Precise determination of precipitation yield of uranyl nitrate with -alkylated 2-pyrrolidone derivatives

鷹尾 康一朗*; 川田 善尚*; 野上 雅伸*; 原田 雅幸*; 森田 泰治; 西村 建二*; 池田 泰久*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.294 - 298, 2015/02

https://doi.org/10.1080/00223131.2014.937782

UO(NO)(NRP) (NRP=-アルキル-2-ピロリドン)の沈殿率について、沈殿生成前後の硝酸濃度変化から見積もられる溶液の体積変化を考慮して正確に評価した。検討したピロリドン誘導体は、-ブチルピロリドンと-プロピルピロリドンである。どちらの場合でも、正確に評価された沈殿率は、単純に沈殿生成前後のウラン濃度の比から求められる値よりも常に大きくなったが、その差は0.6%-2.6%であった。この差が実質的に無視できるものなら、沈殿生成に伴う体積変化は、分析操作の単純化のため、考慮する必要がない。

Development of advanced reprocessing system based on precipitation method using pyrrolidone derivatives as precipitants; Precipitation behavior of U(VI), Pu(IV), and Pu(VI) by pyrrolidone derivatives with low hydrophobicity

森田 泰治; 鷹尾 康一朗*; Kim, S.-Y.; 川田 善尚; 原田 雅幸*; 野上 雅伸*; 西村 建二*; 池田 泰久*

Journal of Nuclear Science and Technology, 46(12), p.1129 - 1136, 2009/12

https://doi.org/10.3327/jnst.46.1129

ピロリドン誘導体を用いた沈殿法による高速炉燃料の高度化再処理システムを開発している。このシステムでは、第1沈殿工程において低疎水性・低配位性のピロリドン誘導体を用いてU(VI)を沈殿させ、次に第2沈殿工程において高い沈殿生成能力を示すピロリドン誘導体を用いて残りのU(VI)とPu(IV, VI)を同時に沈殿させる。本研究では、第1沈殿工程に最適の沈殿剤を選択することを目的に、-プロピルピロリドン(NProP), -ブチルピロリドン(NBP), -ブチルピロリドン(NiBP)及びシクロヘキシルピロリドン(NCP)を用いて、U(VI), Pu(IV)及びPu(VI)の沈殿挙動を調べた。その結果、NBPが第1沈殿工程用の沈殿剤として最も有望であることがわかった。

Molecular and crystal structures of uranyl nitrate complexes with -alkylated 2-pyrrolidone derivatives; Design and optimization of promising precipitant for uranyl ion

鷹尾 康一朗*; 野田 恭子*; 森田 泰治; 西村 建二*; 池田 泰久*

Crystal Growth & Design, 8(7), p.2364 - 2376, 2008/07

https://doi.org/10.1021/cg7012254

アルキル-2-ピロリドン誘導体の硝酸ウラニル錯体の分子構造と結晶構造を単結晶X線回折,赤外及びラマン吸収スペクトル分析により探求した。錯体の分子構造解析ではいずれのピロリドン誘導体においても、ウラニルイオンのエカトリアル面にピロリドン2分子と硝酸イオン2個がそれぞれトランス位に配位していることが判明した。n-プロピルピロリドン及びイソプロピルピロリドンのウラニル錯体の結晶構造解析から、これらの化合物の結晶格子にはボイドが存在することが示唆された。結晶の効率的パッキングについて検討を行い、イソブチルピロリドンは、そのアルキル基によってボイドを埋め、効率的結晶パッキングの要求を満足させることがわかった。

Development of an advanced reprocessing system based on use of pyrrolidone derivatives as novel precipitants with high selectivity and control ability; Precipitation behavior of plutonium

森田 泰治; Kim, S.-Y.; 池田 泰久*; 野上 雅伸*; 西村 建二*

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.1508 - 1512, 2007/09

ピロリドン誘導体を用いた沈殿法による高速炉燃料の高度化再処理システムを開発している。これまでの試験で、U(VI)を硝酸溶液から沈殿させるN-シクロヘキシルピロリドン(NCP)を用い、選択的U沈殿工程及びU-Pu共沈工程の2工程からなるプロセスを開発した。さらに、現在はプロセスをより選択的に、より経済的にするため、他のピロリドン誘導体によるU及びPuの沈殿挙動について研究している。本研究では、NCPより低疎水性で選択的U沈殿工程の適用が期待されるN-ブチルピロリドン(NBP)及びN-プロピルピロリドン(NProP)を用いてPuの沈殿挙動を調べた。Pu(IV)あるいはPu(VI)の単独溶液及びU(VI)-Pu(IV)混合溶液による試験の結果、NBP及びNProPは、NCPと比べて、Puを沈殿させにくく、U(VI)をより選択的に沈殿させることがわかった。この結果より、NBPあるいはNProPの利用は、選択的U沈殿工程をより選択的に、より効率的にすることが期待できる。

晶析法におけるPu(VI)挙動把握試験

矢野 肇*; 西村 建二*; 近沢 孝弘*; 寺前 直樹*

JNC TJ8400 2001-024, 71 Pages, 2001/03

JNC-TJ8400-2001-024.pdf:4.98MB

晶析法は不純物を含む大量のU溶液から、Uのみを部分的に回収するのに適しておりPUREX法を基盤とする新しい再処理施設の要素技術として適合すると思われる。晶析法適用プロセスの実用化検討に必要なデータのうち、Puの析出に関するデータが不足していたため、昨年度から原子価ごとのPu析出データの採取を開始している。昨年度は、Pu(IV)の挙動を把握する試験を実施し、現在想定している晶析試験条件下ではPuの原子価を4価に調整すればPu結晶は析出しないことを確認した。そこで本年度は、晶析法適用プロセスにおける想定晶析条件下でのPu(IV)の挙動把握を目的とし、Pu原子価を6価に調整して、Pu結晶析出温度データを取得した。また、U-Pu混合系で、UとPuの共析出が生じるか否かの確認を目的としたビーカ規模の晶析試験を実施した。試験は昨年度と同様に、英国AEA Technology Harwell研究所にて実施し、結果の評価を三菱マテリアルが実施した。本年度の試験結果は以下の通りである。(1)Pu(VI)晶析試験 Pu(VI)溶液について、硝酸濃度6M、Pu濃度を50, 100, 200gPu/lでの晶析試験を行い、-60まで冷却した結果、HOの結晶及びHNO・3HOの結晶混合物は生成したが、硝酸プルトニウムの結晶は生成しなかった。(2)U-Pu混合系での晶析試験 U-Pu(VI)混合溶液について、10及び0までの冷却試験を行った。この結果、当初想定していないU-Pu(VI)の共晶析が観察された。生成した結晶は鮮やかなオレンジ色であり、Pu(VI)の結晶の同伴が明白である。共晶析した原因は、両者の化学形が非常に近く、結晶系も同じであり、格子定数も非常に近いことによりUNH結晶にPu(VI)結晶が誤って取り込まれるためであると考えられる。U-Pu(VI)の共晶析データは、Uの代わりにPuが析出するものとして、UNH単身での晶析データはほぼ近いことが確認された。

無配管化を目指した湿式再処理プロセスの合理化検討

半沢 正利*; 森岡 信男*; 麓 弘道*; 西村 建二*; 近沢 孝弘*

JNC TJ9400 2000-001, 112 Pages, 2000/02

JNC-TJ9400-2000-001.pdf:6.67MB

本研究は、革新的技術アイデアにより経済性の高い高速炉燃料(MOX燃料)再処理プロセスを構築することを目標に、配管施工に係わるコストを大幅に削減できるパイプレスプラントの概念を導入し、且つ溶媒抽出法以外の湿式分離法も考慮した新しいプロセスの可能性を探ることを目的としている。そのため、まず、沈殿法、晶析法、イオン交換法及びパイプレスプラントについて文献調査を行い、これを基に、以下の湿式分離法を採用したプロセス要件に適合するプロセスフロー案の検討を実施した。(1)晶析+過酸化水素沈殿法プロセス(2)シュウ酸沈殿法プロセス(3)マイルドな条件の再処理法プロセス(晶析+沈殿法)(4)晶析+イオン交換法プロセス(5)晶析+溶媒抽出法プロセス上記検討プロセス及び従来プロセスについて、パイプレスプラントへの適合性、安全性、経済性、資源の有効利用性、核不拡散性及び運転・保守・補修性の観点から得失評価を行い、最も合理的なプロセスとして(1)晶析+過酸化水素沈殿法プロセスを選定した。選定プロセスについて、臨界安全評価を行うとともに物質収支図、プロセスフローダイアグラム、主要機器リスト及び移動槽・ステーションの配置概念図を作成することにより、主要物質の物流/物量、主要機器の概念/大きさ及び数量等を明らかにした。

高選択・制御性沈殿剤による高度化沈殿法再処理システムの開発

野田 恭子*; 鷹尾 康一朗*; 杉山 雄一*; 原田 雅幸*; 野上 雅伸*; 丸山 幸一*; 高橋 宏明*; Kim, S.-Y.; 佐藤 真人; 峯尾 英章; et al.

no journal, , 

ピロリドン誘導体を用いた沈殿法による高速炉燃料の高度化再処理システムを開発している。これまでの試験で、U(VI)を硝酸溶液から沈殿させるN-シクロヘキシルピロリドン(NCP)を用い、選択的U沈殿工程及びU-Pu共沈工程の2工程からなるプロセスを開発した。さらに、現在はプロセスをより選択的に、より経済的にするため、他のピロリドン誘導体によるU及びPuの沈殿挙動について研究している。本報告では、本研究開発の概要とこれまでの主要な成果を紹介する。本研究開発では、新規沈殿剤を用いることによるシステムの分離性・安全性・経済性向上を目指しており、これまでに低配位性・低疎水性新規沈殿剤であるN-ブチルピロリドン(NBP)あるいはN-プロピルピロリドン(NProP)を用いることで選択的U沈殿工程の効率化が可能であることを明らかにした。

高選択・制御性沈殿剤による高度化沈殿法再処理システムの開発,6; ウラン-ピロリドン化合物の熱分解挙動及び燃料化手法の検討

柴原 孝宏*; 近沢 孝弘*; 菊池 俊明*; 西村 建二*; 森田 泰治; 池田 泰久*

no journal, , 

選択的沈殿能を持つピロリドン化合物を用いた簡易再処理システム開発の一環として、ピロリドン化合物とウラニルイオンの反応によって生成した沈殿の熱分解挙動を、熱天秤及びガスクロマトグラフ型質量分析装置によって調査した。また、その結果に基づき、ウラン-ピロリドン化合物沈殿の燃料化手法について検討を行った。ピロリドン化合物としては、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(NCP),N-n-ブチル-2-ピロリドン(NBP)及びN-n-プロピル-2-ピロリドン(NProP)を試験したが、いずれのU-ピロリドン化合物沈殿においても、まず200C付近でウラン化合物とピロリドン化合物に熱分解した後、さらに高温で酸化・分解・気化することが示唆された。また、ピロリドン化合物の酸化・分解・気化反応が起こる450C以上に加熱することが、熱処理後に得られるウラン酸化物の不純物濃度低減に有効である一方で、沈殿を200C付近に保持すれば、ピロリドン化合物の捕集・再利用が可能であることが示唆された。

高選択・制御性沈殿剤による高度化沈殿法再処理システムの開発,3; ピロリドン誘導体のUO沈殿剤としての性能評価-結晶学的観点より

鷹尾 康一朗*; 野田 恭子*; 野上 雅伸*; 杉山 雄一*; 原田 雅幸*; 池田 泰久*; 森田 泰治; 西村 建二*

no journal, , 

ピロリドン誘導体を用いた沈殿法による高速炉燃料の高度化再処理システムを開発している。最適沈殿剤の選択に資することを目的として、11種のピロリドン誘導体が配位した硝酸ウラニル錯体の単結晶X線構造解析を行い、これらの硝酸ウラニル錯体の分子及び結晶構造を明らかにした。それらの比較により、一連のピロリドン誘導体のUOに対する沈殿剤としての性能評価について、結晶学的観点から考察を行った。その結果、N-iso-butyl-2-pyrrolidoneを有する錯体が、結晶中で最も効率的なパッキングを形成することを明らかにした。

高選択・制御性沈殿剤による高度化沈殿法再処理システムの開発,9; 新規ピロリドン系沈殿剤の耐放射線性及び耐熱性の検討

野上 雅伸*; 野田 恭子*; 鷹尾 康一朗*; 杉山 雄一*; 原田 雅幸*; 池田 泰久*; 川田 善尚; 森田 泰治; 西村 建二*

no journal, , 

ピロリドン誘導体を用いた沈殿法による高速炉燃料の高度化再処理システムを開発している。本研究では、Uを選択的に沈殿させる第1沈殿工程用沈殿剤候補の低疎水性沈殿剤であるN-n-プロピル-2-ピロリドン(NProP),N-n-ブチル-2-ピロリドン(NBP)及びN-イソブチル-2-ピロリドン(NiBP),U及びPuを共沈させる第2沈殿工程用沈殿剤候補の高疎水性沈殿剤N-ネオペンチル-2-ピロリドン(NNpP)及びN-(1,2-ジメチル)プロピル-2-ピロリドン(NDMProP)について、線照射試験及び加熱試験を行い、その耐久性を検討した。試験の結果、3種の低疎水性沈殿剤が何れも同等かつ十分な耐線性を有することがわかった。高疎水性沈殿剤も十分な耐線性を有したが、低疎水性沈殿剤よりは高線量において沈殿率の低下が大きかった。高疎水性沈殿剤の耐線性はNDMProPNNpPNCPの順に高いと評価した。耐熱性試験では、50C,3日間の加熱では沈殿率に顕著な低下は見られなかった。