소 플라즈마를 ＩＣ 플라즈마로서 계속 여기하는 것이 가능한 조건으로 조정되어 있었다고 해도, 수증
기에 의해 그 조건이 무너져버려, 플라즈마를 안정하게 계속 여기하는 것이 어렵게 된다. 이 수증기에 의해 플
라즈마의 안정성이 저하할 경우에는, 플라즈마가 소호할지도 모르며, 소호한 경우의 재(再)점호처리를 위해 플
라즈마의 상태를 감시할 필요가 생겨버린다.
여기서, 점호의 용이화를 목적으로 하여, 또는, 압력의 변경·가스의 방향의 변경이라고 하는 플라즈마 조건의[0010]
변경, 수지의 투입이라고 하는 환경조건의 변경을 수반하는 경우에 있어서, 산소 플라즈마를 ＩＣ 플라즈마로서
안정하게 계속 여기시키는 것을 목적으로 하여, 다른 대책, 다시 말해, 예를 들면 아르곤이나 헬륨이라고 하는
보조 가스를 도입해서 플라즈마를 점호하기 쉽게 하거나, 여기되어 있는 플라즈마의 안정성을 높이는 것도 행해
지고 있다. 그러나, 산소에 추가하여, 아르곤 가스나 헬륨 가스를 이용하는 것은, 감용 처리를 위해 복수의 종
류의 가스를 공급할 필요가 생기기 때문에, 피하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이들의 과제 중 적어도 몇 개를 해결하기 위해서 이루어진 것이다. 본 발명은, ＩＣ 플라즈마로서의[0011]
산소 플라즈마의 점호용이성(easiness of ignition)을 개선함으로써, 원자력 관련 설비로부터 배출되는 피처리
수지의 처리의 용이화에 공헌한다. 또한, 본 발명은, 압력의 변경이나 가스의 방향이라고 하는 가스의 공급 조
건을 변경할 때, 및 피처리 수지의 추가 투입 시라고 하는 플라즈마에 있어서의 조건변경이 될 때에, ＩＣ 플라
즈마로서의 산소 플라즈마의 여기 상태를 안정시킴으로써, 원자력 관련 설비로부터 배출되는 피처리 수지의 처
리의 안정화에 공헌한다.
과제의 해결 수단
본원의 발명자는, 상술한 각 과제가, 플라즈마가 형성되는 공간에 대하여 용량결합에 의해 고주파의 전압 또는[0012]
전계를 인가함으로써 해결된다는 것을 발견하였다. 통상, 진공용기 내에서 여기되어 있는 산소 플라즈마를 이용
해서 수지를 감용 처리하기 위해서는, 상술한 바와 같이 ＩＣＰ용 전원이 이용되고 있다. 본 발명의 특정 양태
에 있어서는, 수지의 처리를 행하는 산소 플라즈마에 대하여, ＩＣＰ용 전원과는 다른 전원도 필요에 따라서 이
용한다. 이 다른 전원은, 플라즈마가 점호 또는 여기되는 공간에 대하여, 전압 또는 전계를 생성하는 것 즉 용
량결합에 의해 에너지를 공급한다. 이 에너지에 의해, 플라즈마의 점호의 용이(점호 용이성)를 향상시키는 것이
가능해지고, 또한, 여기되어 있는 플라즈마를 안정화시키는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 발명의 특정 양태에 있어서는, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하게 되어 있으며, 진공용기[0013]
내에 배치되어 있는 승온(昇溫)가능한 스테이지와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결
합에 의해 전압 또는 전계를 공급하기 위한 ＣＣＰ(용량 결합 플라즈마: Capacitively Coupled Plasma)용 전원
과, 상기 공간에 여기되는 산소 플라즈마에 대하여 유도 결합에 의해 전력을 공급하기 위한 ＩＣＰ용 전원을 구
비하고, 상기 ＣＣＰ용 전원이, 상기 산소 플라즈마를 점호시키는 전압 또는 전계를 상기 공간에 공급하는 것인
감용 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 양태에 있어서는, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하게 되어 있으며, 진공용[0014]
기 내에 배치되어 있는 승온가능한 스테이지와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결합에
의해 전압 또는 전계를 공급하기 위한 ＣＣＰ용 전원과, 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대하여 유
도 결합에 의해 전력을 공급하기 위한 ＩＣＰ용 전원과, 상기 진공용기의 감압상태를 유지한 채 상기 스테이지
에 상기 피처리 수지를 공급하게 되어 있는 공급 기구를 구비하고, 상기 피처리 수지가 상기 공급 기구에 의해
상기 스테이지에 공급될 때, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급하는 감용 처리 장치가
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제공된다.
여기서, 감용 처리 장치는, 피처리 수지를 가열 처리하고, 상기 피처리 수지 그 자체와 상기 피처리 수지로부터[0015]
방출되는 가스의 적어도 어느 하나 또는 양쪽을 산소 플라즈마에 의해 산화 처리하는 것과 같은 처리를 행하는
것이 가능하다.
ＣＣＰ용 전원이란, 진공용기 내의 스테이지의 상방의 공간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하도록 설[0016]
치되어 있는 전원을 말한다. ＣＣＰ용 전원은, 예를 들면 13.56MHz 등의 고주파 전력을 출력하고, 그 고주파 전
력 즉 ＣＣＰ용 전력은, 진공용기 스테이지의 상방의 공간에 있어서의 감압(減壓) 하에서의 산소에 대하여 전압
또는 전계로서 작용한다. 이 ＣＣＰ용 전력은, 산소를 플라즈마화하여 점호하기 위해서, 및 여기되어 있는 산소
플라즈마를 안정화하기 위해서 이용된다. 한편, ＣＣＰ용 전원과 함께 상기 양태의 감용 처리 장치에 구비되어
있는 ＩＣＰ용 전원에 의한 출력 즉 ＩＣＰ용 전력은, 유도 결합에 의해 산소 플라즈마의 밀도를 높이도록 작용
한다. 그 때문에, 이때의 ＩＣＰ용 전력의 플라즈마에 대한 작용은, 플라즈마의 전하에 대한 전자 유도에 의한
것이다. 이에 대하여, ＣＣＰ용 전원에 의한 ＣＣＰ용 전력은, 공간에 대하여 전압 또는 전계를 생성하고, 플라
즈마를 구성하는 산소분자를 전리시켜 이온화하도록 작용한다.
상술한 각 양태에 있어서 공급 기구가 피처리 수지를 공급할 때란, 피처리 수지를 감압상태에서 공급할 경우,[0017]
플라즈마의 소호(extinguished)가 일어나기 쉬운 시점 또는 그 시점을 포함하는 기간을 가리키고 있다. 그 때문
에, ＣＣＰ용 전원은, 그 피처리 수지가 공급될 때의 플라즈마의 소호가 생기기 쉬운 시점, 또는 그 시점을 포
함하는 기간에 있어서, 스테이지의 상방의 공간에 전압 또는 전계에 의한 에너지를 공급하도록 동작한다.
덧붙여, 본 발명의 또 다른 양태에 있어서는, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하게 되어 있으며, 진[0018]
공용기 내에 배치되어 있는 승온가능한 스테이지와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결
합에 의해 전압 또는 전계를 공급하기 위한 ＣＣＰ용 전원과, 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대하
여 유도 결합에 의해 전력을 공급하기 위한 ＩＣＰ용 전원과, 상기 진공용기 내의 상기 공간에 공급되는 가스의
공급 조건을, 제 1 가스 조건으로부터, 상기 제1 가스 조건과는 다른 제 2 가스 조건으로 변경하기 위한 가스
조건 제어부를 구비하고, 상기 공급 조건이 상기 가스 조건 제어부에 의해 변경될 때, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상
기 전압 또는 전계를 공급하는 감용 처리 장치가 제공된다.
본 양태에 있어서도, ＩＣＰ용 전원, ＣＣＰ용 전원의 작용은 먼저 설명한 양태의 것과 동일하다. 본 양태에 있[0019]
어서 공급 조건이 변경될 때란, 가스의 공급 조건이 변경됨으로써 플라즈마의 소호가 생기기 쉬운 시점 및 그
시점을 포함하는 기간을 가리키고 있다. 이 양태에 있어서도, ＣＣＰ용 전원은, 그 피처리 수지가 공급될 때의
플라즈마의 소호가 일어나기 쉬운 시점 또는 그 시점을 포함하는 기간을 통해서, 스테이지의 상방의 공간에 전
압을 계속적으로 공급하도록 동작한다.
본 발명은, 감용 처리 장치의 동작 방법의 양태에 의해서도 실시된다. 즉, 본 발명의 어떤 양태에 있어서는, 진[0020]
공용기 내에 배치되어 있으며, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재치하는 스테이지에 의해 상기 피처리
수지를 가열하는 단계와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계
를 공급하는 단계와, ＣＣＰ용 전원이, 산소 플라즈마를 점호시키는 전압 또는 전계를 용량결합에 의해 상기 공
간에 공급하는 단계와, ＩＣＰ용 전원이, 상기 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마에 대하여 유도 결합에 의해
전력을 공급하는 단계를 포함하는 감용 처리 장치의 동작 방법이 제공된다.
또, 본 발명의 다른 양태에 있어서, 진공용기 내에 배치되어 있으며, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재[0021]
치하는 스테이지에 의해 상기 피처리 수지를 가열하는 단계와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공
간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하는 단계와, ＩＣＰ용 전원에 의해, 상기 공간에 여기되어 있는
산소 플라즈마에 대하여 유도 결합에 의해 전력을 공급하는 단계와, 공급 기구에 의해, 감압상태로 유지되어 있
는 상기 진공용기의 상기 스테이지에, 상기 피처리 수지를 공급하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 피처리 수지
가 상기 공급 기구에 의해 상기 스테이지에 공급될 때에, 상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급하
는 감용 처리 장치의 동작 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 양태로서, 진공용기 내에 배치되어 있으며, 방사성 물질을 수반하는 피처리 수지를 재[0022]
치하는 스테이지에 의해 상기 피처리 수지를 가열하는 단계와, 상기 진공용기 내의 상기 스테이지의 상방의 공
간에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 공급하는 단계와, ＩＣＰ용 전원에 의해, 상기 공간에 여기되어 있는
산소 플라즈마에 대하여 유도 결합에 의해 전력을 공급하는 단계와, 가스 조건 제어부에 의해, 상기 진공용기
내의 상기 공간에 공급되는 가스의 공급 조건을, 제 1 가스 조건으로부터, 상기 제 1 가스 조건과는 다른 제 2
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가스 조건으로 변경하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 공급 조건이 상기 가스 조건 제어부에 의해 변경될 때,
상기 ＣＣＰ용 전원이 상기 전압 또는 전계를 공급하는 감용 처리 장치의 동작 방법이 제공된다.
발명의 효과
본 발명의 상기 어느 하나 양태에 따르면, 플라즈마의 점호가 용이하게 되고, 또한 여기되어 있는 플라즈마의[0023]
안정성을 높이는 것이 가능하게 된다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 본 발명의 특정 실시 형태에 있어서의 감용 처리 장치를 포함하는 감용 처리 시스템의 구성을 나타내는[0024]
개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 특정 실시 형태에 있어서의 ＣＣＰ용 전력공급계와 ＩＣＰ용 전력공급계간의 구성예를 나타
내는 회로도이다.
도 3은, 본 발명의 특정 실시 형태에 있어서의 감용 처리 시스템의 상태를 나타내는 지표(온도와 이산화탄소 농
도)의 그래프(도 3(a))와, 수지의 감용의 상태를 나타내는 추정 중량 감소율(estimated weight reduction
ratio)의 그래프(도 3(b))이다.
도 4는, 본 발명의 특정 실시 형태에 있어서, 진공용기의 수평 단면도에 의해, 선회류(swirling flow)(도 4
(a))와, 집중류(concentrated flow)(도 4(b))와, 제 1 페이즈의 기류(first-phase gas flow)(도 4(c))와, 제 2
페이즈의 기류(도 4(d))를 설명하는 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 특정 실시 형태에 있어서, 정상부 벽의 대기측의 면에 배치되는 복수의 전극의 구성과, 이들
에 대한 ＣＣＰ용 전력공급계 및 ＩＣＰ용 전력공급계의 접속의 상태를 나타내는 설명도이다. 도 5(a)는, 고주
파 코일의 중심부에 원판전극을 배치하는 예를, 또한 도 5(b)는, 고주파 코일의 외주부에 링 전극을 배치하는
예를 나타내고 있다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서 특히 언급이 없는 한, 전체 도면에 걸쳐[0025]
공통되는 부분 또는 요소에는 공통되는 참조 부호가 첨부되어 있다. 또한, 도면 중, 각 실시 형태의 요소의 각
각은, 반드시 서로의 축척(縮尺)비를 유지하여 나타내고 있지는 않다.
<제 1 실시 형태> [0026]
[1 시스템 구성][0027]
도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 감용 처리 장치(110)를 포함하는 감용 처리 시스템(1000)의 구성을 나타내는[0028]
개략 단면도이다.
[1-1 감용 처리 장치의 구성][0029]
감용 처리 시스템(1000)의 감용 처리 장치(110)에는, 스테이지(112)가 진공용기(114) 내에 구비되어 있다. 이[0030]
스테이지(112)는, 방사성 물질을 수반하고 있는 피처리 수지(20)가 공급된 것(피처리 수지(22))을 재치하게 되
어 있다. 또한, 스테이지(112)의 피처리 수지(22)가 놓이는 평판(平板)부분의 내부에는, 히터(116)가 설치되어
있으며, 그 히터(116)에 의해 스테이지(112) 자체의 온도가 승온(昇溫)가능하게 되어 있다. 스테이지(112)에 의
해 가열되어 있는 피처리 수지(22) 그 자체나, 피처리 수지(22)로부터 방출되는 가스는, 적어도 어느 하나 또는
양쪽이 산소 플라즈마(P)에 의해 산화된다. 그 산소 플라즈마(P)를 점호시키기 위해서, ＣＣＰ용 전력공급계
(180)를 이용할 수 있다. 이 ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의해 공급되는 전력(ＣＣＰ용 전력)은, 진공용기(114)
내의 스테이지(112)의 상방의 공간(S)에 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 발생시킨다. 또한, 감용 처리 장치
(110)에는, 산소 플라즈마(P)에 대하여 유도 결합에 의해 전력을 공급하기 위해서, ＩＣＰ용 전력공급계(190)도
장비되어 있다. 더욱이, 감용 처리 장치(110)에는, 진공용기의 감압상태를 유지한 채 스테이지에 피처리 수지를
공급하게 되어 있는 공급 기구(122)도 구비되어 있다.
여기서, 감용 처리 장치(110)의 ＣＣＰ용 전력공급계(180)는, 피처리 수지(20)가 스테이지(112)에 대하여 공급[0031]
기구(122)에 의해 공급될 때 계속해서 상기 ＣＣＰ용 전력을 공급함으로써, 공간(S)에 전압 또는 전계를 계속해
서 작용시킬 수도 있다.
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또한, 진공용기(114)의 정상부(頂部) 벽(114R)의 대기측의 외면에는, 고주파 코일(142)이 배치되어 있다. 이 고[0032]
주파 코일(142)은, 진공용기(114)의 정상부 벽(114R)의 내측의 공간(S)에 플라즈마를 여기하기 위해서
이용된다.
진공용기(114)에는, 내부를 감압상태로 유지하기 위한 배기(排氣) 라인(150)도 접속되어 있다. 이 배기 라인[0033]
(150)에는, 배기 밸브(152)와 진공 펌프(154)가 접속되어 있다. 배기 밸브(152)의 개방도(開度)는 압력제어부
(158)에 의해 제어되고 있으며, 그 압력제어부(158)는, 진공용기(114)의 내부공간의 압력을 측정하는 압력 센서
(160)의 신호에 근거해서 제어를 계속적으로 행하고 있다. 따라서, 압력제어부(158)는, ＡＰＣ(Automatic
Pressure Controller)로서 진공용기(114)의 압력을 자동 제어하고 있다.
진공 펌프(154)의 출구측 경로에는 이산화탄소 센서(156)가 접속되어 있다. 이산화탄소 센서(156)로부터는, 진[0034]
공용기(114)로부터의 배기 경로에 있어서 측정된 이산화탄소 가스의 농도에 따른 농도 데이터 또는 농도 신호가
출력된다. 한편, 본 실시 형태에서는, 이산화탄소 센서(156)에 대신하여, 탄소함유 가스의 농도를 측정할 목적
을 달성하는 임의의 종류의 가스 센서를 이용할 수 있다. 예를 들면, 이산화탄소 센서가 아니라 일산화탄소 센
서를 이용함으로써도 동일한 목적이 달성된다. 더욱이, 이산화탄소 센서(156) 등의 가스 센서는, 진공 펌프
(154)의 출구측 경로가 아니라, 예컨대, 진공용기(114)의 벽면이나, 배기 라인(150) 중 진공 펌프(154)까지의
경로에 장비되어 있어도 좋다.
감용 처리 장치(110)에는, 방사능계(102)가 구비되어 있다. 이 방사능계(102)는, 감용 처리 장치(110)에 공급되[0035]
기 전의 피처리 수지(20)의 방사능을 측정하게 되어 있는 임의의 방사능계이다. 전형적인 방사능계(102)로서는,
에너지 분해해서 γ선을 측정하는 반도체 검출기를 들 수 있다. 방사능계(102)는, 처리 대상인 피처리 수지(2
0)의 방사능의 값을 나타내는 방사능 데이터 또는 방사능 신호를 출력한다. 방사능계(102)를 γ선의 에너지 분
해능을 가지는 방사능계로 했을 경우에는, 예를 들면 방출되는 γ선의 에너지에 의해 방사성 핵종을
특정하면서, 그 특정된 핵종에 있어서의 방사능을 측정하는 것이 가능하게 된다. 방사능계(102)의 배치는, 도 1
에 나타낸 위치에 한정되지 않고, 처리 대상의 피처리 수지(20)의 방사능의 값을 취득가능한 임의의 위치에 배
치된다.
[1-1-1 전극 코일][0036]
고주파 코일(142)은, 예를 들면 구리 등의 선형상(線狀) 부재를 나선형상으로(spirally) 형성한 트위스트 코일[0037]
(twist coil)이다. 고주파 코일(142)은, 나선형상의 중심부와 주변가장자리부에 접속부를 가지고 있다.
고주파 코일(142)에는, 산소를 공급하면서 전력이 공급되기 때문에 여기되는 플라즈마는 주로 산소 플라즈마가[0038]
된다. 또한, 진공용기(114)의 정상부 벽(114R)은, 고주파 코일(142)에 의한 고주파 전자계를 공간(S)에 생성하
기 위해서 절연체로 되어 있다. 가장 단적으로는, 정상부 벽(114R)은 용융 석영 유리에 의해 제작되어 있다. 한
편, 본 실시 형태에 있어서 채용가능한 고주파 코일의 구성이나 배치는 특단 이 고주파 코일(142)의 배치로 한
정은 되지 않는다. 예를 들면, 산소 플라즈마의 여기에 적합한 임의의 형상과 배치의 고주파 코일을 이용함으로
써, 본 실시 형태의 감용 처리를 실시하는 것이 가능하다.
[1-2 플라즈마용 전원][0039]
감용 처리 시스템(1000)의 감용 처리 장치(110)에는, 플라즈마용 전원으로서, ＣＣＰ용 전력공급계(180)와, Ｉ[0040]
ＣＰ용 전력공급계(190)가 구비되어 있다. 도 2는, ＣＣＰ용 전력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 구
성예를 나타내는 회로도이다. ＣＣＰ용 전력공급계(180)는, ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)(직렬 공진회로(188A)
및 병렬 공진회로(188B))와 조합하여 고주파 코일(142)에 접속되어 있는 것에 대해, ＩＣＰ용 전력공급계(190)
는, ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)(병렬 공진회로(198A) 및 병렬 공진회로(198B))와 조합하여 고주파 코일(14
2)에 접속되어 있다.
[1-2-1 ＣＣＰ용 전원］ [0041]
ＣＣＰ용 전력공급계(180)는, 예를 들면 13.56MHz인 ＣＣＰ용 주파수의 고주파전원인 ＣＣＰ용 고주파 전력원[0042]
(186)과, 그 출력을 고주파 코일(142)에 매칭시키기 위한 ＣＣＰ용 매칭 회로(184)를 구비하고 있다. ＣＣＰ용
전력공급계(180)의 두 개의 출력 중, 일방의 ＣＣＰ 출력(180P)은, ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)의 병렬 공진
회로(188B)를 통하여 고주파 코일(142)에 접속되어 있다. 이에 대하여, 타방의 ＣＣＰ 출력(180N)은, ＧＮＤ에
접지되어 있다. 한편, 진공용기(114)도 ＧＮＤ접지되어 접지레벨의 전위로 유지되어 있기 때문에(도 1), ＣＣＰ
용 전력공급계(180)의 출력은, 정상부 벽(114R)을 통해서 고주파 코일(142)과 진공용기(114)의 사이의 공간(S)
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에 대한 전압 또는 전계를 부여한다. 즉, 고주파 코일(142)은, 진공용기(114)와 동일한 전위에 있는 도전성의
부재와의 사이에서 공간(S)에 전계를 만들어내는 캐패시터를 구성하고 있으며, ＣＣＰ용 전력에 의한 전압 또는
전계가, 점호 시의 플라즈마의 점호 용이성이나, 여기되어 있는 플라즈마의 안정성을 향상시키도록 작용한다.
ＣＣＰ용 매칭 회로(184)에는, 가변 캐패시터(ＣＶ1 및 ＣＶ2), 리액턴스(L1)가 구비되어 있다. ＣＣＰ용 매칭[0043]
회로(184)에서는, 회로 정수로서, 예를 들면 가변 캐패시터(ＣＶ1 및 ＣＶ2)의 용량을 변화시킴으로써, ＣＣＰ
용 고주파 전력원(186)의 전류출력을 고주파 코일(142)에 효율적으로 전달하도록 작용한다.
ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)는, 직렬 공진회로(188A)와 병렬 공진회로(188B)로 구성되어 있다. 이 중, 직렬[0044]
공진회로(188A)에 있어서는, 캐패시터(C1)와 리액턴스(L2)가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 병렬 공진회로(188
B)에 있어서는, 가변 캐패시터(ＣＶ4)와 리액턴스(L3)가 병렬로 접속되어 있다. 직렬 공진회로(188A)는, 직렬
공진에 의해 2MHz의 주파수 성분 즉 ＩＣＰ용 주파수 성분의 전류를 단락시키는 것에 대해서, 병렬 공진회로
(188B)는, 병렬 공진에 의해 ＩＣＰ용 주파수 성분(2MHz)의 전류의 통과를 저지하는 작용을 가진다. 이 때문에,
직렬 공진회로(188A) 및 병렬 공진회로(188B)를 포함하는 ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)는, ＩＣＰ용 전력공급
계(190)로부터 ＣＣＰ용 전원(182)이나 ＣＣＰ용 전력공급계(180)를 향하는 예컨대 2MHz의 ＩＣＰ용 주파수 성
분의 전력을 감쇠(減衰)시켜 저지하는 회로가 된다. ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)는, 예를 들면 13.56MHz 등의
ＩＣＰ용 주파수의 ＣＣＰ용 전력에 대해서는 실질적으로는 작용하지 않는다. 즉, ＣＣＰ용 전력에 있어서, 직
렬 공진회로(188A)는 개방로, 병렬 공진회로(188B)는 단락(短絡)로와 마찬가지이다. 한편, 병렬 공진회로(188
B)의 저지 주파수는, 가변 캐패시터(ＣＶ4)의 용량을 변경함으로써 조정된다. 그리고, 리액턴스(L2) 및 리액턴
스(L3)는, 현실의 리액턴스 소자이기 때문에 기생 저항을 동반하고 있으며, 공진상태에 있는 2MHz의 전력의 에
너지는 그 기생 저항에 의해 쥴 열(Joule heat)로서 방산된다. 이와 같이 하여, ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)
는, ＣＣＰ용 전력공급계(180)를 향하는 ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터의 ＩＣＰ용 주파수 성분의 전력을 감
쇠시킨다.
[1-2-2 ＩＣＰ용 전원] [0045]
이에 대하여, ＩＣＰ용 전력공급계(190)는, 예를 들면 2MHz의 ＩＣＰ용 주파수의 고주파 전원인 ＩＣＰ용 고주[0046]
파 전력원(196)과, 그 출력을 고주파 코일(142)에 매칭시키기 위한 ＩＣＰ용 매칭 회로(194)를 구비하고 있다.
ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 두 개의 출력 중, 일방의 ＩＣＰ 출력(190P) 및 타방의 ＩＣＰ출력(190N)은, 각각,
ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)에 포함되어 있는 병렬 공진회로(198A 및 198B)를 통해서 고주파 코일(142)의 두
개의 단자부에 접속되어 있다. ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 출력은, 정상부 벽(114R)을 통해서 고주파 코일
(142)과 진공용기(114) 사이의 공간(S)에 대하여 고주파 전자계를 생성한다.
ＩＣＰ용 매칭 회로(194)에는, 가변 캐패시터(ＣＶ3), 캐패시터(C2), 가변 리액턴스(ＬＶ1)가 구비되어 있다.[0047]
ＩＣＰ용 매칭 회로(194)에서는, ＩＣＰ용 고주파 전력원(196)의 전류출력이 고주파 코일(142)에 효율적으로 전
달되는 매칭을 위해서, 예를 들면 가변 리액턴스(ＬＶ1)의 용량이 조정된다.
ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)에는, ＩＣＰ 출력(190P)에 연결되는 병렬 공진회로(198A)와, ＩＣＰ 출력(190N)[0048]
에 연결되는 병렬 공진회로(198B)가 구비되어 있다. 병렬 공진회로(198A)는, 가변 캐패시터(ＣＶ5)와 리액턴스
(L4)에 의한 ＣＣＰ용 주파수, 예를 들면 13.56MHz의 성분의 전력을 감쇠시키기 위한 병렬 공진 필터이다. 마찬
가지로, 병렬 공진회로(198B)도, 가변 캐패시터(ＣＶ6)와 리액턴스(L5)에 의한 ＣＣＰ용 주파수의 성분을 감쇠
시키기 위한 병렬 공진 필터이다. 병렬 공진회로(198A) 및 병렬 공진회로(198B) 각각의 저지 주파수는, 가변 캐
패시터(ＣＶ4)와 가변 캐패시터(ＣＶ5)의 용량을 변경함으로써 조정된다. 리액턴스(L4 및 L5)는 기생 저항을 수
반하고 있다. 이 때문에, ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)의 경우와 같이, 병렬 공진회로(198A) 및 병렬 공진회로
(198B)에 의해 저지된 ＣＣＰ용 주파수(13.56MHz)의 전력의 에너지는, 리액턴스(L4 및 L5)에 의해 쥴 열로서 방
산된다. 이와 같이 하여 ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)는, ＩＣＰ용 전력공급계(190)를 향하는 ＣＣＰ용 전력공
급계(180)로부터의 전력을 감쇠시킨다. ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)는, ＩＣＰ용 전력에 있어서는, 실질적으
로는 작용하지 않는다. 즉, 예를 들면 2MHz 등의 ＩＣＰ용 주파수인 ＩＣＰ용 전력에 있어서는, 병렬 공진회로
(198A 및 198B)는 모두 단락로로서 동작한다.
[1-2-3 ＣＣＰ용 전원과 ＩＣＰ용 전원의 접속과 이들의 작용][0049]
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)에 있어서는, 고주파 코일(142)에 대하여, ＣＣＰ용 전[0050]
력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 양자가 접속되어 있다. 따라서, 고주파 코일(142)은, 하나의 작용
으로서, 접지되어 있는 진공용기(114)와의 사이의 공간(S)(도 1)에 대하여 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의
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13.56MHz의 고주파 전력을 용량결합시키기 위한 전극으로서 작용한다. 이 경우의 고주파 코일(142)이 접지되어
있는 진공용기(114)에 대한 전극으로 되며, 용량결합에 의해 전압 또는 전계를 상기 공간(S)에 발생시킨다. Ｃ
ＣＰ용 전력공급계(180)의 작용은, 전압 또는 전계에 의한 용량결합에 의해, 상기 공간에 대하여 플라즈마의 점
호 용이성을 높이거나, 여기되어 있는 플라즈마의 안정성을 높이거나 하는 작용이다. 한편, 도 2에 나타낸 캐패
시터(C3 및 C4)는, 고주파 코일(142)을 접지(ＧＮＤ)로부터 고주파 코일(142)을 플로팅(float)시켜 전압을 측정
하기 위해 설치되어 있다. 즉, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의한 출력의 전압은, 플로팅용의 캐패시터(C3)의 접
지되어 있는 전극과는 반대인 전극의 접지(ＧＮＤ)에 대한 피크투피크(peak-to-peak)에서의 전압진폭(ＶＰＰ)을
모니터하면, 고주파 코일(142)의 전극이 공간에 부여하고 있는 전압의 정도(indication)를 측정하는 것이 가능
하게 된다.
더욱이, 고주파 코일(142)은, 또 하나 다른 작용으로서, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터의 2MHz의 고주파 전력[0051]
에 의한 전류를 흘리고, 전계와 자계를 상기 공간(S)에 발생시키는 코일로서도 작용하고 있다. 이때의 고주파
코일(142)의 작용은 그 공간에 발생하는 도전체로서의 플라즈마에 대한 유도 결합에 의한 작용이다. ＩＣＰ용
전력공급계(190)의 작용은, 유도 결합에 의해, 상기 공간(S)에 대하여 플라즈마의 밀도를 높이기 위한 전력을
공급하는 작용이다. ＩＣＰ 출력(190N)에는, 전류측정 단자가 설치되어 있다. 여기서 피크 전류(ＩＰ)를 측정함
으로써, ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 출력 전류의 지표(indicator)를 얻을 수 있다.
[1-2-4 저지 회로의 기능] [0052]
상술한 바와 같이, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에는 ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)가, 또한, ＩＣＰ용 전력공급계[0053]
(190)에는 ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)가 접속되어 있다. 이들의 저지 회로는, 서로 다른 전력이 전원에 미치
는 영향을 경감하도록 기능한다. 즉, ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)는, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터의 전력
에 의해 ＣＣＰ용 고주파 전력원(186)이 파손되거나, ＣＣＰ용 매칭 회로(184)에 의한 매칭이 탈조(脫調)하거나
하는 것을 방지한다. 마찬가지로, ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)는, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 전력에
의해 ＩＣＰ용 고주파 전력원(196)이 파손되거나, ＩＣＰ용 매칭 회로(194)에 의한 매칭이 탈조하거나 하는 것
을 방지한다.
[1-3 공급 기구][0054]
본 실시 형태의 전형적인 감용 처리 장치(110)(도 1)에는 공급 기구(122)가 구비되어 있다. 피처리 수지(20)는,[0055]
공급 기구(122)에 의해 공급측 게이트 밸브(G1)를 통하여 스테이지(112)에 공급된다. 그 공급 동작을 행하기 위
해서, 공급 기구(122)는 소정의 용적으로 제작된 정량 매스(metering cylinder, 124)를 구비하고 있다. 피처리
수지(20)를 공급하기 위해서는, 우선, 열린 공급측 게이트 밸브(G1)를 통하여 스테이지(112)의 상방 공간의 위
치까지 정량 매스(124)가 아암(126)에 의해 닿게 된다. 그 다음에, 그 위치에서 정량 매스(124)를 아암(126)의
축 주위로 회전시킴으로써, 정량 매스(124) 내의 피처리 수지(20)를 스테이지(112)의 상면에 낙하시킨다. 이러
한 동작을 가능하게 하는 정량 매스 구동 기구(128)가 아암(126)에는 접속되어 있다.
[1-4 가스 공급 조건의 제어][0056]
감용 처리 장치(110)는, 대체로 원통형상으로 제작되어 있는 진공용기(114)를 구비하고 있다. 그 진공용기(11[0057]
4)에는, 진공용기(114)의 내부공간에 대하여 산소를 공급하기 위한 가스 공급 라인(130A 및 130B)이 접속되어
있다. 이 가스 공급 라인(130A 및 130B)으로부터는, 각각 레귤레이터 밸브(regulator valves, 134A 및 134B)를
통해서, 산소봄베(oxygen cylinder, 132)로부터의 산소가 진공용기(114)의 내부공간으로 제어된 유량에 의해 공
급된다. 따라서, 적어도 레귤레이터 밸브(134A 및 134B)는, 진공용기(114)의 내부공간에 공급되는 산소의 공급
조건을 제어하는 가스 조건 제어부로서 동작하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)를 포함하는
감용 처리 시스템(1000)에서는, 레귤레이터 밸브(134A 및 134B)가, 컴퓨터(176)에 의해 직접 또는 시퀀스 제어
부(sequential control unit, 174)를 통해서 제어하고 있도록 교정(校正)하는 것도 가능하다. 그 경우, 컴퓨터
(176)나 시퀀스 제어부(174)도, 가스 조건 제어부로서 동작하게 된다.
[1-5 기타의 구성][0058]
스테이지(112)는, 원형접시의 형상으로 제작되어 있으며, 그 상면에 피처리 수지(22)를 재치(載置)할 수 있게[0059]
되어 있는 금속제의 트레이다. 이 스테이지(112)는, 진공용기(114)의 기밀(氣密)을 유지한 채, 원형접시의 중심
을 지나 평판부분에 수직한 축의 둘레로 회전 동작이 가능하게 되도록 구성되어 있다. 스테이지 구동 기구(11
8)는, 예를 들면 수분(數分) 동안에 1회로부터 1분 동안에 수회(數回) 정도의 느린 회전 동작을 스테이지(112)
가 행하게 하는 것이 가능하다. 또한, 스테이지(112)는, 도시되지 않은 구동 기구에 의해, 도 1의 지면의 상하
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방향의 위치 즉 높이를 변경할 수 있게 제작되어 있다. 스테이지(112)에는, 제어된 전력을 히터(116)에 공급하
는 가열용 전원(120)이 접속되어 있다. 온도제어를 위해, 스테이지(112)에는, 스테이지(112) 자체의 온도를 측
정하는 온도 센서(미도시)를 장비하고 있다. 이 온도 센서로부터의 온도 측정 신호에 따라서, 히터(116)에 공급
되는 전력이 제어된다. 특히 한정하는 것이 아니지만, 스테이지(112)의 온도는, 예를 들면 400℃, 혹은, 700℃
라고 하는 감용 처리에 적합한 온도로 제어하는 것이 가능하다.
또한, 컴퓨터(176)는, 상술한 제어 이외에도, 진공용기(114)의 배기 동작의 기동 및 정지, 압력제어부(158)가[0060]
자동 제어에 이용하는 압력 지령값의 변경, 가열용 전원(120)의 기동, 출력의 조정 또는 정지, 배출 기구(162)
의 구동 지령이라고 하는 각종의 제어를 행한다. 이를 위하여, 컴퓨터(176)는, 감용 처리 장치(110), 방사능계
(102), 이산화탄소 센서(156), 및 추가의 방사능계(172)로부터의 데이터 또는 신호를 수신하고, 상기 각 제어에
이들의 데이터 또는 신호를 이용한다.
[2 처리 동작] [0061]
다음으로, 상술한 감용 처리 시스템(1000)의 감용 처리 장치(110)의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은, 감용 처[0062]
리 시스템(1000)의 상태를 나타내는 지표의 설명도(도 3(a))와, 수지의 감용의 상태를 중량 감소율(weight
reduction ratio)에 의해 나타내는 설명도(도 3(b))이다. 감용 처리 시스템(1000)의 상태의 지표로서 도 3(a)에
나타낸 것은, 스테이지(112)의 온도(곡선(202))와, 이산화탄소 센서(156)로부터 얻어지는 이산화탄소 농도의 값
(곡선(204))이다. 또한, 도 3(b)에 나타낸 것은, 수지의 감용의 상태를 추정한 추정 중량 감소율(곡선(214))이
다.
곡선(202)에 의해 나타내는 스테이지(112)의 온도는, 도시하지 않은 스테이지(112)에 구비된 온도 센서가 나타[0063]
내는 온도 지시값이며, 종축에 수치를 눈금으로서 명시하고 있다. 이에 대하여, 이산화탄소 센서(156)가 출력하
는 이산화탄소 농도의 값을 나타내는 곡선(204)은, 시간적인 변화(variations in time)만을 나타내고 있으며 값
의 눈금은 임의 단위이다. 단, 곡선(204)에 의해 나타내는 이산화탄소 농도의 값은, 선형으로 플롯되며 횡축이
농도 0이 되도록 그려져 있다. 도 3의 횡축은, 피처리 수지(22)의 최초의 서브 배치(sub-batch)(제 1 서브
배치)를 스테이지(112)에 재치하고 공급측 게이트 밸브(G1)를 폐쇄한 순간부터 시간 측정을 개시한 시간 즉 처
리 시간이다. 도 3(a)에 나타낸 전(全) 처리는, 대강 24시간 정도의 시간을 필요로 있다. 한편, 서브 배치란,
감용 처리의 단위처리량인 피처리 수지(20)의 배치를 더욱 세분화한 처리 단위이다.
[2-1 전체동작·개요][0064]
도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 감용 처리 시스템(1000)에 의한 감용 처리는, 크게 나누어, 두 개의 처리 페이즈,[0065]
즉 제 1 페이즈(제 1 처리)와 제 2 페이즈(제 2 처리)로 나누어져 있다. 제 1 페이즈에서는, 스테이지(112)가
대략 400℃ 정도로 가열되는 것에 대해, 제 2 페이즈에서는 스테이지(112)가 대략 700℃ 정도로 가열된다.
한편, 이들의 온도는, 곡선(202)으로 나타낸 바와 같이, 보다 미세한 시간적인 변동을 나타낸다. 여기서, 예를
들면 감용 처리 시스템(1000)의 처리 대상물이 원자력 발전 설비 등에 의해 이용된 이온교환수지일 경우, 피처
리 수지(22)는, 이온교환수지와, 그 이온교환수지가 수반하고 있는 방사성 물질과, 잔류하고 있는 수분과의 혼
합물이다. 또한, 원자력 발전 설비에 있어서 이용되는 이온교환수지는, 방사성 동위원소를 포함하는 방사성 물
질을, 이온 또는 부식성 생물(corrosive products)(clads)의 형태로 그 자체에 흡착 또는 유지함으로써 동반하
고 있다.
상기 각 페이즈에 있어서의 처리의 개요를 이하 설명한다. 우선, 제 1 페이즈에서는, 피처리 수지(22)가 몇 개[0066]
의 서브 배치로 나뉘어서 진공용기(114)에 투입되어 스테이지(112)에 재치된다. 제 1 페이즈에서는, 400℃ 정도
로 가열되어 피처리 수지(22)의 탄화 처리가 행해진다. 이 처리는, 피처리 수지(22)에 대하여 최초에 시행되는
처리이다. 피처리 수지(22)의 각 서브 배치는, 스테이지(112)에 재치되어 가열이 개시되면, 400℃ 정도의 온도
가 될 때까지 다량의 수증기를 방출한다. 그 후 400℃ 부근까지 온도가 상승하면, 피처리 수지(22)는 분해 가스
도 다량으로 방출하기 시작한다. 이 분해 가스의 방출은, 일반의 유기물이 열에 의해 분해 가스를 방출하는 현
상에 가까운 것이다. 그 상태로 고주파 코일(142)에는, 플라즈마(P)를 여기하기 위한 전력이 투입되어 있다. 이
전력은, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의해 공급되는 용량결합을 위한 13.56MHz의 고주파 전력과, ＩＣＰ용 전력
공급계(190)에 의해 공급되는 유도 결합을 위한 2MHz의 고주파 전력을 조합한 것이다.
피처리 수지(22)로부터 방출된 분해 가스는, 스테이지(112) 상방의 공간에 여기되어 있는 산소 플라즈마(P)에[0067]
의해 산화되어, 분해 가스 중의 산화를 받기 쉬운 성분, 예를 들면 탄소성분이 산화된다. 산소 플라즈마(P)에
의해 분해 가스가 산화되어 생기는 가스 즉 처리 가스에는, 이산화탄소나 일산화탄소가 포함되어 있다. 이 처리
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가스는, 배기 라인(150)을 통해 배기되어 간다. 이 처리에 있어서의 분해는, 처리의 시작 직후에는 격렬하게,
어느 정도의 시간 계속하면 약해지기 시작한다. 이것은, 그 온도에 의해 분해되는 성분이 소비되는 것에 대응하
고 있다. 스테이지(112)에는, 피처리 수지(22)로부터 분해 가스 성분이 추출되어 탄화한 것이 남겨진다. 이 탄
화한 피처리 수지(22)는, 제 1 페이즈에서는 충분히 처리되었다고 해도, 탄화된 상태까지밖에 진행하지 않는다.
이 때문에, 피처리 수지(22)에는, 이 시점에서 탄소성분이 잔존하고 있다. 이와 같이 하여, 제 1 페이즈에서는,
스테이지(112)의 가열과, 산소 플라즈마(P)에 의한 산화를 조합함으로써, 피처리 수지(22)의 분해 처리와, 탄화
처리와, 분해 가스의 산화 처리가 실행된다.
제 1 페이즈에 있어서의 분해 가스의 탄소성분은, 산화된 처리 가스 중의 이산화탄소 또는 일산화탄소의 가스로[0068]
서 배기 라인(150)으로부터 배출되며, 이산화탄소 센서(156)에 의해 그 농도가 측정된다. 제 1 페이즈의 이산화
탄소 농도는, 각 서브 배치에 있어서 온도의 상승과 함께 상승하여, 높은 값이 일정 시간 유지된 후, 분해되는
성분의 소비에 따라서 저하해 간다. 이 이산화탄소 농도의 값은, 피처리 수지(22)에 있어서 산화되는 단위시간
당의 탄소량을 나타내는 직접적인 지표가 된다. 뿐만 아니라, 이 이산화탄소 농도의 값은, 피처리 수지(22)에
있어서 산화되는 전체 성분에 대한 간접적인 지표이기도 한다. 한편, 피처리 수지(22)에 있어서 산화되는 전체
성분은, 탄소성분 이외에, 질소성분, 유황성분, 수소성분을 포함하고 있는 경우가 있다.
제 1 페이즈에서는, 피처리 수지(22)가 감용 처리 장치(110)의 처리 능력의 범위로 세분된 서브 배치를 단위로[0069]
하여 피처리 수지(22)가 처리된다. 도 2(a)에는, 4개의 서브 배치로 나누어 피처리 수지(22)가 투입될 경우의
상태를 나타내고 있다. 제 1 페이즈에서는, 피처리 수지(22)의 제 1 서브 배치에 대한 가열에 의한 탄화 및 분
해 처리의 진행하는 상태가 이산화탄소 농도의 값으로서 감시된다. 그리고 이산화탄소 농도의 값으로부터 제 1
서브 배치의 처리가 어느 정도 진행되었다고 판단되면 공급측 게이트 밸브(G1)가 개방되어 다음의 서브 배치 즉
제 2 서브 배치의 피처리 수지(22)가 추가해서 투입된다. 이때, 스테이지(112)에는 제 1 서브 배치로서 처리가
진행된 피처리 수지(22)가 잔존한 상태이다. 그 상태의 스테이지(112)에 제 2 서브 배치의 피처리 수지(22)가
추가해서 공급된다. 따라서, 피처리 수지(22)는, 새롭게 투입된 제 2 서브 배치와, 처리 도중의 제 1 서브 배치
의 양쪽이 처리된다. 이후, 제 3 서브 배치, 제 4 서브 배치에 대해서도 마찬가지로 처리된다. 한편, 이와 같이
세분되어 피처리 수지(22)의 제 1 페이즈가 진행되는 것은, 제 2 페이즈의 처리에 비해서 제 1 페이즈에서는 피
처리 수지(22)로부터 다량의 분해 가스가 발생하고, 분해 가스를 처리하는 능력이 부족할 수도 있기 때문이다.
그 다음에 제 2 페이즈에 대해서 설명한다. 제 1 페이즈로부터 제 2 페이즈로 이행할 때, 진공용기(114)는 대기[0070]
개방되지 않고 감압된 상태이다. 단, 제 1 페이즈와 제 2 페이즈의 사이에서 압력 즉 진공도는 변경된다. 제 2
페이즈의 처리 대상은, 스테이지(112)에 남겨져 있는 피처리 수지(22)의 제 1 ~ 제 4 서브 배치로서 제 1 페이
즈의 처리를 거쳐서 탄화된 반(半)처리물이다. 여기서는, 이 반처리물도 피처리 수지(22)라고 기재한다. 제 2
페이즈에서는, 그 상태로 스테이지(112)의 온도가 700℃로 승온된다. 제 1 페이즈의 처리에 의해 탄화된 피처리
수지(22)의 온도가 상승하면, 탄화되어 있던 피처리 수지(22)에 대하여 산소 플라즈마가 작용하며, 탄소성분이
산화해서 제거되어 간다. 즉, 제 2 페이즈는, 가열 처리와 산소 플라즈마를 조합한 애싱(ashing)에 의해 탄화되
어 있던 피처리 수지(22)의 탄소성분을 감소시킴으로써 더욱 감용하는 처리이다. 제 2 페이즈에 있어서도 제 1
페이즈와 마찬가지로 산소 플라즈마(P)가 이용된다. 이 때문에, 고주파 코일(142)에는, 유도 결합에 의해 플라
즈마(P)를 여기하기 위한 전력이 투입된다. 단, 제 1 페이즈에서는 분해 가스를 산화하는 것이 산소 플라즈마
(P)에게 기대되는 작용이었던 것에 대해, 제 2 페이즈에서는, 탄화한 피처리 수지(22)를 애싱하는 작용을 기대
하여 산소 플라즈마(P)가 여기된다. 이러한 기대하는 작용의 차이 때문에, 일반적으로는, 산소 플라즈마(P)를
여기하는 조건(플라즈마 조건) 중, 가스의 공급 조건은, 제 1 페이즈와 제 2 페이즈에서 별개인 것으로 된다.
가장 전형적으로는, 제 2 페이즈의 가스의 공급 조건에서는, 제 1 페이즈보다도 높은 압력이 선택된다. 또한,
산소의 공급 방향도, 제 2 페이즈에서는 정상부 벽(114R)으로부터 스테이지(112)를 향하는 기류가 제 1 페이즈
에 비해서 많아지도록 선택된다.
제 2 페이즈를 통해서 피처리 수지(22)가 애싱되면, 피처리 수지(22)에 잔존하고 있었던 탄소성분 등은, 이산화[0071]
탄소 또는 일산화탄소의 가스와 같은 처리 가스가 되어서 배기 라인(150)으로부터 배출된다. 제 2 페이즈의 이
산화탄소 농도도, 온도의 상승과 함께 상승하고, 높은 값이 일정 시간 유지된 후, 산화되는 성분의 소비에 따라
서 저하해간다. 제 2 페이즈에 있어서도, 제 1 페이즈와 마찬가지로, 이산화탄소 센서(156)로부터 얻어지는 이
산화탄소 농도의 값은, 피처리 수지(22)에 있어서 산화되는 단위시간당의 탄소량을 나타내는 직접적인
지표이며, 피처리 수지(22)에 있어서 산화되는 전체 성분에 대한 간접적인 지표이다.
이와 같이 하여, 피처리 수지(20)가 공급된 것(피처리 수지(22))은, 스테이지(112)에 재치된 상태로 감용 처리[0072]
된다. 이 감용 처리는, 스테이지(112)에 의한 가열 처리와, 산소 플라즈마(P)에 의한 산화 처리에 의해 행해진
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다. 즉, 감용 처리 장치(110)는, 피처리 수지(22)를 가열 처리하고, 피처리 수지(22) 그 자체와 피처리 수지
(22)로부터 방출되는 가스의 적어도 어느 하나 또는 양쪽을, 산소 플라즈마(P)에 의해 산화 처리한다. 제 2 페
이즈에 의해 감용 처리되면, 피처리 수지(22)로부터는 스테이지(112)에 재치된 상태의 고형분(잔사 고형물,
residual solid matter)이 얻어진다.
그리고, 제 2 페이즈를 종료하면, ＣＣＰ용 전력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력공급계(190)가 정지되어 플라즈마[0073]
의 여기가 정지되며, 스테이지 가열도 정지됨으로써, 감용 처리를 정지시킨다. 처리 종료 후, 잔사 고형물은 배
출 기구(162)에 의해 스테이지(112)로부터 제거되어 진공용기(114)의 외부로 배출된다. 배출 기구(162)에는, 회
수 노즐(166)을 구비하는 흡인 파이프(164)가 배치되어 있다. 흡인 파이프(164)는, 배출측 게이트 밸브(G2)가
개방되어 있는 상태에서 회수 노즐(166)의 위치를 스테이지(112) 상의 잔사 고형물의 흡인에 적합한 위치로 구
동하기 위한 배출 구동 기구(168)에 접속되어 있다. 흡인 파이프(164)에 의해 흡인된 잔사 고형물은, 기류 중으
로부터 잔사 고형물을 회수하기 위한 백 필터(bag filter)나 사이클론(cyclone)(모두 미도시됨)을 통해서 비산
을 방지하면서 회수되어, 잔사 고형물 용기(170)에 일시적으로 저류(貯留)된다. 이 잔사 고형물 용기(170)에는,
최종적인 잔사 고형물에 잔류하고 있는 방사능을 측정하기 위한 추가의 방사능계(172)가 구비되어 있다. 잔사
고형물 용기(170)의 잔사 고형물은, 그 후에, 예를 들면 시멘트에 의해 봉해지거나, 또는, 모래를 씌우거나 하
여 안전성을 높일 수 있으며, 예를 들면 최종처분지 등의 적당한 설비로 운반되어 반영구적인 보관에 의해 처분
된다.
이상에 설명한 각 처리는, 컴퓨터(176)에 의해 직접 또는 시퀀스 제어부(174)에 의해 각 처리가 지시된다. 최후[0074]
에, 필요에 따라서, 처리 후의 잔사 고형물의 방사능이 추가의 방사능계(172)에 의해 측정된다.
그 다음에, 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)의 동작에 있어서, ＣＣＰ용 전력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력[0075]
공급계(190)를 동시에 이용하는 동작에 대해서 상술한다.
[2-2 플라즈마의 점호와 여기][0076]
상술한 전체적인 동작을 실현하기 위해서, 감용 처리 장치(110)에 있어서는, 제 1 페이즈의 개시시에 플라즈마[0077]
를 점호할 필요가 있다. 또한, 여기되어 있는 플라즈마의 소호를 방지하기 위해서는, 플라즈마의 여기상태를 안
정시킬 필요가 있다. 본 실시 형태에 채용되는 ＣＣＰ용 전력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력공급계(190)에 의한
동작을 이들과 관련하여 설명한다.
[2-2-1 ＣＣＰ용 전원의 작용] [0078]
우선, 본원의 발명자가 생각하는 ＣＣＰ용 전력공급계(180)의 작용에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, ＣＣ[0079]
Ｐ용 전력공급계(180)는, 용량결합에 의해 진공용기(114) 내의 공간(S)에 전압 또는 전계를 발생시키도록 동작
한다. 이 전압 또는 전계는, 산소 플라즈마의 점호를 용이하게 하는 점호 용이화의 효과를 가지고 있다. 또한,
이 전압 또는 전계는, 여기되어 있는 산소 플라즈마의 소호를 방지하는 소호방지의 효과도 가지고 있다. 구체적
으로는, 공간(S)에 전압 또는 전계가 생성되면, 감압상태에 있는 산소는 용이하게 전리(電離)해서 이온화한다.
이 때문에 산소는 용이하게 플라즈마화한다. 이 감압상태는, 후술하는 감압처리에 적합한 정도의 압력, 예컨대,
10Ｔｏｒｒ정도의 압력이어도 상관없다. 즉 ＣＣＰ용 전력공급계(180)를 동작시키면, 플라즈마의 점호를 용이하
게 할 목적으로 진공용기(114)의 압력을 저하시킬 필요는 없다. 한편, 만일 ＣＣＰ용 전력공급계(180)를 이용하
지 않고, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로만 플라즈마를 점호하고자 했을 경우에는, 동일한 전력으로는 동등한 전압
즉 전계가 생성되지 않는다. 또한, 통상 이들의 장치가 동작하는 압력영역은, 파센곡선(Paschen's curve)의 최
소값보다 오른쪽의 영역, 즉, 방전을 위해 필요로 하는 전압 또는 전계가 압력의 상승과 함께 상승하는 영역이
다. 이러한 이유에서, ＩＣＰ용 전력공급계(190)만 이용한 경우에는, 산소 플라즈마를 용이하게 점호하기 위해
서, 보다 낮은 압력으로 할 필요가 있다. 더욱이, 소호(extinguishing) 방지성에 대해서도, 공간(S)에 대하여
ＣＣＰ용 전력공급계(180)가 초래하는 전압 또는 전계에 의한 전리 작용이 도움이 되고 있다.
[2-2-2 ＩＣＰ용 전원의 작용] [0080]
다음에, ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 작용에 대해서 설명한다. 이 ＩＣＰ용 전력공급계(190)는, 산소 플라즈마[0081]
(P)를 고밀도화하도록 작용한다. ＩＣＰ용 전력공급계(190)에 의한 전력에 의해 고주파 코일(142)의 근방 즉 정
상부 벽(114R)의 수직 하방에는 전자 유도에 의해 높은 밀도의 산소 플라즈마(P)가 생성되기 때문에, 감용 처리
에 있어서의 단위시간당의 처리량 즉 처리 속도를 높이는 것이 가능하다.
[2-2-3 ＣＣＰ용 전원과 ＩＣＰ용 전원의 동시 사용에 의한 효과][0082]
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그리고, ＣＣＰ용 전력공급계(180)와 ＩＣＰ용 전력공급계(190)를 동시에 동작시키면, 고주파 코일(142)에는,[0083]
ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 전력(ＣＣＰ용 전력)과, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터의 전력(ＩＣＰ용
전력)이 중첩되어 투입된다. 이것은, 최종적으로는, ＣＣＰ용 전력에 의한 전압 또는 전계와, ＩＣＰ용 전력에
의한 전자 유도가 공간(S)에 대하여 동시에 작용하는 상태를 만들어 낸다. 여기서, 공간(S)에 있어서 유도 결합
으로만 여기되는 ＩＣ 플라즈마가 생성되어 있는 종래의 경우, ＩＣＰ용 전력은, 플라즈마를 고밀도화하는 작용
을 가진다. 그런데 그 고밀도화는, 플라즈마 중의 전리한 이온이 나타내는 도전성이 ＩＣＰ용 전력과 유도적으
로 결합해서 달성된다. 반대로, 플라즈마가 점호되어 있지 않은 상태나 소호해버린 상태에서는, ＩＣＰ용 전력
을 높여도, 고주파 코일(142)에 있어서의 전류를 증대시키게 될 뿐이다. 이에 대하여, 본 실시 형태와 같이 Ｃ
ＣＰ용 전력을 ＩＣＰ 전력에 중첩해서 투입하면, 플라즈마화되어 있지 않은 산소분자에 대해서도 전리 작용을
초래한다. 그 때문에, ＣＣＰ용 전력을 ＩＣＰ용 전력에 중첩시키면, 산소 플라즈마의 점호를 돕는 동시에, 일
단 여기된 플라즈마의 소호를 방지하는 역할을 한다.
[2-2-3-1 플라즈마의 점호동작][0084]
플라즈마를 점호하는 타이밍은, 도 3(a)의 시간(A)에 나타내는 타이밍, 즉 제 1 페이즈의 처리를 개시하는 타이[0085]
밍이다. 그 타이밍을 상세하게 설명하면, 우선 감용 처리의 최초의 처리로서, 방사능계(102)에 의해, 초기의 방
사능을 측정하는 처리가 실행된다. 그 다음에, 공급측 게이트 밸브(G1)를 개방해서 초기에 투입되는 서브 배치
(제 1 서브 배치)의 피처리 수지(22)가 공급되며, 재차 공급측 게이트 밸브(G1)가 폐지(閉止)된다. 이것은, 정
량 매스(124)에 의해 정(定)용적의 피처리 수지(22)를 공급하는 처리이며, 제 1 서브 배치로서 미리 진공용기
(114)의 스테이지(112)에 피처리 수지(22)를 재치(載置)하는 처리이다. 그 후, 진공용기(114) 내부가 감압된다.
그 압력은, 예컨대, 제 1 페이즈의 감용 처리에 적합한 압력으로서, 10Ｔｏｒｒ(1.3ｋＰａ)정도의 압력이 선택
된다. 목적으로 하는 압력에 도달하면, 제 1 페이즈의 감용 처리를 시작하기 위해서, 스테이지(112)가 히터
(116)에 의해 400℃로 승온된다. 그 다음에, 이산화탄소 센서(156)에 의한 이산화탄소 가스 농도의 계측이 개시
된다. 한편, 스테이지의 승온과 이산화탄소 가스의 계측 개시의 순서는 역(逆)이어도 상관없다. 그 후 플라즈마
가 점호된다. 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)에 있어서는, 상술한 제 1 페이즈의 처리에 적합한 압력으로
자동 제어한 상태로 플라즈마를 점호하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로는, 이러한 플라즈마의 점호시에는, 우선, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의해 고주파 코일(142)[0086]
에 13.56MHz 등의 ＣＣＰ용 주파수의 전력(ＣＣＰ용 전력)의 공급이 개시된다. 이때, 이 전력은, 진공용기(11
4)나 스테이지(112) 등, 접지되어 있는 도체부분에 대하여 고주파 코일(142)의 전압을 진동시키도록 작용한다.
그 전압은, 공간(S)에 대한 전계로 되어 작용하고, 도입되어 있는 산소를 플라즈마화한다. 이와 같이 하여 산소
플라즈마가 점호된다. 이를 위하여 필요한 ＣＣＰ용 전력공급계(180)의 출력은, 예를 들면 1kW 정도의
출력이다. 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)에 있어서는, 이러한 점호를 위해서는, 종래의 감용 처리 장치와
같이, 압력을 감용 처리에 적합한 압력보다도 저하시키거나, 그 후에 감용 처리를 위한 압력으로 되돌리는 것과
같은 조작은 필요없다. 그 후, 플라즈마의 밀도를 높이기 위해서 도움이 되는 유도 결합에 의한 전력공급을 행
하기 위해서, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터 ＩＣＰ용 전력을 출력한다. 한편, ＣＣＰ용 전력공급계(180)의
ＣＣＰ용 전력의 출력은, 플라즈마의 여기상태를 더욱 안정시키기 위해서, 예를 들면 2kW 정도까지 높인다. 또
한, ＩＣＰ용 전력공급계(190)의 ＩＣＰ용 전력의 출력은, 임의의 출력으로 하는 것이 가능하다.
[2-2-3-2 제 1 페이즈의 수지투입시에 있어서의 플라즈마의 안정화][0087]
처리를 개시하면, 이산화탄소 가스의 농도는, 도 3(a)의 곡선(204)으로 나타낸 바와 같이 변화된다. 시간(Ａ)[0088]
이후에는, 공급된 피처리 수지(22)의 제 1 서브 배치가 처리되고 있다. 이 처리를 개시하면, 이산화탄소 가스의
농도가 점점 증가하고, 그 후, 최대치가 된 후, 이번에는 해당 농도가 저하하기 시작한다. 여기서, 이산화탄소
가스의 농도가 증가하는 단계인 시간(B1)에 있어서는, 공급된 피처리 수지(22)의 제 1 서브 배치로부터 다량의
수분(미도시됨)이 수증기가 되어 방출되고 있으며, 이 수분이 여기되어 있는 산소 플라즈마(P)의 안정성에 악영
향을 준다. 본 실시 형태에 있어서는, 이때에도, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터 ＣＣＰ용 전력을 출력해서 공
간(S)에 전압 또는 전계를 생성시켜 두고, 동시에, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터의 ＩＣＰ용 전력에 의한 작
용을 공간(S)에 작용시킨다. 이와 같이 하여, 공급된 피처리 수지(22)의 제 1 서브 배치로부터 방출되는 수분이
존재하여도, 높은 밀도의 산소 플라즈마는 안정되게 플라즈마 상태를 유지하는 것이 가능하게 된다.
시간(B1)에 있어서의 이러한 작용은, 피처리 수지(20)의 제 2 서브 배치, 제 3 서브 배치, 그리고 제 4 서브 배[0089]
치가 추가 투입되는 시점에서도 마찬가지로 작용한다. 이들의 타이밍을 도 3(a)에 있어서 시간(B2, B3 및 B4)으
로서 명시하고 있다. 피처리 수지(20)를 추가 투입하는 어느 타이밍에 있어서도, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부
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터의 ＣＣＰ용 전력을 출력하고, 동시에, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터도 ＩＣＰ용 전력을 출력함으로써, 고
밀도의 산소 플라즈마를 안정되게 계속 여기하는 것이 가능하게 된다.
한편, 제 2 ~ 제 4 서브 배치의 투입시에는, 공급측 게이트 밸브(G1)가 개방되어, 각 서브 배치로 되는 피처리[0090]
수지(20)가 투입되며, 그 후에 재차 공급측 게이트 밸브(G1)를 폐지(閉止)하는 처리에 의해 행해진다. 공급측
게이트 밸브(G1)의 양측은 배기되어 있기 때문에, 공급측 게이트 밸브(G1)의 개방이 행해져도, 진공용기(114)의
압력의 변화는 생기지 않는다.
감용 처리 장치(110)의 처리를 행할 때에는, 이산화탄소 센서(156)의 출력이 감시되고 있다. 예를 들면, 이산화[0091]
탄소 가스의 농도의 측정값이 최대치로부터 90% 정도까지 저하하기까지는, 최대치인 상태라고 판단해서 감시가
계속된다. 그리고, 예를 들면 90%를 하회함으로써 그 최대치로부터 저하했다고 판단되면, 처리중인 서브 배치의
다음의 서브 배치의 수지가 추가 투입된다. 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)의 동작에 있어서는, 이와 같이
감시되어 있는 이산화탄소 센서(156)의 출력에 근거하는 처리의 진행에 맞추어, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의
한 ＣＣＰ용 전력의 출력을 제어하는 것도 가능하다. 이것은, 추가의 서브 배치를 투입한 후에 수증기가 발생하
는 기간은, 추가의 서브 배치의 투입 후의 일정 기간인 것이 경험적으로 확인되어 있기 때문이다. 이러한 제어
를 행할 경우, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의한 ＣＣＰ용 전력의 출력은, 추가의 서브 배치를 투입하는 시점까
지 개시되며, 실험에 근거해서 결정되는 소정 기간의 동안 그 출력이 계속되고, 그 소정 기간이 지나면, ＣＣＰ
용 전력공급계(180)에 의한 ＣＣＰ용 전력의 출력이 정지된다.
동일한 처리가 모든 서브 배치에 대하여 행해지면, 제 1 페이즈의 처리가 완료한다.[0092]
[2-3 제 2 페이즈로의 이행에 있어서의 가스의 공급 조건의 변경][0093]
제 1 페이즈의 처리가 완료하면, 스테이지(112)에는, 공급된 피처리 수지(22)가 탄화한 것이 배치된 상태로 되[0094]
어 있다. 본 실시 형태의 감용 처리 장치(110)에 있어서는, 제 2 페이즈의 처리로서 이것을 애싱하는 처리가 행
해진다. 이를 위해서는, 우선, 스테이지의 온도가 700℃로 승온(昇溫)된다. 그 다음에, 가스의 공급 조건이, 제
1 페이즈의 것으로부터 제 2 페이즈의 처리 조건에 맞춘 것으로 변경된다. 이러한 가스의 공급 조건의
변경에는, 진공용기(114) 내부의 압력변경이라고 하는 각종의 조건의 변경과, 산소 가스의 유량이나 공급 방향
의 변경을 포함하고 있다. 한편, 가스의 공급 조건은, 플라즈마 조건 중, 플라즈마의 안정성에 영향을 주는 것
과 같은 가스에 관한 임의의 조건을 포함할 수 있다.
[2-3-1 압력변경][0095]
본 실시 형태에 있어서, 제 1 페이즈와 제 2 페이즈에 있어서 변경되는 가스의 공급 조건에는, 진공용기(114)의[0096]
내부의 압력이 포함되어 있다. 이것은 제 1 페이즈와 제 2 페이즈의 각각의 감용 처리에 적합한 압력이 다르기
때문이다. 본 실시 형태에 있어서는, 제 1 페이즈의 압력은, 예를 들면 약10Ｔｏｒｒ(1.3ｋＰａ)로 설정된다.
이에 대하여, 제 2 페이즈의 압력은, 예를 들면 30~50Ｔｏｒｒ(약4.0~6.7ｋＰａ)로 설정된다.
이와 같이, 제 1 페이즈와 제 2 페이즈의 사이에서 압력이 다른 경우에 급격하게 압력을 변화시키면, ＩＣＰ용[0097]
전력으로만 산소 플라즈마를 여기하고 있는 종래의 방법이라면 플라즈마가 소호해버릴 확률이 높아진다. 종래에
는 압력의 변화에 의한 소호를 방지하기 위해서, 제 1 페이즈의 압력으로부터 제 2 페이즈의 압력으로 단계적
또는 연속적으로 변화시키고 있다. 이에 대하여 본 실시 형태에 있어서는, 이 제 1 페이즈의 압력으로부터 제 2
페이즈의 압력으로 변경하는 타이밍에 있어서, ＣＣＰ용 전력공급계(180)에 의한 ＣＣＰ용 전력의 출력을 ＩＣ
Ｐ용 전력공급계(190)에 의한 ＩＣＰ용 전력의 출력과 함께 이용한다. 이 ＣＣＰ용 전력과 ＩＣＰ용 전력과의
병용의 동작에 의해, 압력이 갑자기 변경되었다고 해도 플라즈마의 여기상태를 안정되게 유지하는 것이 가능하
게 된다. 이를 위하여 필요한 ＣＣＰ용 전력공급계(180)의 출력은, 예를 들면 1kW 정도의 출력이다. 한편, 진공
용기(114)의 압력의 제어는, 압력제어부(158)가 ＡＰＣ로서 자동 제어를 행하는 압력 지령값을 변화시킴으로써
행한다.
[2-3-2 가스 공급 패턴 변경][0098]
제 1 페이즈와 제 2 페이즈에 있어서의 가스의 공급 조건에서는, 산소 가스의 공급 방향의 패턴이 서로 다르다.[0099]
즉, 제 1 페이즈에서는, 주로 선회류의 패턴에 의해 산소가 공급되는 것에 대해, 제 2 페이즈에서는, 그 선회류
성분과, 축을 향해 모이는 집중류 성분을 조합한 패턴에 의해 산소가 공급된다. 여기서, 선회류란, 대체로, 스
테이지(112)의 중심축과 동축의 원통형상으로 제작되어 있는 진공용기(114)에 있어서, 원통의 내측벽을 따라서,
거의 스테이지(112)가 포함되는 면을 따르는 것과 같은 방향이며, 그 원통형의 공간(S)에 있어서 산소 가스의
소용돌이가 생성되도록 향하는 방향이다. 또한, 축을 향해서 모이는 집중류 성분이란, 진공용기(114)의 내벽으
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로부터 스테이지(112)의 축을 향하는 방향의 성분이다. 도 4는, 진공용기(114)의 수평 단면도에 의해, 선회류
(도 4(a))와 집중류(도 4(b))와, 제 1 페이즈의 기류(제 1 패턴, 도 4(c))와, 제 2 페이즈의 기류(제 2 패턴,
도 4(d))를 설명하는 설명도이다. 이들의 가스의 도입을 위해서, 진공용기(114)의 내벽에는, 선회류를 위해 둘
레를 따른 1방향 주위로 회전하는 방향을 향해서, 또한, 집중류를 위해서는 축을 향해서, 몇 개의 가스 도입구
가 설치되어 있다. 도 1에 있어서는, 가스 공급 라인(130A)으로부터의 도입 방향이, 진공용기(114)의 좌측 내측
면에서 지면을 향하는 방향으로, 또한, 진공용기(114)의 우측 내측면에서 지면으로부터 튀어나오는 방향으로 그
려져 있다. 또한, 가스 공급 라인(130B)으로부터의 도입 방향은, 진공용기(114)의 내측면으로부터 중앙을 향하
는 방향으로 그려져 있다. 또한, 각 가스 도입구에 대한 유량은, 가스 공급 라인(130A 또는 130B)에 포함되어
있는 선회류를 위한 레귤레이터 밸브(134A) 및 집중류를 위한 레귤레이터 밸브(134B) 각각의 개폐 상태와 유량
을 조정함으로써 실현된다.
이들의 패턴에 의해 산소 가스가 공급되는 이유는 다음과 같다. 우선 제 1 페이즈에서는, 공급된 피처리 수지[0100]
(22)로부터 방출된 분해 가스를 산화하는 처리를 행하는 것이 주된 감용 처리가 된다. 이 때문에, 제 1 페이즈
의 산소 플라즈마에서는 분해 가스를 가능한 한 효율적으로 산화하기 위한 처리가 행해진다. 그것을 위해서는,
스테이지(112)에 재치되어 있는 공급된 피처리 수지(22)에 대하여 산소 가스를 향하게 하기보다는, 공간(S)을
향한 산소 가스를 늘릴 필요가 있다. 그 때문에, 제 1 페이즈에서는 산소 가스의 방향이 선회류로 된다(도
4(c)). 이에 대하여 제 2 페이즈에서는, 공급된 피처리 수지(22)가 탄화한 상태로 되어 있으며, 그 탄화한 잔사
고형물을 애싱하는 처리가 주된 처리이다. 이를 위해서는, 산소 플라즈마에 의해 활성화된 산소를 효율적으로
공급된 피처리 수지(22)에 공급할 필요가 있다. 이러한 것도, 탄화한 잔사 고형물에 대하여 스테이지(112)로부
터 열을 계속해서 가하는 것만으로는 애싱은 애싱이 진행하기 어렵고, 그 애싱을 위해 필요한 활성화된 산소 가
스를 「송풍(送風)」하는 것과 같은 방향이 바람직하기 때문이다. 집중류의 성분을 포함하는 것과 같은 패턴을
채용하면, 스테이지(112)의 상방의 공간에 산소가 공급되고, 공급된 피처리 수지(22)를 향하는 다운 플로우
(downward flow)로서 산소 플라즈마로부터 활성화된 산소가 공급되며, 동시에, 공급된 피처리 수지(22)로부터
발생한 이산화탄소 등의 탄소함유 가스가 제거된다. 따라서, 이 목적에 적합하도록, 선회류에 집중류를 조합한
기류(도 4(d))가 공급된다. 한편, 제 2 페이즈의 패턴에 있어서 선회류의 성분을 남기고 있는 것은, 집중류로만
감용 처리에 적합한 유량의 산소를 공급하면, 다운 플로우가 지나치게 강해지기 때문이다. 말하자면, 집중류에
선회류를 조합함으로써, 감용 처리에 적합한 유량의 산소를 공급하면서, 적당한 다운 플로우가 실제하고 있는
것이다. 이와 같이 산소의 공급 패턴을 설정하기 위해서는, 집중류와 선회류의 비율이 조정된다.
상술한 바와 같이, ＩＣＰ용 전력공급계(190)만에 의한 ＩＣＰ용 전원의 출력에 의해 ＩＣ 플라즈마로서 산소[0101]
플라즈마를 여기하고 있는 경우에는, 산소의 공급의 패턴을 급격하게 변화시키면 ＩＣ 플라즈마로서 여기되어
있는 산소 플라즈마는 소호할수도 있다. 또한, 종래의 단계적 또는 연속적으로 산소의 공급의 패턴을 변경하는
처리를 행하더라도, 플라즈마의 소호의 가능성이 전무가 되는 것이 아니다. 본 실시 형태에 있어서는, ＩＣＰ용
전력공급계(190)로부터의 ＩＣＰ용 전원의 출력에 추가하여 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력의
출력도 이용하기 때문에, 산소의 공급의 방향이 변화되는 타이밍에 있어서 플라즈마가 소호할 가능성을 저하시
키는 것이 가능하다. 따라서, 종래와 같이 단계적 또는 연속적인 산소의 공급의 방향의 변경이라고 하는 처리는
필요하지 않다. 예를 들면 제 1 페이즈에 적합한 선회류의 패턴으로부터, 제 2 페이즈에 적합한 선회류와 집중
류의 조합의 패턴으로 산소의 공급의 패턴을 급격하게 변화시켜도, 플라즈마는 안정되게 여기된 상태를 유지하
는 것이 가능하다.
[2-4 옵션: 정상(定常)동작 시의 동시 사용][0102]
상술한 본 실시 형태에 있어서, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터 ＣＣＰ용 전력이 출력되는 것은, 플라즈마의[0103]
점호의 타이밍, 제 1 페이즈에 있어서의 피처리 수지의 추가 투입의 타이밍, 그리고, 제 1 페이즈로부터 제 2
페이즈로의 이행의 타이밍 중 어느 하나 또는 모두에 있어서이다. 이들의 어느 하나의 타이밍에 있어서 출력되
는 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력은, 공간(S)에 전압 또는 전계로서 작용하여, 플라즈마의
점호를 용이하게 하고, 또한, 소호를 방지하는 효과를 발휘한다. 필요에 따라서, 이들의 타이밍 중 일부 또는
전부를 적절하게 선택해서 ＣＣＰ용 전력공급계(180)를 동작시키는 것은, 본 실시 형태에 포함되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 임의 선택으로서, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력을 계속해서 출력[0104]
하도록 동작시킬 수도 있다. 그 효과는, 한편으로는, 상술한 각 타이밍에 있어서의 작용과 마찬가지로 불의의
산소 플라즈마의 소호를 미연에 방지할 수 있는 점에 있다. 또 하나 다른 효과로서, ＩＣＰ용 전력공급계(190)
로부터의 ＩＣＰ용 전원의 출력만을 이용하는 경우에 비해, 처리 속도를 높이는 것이 가능하게 되는 효과도 있
다. 이 처리 속도를 높이는 효과는, 종래, ＩＣ 플라즈마만으로는 산소유량이 제한되는 것과 관계되어 있다. 본
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실시 형태의 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력의 출력을 이용하면, 플라즈마의 안정성이 높아지
기 때문에, 종래 채용하는 것이 어려웠던 증대된 산소유량에 의해 감용 처리 장치(110)를 동작시키는 것이 가능
하게 된다. 그 결과, 분해 가스의 산화 또는 공급된 피처리 수지(22)의 잔사 고형물의 산화의 속도를 높이는 것
이 가능하게 되어, 감용 처리 장치(110)에 의한 처리 속도를 증대시킬 수 있다.
이러한 효과를 기대하여 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력을 출력하는 타이밍은, 제 1 페이즈[0105]
및 제 2 페이즈의 처리를 행하는 임의의 타이밍이다. 예를 들면, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용
전력을 출력하는 것은, 도 3(a)에 나타낸 시간(B1)으로부터 시간(B2)에 이르는 임의의 기간, 시간(B2)으로부터
시간(B3)에 이르는 임의의 기간, 그리고 시간(B3)으로부터 시간(B4)에 이르는 임의의 기간에 있어서, 임의의 일
부 또는 전부의 기간이다. 이들 중 어느 하나의 기간에 있어서 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터 ＣＣＰ용 전력
을 출력하면, 제 1 페이즈에 있어서의 분해 가스를 산화할 때의 처리 속도를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한,
다른 기간으로서, 시간(Ｃ) 이후의 임의의 타이밍에 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력을 출력하
는 것도 유용하다. 시간(Ｃ) 이후의 임의의 기간에 있어서 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터 ＣＣＰ용 전력을 출
력하면, 제 2 페이즈에 있어서 공급된 피처리 수지(22)의 잔사 고형물을 산화할 때의 처리 속도를 높이는 것이
가능하게 된다.
[실시예][0106]
상술한 실시 형태에 따르는 동작가능한 감용 처리 장치(110)의 실시예를 제작했다. 구체적으로는, 도 2에 나타[0107]
낸 ＣＣＰ용 전력공급계(180) 및 ＩＣＰ용 전력공급계(190)를, 표 1에 나타내는 회로 부재에 의해 제작했다.
표 1
[0108]
또한, 표 1에 기재된 구성 부품의 회로 정수는, 실제의 부품에서는 단독이 아니라 조합함으로써 필요한 회로 정[0109]
수에 적합시키는 것이 포함되어 있다. 예컨대, ＩＣＰ용 매칭회로(194)에 이용하는 캐패시터(C2)(2500pF)는,
1000pF의 캐패시터 2개와 500pF의 캐패시터 1개를 병렬 접속하여 실현되는 합성의 용량에 의해 실장할 수 있다.
이상과 같이 하여 제작된 ＣＣＰ용 전력공급계(180) 및 ＩＣＰ용 전력공급계(190)에 의해, 실제로 감용 처리 장[0110]
치(110)의 산소 플라즈마(P)의 점호의 용이성과, 여기된 산소 플라즈마(P)의 안정성을 평가했다. 그 결과, ＣＣ
Ｐ용 전력공급계(180)를 이용하지 않고 ＩＣＰ용 전력공급계(190)만을 이용한 경우에 비해, 산소 플라즈마(P)를
용이하게 점호하는 것이 가능하였다. 구체적으로는, 진공용기(114)의 압력을 점호를 위해 저하시킬 필요는 없으
며, 10Ｔｏｒｒ(1.3ｋＰａ)의 압력으로 유지한 채, ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터 고주파 코일(142)에 출력되
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는 13.56MHz의 출력을 약1kW로 함으로써, 산소 플라즈마(P)를 점호할 수 있었다. 그 후, 보다 높은 안정성을 얻
기 위해서 ＣＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 출력을 약2kW로 상승시키고, ＩＣＰ용 전력공급계(190)로부터 고
주파 코일(142)에 출력되는 2MHz의 출력을 약3kW까지 높여 그 출력을 유지하였더니, 고밀도의 플라즈마가 생성
되어 감용 처리를 행할 수 있었다. 이 플라즈마는, 제 1 페이즈의 시간(A)(도 3)에 있어서 용이하게 점호될 뿐
만 아니라, 시간(B1, B2, B3 및 B4)의 어느 때에도 소호 하지 않고 안정되게 여기되어 있었다.
더욱이, 제 1 페이즈로부터 제 2 페이즈로 이행할 때에, 진공용기(114)의 압력을 50Ｔｏｒｒ(약6.7ｋＰａ)로 높[0111]
이는 동시에, 레귤레이터 밸브(134A)와 레귤레이터 밸브(134B)를 제어하여 선회류로부터, 선회류와 집중류의 조
합으로 변경했다. 그 시간(C)의 경우에도, 여기되어 있었던 플라즈마는 소호하지 않고, 안정된 플라즈마를 계속
여기하는 것이 가능했다.
<제 1 실시 형태 : 변형예>[0112]
본 발명의 상술한 제 1 실시 형태는 그 취지를 이탈하지 않고 여러 가지 변형하는 것이 가능하다. 특히, 용량결[0113]
합에 의한 전압 또는 전계를 공간(S)에 있어서 생성하기 때문에, 고주파 코일(142)과는 다른 전극을 통해서 Ｃ
ＣＰ용 전력공급계(180)로부터의 ＣＣＰ용 전력의 출력을 공간(S)(도 1)에 작용시키도록 구성하는 것도 가능하
다. 도 5는, 진공용기(114)의 정상부 벽(114R)의 대기측의 면에 배치되는 복수의 전극의 구성과, 그들에 대한
ＣＣＰ용 전력공급계 및 ＩＣＰ용 전력공급계의 접속의 상태를 나타내는 설명도이다. 도 5(a)는, ＩＣＰ용 전력
공급계(190A)에 접속된 고주파 코일(142)의 중심부에 원판전극(144)을 배치하고, 그 원판전극(144)에 ＣＣＰ용
전력공급계(180A)로부터의 ＣＣＰ용 전력을 출력하는 예를 나타내고 있다. 또한, 도 5(b)는, ＩＣＰ용 전력공급
계(190B)에 접속된 고주파 코일(142)의 외주부에 링 전극(146)을 배치하고, 그 링 전극(146)에 ＣＣＰ용 전력공
급계(180B)로부터의 ＣＣＰ용 전력을 출력하는 예를 나타내고 있다.
도 5(a) 및 (b)에 나타내는 어느 경우에 있어서도, 고주파 코일(142)에 ＩＣＰ용 전력공급계(190A 및 190B)로부[0114]
터의 ＩＣＰ용 전원(192A 및 192B)의 출력으로서의 전류가 흐름으로써, 공간(S)에는, 플라즈마의 밀도를 높이는
작용이 초래된다. 이들의 경우, 고주파 코일(142)은 ＩＣＰ용 전력을 공간(S)에 유도결합하기 위해서만 이용되
기 때문에, ＩＣＰ용 코일로서만 기능한다. 도 5(a)에 나타낸 원판전극(144)을 이용할 경우, ＣＣＰ용 전력공급
계(180A)의 ＣＣＰ용 전원(182A)으로부터의 ＣＣＰ용 전력의 출력은, 원판전극(144)과 진공용기(114) 사이의 공
간(S)에 전압 또는 전계로서 작용하고, 플라즈마의 점호를 용이하게 하는 작용이나, 플라즈마를 안정화하는 작
용이 실현된다. 또한, 도 5(b)에 나타낸 링 전극(146)을 이용하는 경우에도, ＣＣＰ용 전력공급계(180B)의 ＣＣ
Ｐ용 전원(182B)으로부터의 ＣＣＰ용 전력의 출력은, 링 전극(146)과 진공용기(114) 사이의 공간(S)에 전압 또
는 전계로서 작용하고, 플라즈마의 점호를 용이하게 하는 작용이나, 플라즈마를 안정화하는 작용이 실현된다.
진공용기(114)도 ＧＮＤ접지되어 접지레벨의 전위로 유지되어 있기 때문에(도 1), 원판전극(144) 또는 링 전극
(146)은, 진공용기(114)와 동일한 전위에 있는 도전성의 부재와의 사이에서 공간(S)에 전계를 생성하는 캐패시
터를 구성하고 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, ＣＣＰ용 전력공급계(180A 또는 180B)로부터의 ＣＣＰ용 전력이 고주파 코일(142)과[0115]
는 다른 전극으로 출력되는 경우, ＣＣＰ용 전력공급계(180A 또는 180B)와, ＩＣＰ용 전력공급계(190A 또는
190B)와의 양쪽의 출력이 서로 직접 접속되지 않게 된다. 이들과 같이, 고주파 코일(142)과는 다른 전극이 이용
되는 경우, 고주파 코일(142)과 원판전극(144)의 구체적인 구성이나, 고주파 코일(142)과 링 전극(146)의 구체
적인 구성에 따라서는, ＣＣＰ용 전원(182A 또는 182B)과 ＩＣＰ용 전원(192A 또는 192B)이 서로 미치는 영향이
저감된다. 그러한 경우, 도 2에 나타내고 있었던 ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)나 ＣＣＰ 주파수 저지 회로
(198)는, 생략되거나 간이한 구성의 것으로 변경되거나 한다. 단, 고주파 코일(142)과 원판전극(144)의 구체적
인 구성이나, 고주파 코일(142)과 링 전극(146)의 구체적인 구성에 따라서는, ＣＣＰ용 전원(182A 또는 182B)과
ＩＣＰ용 전원(192A 또는 192B)이 서로 미치는 영향이 여전히 문제가 되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 도 2
에 나타내고 있었던 ＩＣＰ 주파수 저지 회로(188)나 ＣＣＰ 주파수 저지 회로(198)와 동일한 서로의 주파수 성
분을 저지하는 저지 회로를 구비해둔다.
한편, 도 5에 나타낸 예에서는 원판전극(144)과 링 전극(146) 중 일방만을 이용하는 변형예를 나타내고 있었다.[0116]
이들 중 어느 것을 이용할지는, 예를 들면 공간(S)에 생기는 전계강도나, 플라즈마에 대하여 투입되는 ＣＣＰ용
전력의 강도(强度) 등을 감안해서 적절하게 선택된다. 또한, 원판전극(144)과 링 전극(146)과의 양자를 설치하
여 이들에 대하여 ＣＣＰ용 전력을 공급하는 것이나, 공간(S)에 전계를 생기게 하는 것과 같은 다른 위치에, 다
른 형태의 전극을 설치하여 ＣＣＰ용 전력을 공급하도록 하는 것도 본 실시 형태에는 포함되어 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했다. 상술한 각 실시 형태 및 실시예는, 발명을 설명하기 위해서[0117]
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기재된 것이며, 본 출원의 발명의 범위는, 특허청구범위의 기재에 근거해서 정해져야 할 것이다. 또한, 각 실시
형태의 다른 조합을 포함하는 본 발명의 범위 내에 존재하는 변형예도 또한, 특허청구범위에 포함되는 것이다.
(산업상의 이용 가능성)[0118]
본 발명은, 수지의 처리를 안정되게 실행할 수 있는 감용 처리 장치 및 그 동작 방법을 제공함으로써, 원자력[0119]
관련 설비의 운전으로부터 배출되는 폐기물의 감용 처리를 용이하게 한다.
부호의 설명
1000 감용 처리 시스템(volume reduction system)[0120]
20 피처리 수지
22 공급된 피처리 수지
102 방사능계
110 감용 처리 장치
112 스테이지
114 진공용기
114R 정상부 벽(top wall)
116 히터
118 스테이지 구동기구
120 가열용 전원
122 공급 기구
124 정량 매스(metering cylinder)
126 아암(arm)
128 정량 매스 구동기구(metering cylinder drive mechanism)
130A, 130B 가스 공급 라인
132 산소 봄베(oxygen cylinder)
134A, 134B 레귤레이터 밸브(regulator valve)
142 고주파 코일
144 원판 전극(disk electrode)
146 링 전극
150 배기라인(degassing line)
152 배기 밸브
154 진공 펌프
156 이산화탄소 센서
158 압력 제어부
160 압력 센서
162 배출 기구
166 회수 노즐(recovery nozzle)
164 흡인 파이프(suction pipe)
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170 잔사(殘渣)고형물 용기(solid residue container)
172 추가의 방사능계
174 시퀀스 제어부(sequence control unit)
176 컴퓨터
180, 180A, 180B CCP용 전력 공급계(power supply system)
180P, 180N CCP 출력
182, 182A, 182B CCP용 전원
184 CCP용 매칭 회로(matching circuit)
186 CCP용 고주파 전력원(high-frequency power source)
188 ICP 주파수 저지 회로(frequency blocking circuit)
188A 직렬 공진 회로(serial resonant circuit)
188B 병렬 공진 회로(parallel resonant circuit)
190, 190A, 190B ICP용 전력 공급계
190P, 190N ICP 출력
192, 192A, 192B ICP용 전원
194 ICP용 매칭 회로
196 ICP용 고주파 전력원
198 CCP 주파수 저지 회로
198A, 198B 병렬 공진 회로
202 곡선(스테이지의 온도)
204 곡선(이산화탄소 농도의 값)
214 곡선(추정 중량 감소율, estimated weight reduction ratio)
C1 ~ C3 캐패시터
CV1 ~ CV5 가변 캐패시터(variable capacitor)
L1 ~ L5 리액턴스(reactance)
LV1 가변 리액턴스(variable reactance)
G1 공급측 게이트 밸브(supply-side gate valve)
G2 배출측 게이트 밸브(discharge-side gate valve)
P 플라즈마
S 공간
GND 접지(ground)
VPP 전압진폭(voltage amplitude(피크 투 피크, peak to peak)
IP 피크전류(peak current)
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도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
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도면5
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카테고리 없음