Material balance evaluation of pyroprocessing for minor actinide transmutation nitride fuel

マイナーアクチノイド核変換用窒化物燃料の乾式再処理における物質収支評価

舘野 春香; 佐藤 匠  ; 津幡 靖宏   ; 林 博和 

Tateno, Haruka; Sato, Takumi; Tsubata, Yasuhiro; Hayashi, Hirokazu

階層型燃料サイクル概念に基づく、加速器駆動システムを用いた長寿命マイナーアクチノイド(MA)核変換技術の研究開発が行われている。MA核変換用燃料としては、窒化ジルコニウムを不活性母材とするMAとPuの窒化物固溶体が第一候補とされている。乾式再処理は、高い比放射能及び崩壊熱を有する使用済窒化物燃料から残留MAを回収する方法として適している。再処理プロセスの主工程である溶融塩電解精製により、使用済窒化物燃料が陽極溶解され、アクチノイドが液体カドミウム陰極に一括回収される。その際、MA回収率と回収MA中の不純物(希土類元素)濃度の目標値が達成できるように再処理プロセスを設計する必要がある。本研究では、プロセス設計において重要な知見を得るために、使用済窒化物燃料の乾式再処理における物質収支評価を行った。処理条件の変更による物質フロー及び発生廃棄物量への影響を調べた。

Fuel cycle technology for the transmutation of long-lived minor actinides (MAs) using an accelerator-driven system has been developed using the double-strata fuel cycle concept. A mononitride solid solution of MAs and Pu diluted with ZrN is a prime fuel candidate for the accelerator-driven transmutation of MAs. Pyro-reprocessing is suitable for recycling the residual MAs in irradiated nitride fuel with high radiation doses and decay heat. Spent nitride fuel is anodically dissolved, and the actinides are recovered simultaneously into a liquid cadmium cathode via molten salt electrorefining. The process should be designed to achieve the target recovery yield of MAs and the acceptable impurity level of rare earths in the recovered material. We evaluated the material balance during the pyro-reprocessing of spent nitride fuel to gain important insight on the design process. We examined the effects of changing processing conditions on material flow and quantity of waste.