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崩壊熱の影響

Effect of decay heat on pyrochemical reprocessing of minor actinide transmutation nitride fuels

林 博和 ; 津幡 靖宏   ; 佐藤 匠  

Hayashi, Hirokazu; Tsubata, Yasuhiro; Sato, Takumi

加速器駆動システムによるマイナーアクチノイド(MA)核変換技術開発において、高濃度MA含有窒化物燃料及びその再処理に関する研究開発が行われている。本研究では、燃料に含まれる超ウラン元素(TRU)の崩壊熱が乾式再処理プロセスに与える影響を評価するため、各物質の発熱量及びアルゴンガス雰囲気での各物質の温度上昇値を推定し、これらの計算結果及び各物質の制限温度の設定値を用いて、乾式再処理プロセスにおける各物質の取扱制限量を検討した。さらに、この検討結果を基に、直径26cm塩浴深さ13cmの溶融塩電解槽25基によって、ADS1基分の使用済MA燃料を200日間で処理することを提案した。また、TRUを回収したCd陰極から窒化物を製造する蒸留窒化工程については、直径4cm高さ4cmのCd陰極を4分割したCd-TRU合金を原料とすることを提案した。これらの物質量及び装置規模と台数に関する検討結果から、MA核変換用窒化物燃料の乾式再処理工学規模装置の実現性は高いことが示唆された。

The Japan Atomic Energy Agency has chosen nitride fuel as the first candidate for the transmutation of long-lived minor actinides (MA) using accelerator-driven systems (ADS). The pyrochemical method has been considered for reprocessing spent MA nitride fuels, because their decay heat should be very large for aqueous reprocessing. This study was conducted to investigate the effect of decay heat on the pyrochemical reprocessing of MA nitride fuels. On the basis of the estimated decay heats and the temperature limits of the materials that are to be handled in pyrochemical reprocessing, quantities adequate for handling in argon gas atmosphere were evaluated. From these considerations, we proposed that an electrorefiner with a diameter of 26 cm comprising 12 cadmium (Cd) cathodes with a diameter of 4 cm is suitable. On the basis of the size of the electrorefiner, the number necessary to reprocess spent MA fuels from 1 ADS in 200 days was evaluated to be 25. Furthermore, the amount of Cd-actinides (An) alloy to produce An nitrides by the nitridation-distillation combined reaction process was proposed to be about one-quarter that of Cd-An cathode material. The evaluated sizes and required numbers of equipment support the feasibility of pyrochemical reprocessing for MA nitride fuels.