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第61回放射線化学討論会; 二酸化ウランの酸化的溶解反応に対する過酸化水素の濃度効果

Effect of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ concentration on oxidative dissolution of U$$_{2}$$O

熊谷 友多

Kumagai, Yuta

過酷事故および直接地層処分における核燃料の化学変化を理解する基礎として、二酸化ウランの水溶液中での酸化的溶解反応を調べた。この反応は、使用済核燃料から発される放射線が周囲の水を分解し、過酸化水素などの酸化剤を発生されることから始まる。この酸化剤が二酸化ウランの表面を水溶性の高い6価の状態とすることで、核燃料の母材である二酸化ウランが溶解する。本研究では、この酸化と溶解の反応過程において、過酸化水素の反応が二酸化ウランの表面に反応中間体を形成する可能性を調べた。そのために、反応過程における過酸化水素濃度の減少とウラン濃度の増加を時間分解で測定した。その結果、過酸化水素を高濃度にすることで、二酸化ウラン表面での過酸化水素の分解が活性化されること、一方で反応速度が低下することが分かった。これらの結果は、二酸化ウランの表面の反応性の変化を示しており、反応中間体が表面に蓄積されることを示唆する。

Reaction of hydrogen peroxide (H$$_{2}$$O$$_{2}$$) with uranium dioxide (UO$$_{2}$$) oxidizes U(IV) to water-soluble U(VI). In the concept of direct geological disposal of spent nuclear fuel, this reaction is expected to induce dissolution of UO$$_{2}$$ matrix of the spent fuel. This study investigate effect of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ concentration on the kinetics and the yield of U(VI) dissolution of this reaction. A series of experiments of the reaction of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ with UO$$_{2}$$ powder dispersed in water has been carried out. The experimental results reveal that increase in the H$$_{2}$$O$$_{2}$$ concentration slows down the reaction and decreases the yield of U(VI) dissolution. This observation suggests that a reaction intermediate is generated in the course of the H$$_{2}$$O$$_{2}$$ reaction on the surface of UO$$_{2}$$.

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