Dissolution behavior of irradiated mixed oxide fuel with short stroke shearing for fast reactor reprocessing

高速炉再処理における短尺せん断した照射済MOX燃料の溶解挙動

池内 宏知  ; 佐野 雄一   ; 柴田 淳広  ; 小泉 務; 鷲谷 忠博 

Ikeuchi, Hirotomo; Sano, Yuichi; Shibata, Atsuhiro; Koizumi, Tsutomu; Washiya, Tadahiro

高速炉燃料再処理において高重金属濃度の溶解液を得るため、燃料の短尺せん断片を用いた効率的な溶解プロセスを確立した。照射済MOX燃料の溶解速度に対するPu富化度,重金属濃度、及びせん断長さによる影響を調査した。その結果、照射済燃料の溶解速度はPu富化度の上昇とともに指数関数的に減少するが、未照射燃料と比べて100から1000倍程度増加することがわかった。浸透理論による速度論的解析の結果、重金属濃度の増加により固液比が減少し、燃料への硝酸の浸透性が低下することで溶解速度が低下することが示唆された。せん断長さの短尺化(長さ10mm)により、燃料の比表面積が増加することで硝酸の浸透性が改善され、高重金属濃度の条件においても従来再処理における濃度条件と同程度に溶解速度が維持されることがわかった。

An efficient dissolution process was established for future reprocessing in which MOX fuels with high plutonium contents and dissolver solution with high heavy-metal concentrations will be treated. This dissolution process involves short stroke shearing of fuels (10 mm in length). The dissolution kinetics of irradiated mixed-oxide fuels and the effects of the Pu content, heavy-metal concentration and fuel form on the dissolution rate were investigated. Irradiated fuel was decreased with increasing Pu content. Kinetic analysis based on the fragmentation model indicated that the dissolution rate of irradiated fuel was affected not only by the volume ratio of liquid to solid ( ratio), but also by the exposed surface area ( ratio). The penetration rate of nitric acid is expected to be decreased at high heavy-metal concentrations by a reduction in the ratio, but enhanced by shearing the fuel pieces with short strokes and thus enlarging the ratio.