鉄-ウラン系酸化物固相の溶解反応

Dissolution behavior of iron-uranium oxide

頓名 龍太郎*; 佐々木 隆之*; 岡本 芳浩  ; 小林 大志*; 秋山 大輔*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*

Tonna, Ryutaro*; Sasaki, Takayuki*; Okamoto, Yoshihiro; Kobayashi, Taishi*; Akiyama, Daisuke*; Kirishima, Akira*; Sato, Nobuaki*

福島第一原子力発電所から回収された燃料デブリは深地層へ直接処分される可能性があるため、水中での燃料デブリの溶解反応や溶出した核種の化学状態の知見は、処分の安全評価において必要不可欠である。燃料デブリの種類や性状は、生成時の雰囲気・温度に依存するが、炉内に大気が流入したとされる条件下ではFeUOの生成が示唆されている。この複合酸化物中のUは5価と報告されているが、水中での溶解反応について検討した事例は皆無である。そこで本研究ではFeUOの溶解反応について検討を行った。FeUOを所定の温度、酸素圧下にて加熱合成したのち、硝酸に浸漬して未反応のU酸化物を除去した後にpH28の液に浸漬した。所定期間後、pH, Eh値の測定、ICP-MSによる溶存Fe, U濃度の測定を行った。またXAFSおよび粉末X線回折を用いて浸漬前後の固相状態を評価した。これらの結果から、FeUOは溶解時に、Fe(III)/Fe(II)とU(V)/U(VI)との酸化還元反応を伴った溶解反応であると解釈された。

Since fuel debris recovered from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant may be directly disposed of in deep geological strata, knowledge of dissolution reactions of fuel debris in water and chemical states of dissolved nuclides is essential for safety assessment of disposals. The chemical composition and physical properties of fuel debris depend on the atmosphere and temperature, but the formation of FeUO has been suggested at conditions under which air enters the reactor from outside. Uranium in FeUO is reported to be pentavalent, but no dissolution reaction in water has been investigated. In this study, FeUO was synthesized by heating at a predetermined temperature and oxygen pressure, immersed in nitric acid to remove unreacted uranium oxides, and then immersed in a solution of pH2-8. After the prescribed period, pH and Eh values were measured, and dissolved iron and uranium concentrations were measured by ICP-MS. X-ray absorption fine structure (XAFS) and powder X-ray diffraction (XRD) were used to evaluate the solid state before and after immersion. From these results, it was interpreted that the dissolution of FeUO was accompanied by a redox reaction between Fe(III)/Fe(II) and U(V)/U(VI) during dissolution.