Molecular and crystal structures of plutonyl(VI) nitrate complexes with N-alkylated 2-pyrrolidone derivatives; Cocrystallization potentiality of U and Pu

Kim, S.-Y.; 鷹尾 康一朗*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 川田 善尚; 森田 泰治; 西村 建二*; 池田 泰久*

Crystal Growth & Design, 10(5), p.2033 - 2036, 2010/04

https://doi.org/10.1021/cg100015t

N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(NCP)及びN-ネオペンチル-2-ピロリドン(NNpP)の硝酸プルトニル錯体を調製し、単結晶X線回折によりそれらの分子及び結晶構造を決定した。得られた化合物はいずれもPuO(NO)(NRP)(NRP=NCP, NNpP)という同様の組成を有しており、これは先に報告したU(VI)錯体とも共通する。各々のPuO(NO)(NRP)錯体は、エカトリアル面上トランス位に配置された2つのNRP及び2つの硝酸イオンから成る六方両錐型構造といった硝酸アクチニル(VI)錯体に特徴的な構造的性質を示した。PuO(NO)(NCP)とUO(NO)(NCP)の格子定数と分子構造は、UがPuに置換されているだけにもかかわらず、完全に異なる。一方、PuO(NO)(NNpP)とUO(NO)(NNpP)との比較では構造的性質は完全に一致する。以上の知見は、結晶工学の観点からわれわれの提案する使用済核燃料の高選択・制御性沈殿剤による高度化沈殿法再処理システムにおける沈殿剤として適するNRPの選択基準の一つとなり得る。

Solubility of uranyl nitrate precipitates with -Alkyl-2-pyrrolidone derivatives (Alkyl = -propyl, -butyl, -butyl, and cyclohexyl)

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

Journal of Nuclear Science and Technology, 46(10), p.995 - 999, 2009/10

https://doi.org/10.3327/jnst.46.995

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、硝酸濃度05.0Mの溶液におけるUO(NO)(NRP)(NRP=-アルキル-2-ピロリドン,アルキル基=-プロピル, -ブチル, -ブチル,シクロヘキシル)の溶解度を測定した。その結果、UO(NO)(NRP)の溶解度は、上澄み液における硝酸及びNRPの濃度が上昇するほど減少することがわかった。溶解度は、NRPの種類にも依存し、基本的にNRPが高疎水性であるほど溶解度は減少した。また、溶解度の評価に溶解度積の導入が有効であることがわかった。

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。

無配管化を目指した湿式再処理プロセスの合理化検討-II

半沢 正利*; 森岡 信男*; 川崎 敬幸*; 麓 弘道*; 西村 建二*; 近沢 孝弘*

JNC TJ9400 2001-005, 128 Pages, 2001/03

JNC-TJ9400-2001-005.pdf:3.81MB

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。本年度は、昨年度の研究成果を基に、バッチ処理に適した晶析法+過酸化水素沈殿法を用いたパイプレスプラントに対し、工学的な観点からの詳細検討により、定量的、且つ、具体的なプラント概念及び建設費の推定等を行い、その適用の可能性を評価するため、以下の検討を実施した。(1)晶析法+過酸化水素沈殿法のプロセスフローの最適化(2)物質収支評価及び主要機器検討(3)晶析法+過酸化水素沈殿法を用いたパイプレスプラントの概念検討(4)晶析法+過酸化水素沈殿法を用いたパイプレスプラントの建設費の推定(5)開発課題の摘出及びその解決方策

晶析法におけるPu(IV)挙動把握試験

矢野 肇*; 半沢 正利*; 近沢 孝弘*; 西村 建二*

JNC TJ8400 2000-061, 92 Pages, 2000/03

JNC-TJ8400-2000-061.pdf:8.79MB

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。昨年度までに、溶解液へ晶析法を適用した再処理プロセスは十分なメリットを有することが確認されている。しかし晶析法適用プロセスの検討に必要なデータのうちPuの析出に関するデータは乏しい。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)の挙動を把握するためのビーカ試験を英国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。試験内容は、想定する晶析供給液濃度付近でのPu(IV)単身でのPu結晶又は凝固温度の測定であり、以下の6パラメータについての試験を実施した。試験結果は以下の通りである。・硝酸プルトニウムの結晶が生成する可能性が高いと想定された200gPu/l,6M HNO3及び200gPu/l,4M HNO3で硝酸プルトニウムの結晶は生成せず、H2Oの固体及びHNO3・3H2Oの結晶混合物が生成している。・残りのPu濃度が低い溶液についても同様である。・従って、Puの原子価が4価の場合には、晶析法適用プロセスにおける想定晶析条件下で硝酸プルトニウムの結晶の生成の可能性はないと言える。・試験結果から、Pu(NO3)4-HNO3-H2O系の溶解度データを作成した。

NUCEFアルファ廃液処理設備の基本設計; プロセス設計

峯尾 英章; 松村 達郎; 西沢 市王; 三井 武志; 植木 浩行; 和田 淳*; 坂井 一太*; 西村 建二*; 竹下 功

JAERI-Tech 96-050, 29 Pages, 1996/11

JAERI-Tech-96-050.pdf:1.17MB

本報は、アルファ廃液処理設備の基本設計について、プロセス設計を中心に述べたものである。NUCEFではTRUを用いた実験が行われ、TRU廃棄物が発生する。NUCEFの液体廃棄物は3種類に分類され、最も放射能濃度の低い回収水等の発生量が大きいことから、減容処理する設備の必要性を示した。アルファ廃液処理設備は、これを放出できる非常に低いレベルの放射能濃度にまで除染する目的で整備するものである。前提条件となる対象廃液の性状と発生量、建屋スペース及び許認可上の制約等を整理し、必要とされる高い除染係数を考慮して、蒸発法を基礎にこれを補完するプロセスを検討した。その結果、蒸発缶を中心として、限外ろ過、吸着カラム及び逆浸透工程を備えた構成とし、廃液の性状によって、吸着剤と蒸発缶の運転方法を変えて対応することとした。

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,1; 低配位性・低疎水性沈殿剤による沈殿条件の最適化検討

原田 雅幸*; 池田 泰久*; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 野上 雅伸*; 西村 建二*

no journal, , 

硝酸水溶液中のウラニルイオンを選択的に沈殿させうるN-シクロヘキシル-2-ピロリドン(NCP)より低配位性・低疎水性のピロリドン誘導体であるN-ブチル-2-ピロリドン(NBP)及び N-プロピル-2-ピロリドン(NProP)のU(VI), Pu(IV)及びPu(VI)に対する沈殿能を検討した。2つの沈殿工程から構成される開発中の簡易再処理システムにおいてUのみを沈殿させる第1沈殿工程を想定した試験を実施し、2M U(VI)系で、U(VI)濃度に対して約1.5倍モル量の沈殿剤を加えることで、U回収率70%を達成できることが確認された。また、NBP及びNProPのPu(IV)及びPu(VI)に対する沈殿反応は、NBP-Pu(IV)の系でNBPの添加量が多いときに沈殿生成が見られたが、NBP-Pu(VI)系及びNProP-Pu(VI), -Pu(IV)系のいずれの場合も、今回の試験条件では沈殿が生成せず、本沈殿剤の第1沈殿工程への適用性が明らかとなった。

ピロリドン誘導体を配位子とするウラニル錯体の構造に関する研究

原田 雅幸*; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 野上 雅伸*; 西村 建二*; 池田 泰久*

no journal, , 

ウランの選択的沈殿剤として研究しているピロリドン誘導体であるN-プロピル-2-ピロリドン(NBP)及びN-ブチル-2-ピロリドン(NProP)のウラニルイオンとの錯体の分子構造を単結晶X線回折により決定し、ラマンスペクトルの測定結果と合わせ、これら錯体の構造と沈殿性との関係について検討した。その結果、NProP錯体はNBP錯体よりも若干弱い配位性を示すことが明らかとなり、また、ウランと配位子の間の距離(U-O)は、NBP錯体で2.373で、NPrpP錯体で2.389及び2.393であること、また結晶の単位体積は、NBP錯体が577.7であるのに対し、NProP錯体が1134と嵩高い結晶であることがわかった。

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。