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報告書

アクチノイドの潜在的放射性毒性の比較; 最適アクチノイド回収率導出のためのデータ

森田 泰治; 西原 健司; 津幡 靖宏

JAEA-Data/Code 2018-017, 32 Pages, 2019/02

JAEA-Data-Code-2018-017.pdf:2.35MB

分離変換技術の適用対象であるアクチノイド元素の回収率目標値を設定するためのデータを整備することを目的とし、経口摂取した場合の被ばく線量として与えられる潜在的放射性毒性を元素ごとに評価し、経時変化及び各元素の毒性全体に対する割合から、潜在的放射性毒性の観点から見たアクチノイド元素の重要度の比較を行った。検討した4種の使用済燃料いずれにおいても、Amが最も重要で、例えば加圧水型軽水炉の使用済燃料から発生する高レベル放射性廃棄物において、核分裂生成物の潜在的放射性毒性が減衰した10$$^{3}$$年後におけるAm潜在的放射性毒性はアクチノイド全体の93%を占める。また、再処理で99.5%回収した後の残留Puも無視できない寄与を示すことがわかった。軽水炉燃料で燃焼度が高くなった場合は燃焼度に比例するような形で潜在的放射性毒性が上昇するが、MOX燃料となった場合、及びマイナーアクチノイドリサイクル型の高速炉では、それ以上に潜在的放射性毒性が大きくなった。燃料が異なる場合のアクチノイド元素回収率の目標値設定には十分な考慮が必要であり、今後の課題である。

論文

長寿命核種の分離変換技術の現状,1; 分離変換の意義と分離変換システム

湊 和生; 辻本 和文; 田辺 博三*; 藤村 幸治*

日本原子力学会誌, 59(8), p.475 - 479, 2017/08

本稿は、日本原子力学会「放射性廃棄物の分離変換」研究専門委員会において、国内外における分離変換技術や関連する技術の研究開発状況について調査・分析してきた結果を基に、長寿命核種の分離変換技術の現状について、4回に分けて紹介するものである。第1回にあたる本稿では、分離変換の意義は何であるのかを解説するとともに、分離変換を効果的・効率的に行うために研究開発が進められている分離変換のシステムについて解説する。分離変換の意義については、放射性廃棄物を経口摂取した場合の被ばく線量で定義される潜在的有害度低減の観点から、使用済み燃料の潜在的有害度が原料とした天然ウランの潜在的有害度を下回るまでに要する時間はおよそ10万年であるが、再処理後は約1万年、分離変換後は数百年まで短縮されることを示した。また、潜在的な吸入摂取毒性の低減にはMAの分離変換の効果が顕著であることから、数十万年の超長期にわたる人間活動や地殻変動の予測等に相当の不確実性が伴うことから、分離変換は処分場影響の不確実性低減にも寄与すると考えられることを示した。分離変換システムについては、総合的なシステムとして分離変換技術を捉えた場合、比較的有望な概念として考えられている発電用の高速炉を用いたシステム(高速炉利用型)と核変換専用の小規模な燃料サイクルを商用発電サイクルに付加したシステム(階層型)を紹介するとともに、プルトニウムや核分裂生成物を核変換対象とするその他のシステムも紹介した。

報告書

原研における長寿命核種の分離変換技術に関する研究開発の現状と今後の進め方

大井川 宏之; 西原 健司; 湊 和生; 木村 貴海; 荒井 康夫; 森田 泰治; 中山 真一; 片倉 純一

JAERI-Review 2005-043, 193 Pages, 2005/09

JAERI-Review-2005-043.pdf:16.13MB

原研では、2000年3月に原子力委員会・原子力バックエンド対策専門部会の取りまとめた「長寿命核種の分離変換技術に関する研究開発の現状と今後の進め方」に基づき、階層型核燃料サイクル概念に基づく分離変換技術の研究開発を進めてきた。階層型核燃料サイクルは、群分離プロセス,核変換用燃料製造プロセス,核変換プロセス、及び、核変換用燃料処理プロセスで構成される。本報告書は、各分野における5年間の研究開発成果と今後の展望、並びに、高レベル放射性廃棄物の処理処分をはじめとする廃棄物管理方策への分離変換技術の導入効果及び導入シナリオの検討状況について取りまとめたものである。

論文

加速器駆動核変換システム(ADS)と「アジアADSネットワーク」構築

大井川 宏之

原子力eye, 49(7), p.74 - 77, 2003/07

原研は、平成15年3月24,25日に、京大,阪大,東工大,KEKと協力して国際シンポジウム「加速器駆動核変換システム(ADS)とアジアADSネットワーク構築」を開催した。シンポジウムでは、日本,米国,欧州,韓国,中国の代表者が各国におけるADSの研究開発状況と将来計画について講演を行い、今後の国際協力、特にアジア地域での交流活性化と、原子核物理学と原子力工学の分野間協力の促進について討論を行った。

口頭

ADSによる分離変換技術の概要と高レベル廃液からの分離変換技術の詳細と現状について

松村 達郎

no journal, , 

HLW中に含まれる長寿命核種であるMAを分離・回収し、短寿命あるいは安定核種に変換する分離変換技術は、高レベル廃棄物ガラス固化体処分の負担軽減に寄与するものとして期待されている。分離変換技術を導入したMAリサイクルシステム概念は複数考えられているが、発電用核燃料サイクルとは別に小規模な核変換専用サイクルを設けてADSによる核変換を行う方法(ADS階層型)は、発電用核燃料サイクルの状況から独立して着実に核変換を進めることができることが大きな特徴である。ADSは原子炉に比べて燃料組成に対する許容範囲が広いことから、発電用核燃料サイクルからMAを分離・回収するプロセスに対する必要条件は、発電用高速炉にて核変換を行う概念(均質型)と比べて、達成しやすいものとなる。本講演では、ADSによる核変換技術の概要を説明し、MA分離技術の研究開発の詳細と現状を述べる。

口頭

ADSによる核変換サイクルの確立を目指したMA分離プロセスの開発,6; TDdDGA抽出剤によるMA・RE一括回収プロセスの開発; プロセス条件の確定

松村 達郎; 鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 柴田 光敦; 黒澤 達也; 川崎 倫弘; 佐川 浩

no journal, , 

加速器駆動システム(ADS)による核変換専用サイクルを有する分離変換技術の開発を目的として、高レベル放射性廃液(HLW)中から3価のマイナーアクチノイド(MA(III))を分離するための新規プロセスの開発を進めている。分離プロセスの最初の過程であるHLWからMAを回収するMA・RE一括回収プロセスでは、環境負荷低減の観点から高い除染係数を要求される。HLWは非常に複雑な組成と高い硝酸濃度を有し、高い分離回収性能を安定に発揮可能なプロセスの開発は大きな課題である。本研究では、TDdDGA抽出剤と高級アルコールをドデカンに溶解した有機相によってプロセス中の沈殿発生を抑制しつつAmを検出限界以下まで安定に除去可能なプロセス条件を確立した。

口頭

Recent progress on R&D of reprocessing and minor actinide separation process with innovative extractants in CHON principle

松村 達郎; 伴 康俊; 鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 宝徳 忍; 筒井 菜緒; 鈴木 明日香

no journal, , 

原子力機構では、廃棄物の減容化、低減化を目指し、CHON原則に合致した抽出剤による再処理及びマイナーアクチノイド(MA)の分離プロセスの開発を進めている。新規な抽出剤は、分子構造にリンなどの固体廃棄物となる元素を含まず、再処理及びMA分離の各分離プロセスに適切な分離性能を有するものを開発した。これらの抽出剤による分離プロセスは、ミキサセトラ型多段抽出器を用いて模擬廃液及び実液による向流多段抽出試験を実施し、その分離性能を確認している。本発表では、これらの開発の現状を紹介する。

口頭

Review of research activities on partitioning and transmutation in Japan

辻本 和文

no journal, , 

2014年に閣議決定されたエネルギー基本計画では、原子力発電は重要な基幹電源として位置付けているが、対策を将来へ先送りせず着実に進める取組として、「使用済燃料対策を抜本的に強化し、総合的に推進する。」こととしている。こうした取組の一環として、「将来の幅広い選択肢を確保するため、放射性廃棄物の減容化・有害度低減などの技術開発を進める。」とされている。原子力機構では、新たなエネルギー基本計画の策定を受けて、「放射性廃棄物の減容化・有害度低減技術」の選択肢の一つとして高速炉や加速器駆動炉(ADS)による分離変換技術に関する研究開発を強化している。本発表では、主に原子力機構を中心とした日本における分離変換技術の研究開発の現状や将来計画について報告する。

口頭

Current status of R&D of accelerator-driven system for minor actinide transmutation in JAEA

辻本 和文

no journal, , 

原子力エネルギーを持続的に利用していくための最も重要な課題の一つは高レベル放射性廃棄物(HLW)の取扱である。分離変換技術は、HLWの潜在的有害度やHLWの地層処分に関する管理負担の低減に有効であると考えられ、原子力機構ではHLW中の長寿命核種の核変換システムの一つとして加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を行ってきている。原子力機構が提案しているADSは、熱出力800MWの液体鉛ビスマス冷却システムである。ADSの実現には解決すべき様々な課題があり、これらの技術開発課題に関して、原子力機構では様々な研究開発を実施しており、本発表では現在の研究開発の状況及び将来計画について報告する。

口頭

Japan ADS project

菅原 隆徳

no journal, , 

マイナーアクチノイドのような長寿命放射性核種の分離変換(PT)技術は、高レベル放射性廃棄物の最終処分に係る負担を軽減できる技術として期待されている。原子力機構では、PT技術の研究開発を継続的に行っている。この研究開発は、主に2つの概念に基づいて進められている。一つは高速炉によるMA均質リサイクル概念であり、もう一つは、加速器駆動未臨界システムと専用のMA核変換サイクルによる階層型概念である。本発表では、原子力機構におけるADS研究開発の最新の状況を紹介する。

口頭

硝酸溶液からのパラジウムの溶媒抽出特性

荒木 優太*; 守田 美咲*; 福谷 哲*; 津幡 靖宏; 松村 達郎; 藤井 俊行*

no journal, , 

高レベル放射性廃液から長半減期核種を分離することで、廃棄物の潜在的有害度を大幅に低減することができ、長期リスクの低減につながる。パラジウムは使用済燃料に含まれる核分裂生成物元素であり、質量数107を持つ核種は、半減期が6.5$$times$$10$$^{6}$$年ほどあり、分離の対象となっている。また、パラジウムは高速中性子に対する反応断面積が大きいため、将来的なマイナーアクチノイドの核変換工程において妨害元素となる。本研究では、パラジウムの分離に焦点を当て、硝酸溶液からのパラジウムの溶媒抽出挙動を研究した。また、比較のため、パラジウムと同族元素であるニッケルの抽出挙動も調べた。その結果、リン酸トブチル及びジグリコールアミドでは、パラジウムの分配比は同族元素であるニッケルよりも著しく高く、高酸性度条件下で特徴的な酸性度依存性が見られることが明らかとなった。

口頭

硝酸溶液からのロジウムの溶媒抽出特性

守田 美咲*; 荒木 優太*; 上原 章寛*; 福谷 哲*; 津幡 靖宏; 松村 達郎; 藤井 俊行*

no journal, , 

核分裂生成物元素のロジウムの放射性核種は半減期が短いため、冷却後の使用済核燃料に含まれているロジウムは、非放射である$$^{103}$$Rhが主な同位体となる。このため、使用済核燃料から回収したロジウムは放射能が低く、その価値は高い。またロジウムなどの白金族元素はガラスへの溶融性が悪く、ガラス固化の際に問題となるため、高レベル放射性廃液からの分離が検討されている。しかし、これまでの研究において溶媒抽出特性の報告例は少なく、詳細な抽出挙動は不明である。そこで本研究では、リン酸トリブチル(TBP)、CMPO(n-Octyl(phenyl)${it N,N'}$-diisobutylcarbamoylmethylphosphine Oxide)及びジグリコールアミドを用いてロジウムの抽出実験を実施した。その結果、ロジウムの分配比は総じて低く、アクチノイド及びランタノイドに対して高い分離係数を示すことが明らかとなった。

口頭

MA分離変換技術の有効性向上のための柔軟な廃棄物管理法の実用化開発,1; 実用化に向けた課題と開発計画

鈴木 晶大*; 水迫 文樹*; 稲垣 八穂広*; 有馬 立身*; 深澤 哲生*; 星野 国義*; 室屋 裕佐*; 松村 達郎

no journal, , 

マイナーアクチニド(MA)分離変換技術の有効性向上のため、技術確立までの期間、再処理高レベル廃液を安定かつ再生可能な形態として顆粒体で貯蔵し、将来確立したMA分離変換技術をガラス固化直前に適用する柔軟な廃棄物管理法に関する実用化開発について、実用化に向けた課題と開発計画を報告する。

口頭

Current status and future plan of research and development on partitioning and transmutation based on double-strata concept in JAEA

辻本 和文; 林 博和; 松村 達郎; 高野 公秀

no journal, , 

原子力エネルギーを持続的に利用していくための最も重要な課題の一つである高レベル放射性廃棄物(HLW)の処分については、分離変換技術によりHLWの潜在的有害度やHLWの地層処分に関する管理負担を低減有効であると考えられている。原子力機構では、分離変換システムの候補概念の一つである加速器駆動システム(ADS)を用いた階層型分離変換システムについて、システムを各構成要素に対する研究開発を行っている。原子力機構が提案しているADSは、熱出力800MWの液体鉛ビスマス冷却システムであり、燃料にはマイナーアクチノイドを主成分とした窒化物燃料を想定している。ADS及び関連する燃料サイクル技術(MA分離、ADS用窒化物燃料の製造及び再処理)の実現には多くの解決すべき技術課題があり、これらの技術開発課題に関して、原子力機構では様々な研究開発を実施している。本発表では、原子力機構における研究開発の現状及び将来計画について報告する。

口頭

MA分離のための新規抽出剤の検討

鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 伴 康俊; 柴田 光敦*; 黒澤 達也*; 川崎 倫弘*; 松村 達郎

no journal, , 

高レベル廃液中からマイナーアクチノイド(MA)を分離回収するための抽出剤について検討した。その結果、側鎖に枝分かれを持つテトラ-2-エチルヘキシルジグリコールアミド(TEHDGA)が、MAに対する優れた抽出分離能、及び逆抽出性能を有することがわかった。TEHDGAは、抽出容量、反応速度が大きく、加えて、相分離性、製造コスト面にも優れており、非常に高い実用性を持つことが明らかになった。

口頭

Research and prospect for sustainable nuclear energy utilization in Japan

辻本 和文

no journal, , 

2014年に閣議決定された日本のエネルギー基本計画では、原子力エネルギーを基幹電源として位置付けるとともに、将来世代に負担を先送りせずに着実に進めることとして、使用済燃料問題の解決に向けた取組の抜本強化と総合的な推進および核燃料サイクル政策の推進があげられた。本報告では、エネルギー基本計画を基にして、わが国の原子力エネルギー利用の将来計画を報告するとともに、原子力エネルギーを持続的に利用する上で重要な技術開発課題である使用済燃料問題の解決に向けた放射性廃棄物の減容化・有害度低減に関する研究開発について、原子力機構における取組を中心として報告する。

口頭

将来原子力システムの再処理における核種分離と分離変換技術意義

山口 彰*; 松村 達郎; 池田 孝夫*

no journal, , 

「将来原子力システムのための再処理技術」研究専門委員会は、将来の原子力システムへの対応をも見据えて、再処理に関連する技術、再処理の発展や深化に係わる科学について調査・研究を目的として設立された。再処理の役割は燃料再生に留まらず、核燃料サイクルの要として、廃棄物処分の負荷低減に寄与し、核種分離をも伴うものへと深化しつつある。「エネルギー基本計画」においても、「使用済燃料対策を抜本的に強化し、総合的に推進する。」とし、その中で、「将来の幅広い選択肢を確保するため、放射性廃棄物の減容化・有害度低減などの技術開発を進める。」としている。わが国では、長年にわたって長寿命核種の分離変換技術の研究開発が進められてきたが、その導入時期は必ずしも明確になっていない。分離変換技術の実現には、幅広い分野に渡る研究開発をバランスよく進めていくことが重要であるが、そのためには、分離変換技術の意義をあらためて考察することが極めて重要である。本企画セッションでは、将来原子力システムの再処理技術としての核種分離について研究開発の現状を報告するとともに、原子力のエネルギー利用全体の中での分離変換技術の位置付けや地層処分からみた分離変換の意義を報告する。

口頭

ジアミド型配位子によるAm/Cm分離メカニズムに関する計算化学研究

金子 政志; 渡邉 雅之; 鈴木 英哉; 松村 達郎

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、分離変換技術の分離プロセスの開発の一環として、マイナーアクチノイドであるAmとCmの分離試薬の開発を行ってきた。我々は、様々な抽出試薬によるAm/Cm分離メカニズムを分子レベルで明らかにすることにより、新規抽出試薬の設計を目指している。本研究では、ジグリコールアミド(DGA)とアルキルジアセトアミドアミン(ADAAM)のAm/Cm分離挙動を計算化学的手法である密度汎関数法を用いてアプローチした。これまでに報告されている単結晶構造や溶媒抽出実験を参照して錯体生成反応をモデル化した結果、DGAやADAAMによるAm/Cm分離挙動を再現することに成功した。さらに、錯体中の電子状態を解析することによって、AmとCmの5f電子の化学結合特性の違いが、Am/Cm選択性の一因であることを示唆した。

口頭

JAEA's R&D activities on transmutation technology for long-lived nuclear wastes

大井川 宏之

no journal, , 

原子力機構では、高レベル放射性廃棄物の負担軽減を目的に、分離変換技術の研究開発を進めている。ネプツニウム, アメリシウムといったマイナーアクチノイドを効果的に変換するには、それらに高速中性子を照射して核分裂で直接的に変換することが望ましい。このため、原子力機構では、加速器駆動核変換システム(ADS)の開発を進めている。ADSは、未臨界炉と大強度加速器で駆動する核破砕中性子源を組み合わせたハイブリッドシステムである。

口頭

アクチノイド分離プロセス「SELECTプロセス」の開発

松村 達郎; 伴 康俊; 宝徳 忍; 鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 筒井 菜緒; 森田 圭介; 樋川 智洋; 柴田 光敦*; 黒澤 達也*; et al.

no journal, , 

分離変換技術を導入した次世代の核燃料サイクルにおける再処理・MA分離プロセスとして「SELECTプロセス」(Solvent Extraction from Liquid-waste using Extractants of CHON-type for Transmutation)の開発を進めている。これは、発電炉の使用済燃料から、再利用可能なU, Pu、長半減期で放射能毒性が高いマイナーアクチノイド(MA = Np, Am, Cm)を分離し、U, Puを核燃料として再利用するとともに、MAは核変換システムによって短半減期核種あるいは安定核種に高い効率で核変換を行うことを目指したものである。SELECTプロセスは、CHON原則に合致した必要とされる性能を有した抽出剤を用いた複数の溶媒抽出プロセスによって構成する。本発表では、プロセス構築のコンセプト及び開発の現状について紹介する。

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