Evaluation of Gibbs free energies of formation of Ce-Cd intermetallic compounds using electrochemical techniques

電気化学手法を用いたCe-Cd金属間化合物の生成自由エネルギー評価

柴田 裕樹 ; 林 博和 ; 赤堀 光雄; 荒井 康夫; 倉田 正輝 

Shibata, Hiroki; Hayashi, Hirokazu; Akabori, Mitsuo; Arai, Yasuo; Kurata, Masaki

塩化物溶融塩を媒体とする金属燃料や窒化物燃料の乾式再処理では、電解精製により大部分のウランを固体陰極に、残りのウランと超ウラン元素を液体Cd陰極に回収することが提案されている。回収した液体Cd陰極は9731173K程度で加熱され、陰極中のCdが蒸発により除去される。その過程で陰極中に生成しているアクチノイドとCdとの金属間化合物は次第にアクチノイド分率の大きい金属間化合物へと変化していくと考えられるため、金属間化合物の生成自由エネルギーの変化に伴いCd蒸発速度にも影響する。そのため、金属間化合物の熱力学性質を把握することは、プロセスの理解や最適化のために重要である。そこで本発表では、Cd中で超ウラン元素と類似の挙動をとるランタノイドの一つであるCeとCdの金属間化合物の生成自由エネルギーを電気化学的手法で測定し、その温度依存性を評価した。

Gibbs free energies of formation of six Ce-Cd intermetallic compounds, CeCd, CeCd, CeCd, CeCd, CeCd and CeCd, were evaluated systematically using electrochemical techniques in the temperature range from 673 to 923 K in the LiCl-KCl-CeCl-CdCl molten salt bath. The linear dependence of the Gibbs free energies of formation on temperature yields to the enthalpies and entropies of formation of these intermetallic compounds. By extrapolating the molar Gibbs free energy of Ce-Cd intermetallic compounds to the Cd distillation temperature, it was clear that the molar Gibbs free energy of Ce in Ce-Cd intermetallic compounds decreases gradually from CeCd to CeCd and attains to the minimum value at CeCd. This suggests on the Cd distillation from the U-Pu-Ce-Cd alloy that the dissolution of U or Pu into CeCd should be mostly taken into consideration.