金属硝酸塩水溶液のマイクロ波加熱特性ならびに金属酸化物の粉末性状評価

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 深澤 智典*; 福井 国博*

粉体工学会誌, 57(9), p.485 - 494, 2020/09

使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により混合酸化物粉末に転換している。ラボスケールの基礎実験において研究開発された知見に基づき、工学規模への適用性の評価や金属硝酸塩水溶液の様々なマイクロ波加熱脱硝特性データを取得するため、硝酸セリウム,硝酸コバルト,硝酸銅水溶液を用いてマイクロ波加熱特性及び金属酸化物粉末特性の研究を行った。脱硝反応の進行速度は位置により差がみられ、周縁部の方が中心部に比べて脱硝反応が速く進行した。硝酸セリウム水溶液ではポーラスな硬い乾固体、硝酸コバルト水溶液では発泡乾固体、硝酸銅水溶液では粉末状生成物が得られることが分かった。生成物の脱硝率及び平均粒子径は、硝酸セリウム水溶液,硝酸コバルト水溶液,硝酸銅水溶液の順に大きくなることを確認した。数値シミュレーションにより、金属硝酸塩水溶液の底面周縁部はマイクロ波により加熱されやすく、脱硝反応が周縁部から開始する実験結果と一致することを明らかにした。

Single-crystal growth of silver-lead oxide AgPbO from fused nitrates

阿部 英樹*; Ye, J.*; 今井 基晴*; 吉井 賢資; 松下 明行*; 北澤 英明*

Journal of Crystal Growth, 241(3), p.347 - 351, 2002/06

https://doi.org/10.1016/S0022-0248(02)01317-9

銀-鉛酸化物AgPbOの単結晶をAg(NO)とPb(NO)の混合溶融硝酸塩から常圧下で合成した。得られた結晶の結晶構造解析から、従来報告されているP31m構造を有することを確認した。これまでの本物質の合成は高圧酸素下で行われているが、硝酸塩の高い酸化力によって本物質が常圧下で合成されたものと考えられる。

アスファルトの線による放射線劣化により生成する可溶性有機物の評価

福本 雅弘; 西川 義朗*; 加川 昭夫; 河村 和廣

JNC TN8400 2001-002, 23 Pages, 2000/12

JNC-TN8400-2001-002.pdf:0.55MB

TRU廃棄物処分研究におけるアスファルト固化体の影響評価の一環として、放射線(線)によるアスファルトの劣化により生成する可溶性有機物の種類と濃度について確認した。また、硝酸塩の影響についても合わせて確認した。その結果、放射線(アスファルトが処分環境で100万年の期間に受ける線の吸収線量に相当する10MGy)によるアスファルトの劣化により生成される可溶性有機物のギ酸、酢酸及びシュウ酸濃度はそれぞれ、約50mg/dm3、約30mg/dm3及び約2mg/dm3とValckeらがEurobitum(ブローンアスファルト、MexphaltR85/40)の放射線分解の劣化生成物の影響をPuとAmを用いた試験により実施し、Boom Clay間隙水中のPuとAm溶解度は増加しなかったと示した時のギ酸、酢酸、シュウ酸の濃度より低濃度の溶出であった。また、硝酸イオンが多量に存在しても、TOC、ギ酸、酢酸、シュウ酸濃度の変化は微量であった。すなわち、放射線により硝酸イオンが亜硝酸イオンとなる過程でアスファルトの酸化的分解を促進することにより、錯体の有機配位子となりうるギ酸、酢酸を溶出させることは少ないといえる。このことから、アスファルト固化体の放射線(線)による劣化により溶出してくる可溶性有機物とTRU核種との錯体形成によるTRU核種の溶解度上昇、TRU核種の分配係数低下は限定的である。

硝酸プルトニウム溶液での各種金属材料の耐食性(第5報); ステンレス鋼の腐食に及ぼすプルトニウム原子価の影響

竹内 正行; 石橋 祐三; 大橋 和夫; 永井 崇之; 武田 誠一郎; 山本 一也

PNC TN8410 98-063, 48 Pages, 1997/12

PNC-TN8410-98-063.pdf:1.74MB

(目的)再処理溶液中に存在する特有の金属種として、プルトニウムに着目し、硝酸プルトニウム溶液環境中でのステンレス鋼材料の腐食挙動について調査する。(方法)硝酸プルトニウム溶液を試験液に、R-SUS304ULCを供試材に使用し、材料浸漬試験、電気化学試験、吸光光度法による溶液中プルトニウムのin-situ原子価分析を東海事業所高レベル放射性物質研究施設で実施した。浸漬試験後の供試材は放射能測定による表面付着量の評価を行った後に、動燃大洗工学センターの照射燃料集合体試験施設において、詳細な材料表面分析を実施した。(結果)(1)硝酸中に共存するプルトニウムはステンレス鋼の腐食を促進する方向に作用し、過不働態腐食に帰属する粒界選択型の腐食形態が観察された。(2)イオンマイクロアナライザおよびX線マイクロアナライザによる分析結果から、浸漬試験片表面にプルトニウムは検出されなかった。(3)電気化学試験結果から、溶液温度が上昇するにつれて、R-SUS304ULCの腐食電位はより貴になり、不働態から過不働態域に移行する傾向を示した。また、その時のアノード電流密度は腐食速度を反映し、増大する傾向を示した。(4)溶液中プルトニウムのin-situ原子価分析結果より、当該環境(硝酸濃度3M,Pu濃度10g/l)では、313343K(4070)からプルトニウム(VI)が酸化生成する傾向が認められた。(結論)プルトニウムの影響によって進行するステンレス鋼の過不働態腐食は、材料表面におけるプルトニウムの還元反応(VIIV)と密接に関連するものと考えられる。また、酸化剤として作用するプルトニウム(VI)は本溶液環境において、温度の影響を受け、硝酸によって酸化されることで生成することが分かった。

顆粒粉末の特性評価試験(I)

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PNC TJ1635 95-001, 9 Pages, 1995/03

PNC-TJ1635-95-001.pdf:0.31MB

セリウム硝酸塩水溶液を種々の条件で噴霧熱分解して得られた酸化セリウム粉体を以下の測定により評価した:熱重量/示差熱分析、粉末X線回折、比表面積、タップ密度、安息角、圧密体密度、気孔径分布、粉末X線回折により粉体中に依存する結晶層は酸化セリウムのみであることが確認されたが、熱重量分析によりかなり高温(800程度)まで重量減少が続き、硝酸根が残留していることが示された。重量減少量は高温で調製された粉体ほど少ない。比表面積は調製温度が高くなるほど小さく(一次粒径が大きく)なる傾向を示した。X線回折の回折線の半値幅と比表面積には対応関係があった。タップ回数を増やして行ったときのタップ密度の変化の仕方には二つのパターンが見られた。第一のグループの粉体はタップ回数とともにタップ密度が単調に増加し、第二のグループの粉体ではある回数まで密度が増加した後一定となった。安息角の測定は粉体の流動性の目安となるが、流動性の高い粉体がタップ密度の第二グループの粉体に対応した。タップ密度の最も高かった粉体は最も流動性の低い粉体であった。高い圧密体密度が得られた粉体もタップ密度の第二グループの粉体に対応した。これらタップ密度、安息角、圧密体密度の測定値は粉体の粒径と粒子間の相互作用を反映したものと考えられるが、与えられた調製条件(原料水溶液濃度、調製温度)との間には系統的な関係は見いだせなかった。気孔径は0.02mと0.085mにピークを持つバイモーダル分布を示した。

シリカゲル吸着剤の揮発性ルテニウム除去特性

高橋 武士*; 間野 正*; 大鷹 秀生

PNC TN1410 91-034, 10 Pages, 1991/05

PNC-TN1410-91-034.pdf:0.12MB

シリカゲル吸着剤は揮発性ルテニウムの除去に有効であることが知られており、捕集性能に関する研究が諸外国で行われている。しかし、これらの研究は試験範囲が限定されており、水分濃度による影響等に対するデータが乏しく、このため本研究では各種パラメータがシリカゲル吸着剤のルテニウム除去性能に及ぼす影響を検討した。研究の結果、除去性能は吸着温度、水分濃度、滞留時間等により影響されるが、適切な条件を採用することで除染係数(DF)として約1x10/SUP3が期待できることが確認された。

高濃度硝酸塩廃液に適用可能なCs吸着材の検討

伊藤 義之; 齋藤 恭央; 篠田 優*; 三村 均*; 松倉 実*; 石崎 英司*

no journal, , 

低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)の吸着処理工程では、約5mol/Lの高濃度硝酸塩廃液からCsやSrを吸着処理するため、Cs吸着材としては、フェロシアン化物を用いた吸着材が有用とされていた。しかし、フェロシアン化物やその造粒に使われるポリアクリロニトリルは、シアノ基を含んでおり、硝酸塩溶液中で使用した場合、それらの放射線分解によるシアン化水素の発生に対する懸念があった。このため、線照射試験を行った結果、フェロシアン化物からのシアンイオン(CN)の生成は、硝酸塩溶液に浸漬した場合に顕著であった。硝酸イオン(NO)は、放射線分解によって亜硝酸イオンとOHラジカル(OH・)を生成し、OH・は、フェロシアン化物を分解しCNを生成させるため、NO存在下では、CNを生成しやすいと考えられる。また、新たな無機系のCs吸着材として、ケイチタン酸塩吸着材(CST(IE-911))の吸着特性を評価した結果、CSTは、フェロシアン化物を用いた吸着材と比較して破過吸着容量等の点で優れた吸着性能を有していることが分かった。

アンモニウム型モンモリロナイトの層間イオンの挙動と膨張挙動

齋藤 彬人*; 佐久間 博*; 小田 治恵; 本田 明; 佐藤 努*

no journal, , 

TRU廃棄物の地層処分では、廃棄物に含まれる硝酸塩の化学的変遷過程で生ずるアンモニウムイオンが人工バリア材料の特性に影響する可能性がある。本研究では、ベントナイト緩衝材の主要鉱物であるモンモリロナイトにアンモニウムイオンが吸着した場合の膨潤特性を把握することを目的とし、モンモリロナイトをアンモニウム型に処理した場合と、そのアンモニウム型モンモリロナトを1Mのアンモニア水(pH12)で処理した場合の底面間隔と層間イオンの状態について、相対湿度制御下のX線回折分析によって調べた。また、モンモリロナイト結晶面近傍における陽イオンと水分子の挙動を分子シミュレーションによって評価した。この結果から、本実験条件では、アンモニウム型モンモリロナイトは、アンモニアがアンモニウムイオンよりも熱力学的に安定となる高アルカリ性条件のアンモニア水に浸漬された後も、層間イオンはアンモニウムイオンから変化していないと推定された。また、アンモニウムイオン型モンモリロナイトの膨潤挙動は他のイオン型と異なっており、この原因はアンモニウムイオンと底面酸素との水素結合にあると推定された。

硝酸塩含有廃棄物の地層処分における安全性に関する研究,2; 温度解析による安全性の検討

野中 宏祐; 三原 守弘; 原 啓二*; 杤山 修*

no journal, , 

硝酸塩と有機物が多量に混在する場合(アスファルト固化体)、特殊な条件下ではこれらが化学反応を起こし、熱反応暴走する可能性がある。地層処分においてはこのような熱反応暴走の可能性を検討することは重要であり、本研究では熱反応暴走に至る最低温度(蓄熱発火温度(SIT: Self-heating Ignition Temperature))について検討した。アスファルト固化体の発熱特性を模擬固化体の熱分析データ(同主題(1)模擬固化体の熱測定及びデータ解析)より定式化し温度解析を行った結果、SITは185Cと評価された。評価されたSITは185Cであることから通常の地層処分環境では熱反応暴走を起こす可能性は低いと考えられるが、SITは固化体の低温域の反応速度定数等に大きく依存するため、今後精度の高いパラメータの取得を行う予定である。

東海再処理施設における低放射性廃液の処理技術開発,14; 連結カラム試験によるCs/Sr吸着プロセスの検討

高野 雅人; 伊藤 義之; 鈴木 達也*; 滝本 真佑美*; 松倉 実*; 三村 均*; 森 浩一*; 岩崎 守*

no journal, , 

東海・再処理施設から発生する低放射性廃液は、低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)で処理される計画であり、LWTFのCs及びSr吸着塔で使用する吸着材の検討を行っている。Cs及びSr吸着材は、処理対象廃液のpHの影響を受け吸着性能が低下する等の特徴を有するため、実機(LWTF)への適用にあたっては、吸着性能を十分発揮させる吸着プロセスを検討する必要がある。このため、実機を模擬した連結カラム試験を行い、Cs及びSr吸着材の通液順序による各吸着材の破過特性を調査し、最適な吸着プロセスを検討した。その結果、各吸着材の使用順序として、1Sr吸着材2Cs吸着材の順に通液することで、Cs及びSr吸着材の破過特性は向上することが分かった。