放射性二酸化炭素からのウラン回収及び再利用に係る研究(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

Recovery and Reuse of Uranium from Radioactive Carbon Dioxide (The joint research report about precedence basic engineering research)

相原 雅彦*; 楊井 慎二郎*; 嶋崎 洋平*; 野村 光生; 山崎 斉; 林原 健一

Aihara, Masahiko*; Yanai, Shinjiro*; Shimazaki, Yohei*; Nomura, Mitsuo; Yamazaki, Hitoshi; Hayashibara, Kenichi

核燃料サイクルを安全に運転していくためには放射性廃棄物のあたらしい処理法や廃棄法が開発されなければならない。超臨界二酸化炭素抽出法は低レベル固体放射性廃棄物中のウラン回収技術として注目されている。本報告書では、超臨界プロセスから排出される高圧の二酸化炭素の回収と再利用するシステムにおいて、酸化カルシウムの炭酸化反応と炭酸カルシウムの脱炭酸化反応の利用を提案する。酸化カルシウム吸収剤による高圧二酸化炭素の繰り返し反応実験を行い、反応速度解析、反応固体の固体分析、反応の数値解析、回収.再利用プロセスの評価がなされた。炭酸化反応は約2MPaで最も速く、5回の繰り返し反応に関しても0.4程度で安定していた。 酸化カルシウム吸収剤は1.10m程度の粒子から構成され、さらにそれらの粒子はサブミクロンオーダーの微粒子の集合体となっていることがわかった。その集合体の空隙は炭酸化反応で閉塞が起こり、反応性に影響を及ぼしていることがわかった。 反応解析データより本回収.再利用システムの二酸化炭素回収熱原単位を試算した。

To run the nuclear fuel cycle safely, new treatment and disposal technologies of radioactive waste from the cycle must be developed. Super critical CO2 extraction attracts attention as a technology to recover the uranium in low level solid waste. In this paper it is proposed that use of carbonation of calcium oxide and decarbonation of calcium carbonate for the system which recovers and reuses high pressure carbon dioxide discharge form the super-critical process. Conducting the cycle reaction experiment at the high pressure of carbon dioxide with the calcium oxide absorbent, the reaction velocity analysis, the structural analysis of solid reactant, the numerical analysis of the reaction characteristic and the recover-reuse process were discussed. The rate of carbonation at about 2MPa was most rapid with the stable reaction conversion of about 0.4 through 5 cycles. In the range of these experiment conditions The solid reactant was observed consisting of about 1-10 mm particles of the aggregate of minute grains. It was found that a blockade of the void between the grains after carbonation at high pressure CO2 caused the reduction of conversion and rate of carbonation. The heat consumption of CO2 recovery for the recover-reuse system was estimated by use of the reaction analysis data.