外部ゲル化法による燃料粒子製造技術開発

冨田 豊; 森平 正之; 田巻 喜久*; 西村 一久*; 庄司 修一*; 木原 義之; 加瀬 健; 小泉 務

JAEA-Research 2006-088, 95 Pages, 2007/01

JAEA-Research-2006-088.pdf:23.02MB

日本原子力研究開発機構では、高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究において、低除染TRU燃料の有望な候補の一つとして外部ゲル化法による燃料粒子製造技術開発を実施した。フェーズIIでは大径粒子の製造条件の最適化,アンモニア廃ガス処理の軽減を目的とした外部ゲル化法の改良方法の検討及び低除染燃料特有の核分裂生成物の影響について検討した。その結果、振動充填燃料に適した大径粒子の製造条件を把握及び改良型の外部ゲル化法の適用性の可能性を見いだした。さらに、核分裂生成物は粒子製造に悪影響を与えないことを確認するとともに原料液の耐放射線性についてのデータを取得した。これらの結果より、低除染湿式再処理対応の振動充填燃料用燃料粒子製造に外部ゲル化法が適応できる技術的な見通しを得た。

Development of a simple reprocessing process using selective precipitant for uranyl ions; Engineering studies for precipitating and separating systems

山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*; 菊池 俊明*; 森田 泰治; 川田 善尚*; 峯尾 英章; 古志野 伸能*; 浅沼 徳子*; 原田 雅幸*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 4 Pages, 2005/10

NCP(N-シクロヘキシル-2-ピロリドン)がウラニルイオンと選択的に沈殿を生成するという極めて特異な性質と沈殿物の取扱いの容易な点を利用し、使用済燃料溶解液中の大部分のウラニルイオンを選択的に沈殿させ、さらにプルトニウムをウランとともに沈殿させる、NCP沈殿法のみによる簡易再処理プロセスの開発研究を実施した。本発表では、実機概念をもとに設計・製作した沈殿生成槽,沈殿分離機の操作性,性能試験の結果について述べる。

低除染ペレット燃料製造施設構成の合理化に関する調査 別冊ー低除染燃料製造システムの量産化に関する評価手法の調査ー

前川 一彦*; 吉村 忠宏*; 星野 康史*; 宗片 英樹*; 田巻 喜久*

JNC TJ9420 2005-003, 280 Pages, 2005/02

JNC-TJ9420-2005-003.pdf:4.73MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究の一環として、燃料製造システム間でプラント稼働率と廃棄物発生量の計算を行う特性評価シミュレーターを開発し、システム間の特性比較を実施した。今回はキャンペーン運転やバッチ処理装置に対応するプログラム改良を行ない、計算の精度を上げた。ペレットシステムとゲル化振動充填システムの比較を行なったところ、プラント稼働率及び環境負荷低減性の指標においてペレットシステムに有利な結果となった。

晶析工程における除染性能影響因子評価試験

草間 誠*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*

JNC TJ8400 2005-006, 88 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2005-006.pdf:5.67MB

核燃料サイクル開発機構が開発を進めている先進湿式再処理(NEXT:New Extraction System for TRU Recovery)法では、経済性向上および廃棄物発生量低減の観点から、燃料溶解液からウランのみを部分的に回収し、溶媒抽出プロセスの処理量を低減する補完要素技術として晶析法に着目している。晶析法は温度による溶解度の違いを利用しており、新たな試薬を使用しないため、PUREX法を基盤とする再処理プロセスに適合すると考えられる。晶析法では析出したウラン結晶の精製度を高めるために、硝酸水溶液による洗浄操作を行うことを想定しているが、この洗浄操作に伴う結晶の溶解量等の評価に関するデータが十分ではない。そこで本試験では、洗浄液の硝酸濃度をパラメータに、結晶溶解量および精製度(除染係数)に与える影響を評価した。その結果、結晶の溶解量は硝酸濃度が高い方が抑制され、1M硝酸に比べて8M硝酸の溶解量は1/2程度に低減した。また、除染係数は8M硝酸に比べて1M硝酸の方が2倍程度に高まった。このように結晶溶解量と精製度に相関性があることを確かめられた。なお、本試験条件における結晶の溶解ロス率は1020%程度の範囲であった。次に、NEXT法の設計検討における燃料溶解液条件を想定し、ウラン溶液に模擬FP元素(Rb,Sr,Y,Zr,Mo,Ru,Cs,Ba,Nd)を添加した原料液を用いて、ウラン晶析試験および生成結晶の洗浄試験を行い、除染係数等のデータを取得した。その結果、設計検討付近の原料液濃度範囲においては、晶析操作によりBaがUとともに析出し、それ以外の元素は溶液中に残留することが確かめられた。設計範囲を外れる極端な濃度条件においてはCsが析出することも確認した。また、これら析出物以外は、ろ過操作のみで除染係数10程度、洗浄操作を行うことで100程度となり、ろ過および洗浄操作により精製度を高められることが確認できた。

低除染燃料製造システム特性評価手法に関する調査(3)

谷本 亮二*; 吉村 忠宏*; 星野 康史*; 宗片 英樹*; 田巻 喜久*

JNC TJ9420 2004-003, 212 Pages, 2004/02

JNC-TJ9420-2004-003.pdf:117.29MB

FBRサイクル実用化戦略調査研究では、FBR燃料サイクルシステムについて検討を行っており、燃料製造システムの候補概念について安全性、経済性、環境負荷低減性等に関する特性の比較評価を行っている。フェーズⅡに入ってからプラントの稼働率と廃棄物発生量に着目して、燃料製造システム間の比較評価を可能とすることを目的とした研究を開始した。昨年度は、機器の故障頻度や定期交換を考慮した場合の廃棄物発生量との相関について検討を行い、製造システム間の特性比較の考え方を整理した。今年度は、各システムの特性評価ならびに昨年度に検討した特性比較の考え方に基づき、システム間の比較を行った。また、今後のシステム設計に資するため、特性評価のために整理した設計情報を一元的に取りまとめた。なお、評価対象のシステム特性は、相関を持つ稼働率に代表されるシステム安定性と廃棄物発生量に代表される環境負荷低減性とした。 この他、システム特性評価に先立ち、昨年度までに作成した特性評価シミュレータについて、より高精度な計算が可能となるよう、プログラムの修正と改良を行った。

脱硝転換設備概念の成立性調査(2)

谷本 亮二*; 吉村 忠宏*; 星野 康史*; 宗片 英樹*; 田巻 喜久*

JNC TJ9400 2004-002, 58 Pages, 2004/02

JNC-TJ9400-2004-002.pdf:1.39MB

本検討では、2002度に実施したセラミックス製脱硝容器の製作並びに硝酸ウラニル溶液を用いたマイクロ波脱硝、焙焼および還元試験に引き続き、小型のターンテーブル式脱硝転換装置を製作し、脱硝転換試験を行い、粉末物性や装置の健全性を評価することによりターンテーブル式脱硝転換装置の技術的成立性についての確認を行い、下記の成果を得た。(1)} 小型のターンテーブル式脱硝転換装置を製作し、マイクロ波脱硝、焙焼・還元、粉砕を行い、各装置の健全性について問題のないことを確認した。(2)} 粉砕後の粉末について粉末物性を測定し、従前のマイクロ波脱硝後の粉砕粉末とほぼ同等の粉末が得られることを確認した。(3)} 還元後の粉砕粉末をペレットに成型、焼結し、密度の高いペレットが得られることを確認した。(4)} 試験結果について、ターンテーブル式脱硝転換設備成立性の観点から検討を行い、開発課題を整理した。

低除染ペレット燃料製造ライン構成の調査

半沢 正利*; 吉村 忠宏*; 宗片 英樹*; 田巻 喜久*; 大山 有代*

JNC TJ9420 2003-003, 133 Pages, 2003/02

JNC-TJ9420-2003-003.pdf:4.79MB

本検討では、FBRサイクル実用化戦略調査研究のフェーズIIの2年度として、昨年実施した脱硝転換工程に引き続き、低除染ペレット製造プラントのペレット成型から燃料要素組立前半までの各設備について、遠隔自動化を考慮した機器設計、ライン構成、セル内配置設計を行い、下記の成果を得た。(1)遠隔自動運転を基本とした各設備の概略構造設計およびプロセスの概念設計を行い技術的成立性を確認した。(2)トラブル時、ユニットを保守エリアまで搬送し補修する保守システムの成立性を確認した。(3)各設備の機器の故障に関する情報を検討し、プラント特性シミュレータを用いて工程毎の処理能力およびバッファ容量をパラメータに稼働率を評価した。(4)建屋内配置図について、フェーズIの配置計画を基本に、各設備の設計進捗結果を反映した見直しを行い、精度を高めた。

低除染燃料製造システム特性評価手法に関する調査(2)

半沢 正利*; 吉村 忠宏*; 宗片 英樹*; 田巻 喜久*; 大山 有代*

JNC TJ9400 2003-010, 66 Pages, 2003/02

JNC-TJ9400-2003-010.pdf:4.03MB

本検討では、FBRサイクル実用化戦略調査研究のフェーズIIの2年度として、低除染ペレット法に対する機器の運転特性、機器交換頻度を考慮した稼働率を検討するとともに、機器交換による廃棄物発生量を算出できるようにシミュレータの改良を行った。また、他の燃料製造システムに適用することで、製造システム間の稼働率の比較検討を行い、下記の成果を得た。 (1)機器の運転特性による機器稼働率の計算方針を整理するとともに、稼働率を向上できるバッファ容量、機器処理能力、台数に関する最適化を行った。 (2)部品を定期交換するケースと故障時に部品を交換するケースに対応できる廃棄物発生量算出プログラムを作成した。 (3)他の燃料製造システムへの適用を行い、製造システム間の特性比較の考え方を整理し、稼働率の比較検討を行った。 (4)昨年度さくせいした特性評価シミュレータのデータ入力方法について、より簡便な方法を検討し、シミュレータに組み込んだ。

晶析工程におけるウラン結晶洗浄試験

山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*

JNC TJ8400 2003-016, 40 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-016.pdf:0.9MB

晶析法は、新たな試薬を使用せずに、不純物を含む大量のU溶液から、Uのみを部分的に回収できることから、PUREX法を基盤とする再処理技術に適合すると思われる。これまでに小規模試験を実施し、硝酸ウラニル結晶が得られることが確認されている。これまでに行われた模擬溶解液を用いた晶析試験や、実溶解液を用いた晶析試験の結果から、FP の大半は硝酸ウラニル結晶に付着しているものと考えられる。したがって、硝酸ウラニル結晶の粒度が大きければ母液の付着量が相対的に減少し、FP の除染係数が向上することが予想される。本試験では、結晶粒度を変化させた場合の除染係数の把握を目的として、ウラン-模擬FP 混合溶液を用いたウラン結晶洗浄試験を行い、硝酸ウラニル結晶の粒度の増大に伴い、模擬FPの除染係数が向上する傾向にあることを確かめた。

晶析法導入再処理プロセスにおけるU結晶の転換法調査

山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*

JNC TJ8420 2002-004, 87 Pages, 2002/02

JNC-TJ8420-2002-004.pdf:1.84MB

晶析法は、新たな試薬を使用せずに、不純物を含む大量のU溶液から、Uのみを部分的に回収できることから、PUREX法を基盤とする再処理技術に適合すると思われる。これまでに小規模試験を実施し、硝酸ウラニル結晶が得られることが確認されている。晶析法で得られた硝酸ウラニル結晶は、脱硝転換工程に供給され、核燃料製造向けにUO2へと転換される。従来の脱硝転換工程では、出発物質として硝酸ウラニル溶液を用いていたが、晶析法導入プロセスの利点の一つは、工程に供給する水、硝酸の量が減ることであり、これらを加えて硝酸ウラニル結晶を溶解することは望ましくない。出発物質は、硝酸ウラニル結晶もしくは溶融塩が望ましい。本調査では、新たな優位性を有する晶析法導入再処理プロセスにおける転換法の概念を構築するため、一般産業界における転換法も含め、酸化物の転換法について調査を行った。次に、得られた結果を、経済性、設備、あるいは製品仕様などの点で比較検討し、優位性を持つ可能性がある技術として、固相熱分解法、固液交換法、攪拌層法及び噴霧熱分解法を抽出した。さらに、これらの技術について、プロセスフロー及び概念図を示した。