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論文

Neutron scattering studies on short- and long-range layer structures and related dynamics in imidazolium-based ionic liquids

根本 文也*; 古府 麻衣子; 長尾 道弘*; 大石 一城*; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 山田 武*; 柴田 薫; 上木 岳士*; 北沢 侑造*; et al.

Journal of Chemical Physics, 149(5), p.054502_1 - 054502_11, 2018/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:37.68(Chemistry, Physical)

Alkyl-methyl-imidazolium ionic liquids C$$n$$mimX ($$n$$: alkyl-carbon number, X: anion) have short-range layer structures consisting of ionic and neutral (alkylchain) domains. To investigate the temperature dependences of the interlayer, interionic group, and inter-alkylchain correlations, we have measured the neutron diffraction (ND) of C$$n$$mimPF$$_6$$ ($$n$$ = 16, 9.5, 8). The quasielastic neutron scattering (QENS) of C16mimPF$$_6$$ was also measured to study the dynamics of each correlation. C16mimPF$$_6$$ shows a first-order transition between the liquid (L) and liquid crystalline (LC) phases at $$T_{rm c}$$ = 394 K. C8mimPF$$_6$$ exhibits a glass transition at $$T_{rm g}$$ = 200 K. C9.5mimPF$$_6$$ has both transitions at $$T_{rm c}$$ = 225 K and $$T_{rm g}$$ = 203 K. In the ND experiments, all samples exhibit three peaks corresponding to the correlations mentioned above. The widths of the interlayer peak at ca. 0.2 $AA$^{-1}$$ changed drastically at the L-LC transitions, while the interionic peaks at ca. 1 $AA$^{-1}$$ exhibited a small jump at $$T_{rm c}$$. The peak position and area of the three peaks did not change much at the transition. The structural changes were minimal at $$T_{rm g}$$. The QENS experiments demonstrated that the relaxation time of the interlayer motion increased tenfold at $$T_{rm c}$$, while those of other motions were monotonous in the whole temperature region. The structural and dynamical changes are characteristic of the L-LC transition in imidazolium-based ionic liquids.

報告書

再処理特別研究棟廃液貯槽LV-2の一括撤去作業,2; 撤去作業

金山 文彦; 萩谷 和明; 砂押 瑞穂; 村口 佳典; 里見 慎一; 根本 浩一; 照沼 章弘; 白石 邦生; 伊東 慎一

JAEA-Technology 2011-011, 36 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-011.pdf:2.53MB

再処理特別研究棟(JRTF)では、廃止措置の一環として、平成8年度より設備・機器等の解体を実施している。平成18年度から、湿式再処理試験で発生した廃液を貯蔵していた廃液長期貯蔵施設において、地下1階LV-2室に設置された廃液貯槽LV-2を、コンクリートセル内で解体するのではなく、他の施設に一括で搬出し解体する一括撤去工法に関する安全性の確認試験を進めている。その一連の作業として、LV-2室天井開口,廃液貯槽LV-2を建家外へ搬出、LV-2室天井の閉止等の撤去作業を行った。これらの作業を通して、作業手順を確認するとともに、作業工数,放射線管理,廃棄物に関するデータを収集した。また、得られたデータを用いて、作業効率等の分析を行った。

報告書

原子力科学研究所における5施設の廃止措置

照沼 章弘; 内藤 明; 根本 浩一; 宇佐美 淳; 富居 博行; 白石 邦生; 伊東 慎一

JAEA-Review 2010-038, 96 Pages, 2010/09

JAEA-Review-2010-038.pdf:5.9MB

日本原子力研究開発機構では、使命を終えた施設及び老朽化した施設並びに機能の集約・重点化を図った結果不要となる施設に対する廃止措置を中期計画に則り効率的かつ計画的に進めている。原子力科学研究所バックエンド技術部では、第1期中期計画(平成17年度後半$$sim$$平成21年度)中に5つの施設(セラミック特別研究棟,プルトニウム研究2棟,冶金特別研究室建家,同位体分離研究室施設及び再処理試験室)について、管理区域の解除,建家の解体撤去を目途とした廃止措置を実施した。本報告では、これらの廃止措置について、これまでに国及び自治体に報告した内容を整理するとともに、作業を通じて得られた事項をまとめた。

論文

Renovation of chemical processing facility for development of advanced fast reactor fuel cycle system in JNC

青嶋 厚; 宮地 茂彦; 菅沼 隆; 根本 慎一

Proceedings of 10th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-10), 0 Pages, 2002/00

実用化戦略調査研究の一環として行われる先進的高速炉燃料サイクルシステム開発に資するため、主に基礎データ取得フィールドの充実を目指した、高レベル放射性物質研究施設(CPF)の改造工事を行った。本報告では、先進的高速炉燃料サイクルシステム開発の概要及びCPFにおける開発経緯並びに工事概要と工事後の試験研究内容について紹介する。

論文

高レベル放射性物質研究施設(CPF)における先進的高速炉燃料再処理技術開発に関する試験研究課題とフィールド整備

野村 和則; 小山 智造; 根本 慎一

サイクル機構技報, (17), p.31 - 42, 2002/00

先進的な高速炉再処理プロセスの確立に向けた研究開発の高度化及び多様化に対するため、高レベル放射性物質研究施設(CPF)の改造工事を進めてきた。最新の試験設備を活用し、高速炉「常陽」の照射済燃料ピンを用いたホット試験を開始していく計画である。

論文

A Counter Current Experiment for Separation of Triralont Actinide andLanthanide by SETFICS

駒 義和; 田中 康正; 根本 慎一; 渡部 雅之

Solvent Extraction and Ion Exchange, 16(6), p.1357 - 1367, 2002/00

 被引用回数:43 パーセンタイル:16.85(Chemistry, Multidisciplinary)

再処理廃液から三価のアクチニドであるAmとCmをランタニドと分離して回収するため、CMPO-TBP混合溶媒とDTPA-NaNO3溶液を用いるSETFICS法を開発した。このプロセスの有用性を検証する目的でTRUEX法の試験で得た製品溶液を用いて、向流多段抽出試験を行った。AmとCmを含む製品溶液には、SmやEuが混入したが、La$$sim$$Ndまでの軽希土を除去することができた。80%以上のランタニドを製品から除くことに成功した。

報告書

第9回原子力技術に関する国際会議(ICONE-9)におけるアスファルト固化処理施設火災爆発事故の原因究明結果及び高レベル放射性物質研究施設(CPF)における小型遠心抽出機の開発に関する報告

三浦 昭彦; 根本 慎一*

JNC-TN8200 2001-005, 54 Pages, 2001/08

JNC-TN8200-2001-005.pdf:5.85MB

東海事業所で実施したアスファルト固化処理施設火災爆発事故の原因究明活動で得られた知見及び高レベル放射性物質研究施設(CPF)用小型遠心抽出機開発について、フランス・ニースで開催された「第9回原子力技術に関する国際会議(ICONE-9)」で報告を行い、海外の原子力関係機関等へ周知するとともに、再処理技術及びリサイクルに関する最新の技術情報等の調査を行った。

論文

Trivalent f-Element Intra-group Separation by Solvent Extraction With CMPO-complexant System

駒 義和; 田中 康正; 根本 慎一; 渡部 雅之

日本原子力学会誌, 35(2), p.130 - 136, 1998/02

三価アクチニドとランタニドの分離を目的として、中性二座配位抽出剤であるCMPOとアミノポリ酢酸を用いる溶媒抽出系について研究した。CMPO-TBP混合溶媒とジエチレントリアミン五酢酸-NaNO3溶液の系において、三価アクチニドをDTPAと優先的に錯生成させ、ランタニドを抽出することにより分離する。相互分離はDTPAと金属の錯生成が支配的である。求めた分配データに基づき、4つの工程から成る基本フローシートを提案した。バッチ法のホット試験により、AmとCmをCeから分離することに成功し、本分離系の適用性を確認した。

報告書

CMPOを用いた溶媒抽出による三価アクチニドとランタニドの分離(4)-温度と塩析剤陽イオンの効果-

渡部 雅之; 小山 智造; 田中 康正; 駒 義和; 根本 慎一

PNC-TN8410 97-120, 59 Pages, 1997/03

PNC-TN8410-97-120.pdf:2.0MB

先進的核燃料リサイクルに係わる研究開発の一環として、三価のアクチニドとランタニド元素の分離技術の試験研究を進めている。CMPO-TBP混合溶媒/DTPA-塩析剤溶液系に基づく分離法(SETFICS法)について、温度と塩析剤に着目したコールド試験を行い、以下の結果を得た。(1)DTPA混合溶液系における分配比の温度依存性の把握分配比は温度上昇とともに低下する。この傾向は、主にCMPOによる抽出反応とDTPAの酸解離反応による。分離条件としては低温が有効である。(2)硝酸逆抽出液への硝酸ヒドロキシルアミンの適用性評価NaNO3と同様の分配比が得られる。硝酸逆抽出工程への適用は可能と考えられる。(3)種々の硝酸塩溶液による三価金属の相互分離への影響評価アルカリ土類金属溶液では分配比が低く、硝酸Al溶液では分離係数が低い。pH、硝酸イオン濃度、温度に対する依存性はNaNO3の場合と同様である。希土類元素の分配比は、硝酸塩の種類により次のような大小関係となる。一価陽イオン種K$$>$$Rb$$>$$HAN$$>$$Na$$>$$Li二価陽イオン種Mg$$>$$Sr$$>$$Ca全体Al$$>$$K$$>$$Rb$$>$$HAN$$>$$Mg$$>$$Na$$>$$Li$$>$$Sr$$>$$Ca理由としては、DTPA-金属の錯生成反応とCMPOによる抽出反応に関する塩析剤陽イオンとLn元素間での競合が考えられる。分離係数もわずかながら変化する。小さい陽イオン半径の硝酸塩溶液で分離係数が大きくなる。また、分離係数が大きい場合にこの傾向が顕著となる。

報告書

クラウン化合物による金属イオンの溶媒抽出(2)-湿式分離研究成果報告-

野村 和則; 渡部 雅之*; 佐野 雄一*; 小山 智造; 根本 慎一*; 小沢 正基*; 岡本 文敏*

PNC-TN8410 96-206, 36 Pages, 1996/07

PNC-TN8410-96-206.pdf:1.4MB

本試験では,DC18C6による硝酸酸性系でのSrの抽出に関して,抽出及び逆抽出時間の測定ならびにSrの分配に対する温度依存性の評価を行った。また,DC18C6-Sr錯体構造についてNMRスペクトルの測定を行った。さらに,新たに入手した数種のクラウン化合物を用いた分配基礎試験を実施,硝酸酸性系での抽出剤としての可能性を調べた。以下に,本試験結果の主な概要を示す。・DC18C6-CH2Cl2-硝酸系におけるSrの抽出及び逆抽出とも,その反応は速やかに行われるものとみなせる。・DC18C6-CH2Cl2-硝酸系におけるSrの抽出反応は,反応全体としては発熱反応であり,温度が低い方が抽出に有利である。・DC18C6-Sr錯体のNMRスペクトルを測定し,1つのSrに対して一分子のDC18C6が配位していることが補完できた。・新たに入手したクラウン化合物のうち,C15C5がAgに対して抽出能を示した。以上の結果から,大環状化合物のうちクラウン化合物に属するDC18C6によるSrの抽出機構について,さらに詳細な評価を行うことができ,硝酸酸性系で使用する抽出剤として優れた性質を有することを明かとした。このことは,硝酸環境におけるクラウン化合物の核種分離試薬としての可能性をさらに進めたものであると評価ができる。また,今回新たに調査したクラウン化合物のうち,C15C5によりAgを硝酸溶液系から抽出できることがわかり,新抽出剤としての可能性がさらに広がった。

報告書

CMPOを用いた溶媒抽出による三価のアクチニドとランタニドの分離(5)-分離工程でのpH安定性と希土類の分離挙動-

駒 義和; 渡部 雅之; 根本 慎一; 小沢 正基; 岡本 文敏; 田中 康正

PNC-TN8410 96-039, 58 Pages, 1996/02

PNC-TN8410-96-039.pdf:1.31MB

An(III)/Ln相互分離法の開発の一環として、CMPO-TBP混合溶媒を使用するTRUEX法に対して、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)を適用する検討を進めている。本報告では、良好な分離に重要である工程内のpHの安定性と、希土類元素の相互分離挙動について、向流多段抽出のコールド試験を行った結果をまとめた。硝酸逆抽出工程において硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)溶液により装荷溶媒中の酸は良好に除去され、十分にNANO3の代替となりうることが分かった。HAN濃度は0.5M以下で十分である。An(III)逆抽出工程の逆抽出部ではpHの変化は小さいが、洗浄部ではフリーDTPA濃度の減少によりpHが上昇する。DTPAの共存によりpHの変動を抑制する効果は、工程内でpHを安定に保つには不十分である。また、塩析剤濃度が高くなるとpHの変動が大きくなる。pHの変動を抑え、Am・Cmの回収率を高めるためには、NaNO3濃度を低くする必要があり、少なくとも3M以下に設定するべきである。An(III)製品には、Amの模擬として用いたDyの多くが回収された。EuとSmも一部同伴したが、ほとんどのCeとNdを除去することができた。Dyに対する除染係数はおよそCe:Nd:Sm:Eu=200:30:3:2であり、An(III)逆抽出液中の塩析剤濃度により大きな変化はなかった。

報告書

CMPOを用いた溶媒抽出による三価のアクチニドとランタニドの分離(3)-実液を用いた向流多段抽出ホット試験-

渡部 雅之; 駒 義和; 根本 慎一; 小沢 正基; 岡本 文敏; 田中 康正

PNC-TN8410 95-387, 50 Pages, 1995/11

PNC-TN8410-95-387.pdf:1.08MB

CMPO-TBP混合溶媒系において、DTPAを用いて三価アクチニドの選択的な逆抽出を行うプロセス開発の一環として、以前のホット試験で回収したTRUEX製品を用いて向流多段抽出試験を行い、その可能性の評価を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。抽出・洗浄工程では、三価金属が定量的に抽出された。装荷溶媒中の硝酸を除去する硝酸逆抽出工程では、三価アクチニドおよび希土類を装荷溶媒中に10以上の分配比で保持したまま、硝酸のみを逆抽出することが可能であることを確認した。また、本工程では、水相側に被抽出金属のリーク(10%程度)が観測されたものの、上流側に再抽出部を設けることでこのリークは抑えられると考える。三価アクチニドと希土類の相互分離の主工程となる三価アクチニドの選択的逆抽出工程では、上流側でpHの上昇が観測されたものの、241Amに対する除染係数として、Ceで70、Ndで40、Smで2程度の値が得られ、混入する希土類の組成は、La:Ce:Pr:Nd:Sm=1:1:2:3:20であり、軽希土の除去が良好であることを確認した。この工程に入る希土類の8%だけが三価アクチニド製品中へ移行し、Amは8%が次工程へ輸送された。三価アクチニドの回収率は供給液に対して約60%であった。希土類の逆抽出工程では、溶媒中の希土類が問題なく回収された。供給液に対し5%程度のAmが混入していた。本試験から、DTPAを適用した本法により、三価アクチニドと希土類、特にCeやNdのような軽希土類元素との分離が十分に可能であることを明らかにした。

報告書

クラウンエーテルによる金属イオンの溶媒抽出-湿式分離研究成果報告-

野村 和則; 根本 慎一; 小沢 正基; 岡本 文敏*; 田中 康正

PNC-TN8410 95-286, 21 Pages, 1995/08

PNC-TN8410-95-286.pdf:1.01MB

新規に合成した抽出剤を含む数種の大環状化合物を用いたバッチ法によるコールド基礎試験を実施し,大環状化合物による金属イオンの抽出分離の可能性及び課題の摘出を行った。本試験では,ジシクロヘキサノー18-クラウン-6-エーテルを中心に,硝酸への適用性および金属イオン抽出特性等について段階的に調査・検討を行った。その結果,以下のことが明かとなった。・新規に合成した抽出剤はいずれも酸濃度の高い領域では抽出能を示さなかったが,酸濃度の非常に低い領域($$<$$10-4N)においてピリジル基を置換したクラウノファン化合物が,20$$sim$$30程度の分配比でAgを抽出した。・既存の大環状化合物では,ジシクロヘキサノ-18-クラウン-6-エーテルが硝酸濃度の高い領域(1$$sim$$3N)かSrを選択的に抽出できることを確認した。このときのジシクロヘキサノ-18-クラウン-6-エーテルによるSrの抽出錯体について調べたスロープ法による解析結果は,文献情報と異なるものであった。・さらに,模擬高レベル廃液を用いてジシクロヘキサノ-18-クラウン-6-エーテルによるSrの抽出の選択性および共存イオンの影響について調べた結果,共存イオンに妨害されることなくSrを選択的に抽出できることがわかった。以上の結果から,大環状化合物のうちクラウン化合物に属するジシクロヘキサノ-18-クラウン-6-エーテルにより,高レベル廃液からSrを分離できる可能性を有していることがわかった。このことは,硝酸環境におけるクラウン化合物の核種分離試薬としての可能性を示唆するものである。

報告書

CMPOを用いた溶媒抽出による三価のアクチニドとランタニドの分離(2)

駒 義和; 渡部 雅之; 根本 慎一; 小澤 正基; 岡本 文敏; 田中 康正

PNC-TN8410 95-193, 53 Pages, 1995/06

PNC-TN8410-95-193.pdf:0.8MB

酸化物燃料を前提とした先進的核燃料リサイクルでは、Amを製品として回収し、Cmは冷却保管できる形態にする方針が示され、化学的に類似した性質を有するこれら三価アクチニドとランタニド元素の相互分離技術の重要性が認識されている。これまでに、これらの相互分離技術の開発として、CMPO-TBP混合溶媒系の溶媒抽出に対して、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)を適用する方法の可能性を確認し、概念的なフローシートを提案した。本報告では、CMPO混合溶媒系において、DTPA-塩析剤溶液を用いて三価アクチニドを選択的に逆抽出する工程を中心にした分離プロセスについて検討した。選択的逆抽出工程で主要な分離操作条件であるpH、塩析剤(NaNO$$_{3}$$)濃度、DTPA濃度、接触時間の影響を調べた。これらの中では、pHが最も影響の大きな因子であり、pH2前後で良い分離が得られることを確認した。分離は錯形成試薬の選択性が支配的であることが分かった。$$sim$$0.05MDTPA-$$sim$$3MNaNO$$_{3}$$のような組成の水溶液が逆抽出液として適当であると考えられる。また、選択的逆抽出工程においてpHを安定化する方策として、装荷溶媒から予め酸を逆抽出する工程を検討した。$$sim$$0.5MNaNO$$_{3}$$溶液を用いて逆抽出操作を行うことにより、金属を溶媒中に保持したまま酸のみを逆抽出できることを確認した。以上の結果から、CMPO混合溶媒系での三価アクチニド/ランタニドの分離はその実現性がかなり高いものと考えられる。

報告書

CMPO,Diamideの比較評価基礎研究-Lu(III)抽出特性及び第三相生成挙動-

柴田 淳広; P.Y.COR*; 稲田 達夫*; 根本 慎一; 小沢 正基; 岡本 文雄*; 田中 康正

PNC-TN8410 95-112, 110 Pages, 1995/05

PNC-TN8410-95-112.pdf:3.67MB

高レベル放射性廃液からの超ウラン元素の回収に関する研究・開発として、事業団ではこれまでにCMPOを抽出溶媒とするTRUEX法を対象とした各種の基礎試験を実施している。一方、フランスCEAにおいては、Diamideを抽出溶媒としたDIAMEX法の開発が進められている。本研究では、CMPOとDiamideの抽出特性並びに第三相生成領域の比較評価を主とした基礎試験を実施した。なお、抽出特性については二座配位子と単座配位子の観点からの評価も行うため、TBP,DBBP(単座配位子)も用いた。また,第三相生成に関しては、従来の希釈剤(主に無極性)に対して極性溶媒を希釈剤とする系での比較評価も加えた。本件は、PNC/CEA技術協力協定に基づいて湿式分離研究に関する技術者交流としてCEAからPNCに派遣された技術者との共同研究として実施した。これら基礎研究の結果、以下に示す結論を得た。(1)硝酸溶液中ランタニド元素の抽出反応式・CMPO,TBP,DBBPLn3++3NO3 - +3Extractant$$leftarrow$$$$rightarrow$$Ln(NO3)3 ・3Extractant・DiamideLn3++3NO3 - +mDiamide$$leftarrow$$$$rightarrow$$Ln(NO3)3 ・mDiamide:m=0.7$$sim$$1.8(2)見かけの抽出平衡定数上記反応式に従い、見かけの抽出平衡定数を求めた。その結果、CMPO$$>$$DiamideDBBP$$>$$TBPであった。CMPOはAm等のM(III) を抽出するには好ましいが、逆抽出は硝酸系のみでは困難であるといえる。一方、Diamideは抽出、逆抽出の両者を満足させる適当な抽出溶媒であると判断される。(3)分離特性Pr,Nd,Eu,Ybを用い、硝酸系での分離係数を調べた。CMPO,Diamideは共に1に近い分離係数であり、Ln元素相互分離は不可能である。単座配位子であるTBPやDBBPの場合、2$$sim$$10程度の分離係数が得られた。(4)第三相生成領域CMPO,Diamideの両抽出溶媒とも、硝酸抽出反応において第三相を生成し、第三相生成領域はCMPOでは水相硝酸濃度が6N以上、Diamideでは4N以上であった。Diamide系ではTPHの代わりにDecalineを用いることによりCMPOと同程度まで操作領域が改善されることが判った。しかしながら、CMPOの希釈剤としてはDecalineよりもTBP-n-do

報告書

高速炉燃料リサイクル試験-第18回溶解試験-

坂井 敏幸*; 算用子 裕孝; 岩崎 伊佐央*; 栗林 正和*; 根本 慎一; 富樫 昭夫

PNC-TN8410 95-056, 73 Pages, 1995/01

PNC-TN8410-95-056.pdf:2.83MB

CPFでは,これまでに「常陽」MK-I,MK-IIおよび海外炉照射済燃料等を対象とした多数のホット溶解試験を実施し,高速炉使用済燃料再処理に関する基礎的なデータを取得してきた。これらの結果をふまえて,今回の第18回試験では仏国「Phenix」炉で照射された平均燃焼度が94,000MWd/tの高燃焼度燃料を対象として,高硝酸濃度(8M)条件下において溶解温度を主な試験パラメータとした合計2回の溶解試験を実施した。以下にその概要を示す。1.溶解速度に与える溶解温度の影響高硝酸濃度条件下においても溶解速度は溶解温度に依存し,温度の上昇に伴い速くなる。しかしながら,沸点より5$$^{circ}C$$程度低い温度以上では逆に溶解速度の低下が観察され,既往文献に報告されているウラン溶解挙動と同じ傾向を示すことが確認された。2.不溶解性残渣の発生率本試験結果とこれまでのCPF試験結果を併せて評価した結果,燃料燃焼度の上昇に伴って不溶解性残渣の発生率も増加する傾向にあることが見出された。また,これまでの溶解試験で回収した残渣と燃焼度をパラメータに算出した残渣成分元素(Mo,Tc,Ru,RhおよびPd)の生成量との比較・評価を行った結果,計算値に対して約20%から100%が残渣として回収されている。なお,本報告書は使用済燃料再処理工程のうちのせん断・溶解・清澄試験に関するものであり,これ以降の工程に関する試験結果については別途報告することとする。

報告書

CMPOを用いた溶媒抽出による三価のアクチニドとランタニドの分離(1)-湿式分離研究成果報告-

駒 義和; 坂井 敏幸*; 根本 慎一; 小沢 正基; 富樫 昭夫

PNC-TN8410 94-073, 53 Pages, 1994/02

PNC-TN8410-94-073.pdf:0.98MB

核燃料サイクルにおいてマイナーアクチニドと呼ばれるAmやCmのリサイクルや炉内での消滅を実現するために、AmやCm等の三価のアクチニド(An(III))とランタニド(Ln)を分離する必要性があると認識されている。硝酸溶液中のこれらの化学的挙動が非常に似ているため、これらの分離は単純な硝酸溶液系では困難であり、高濃度の塩を含む溶液系の利用や、両者に選択性を有する錯化剤の使用等が必要となる。錯化剤を利用する方法としては、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)とAn(III)との優先的な錯化を利用した溶媒抽出プロセスが過去に報告されている。主に、酸性有機リン抽出剤であるHDEHPを利用するTalspeakプロセス、TBPを利用した方法が知られている。TRUEXプロセスにより高レベル廃液からAn(III)を抽出、回収することを前提とすると、CMPO混合溶媒を利用する分離法の開発が望まれる。DTPAのAn(III)に対する選択性はCMPO抽出系においても適用可能であると思われるが、これまでにこの系で利用したという報告例はない。そこで、CMPO混合溶媒を用いたAn(III)とLnの分離プロセスに関して予備的な検討を行った。バッチ法により装荷溶媒から逆抽出する際のCe、Nd、Euの分配比を測定した。塩析剤にはNaNO/SUB3、緩衝剤にはギ酸を用いた。試験の結果は次のとおりである。(1)pH領域で抽出・分離を行うためには塩析剤の添加が必要である。(2)pHが2から3の付近でLnの分配比に有意な差が生じた。(3)向流抽出操作においては、分離工程のpHを安定させるために、あらかじめ有機相中の硝酸濃度を下げておく必要がある。また、緩衝剤の添加も考慮しなければならない。塩析剤や緩衝剤を用いる必要はあるが、CMPO混合溶媒系での分離の可能性を見いだすことができた。今後は、分離に最適なpH、塩析剤等の条件を求め、緩衝剤の選定等も進めていく。

報告書

三価のアクチニドとランタニドの分離技術に関する調査-湿式分離研究成果報告-

駒 義和; 渡部 雅之; 根本 慎一; 小沢 正基; 富樫 昭夫

PNC-TN8420 93-017, 91 Pages, 1993/11

PNC-TN8420-93-017.pdf:4.48MB

近年、核燃料サイクルにおいてマイナーアクチニドと呼ばれるAmやCmのリサイクルや炉内での消滅に関する研究・検討がなされるようになり、高レベル廃液からTRUを単に回収するだけではなく、AmやCmの相互分離・回収に対する要求が高まっている。TRUEX法により高レベル廃液を処理する場合には、三価のアクチニドであるAm及びCmとともにランタニドが抽出・回収されるが、炉内へのAm等を装荷する上ではこれらの相互分離が必要であると認識されている。このような必要性に基づき、三価のアクチニドとランタニドの分離プロセスの開発の一環として、予備的な調査を行った。本報告書では、調査の結果は分離方法と国もしくは機関別による分類で示した。また、上記の調査結果に基づき、開発すべき内容について以下に示すようにまとめた。初めに、TRUEX法(もしくは同等の方法)で得られた製品溶液を出発物質とする場合に、従来から実績のある技術の適合性を確証し、その系での基礎的なデータを収集する。従来法としては、DTPA溶液を溶離液として用いる陽イオン交換法を検討する。次の段階として、CMPOあるいはTBP等の既存の抽出剤を適用した分離方法も漸次検討していく。さらに、pHの低い酸性(硝酸系が望ましい)溶液から三価のアクチニドとランタニドを直接分離できるようなプロセスを目標とした開発も進めていく。将来的には、イオン交換や溶媒抽出とは異なる手法に基づく方法、あるいは、まったく新しい水相錯化剤や三価金属に選択性のある抽出剤の合成研究も追及するべき項目として挙げられるだろう。最近の研究開発の動向をまとめているNashの文献を和訳したものを補遺として添付した。

報告書

CPFにおける高速炉燃料リサイクル試験 高速炉使用済燃料の溶解性に関する研究

根本 慎一; 坂井 敏幸*; 算用子 裕孝; 菊池 憲治; 岩崎 伊佐央*; 栗林 正和*; 富樫 昭夫

PNC-TN8410 93-283, 86 Pages, 1993/11

PNC-TN8410-93-283.pdf:2.38MB

CPFにおけるホット試験は1982年9月30日に実施した高速炉使用済燃料ピンのせん断作業を皮切りに、これまでの約10年間、ピューレックス法を基本として高速炉燃料再処理に関した各プロセス試験を進めてきた。今回、これらのホット試験のうち、燃料の溶解試験に着目して総合的に評価・解析を加え、シミュレーションコードに反映できる溶解反応速度式を導出することができた。以下にその基本データについての概要を示す。高速炉使用済燃料の溶解速度は、反応表面積および系の硝酸濃度に比例する。また、温度に関してはアレニウスの式で補正できる。溶解速度=速度定数・反応表面積・(硝酸濃度)SUP1.7・e/SUP-E/RT (1)溶解速度は硝酸濃度の1.7乗に比例し、未照射UO/SUB2ペレットの傾向とほぼ同じである。(2)アレニウスプロットにより求めた見かけの活性化エネルギーは11kcal/molであり、UO/SUB2の溶解で報告されている同エネルギーにほぼ近い。(3)燃焼度の影響については、溶解反応速度式に反映できるような形での整理はできなかったが、溶解速度は硝酸濃度の低い系では燃焼度の増加に伴って低下する傾向にあること、また、8M程度の高濃度硝酸系では見かけ上ほぼ一定になることが観察された。(4)溶解速度の変化より溶解反応にかかわる有効表面積を推定し、せん断片および粉末の表面積変化を数式化した。(5)せん断片の"つぶれ"の影響については、約30%以上確保することによりほぼ一定の溶解速度を得ることができる。

報告書

再処理プロセスの高度化に関する研究; ピューレックスプロセスにおけるNpの回収と除去

根本 慎一; 算用子 裕孝; 駒 義和; 坂井 敏幸*; 岡本 隆*; 富樫 昭夫

PNC-TN8410 93-282, 69 Pages, 1993/11

PNC-TN8410-93-282.pdf:1.23MB

ピューレックス再処理プロセスでNpをPu・Uと共に安定にかつ高効率で回収する方法について検討した。この検討結果をもとにCPFで予備試験を実施し、一つの方向を見出すに至った。検討および予備試験で得られた主要ポイントを以下に示す。(1)共存する亜硝酸は第一サイクルの洗浄部でNp(VI)を抽出性の低いNp(V)に還元させ、回収率の低下をまねく。(2)亜硝酸は条件によりNp(VI)の還元剤として、または、Np(V)の酸化促進剤としての役割を果たす。(3)高率で安定にNpを回収するには、亜硝酸の影響を無視できるプロセス開発が重要である。一方、CPFのデータから、(4)溶解液中に存在する多量のPuは、加温条件下においてNpの酸化に効果的役割を示すことが期待できる。(5)Pu(VI)の存在はNp(VI)の安定剤的効果を示すことが期待できる。これは、Pu(VI)共存系でNpはほぼ全量がPu・Uと共に抽出回収され、抽出器内での亜硝酸との反応に起因するNpのアキュムレーションも観察されなかったことによる。以上、現段階ではメカニズムまで論ずるに十分なデータは確保していないが、高度化ピューレックスプロセス技術開発の一環としてのNp共抽出についての一つの開発方向を見出すことができた。すなわち、現状のピューレックスプロセスではPuをUと共に抽出するためその原子価を最も抽出性の高い4価としてきたが、本研究ではPuの原子価を6価もしくは4価との混合系とすることによりNp(VI)と亜硝酸との反応を阻止し、安定に高率でNpを共抽出できる可能性があることを明らかにするとともに、CPFで予備的試験を行い、その見通しを実験的に確認した。

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