Flowsheet study of U-Pu Co-crystallization reprocessing system

U-Pu共晶析再処理のフローシート研究

本間 俊司*; 石井 淳一; 菊池 俊明*; 近沢 孝弘*; 柴田 淳広  ; 小山 智造; 古閑 二郎*; 松本 史朗*

Homma, Shunji*; Ishii, Junichi; Kikuchi, Toshiaki*; Chikazawa, Takahiro*; Shibata, Atsuhiro; Koyama, Tomozo; Koga, Jiro*; Matsumoto, Shiro*

U-Pu共晶析再処理システムを軽水炉燃料用に提案し、そのフローシート研究を実施した。本再処理システムは、硝酸溶液中の6価のプルトニウムが、単独では晶析しない場合でも硝酸ウラニルと共存すると、硝酸ウラニルと共晶析するという実験事実に基づく。本システムは、次の5工程、使用済燃料溶解工程,Pu酸化工程,共除染のためのU-Pu共晶析工程,結晶再溶解工程,UとPu分離のためのU晶析工程から成る。有機溶媒を使用しないため、有機溶媒の可燃性や処理にかかわる安全性や経済性の点で、PUREX再処理システムに比べ有利である。本システムは、U-Pu共晶析工程でほぼ全量のUとPuを回収するために、U-Pu共晶析工程の母液を溶解工程にリサイクルする必要がある。その最適なリサイクル率は、燃料の種類や製品の除染係数等によって決定される。U晶析工程からの母液は、UとPuを含んでおり、MOX燃料の原料となる。本フローシート研究から、U晶析工程の温度を制御することにより母液中のPu/U比を一定に保つことができ、使用済燃料組成の違いが製品の品質に影響を及ぼさないことがわかった。

U-Pu co-crystallization reprocessing system is proposed for LWR fuels and its flowsheet study is carried out. This reprocessing system is based on the experimental evidence indicating that hexavalent plutonium is co-crystallized with uranyl nitrate. The system consists of five steps: dissolution of spent fuel, Pu oxidation, U-Pu co-crystallization, dissolution of the crystals, and U crystallization. The system does not require organic solvent, expecting the enhancement of safety and cost-effectiveness. The system requires a recycling of the mother liquor from the U-Pu co-crystallization step to recover almost entire amount of U and Pu. The appropriate recycle ratio is determined for LWR fuels, such that the satisfactory decontamination is achieved. The mother liquor from the U re-crystallization step contains U and Pu. The flowsheet study shows that the constant ratio of Pu to U in the mother liquor can be controlled even though the composition of the spent fuel is different.