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富樫 昭夫; 坂井 敏幸*; 算用子 裕孝; 岩崎 伊佐央*; 栗林 正和*; 根本 慎一
PNC TN8410 95-056, 65 Pages, 1995/03
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
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。
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
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。
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*; 松島 和美*
PNC TN8410 93-283, 86 Pages, 1993/11
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
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。
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
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。
算用子 裕孝; 坂井 敏幸*; 菊池 憲治; 豊田 修; 根本 慎一; 富樫 昭夫
PNC TN8410 93-080, 53 Pages, 1993/03
CPFでは,昭和57年以来,主として高速実験炉「常陽」の照射済燃料を用い,溶解から抽出プロセスにかかわるホット試験を実施してきた。本報告書では,これら試験のうち溶解試験で回収された残渣に着目し,以下に示す項目についてまとめた。なお,これらの結果は,3.5M
8.7Mの硝酸濃度,70115の溶解温度および4時間27時間の溶解条件のもとで得られたものである。1.不溶解残渣の形状および粒径分布残渣粒径は燃焼度により若干の差があり,燃焼度の上昇に伴い大きくなる傾向がある。また,1.2
m以下の粒子のほとんどは液中に浮遊しており,これは発生した総残渣重量に対して約10w/oに相当することが分かった。2.残渣発生量不溶解残渣発生量として回収残渣重量に対する溶解前の初期Mox重量の比で評価した結果,Pu富化度の上昇に伴い残渣発生量の増加が見られる。ただし,燃焼度の違いによる発生量の関係は,今回の試験範囲内では見出されなかった。3.組成およびPu含有量残渣の主成分は,Mo,Pd,Ru,RhおよびTcであり,燃料の種類にかかわらず同じ成分である。また,Pu含有量は,溶解前の初期Pu量に対して0.010.09%が検出された以上,残渣発生量やPu含有量は燃料の製造条件(Pu富化度)および溶解条件等により異なり,8M程度の硝酸濃度ではMox重量の0.23%(Pu富化度18%)および0.51.4%(Pu富化度30%)の残渣が発生するが,Pu含有量としては初期Pu重量の0.010.09%程度と微量である。一方,組成についてはMo,Pd,Ru,RhおよびTcが主であり,既往文献と一致していることが確認できた。
富樫 昭夫; 根本 慎一; 坂井 敏幸*; 野村 和則; 木村 通*; 小沢 正基
PNC TN8410 92-267, 41 Pages, 1992/07
使用済燃料再処理における分配工程ではTBPに抽出されているPu(IV)とU(VI)のうち、Puのみを選択的に逆抽出し、U,TBP相中のUから分離することを基本としている。Puを選択的に逆抽出分離するため、一般には還元剤を用いてPU(IV)をPu(III)に還元し、抽出性の低いPuとしつつ分離する方法が採られている。本研究では還元剤として硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)を用いHAN-HNO3-TBP系におけるTBP相中のPuに着目し「みかけの逆抽出速度」を求めた。以下に結果を示す。(1) HANが共存しないHNO3-TBP系でのPu(IV)逆抽出速度は水相中のHNO3濃度に依存し、濃度の低下に伴い上昇する。(2) この速度はHANの存在により、更に上昇する。(3) Pu(IV)の逆抽出速度はHAN濃度に逆比例する。これはHAN中に化合しているNO3-による影響と判断される。つまりNO3-がPuを抽出するため塩析剤として作用するためと思われる。(4) したがってHANを還元剤として用いる場合、NO3-イオン濃度を十分に考慮し最適条件を選定すべきである。
野村 和則; 根本 慎一; 坂井 敏幸*; 木村 通*; 富樫 昭夫
PNC TN8410 91-180, 51 Pages, 1991/06
再処理高レベル廃液中に含まれている超ウラン元素(TRU)の除去を目的とし、1990年度より基礎研究を開始した。本基礎試験では、米国アルゴンヌ国立研究所で開発されたTRUEXプロセス(TRans Uranium EXtraction)をベースに、高レベル廃液への適用性の検討を行った。試験ではバッチ抽出法及び小型ミキサ・セトラによる連続抽出法により、CFP高レベル廃液中の主要核種の挙動を調べた。本研究を通しCMPOを抽出剤とするTRUEX法の高レベル廃液への適用性の評価を行った結果、上記の様に基本的にはTRU等に対して優れた抽出剤であることが判った。又、高レベル廃液へ適用するに当って開発しなければならない課題を明かとした。
