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荒井 陽一; 渡部 創; 長谷川 健太; 岡村 信生; 渡部 雅之; 武田 啓佑*; 福元 博基*; 吾郷 友宏*; 羽倉 尚人*; 塚原 剛彦*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 542, p.206 - 213, 2023/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Instruments & Instrumentation)Spent PUREX solvent, which mainly consists of tributyl phosphate (TBP) and normal dodecane, is generated by solvent extraction of Plutonium and Uranium in the spent nuclear fuel reprocessing. One of the treatment options for storage of the spent solvent is adsorption of the liquid into vermiculite. The organic liquid is considered to be trapped between layers of the vermiculite. Our previous experiments on the adsorption of spent solvent into the vermiculite have shown that some parts of loaded solvent gradually leaked out from the vermiculite. In order to investigate the adsorption mechanism and capacity, elution behavior of the loaded solvent into organic diluents were evaluated. A part of the loaded solvent was easily leaked into the diluent, while some solvent remained inside the particle even after the leaching test. In this study, the adsorption capacity of the vermiculite was evaluated through amount of remaining solvent after washing with diluents. The amount of the remaining solvent was analyzed by Particle Induced X-ray Emission (PIXE) on P contained in TBP. Peak intensity of P-K
line depended on the washing condition, and the behavior of the amount of change in adsorbed P atom qualitatively agreed with the results of the leaching test.
solution; Comparison with tri-
-butyl phosphate上田 祐生; 菊池 圭; 杉田 剛; 元川 竜平
Solvent Extraction and Ion Exchange, 37(5), p.347 - 359, 2019/07
被引用回数：8 パーセンタイル：34.18(Chemistry, Multidisciplinary)リン酸トリブチル(TBP)を用いた従来のPUREXプロセスにおいて多量のZr(IV)が含まれる場合、抽出錯体,遊離の抽出剤,酸、および水の凝集を起源として生成する不溶性の第三相や沈殿による目的物の抽出阻害が問題であった。本研究では水にほとんど溶解しないフルオラス化合物に着目し、TBPと同一のリン酸エステル構造を有するフルオラスリン酸エステル抽出剤を合成し、本抽出剤のZr(IV)抽出特性,抽出機構、および第三相生成の抑制効果をTBPと比較検証した。開発した新規抽出剤は、TBPと比較し第三相の生成を著しく抑制するとともに、幅広い硝酸濃度領域においてTBPよりも高いZr(IV)抽出能力を示すことが明らかとなった。
元川 竜平; 遠藤 仁*; 長尾 道弘*; Heller, W. T.*
Solvent Extraction and Ion Exchange, 34(5), p.399 - 406, 2016/07
被引用回数：5 パーセンタイル：19.64(Chemistry, Multidisciplinary)We performed neutron polarization analysis (NPA) of extracted organic phases containing complexes, comprised of Zr(NO)
and tri-n-butyl phosphate (TBP), which enabled decomposition of the intensity distribution of small-angle neutron scattering (SANS) into the coherent and incoherent scattering components. The coherent scattering intensity, containing structural information, and the incoherent scattering compete over a wide range of magnitude of scattering vector, 
, specifically when is larger than 
1/
, where is the radius of gyration of scatterer. Therefore, it is important to determine the incoherent scattering intensity exactly to perform an accurate structural analysis from SANS data when is small, such as the aforementioned extracted coordination species. Although NPA is the best method for evaluating the incoherent scattering component for accurately determining the coherent scattering in SANS, this method is not used frequently in SANS data analysis because it is technically challenging. In this study, we successfully demonstrated that experimental determination of the incoherent scattering using NPA is suitable for sample systems containing a small scatterer with a weak coherent scattering intensity, such as extracted complexes in biphasic solvent extraction system.
-butyl phosphate in organic and aqueous environments and its relevance to nuclear extraction processesMu, J.*; 元川 竜平; Williams, C. D.*; 阿久津 和宏*; 西辻 祥太郎*; Masters, A. J.*
Journal of Physical Chemistry B, 120(23), p.5183 - 5193, 2016/06
被引用回数：27 パーセンタイル：60.26(Chemistry, Physical)A refined model for tri--butyl phosphate (TBP), which uses a new set of partial charges generated from our ab initio density functional theory calculations, has been proposed in this study. Molecular dynamics simulations are conducted to determine the thermodynamic properties, transport properties, and the microscopic structures of liquid TBP, TBP/water mixtures, and TBP/-alkane mixtures. These results are compared with those obtained from four other TBP models, previously described in the literature. We conclude that our refined TBP model appears to be the only TBP model from this set that, with reasonable accuracy, can simultaneously predict the properties of TBP in bulk TBP, in organic diluents, and in aqueous solution. This new TBP model is thus appropriate for the simulation of liquid-liquid extraction systems in the nuclear extraction process, where one needs to simultaneously model TBP in both aqueous and organic phases. It is also promising for the investigation of the microscopic structure of the organic phase in these processes and for the characterization of third-phase formation, where TBP again interacts simultaneously with both polar and nonpolar molecules. Because the proposed TBP model uses OPLS-2005 Lennard-Jones parameters, it may be used with confidence to model mixtures of TBP with other species whose parameters are given by the OPLS-2005 force field.
館盛 勝一
JAERI 1337, 250 Pages, 1996/05
使用済み核燃料の再処理で用いられているピュレックス法は、リン酸トリブチル(Tri-n-butylphosphate,以下略してTBPという)を抽出剤とする溶媒抽出法であるが、この系の主要な溶質成分の分配比を計算するコードシステムDISTを開発した。DISTは、分配比の実験データを格納したデータベース:DISTEX(およびDISTEXFP)、主要なアクチノイドである、U(IV)、U(VI)、Pu(III)、Pu(IV)、Pu(VI)、Np(IV)、Np(VI)あるいは核分裂生成物元素のTc(VII)、Zr(IV)さらにピュレックス工程において重要な成分である硝酸、亜硝酸の分配比を計算するコード:DIST1、DIST2より構成される。DIST1、DIST2コードは、多くのパラメータを含む分配比表記式に基づき、データベース(DISTEX)から指定条件を満足する抽出系の実験データを呼出して、最適化手法により表記式のパラメータ値を求めるという手法を採っている。DISTEX(およびDISTEXFP)には現在、約5000件の分配比の実験データを収納している。
朝倉 俊英; 根本 英幸; 内山 軍蔵; 藤根 幸雄; 前田 充
JAERI-Tech 95-027, 34 Pages, 1995/03
再処理溶液2相系として、リン酸トリブチル(TBP)及びドデカンからなる有機溶液、硝酸及び硝酸ウラニルからなる水溶液を用い、PUREXプロセス溶液条件における1-ブタノールの分配比を測定した。1-ブタノールの分配比は、1-ブタノール濃度、有機相中のTBP濃度、水相中の硝酸濃度に依存し、約0.09~5の範囲で変化した。
桜井 聡; 阿部 仁; 館盛 勝一
Journal of Nuclear Science and Technology, 29(1), p.86 - 89, 1992/01
硝酸ウラニル-硝酸-水-30%TBP-n・ドデカン系の密度測定を行い、得られた実験データに対して重回帰分析を行って溶液密度の経験式を導出した。この密度式は、広い組成と温度範囲に対して適用可能である。
阿見 則男; 三好 慶典; 館盛 勝一
JAERI-M 91-184, 31 Pages, 1991/11
再処理抽出工程では、有機溶媒流量減少のような工程異常時に4価プルトニウム(Pu(IV))が抽出器内に蓄積をする可能性がある。このような蓄積で、Pu(IV)濃度がある限界を超えると第3相と呼ばれるPu(IV)、硝酸、TBPを高濃度で含む相が形成され、界面位や濃度分布、更に有機溶媒組成に大きく影響する。本報告では、界面位や濃度分布、有機溶媒組成等が抽出器の臨界性に及ぼす影響をMULTI-KENOを用いて調べた。多群核定数ライブラリはENDF/B-IVから作成したMGCL-26群とよび137群のデータセットを用いた。その結果、蓄積により高濃度になった有機相を、水相とみなして臨界計算を行っても中性子実効増倍係数の相違は1%程度であること、抽出器内で考えられる濃度範囲では燃料が抽出器中央に集まるような分布が中性子実効増倍係数をより大きくすること、TBPが通常濃度の30%より高くなると中性子実効増倍係数が減少することがわかった。
日下 良二; 渡邉 雅之
no journal, ,
ウラニルとリン酸トリブチル(TBP)の錯形成を利用した溶媒抽出法は、使用済核燃料の処理法として重要である。TBPの界面活性のため、有機相/TBP/水相の界面において、ウラニルは錯体を生成し、有機相へ抽出されると考えられているが、界面で生成する錯体の構造は定かでない。本研究では、生成した錯体が有機相へ移動しない条件、すなわち、ウラニルとTBPを溶かした水溶液の表面(TBP単分子膜/水溶液の界面)に着目し、ウラニル-TBP錯体の構造をヘテロダイン検出振動和周波発生分光法によって調べた。その結果、これまでに予想されていた様なウラニルとTBPの錯体は界面で生成していないことが分かった。
大野 真平; 荒井 陽一; 渡部 創; 瀬古 典明*; 笠井 昇*; 保科 宏行*; 柴田 淳広; 野村 和則
no journal, ,
PUREX再処理では廃抽出溶媒としてリン酸トリブチル(TBP)が発生する。TBPと放射線劣化物であるりん酸ジブチル(DBP)が共存することで核燃料物質の回収が困難となる。その結果、溶媒の放射線分解により爆発の恐れがある水素ガスの発生が懸念される。そこで、本研究では、キレート剤に使用されるイミノ二酢酸(IDA)及びイオン交換基として使用されるスルホン酸(SO)の二種類の官能基を導入したグラフト重合吸着材に着目し、溶媒中からのU、Pu回収法への適用性を検討した。なお本研究ではPuの模擬元素としてZrを使用した。各吸着材を使用したZr吸着試験の結果、SO型吸着材はZrに対し吸着反応を示さなかった。一方で、IDA型吸着材はZrに対し吸着反応を示した。また、IDA型吸着材は溶媒中のDBP濃度割合によらずZrを吸着可能であった。以上の結果より、IDA吸着材を使用したPUREX廃溶媒からの簡便なU, Pu回収プロセスへの適用の可能性が示された。
日下 良二; 渡邉 雅之
no journal, ,
ウラニルのTBPによる溶媒抽出は使用済み核燃料の処理に利用されている。TBPは界面活性であるため、溶媒抽出の際に有機相/水相界面に集まる。このことから有機相/TBP/水相界面が形成され、ウラニルは界面でTBPと錯体を形成し、有機相へ抽出されると考えられている。しかしながら、界面でどの様な構造の錯体が生成しているのか定かになっていない。この理由の1つは、ウラニルの溶媒抽出に関係する界面の分子レベルの構造が明らかになるような実験研究が行われていないからである。最近我々は、水表面で形成する抽出剤/水相の界面が、有機相/抽出剤/水相界面の良いモデルであることを提案し、和周波発生分光法(VSFG)によって、抽出剤/水相界面に存在する金属錯体の構造を調べることに成功した。本研究では、TBP/水相界面で生成したウラニルとTBP錯体の構造をVSFGによって調べることによって、ウラニルの溶媒抽出機構を研究することを試みた。その結果、驚くべきことにウラニルはTBP/水相界面でTBPと錯体を形成していないことが分かった。このことはTBPによるウラニルの溶媒抽出機構について再考する余地があることを示している。
上田 祐生; 菊池 圭; 杉田 剛; 徳永 紘平; 元川 竜平; 長縄 弘親
no journal, ,
リン酸トリブチル(TBP)を用いた 従来のPUREXプロセスにおいて多量のZr(IV)が含まれる場合、抽出錯体, 遊離の抽出剤, 酸、および水の凝集を起源として生成する不溶性の第三相や沈殿による目的物の抽出阻害が問題であった。本研究では水にほとんど溶解しないフルオラス化合物に着目し、TBPと同一のリン酸エステル構造を有するフルオラスリン酸エステル抽出剤を合成し、本抽出剤のZr(IV)抽出特性、抽出機構、および第三相生成の抑制効果をTBPと比較検証した。開発した新規抽出剤は、TBPと比較し第三相の生成を著しく抑制するとともに、幅広い硝酸濃度領域においてTBPよりも高いZr(IV)抽出能力を示すことが明らかとなった。
菊池 圭; 上田 祐生; 杉田 剛; 長縄 弘親
no journal, ,
フルオラス溶媒とは、主にフルオロカーボンから構成される溶媒であり、高い熱安定性および低粘度などの性質を持つ。加えて、水溶解度が殆ど無いため溶媒抽出において、有機溶媒に比べて再利用性が高いことが期待される。しかしながら、これまでに開発されたフルオラス抽出剤は、フッ素原子による電子求引が配位部位の反応性を低下させてしまうという欠点があった。本研究では、新規フルオラス抽出剤を開発しランタノイドの抽出を行った。新規フルオラス抽出剤は、フッ素原子と配位部位の間にスペーサーとしてプロピル基を導入することで、高い抽出能力を持つことが期待された。本研究で合成した新規フルオラス抽出剤は、低酸濃度条件において、高いランタノイド抽出能力を示した。さらに、平衡論解析および水と硝酸の抽出量の測定を行うことで、詳細な抽出機構を検討した。
岩本 響*; 佐藤 広盛*; 新井 剛*; 渡部 創; 佐野 雄一
no journal, ,
安価で選択的抽出性を持つリン酸トリブチル(TBP)を抽出剤として、硝酸濃度,TBP濃度や塩析剤が希土類元素Ln(III)の抽出に及ぼす影響を調査した。本研究の成果から硝酸濃度,硝酸イオン濃度を制御することでLn(III)を選択して抽出できることが示唆された。
荒井 陽一; 渡部 創; 長谷川 健太; 岡村 信生; 渡部 雅之; 武田 啓佑*; 福元 博基*; 吾郷 友宏*; 羽倉 尚人*; 塚原 剛彦*
no journal, ,
The spent extraction solvent, which mainly consists of tributyl phosphate (TBP) and normal dodecane, is generated by solvent extraction of Plutonium and Uranium in the reprocessing. The spent solvent should be appropriately treated for disposal or storage. One of the treatment options for storage of the spent solvent is adsorption of the liquid into vermiculite. Our previous experiments on the adsorption of spent solvent into the vermiculite have shown that some parts of loaded solvent gradually leaked out from the vermiculite. In order to investigate the adsorption mechanism and capacity more precisely, elution behavior of loaded solvent into hexane or acetone was evaluated. In this study, the adsorption capacity of the vermiculite was evaluated through amount of remaining solvent after washing with diluents. The amount of the remaining solvent was analyzed by Particle Induced X-ray Emission (PIXE) on P contained in TBP. Peak intensity of P-K line depended on the washing condition, and the behavior qualitatively agreed with the results of the leaching test.
solution; Comparison with a conventional organic phosphate上田 祐生; Micheau, C.; 徳永 紘平; 杉田 剛; 阿久津 和宏*; 元川 竜平
no journal, ,
The extraction of Zr(IV) from aqueous HNO solutions have been investigated extensively because the presence of Zr in the tri-n-butyl phosphate (TBP)-based PUREX process for reprocessing spent nuclear fuel is problematic. We have recently shown that a Zr-loaded organic phase from solvent extraction with TBP shows hierarchical aggregation behaviors of Zr(NO)(TBP)
complexes, which self-assemble into primary clusters that coalesce further to form superclusters. This supercluster formation portends the formation of the third phase. Fluorous solvents have excellent chemical properties and immiscibility with both water and organic solutions. Considering these properties, the hierarchical aggregating behaviors of Zr(IV) and the highly hydrophobic fluorous extractant should be different from that of Zr(IV) with TBP. We investigated the extraction performance of a fluoroalkylated phosphate of Zr(IV) from HNO solutions into perfluorohexane and compared them with the TBP in n-hexane.
