A Phase-field simulation of uranium dendrite growth on the cathode in the electrorefining process

フェイズフィールド法を用いた陰極上での金属ウランのデンドライト電析シミュレーション

澁田 靖*; 鵜浦 誠司*; 佐藤 匠  ; 柴田 裕樹 ; 倉田 正輝* ; 鈴木 俊夫*

Shibuta, Yasushi*; Unoura, Seiji*; Sato, Takumi; Shibata, Hiroki; Kurata, Masaki*; Suzuki, Toshio*

乾式再処理プロセスの電解精製における溶融塩中からの陰極へのウランの電析について、フェイズフィールド法を用いたシミュレーション計算を行った。金属ウランはデンドライト状に析出するが、ジルコニウムが共存する環境下では樹状部があまり成長しないことが知られている。そこで、ウランの析出形態が変化するジルコニウム濃度のしきい値を電流密度の関数として評価し、そのしきい値は電流密度が低くなるほど大きくなることを明らかにした。

The uranium dendrite growth on cathode during pyroprocessing of uranium is investigated using a novel phase-field model, in which electrodeposition of uranium and zirconium from molten-salt is taken into account. The threshold concentration of zirconium in molten salt demarcating the dendritic and planar growth is then estimated as a function of the current density. Moreover, growth process of both the dendritic and planar electrodeposits has been demonstrated by way of varying the mobility of the phase field, which consists of the effect of attachment kinetics and diffusion.