Thermodynamic properties of lanthanides and actinides for reductive ectraction of minor actinides

マイナーアクチノイドの還元抽出系におけるランタノイド及びアクチノイドの熱力学的性質

戸田 太郎*; 丸山 雄大*; 森谷 公一*; 森山 裕丈*; 林 博和 

Toda, Taro*; Maruyama, Takehiro*; Moritani, Kimikazu*; Moriyama, Hirotake*; Hayashi, Hirokazu

乾式法によるマイナーアクチノイド(MA)の溶融塩/液体金属系における還元抽出工程の基礎データとなる溶融塩相及び液体金属相におけるランタノイド及びアクチノイドの過剰熱力学量について理論的な考察を行った。既に報告されているデータを解析した結果、各元素の過剰エンタルピーと過剰エントロピーは、溶融塩相では金属イオン周辺の配位構造に影響を与えるイオン半径のみの関数で表され、液体金属相では合金生成を考慮したMiedimaのモデルによって表されることがわかった。これらの関係を用いてこれまでに実験データが報告されていない系の過剰熱力学量を評価し、溶融塩/液体金属系におけるMAとランタノイドの分離係数を計算した。その結果、液体金属相としてビスマスやカドミウムを用いるよりもアルミニウムやガリウムを用いる系の方が高い分離係数が得られることを示した。

The excess thermodynamic quantities of lanthanides and actinides in molten salts and liquid metals were studied for reductive extraction of minor actinides. The excess enthalpies and entropies of those elements in the molten chloride phase were found to be correlated with the ionic radii of metal ions possibly due to complex formation. In the liquid metal phase, on the other hand, the excess enthalpies were explained with Miedema's atomistic model and the excess entropies were explained with the vibrational entropy due to alloy formation. Using these correlations and models, some missing values of the excess thermodynamic quantities were evaluated and the separation factors of minor actinides from lanthanides were calculated in different reductive extraction systems. The higher separation factors were obtained in the system using aluminum or gallium than in the system using bismuth or cadmium as the liquid metal phase.