高レベル放射性廃液からの発熱性核種の分離

Separation test of heat generating nuclides from high-level liquid waste

宝徳 忍 ; 伴 康俊  ; 今田 未来; 北辻 章浩  

Hotoku, Shinobu; Ban, Yasutoshi; Konda, Miki; Kitatsuji, Yoshihiro

使用済燃料の再処理に伴って発生する高レベル廃液(HLLW)には、発熱性核種であるSr-90、Y-90、Cs-137、Ba-137m及びAm-241が含まれており、これらの分離回収は高レベル放射性廃棄物の減容・有害度低減につながる。さらに、分離回収した元素及び核種を精製することで、資源としての有効利用も見込まれる。本試験では、Srレジン及びPbレジンを用いたSrの抽出クロマト分離、リンモリブデン酸アンモニウム(AMP)を用いたCsの共沈分離、アルキルジアミドアミン(ADAAM)を用いたAmの溶媒抽出分離に関する技術開発として、Cs及びSr分離について硝酸溶液系でのコールド試験を行った。その結果を踏まえて、燃料サイクル安全工学研究施設(NUCEF)の使用済燃料溶解液を使用して各元素を分離するホット試験を実施し、分離した溶液中に含まれる各成分について分析した。Srの抽出クロマト分離では、Srの吸着条件及び溶離条件として硝酸濃度8mol/L及び0.02mol/Lを適用することにより、他の元素から大部分を分離した。CsのAMPによる共沈分離では、硝酸濃度3.1mol/LのHLLW試験液にAMPを添加することにより99.9%以上のCsを選択的に共沈させた。AmのADAAMによる溶媒抽出では、バッチ法による一回の抽出処理によってAmの81.4%を回収した。本手法を用いることによってSr、Cs及びAmはそれぞれ効果的に分離回収できており、その有効性を実証した。

High-level liquid waste (HLLW) produced from reprocessing of spent nuclear fuels contains heat generating nuclides such as Sr-90, Y-90, Cs-137, Ba-137m, and Am-241. Separation and recovery of these nuclides lead to reduce the volume and toxicity of high-level waste. Furthermore, the recovered nuclides and elements could be utilized as resources after purification. In this test, Sr separation by extraction chromatography using Sr resin and Pb resin, Cs separation by co-precipitation using ammonium phosphomolybdate (AMP), and Am separation by solvent extraction using alkyl diamideamine (ADAAM) were carried out, cold tests were performed for the separation of Cs and Sr in a nitric acid solution. Based on the results, hot tests were performed using dissolution solutions of spent fuel at the Nuclear Fuel Cycle Safety Engineering Research Facility (NUCEF), and each component contained in the separated solution was analyzed. In the Sr separation by extraction chromatography, most of Sr was separated from other elements using 8 mol/L nitric acid for absorption and 0.02 mol/L nitric acid for elution. In the separation of Cs, more than 99.9% of Cs was selectively co-precipitated by adding AMP to the HLLW, in which nitric acid concentration was adjusted to 3.1 mol/L. In solvent extraction of Am by ADAAM, 81.4% of Am-241 was recovered by a single stage batch experiment. Since Sr, Cs, and Am were properly separated and recovered from HLLW, the effectiveness of the present separation method was successfully demonstrated.