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Nitridation of dysprosium and zirconium metals in liquid cadmium

液体カドミウム中におけるジスプロシウム及びジルコニウム金属の窒化

佐藤 匠  ; 林 博和 ; 中村 等*; 大森 孝*

Sato, Takumi; Hayashi, Hirokazu; Nakamura, Hitoshi*; Omori, Takashi*

ADSを用いたマイナーアクチノイドの核変換のため、窒化物燃料と使用済窒化物燃料の乾式再処理を含む核燃料サイクルの研究開発を進めている。使用済窒化物燃料の乾式再処理プロセスにおいて、液体Cd中に回収されたアクチノイド元素は窒素ガス気流中でのMA-Pu-Cd合金の加熱により窒化物に再転換され、Cdは蒸留により窒化物から分離される。これまで10mg$$sim$$10g規模のアクチノイド-Cd合金を用いた基礎試験により、この工程の原理的成立性を確認してきた。しかし、工学機器の設計のためにはより大きな規模での試験データの取得が必要である。さらに、溶融塩電解精製工程において高い電流密度の条件では陽極でZrが溶解してCd陰極にアクチノイド元素とともに回収される可能性があるため、プロセスの詳細を検討するためにはCd中でのZrの再窒化挙動を理解する必要がある。本研究では、100g-Cd規模の再窒化試験装置を新たに開発し、DyをMA及びPuの模擬物質として用いた試験を行った。Dy-Cd合金及びZr-Cd合金はそれぞれ1073K及び973Kで窒化物に転換されることを明らかにした。

In pyrochemical reprocessing of spent nitride fuel for transmutation of MA using ADS, actinides are recovered in a liquid cadmium cathode and converted to nitrides again by heating in N$$_{2}$$ gas stream. Nitridation of actinide-Cd alloys has been achieved on 1 to 10 g-Cd scale. However, experimental data of a larger scale test is required to design an industrial scale equipment. Furthermore, understanding the nitridation behaviour of Zr in Cd is necessary to determine the process condition because Zr is recovered in a liquid cadmium cathode with actinides at high current density in the electrorefining process. In the present study, the apparatus for 100 g-Cd scale tests is developed and the nitride formation reactions of Dy-Cd and Zr-Cd alloys have been studied in the temperature range of 973-1073 K in N$$_{2}$$ gas stream. Dy was used as a surrogate material of MAs and Pu. Most of Dy and Zr in Cd were converted to nitride at 1073 and 973 K, respectively.

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