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論文

Development of U and Pu co-processing process; Demonstration of U, Pu and Np Co-recovery with centrifugal contactors

工藤 淳也; 倉林 和啓; 柳橋 太; 佐々木 俊一; 佐藤 武彦; 藤本 郁夫; 大部 智行

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/04

コプロセッシング法とは、プロセス内で常にPuにUを同伴させて共回収を行うことにより核拡散抵抗性を向上させた、将来の再処理施設の抽出法である。Npはマイナーアクチノイドのひとつであり、半減期が長く、トリブチルリン酸(TBP)への抽出性を有する。Npを回収することで高放射性廃液の有害度が低減できるため、U及びPuに加えNpを共回収するフローシートの開発を実施した。本プロセス開発では、軽水炉、軽水炉-MOX及び高速炉から発生する使用済み燃料に対応するため、Pu含有率の異なる溶解液に対して、製品のPu/U比を一定で回収する、1サイクルフローシートの開発を目指している。我々は、分配サイクルを対象に、Pu含有率1%, 3%及び5%の装荷溶媒を小型の還流型遠心抽出器で試験した。試験の結果、Npの還元剤に硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)を使用することで、U, Pu及びNpの共回収を達成した。これにより、開発したU, Pu, Np共回収フローシートの技術的成立性を確認した。

論文

Sludge behavior in centrifugal contactor operation for nuclear fuel reprocessing

坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 岡村 信生; 小泉 健治

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05

The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been developing the centrifugal contactor for spent fuel reprocessing. In this study, we investigated the sludge behavior in centrifugal contactors at three different scales. The operational conditions (the flow rate and rotor speed) were varied. Most insoluble particles such as sludge remained in the rotor via centrifugal force. The capture ratio of sludge in the contactor was measured as a function of particle size at various flow rates, rotor speeds, and contactor scales. The sludge adhered and accumulated inside the rotor as the operational time increased, and the operational conditions influenced the capture ratio of the sludge; a lower flow rate and higher rotor speed increased the capture ratio. The results confirmed that Stokes' law can be applied to estimate the experimental result on the behavior of the capture ratio for centrifugal contactors with different scales.

報告書

再処理施設における超伝導応用非接触技術に関する調査

not registered

PNC-TJ1556 97-001, 480 Pages, 1997/03

PNC-TJ1556-97-001.pdf:21.53MB

超電導を応用した磁気軸受を再処理施設機器へ適用する可能性とその要件を検討することを目的に磁気軸受動作の基本、高温超電導磁気軸受の研究・設計内容、技術の現状を調査した。この結果を総合して、再処理施設の非接触技術として高温超電導体バルク磁気軸受の可能性、有用性は非常に高いと判断した。これに実証し、再処理施設用の磁気軸受を開発するための設計データを集めるような実験研究は、これまで全く行われていない。ここでは再処理施設内機器用の磁気軸受の開発研究、具体的には高温超電導バルク磁気軸受を使った清澄機、遠心抽出機の原型モデル機の開発を提案したい。そのための第一段階として具体的な実証実験機の設計検討のための研究会ないしは委員会の発足を提案したい。更に、これまでは試作機器に即して考えられてきていた補助技術、特に、磁気軸受、高温超電導体の冷凍維持構造の設計、長時間運転液体窒素冷凍システム、高温超電導体バルクの励磁技術と装置開発および磁束フローによる磁場変動に対する捕捉磁場追加技術・装置の開発も実施することを提案する。

論文

Actinide partitioning from HLW in a continuous DIDPA extraction process by means of centrifugal extractors

森田 泰治; J.-P.Glatz*; 久保田 益充; L.Koch*; G.Pagliosa*; K.Roemer*; A.Nicholl*

Solvent Extr. Ion Exch., 14(3), p.385 - 400, 1996/00

 被引用回数:73 パーセンタイル:7.73(Chemistry, Multidisciplinary)

ホットセル内に設置した12基一連の遠心抽出器を用いて、ジイソデシルリン酸(DIDPA)抽出法連続プロセスによる実高レベル廃液からのアクチノイド分離の試験を行った。その結果、アクチノイドを、Npを除き、非常に高い回収率で抽出できた。Npの抽出率は、84%であったが、温度、段数及び添加するH$$_{2}$$O$$_{2}$$濃度を増加することによって、容易に高めることができる。長寿命のTcや放射能の高いCs、Srは抽出されず、アクチノイドより高い除染係数で分離できた。4M硝酸によるAm、Cmの逆抽出及び0.8Mシュウ酸によるNp、Puの逆抽出の試験も行い、有益なデータが得られた。本研究の結果、DIDPA抽出プロセスに対しても遠心抽出器を適用できることがわかった。さらに、本プロセスにより適した遠心抽出器の開発が望まれる。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,3; スラッジ堆積に伴う処理性能への影響

坂本 淳志; 竹内 正行; 荻野 英樹; 小泉 健治; 澤幡 治*; 坂本 幸生*; 阿久津 浩一*

no journal, , 

これまでの研究により、遠心抽出器の処理液にスラッジが共存する条件では、その大部分が遠心力によりロータ内壁全周にわたってほぼ均等に捕捉され、時間経過とともに堆積する傾向にあることを確認している。抽出装置では、水相と有機相の混合、分離が行われ、その過程においてウランやプルトニウム等の抽出、逆抽出が行われる。遠心抽出器の場合には、混合された溶液はロータ内で相分離されることから、スラッジ堆積の影響は、遠心抽出器の相分離性能の低下につながることが懸念される。この点から、本件では、スラッジ堆積を模擬したロータを製作し、ロータ内のスラッジ堆積割合と遠心抽出器の相分離が可能である流量領域の関係を水力学試験により評価した。結果として、スラッジの堆積にともない、主に相分離性能が低下する傾向を確認した。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,1; スラッジ捕捉に与える運転条件の影響

荒井 陽一; 竹内 正行; 坂本 淳志; 大畠 史一; 岡村 信生; 荻野 英樹; 小泉 健治

no journal, , 

遠心抽出器は遠心力を用いて相分離を行うことから、重力で相分離を行うミキサセトラやパルスカラムと比較して、混合、分離時間が短く、機器のインベントリ量が少なく済むため、放射線による溶媒劣化の低減や装置の小型化が期待できる他、迅速な起動と停止が可能となり、稼働率の面でも有利となる。一方、遠心抽出器の処理液に不溶解性スラッジ(以下、「スラッジ」)が同伴した場合、スラッジは遠心力によってロータ内に捕捉され、堆積していくことによる運転上の影響が懸念される。そのため、スラッジ堆積の影響を遠心抽出器適用上の重要課題の一つと捉え、スラッジ耐性に関する検討を進めている。本件では、遠心抽出器の運転条件(回転数や供給流量)がスラッジ捕捉に与える影響について調査した。試験は、ロータ内径$$phi$$100mmの遠心抽出器にスラッジを含む水相(水)を供給して行い、遠心抽出器の排出液の粒径分布を分析した。供給液と排出液の粒径分布の差から、スラッジの粒径毎の捕捉率を求めた。この試験の結果、スラッジ粒径や回転数の増大に伴い捕捉率が増大する傾向にあり、また、供給流量の増大により捕捉率は減少する傾向にあることを確認した。これらの結果から、スラッジの捕捉傾向がストークスの式に依存することも示されており、遠心抽出器のスラッジ捕捉挙動を理論的に評価可能な見通しを得た。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,5; スラッジ堆積時の相分離性能へ及ぼすスケールアップの影響

坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 伊藤 和之*; 関田 智*; 坂本 幸生*; 阿久津 浩一*

no journal, , 

遠心抽出器内にスラッジが堆積した状態を模擬したロータを用いて、スラッジ堆積時の相分離性能へ及ぼすスケールアップの影響を評価した。遠心抽出器のスラッジ耐性に関しては、これまでにロータ内への堆積によって影響が現れることを確認している。その結果、スケールアップが相分離性能に対してさらなる影響を与えることが確認された。

口頭

遠心抽出器のスラッジ堆積挙動に関する評価

坂本 淳志; 岡村 信生; 佐野 雄一; 竹内 正行

no journal, , 

遠心抽出器の使用済燃料再処理への適用性評価の一環として、処理液に共存する不溶解性スラッジの影響について検討した。本件では、堆積する不溶解性スラッジの挙動と遠心抽出器のスケールアップの関係について調査した結果について報告する。

口頭

東海再処理施設におけるU, Pu共回収プロセスの開発

工藤 淳也; 柳橋 太; 星 貴弘; 多田 一仁; 佐藤 武彦; 藤本 郁夫; 大部 智行

no journal, , 

経済産業省からの受託事業として、日本原子力研究開発機構が実施したU, Pu共回収プロセスの開発において、核拡散抵抗性を向上させるため、Puを単離しない(できない)抽出プロセスを設定し、ミキサセトラ試験を通してその実現性について評価した。これらの内容について報告する。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,6; ロータ内堆積挙動に与える流入スラッジ濃度の影響

竹内 正行; 坂本 淳志; 佐野 雄一; 伊藤 和之*; 関田 智*; 坂本 幸生*; 阿久津 浩一*

no journal, , 

遠心抽出器は機器の小型化や溶媒劣化低減等の利点から、次世代の再処理プラントへの適用を図るため、開発を進めている。実用化に向けた課題の一つとして、遠心抽出器の性能に対するスラッジの影響が挙げられる。遠心抽出器にスラッジ等の固体粒子が同伴する場合、一部は遠心力でロータ内に捕捉され、その堆積量によって、運転性能に影響を与える可能性がある。本件では、遠心抽出器のロータ内堆積挙動と流入スラッジ濃度の関係を評価し、その結果、ロータ内のスラッジ堆積量は流入スラッジ濃度によらず、流入量で評価できる見通しを得た。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,7; スラッジ洗浄ノズルの適用による性能向上効果

坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 伊藤 和之*; 関田 智*; 坂本 幸生*; 阿久津 浩一*

no journal, , 

遠心抽出器はその処理性能の高さから、将来の再処理プラントへの適用が期待されているが、処理液中にスラッジが流入する場合には強い遠心力によりロータ内部にスラッジが捕捉・堆積され、その条件によっては、運転時間の経過とともに処理性能の低下が懸念される。スラッジ堆積状態からの回復手段としては、これまでにハウジング内に洗浄液を一定量貯留しロータの低速回転によって形成される流れを利用した洗浄方法(滞留法)を検討したが、洗浄は可能であるものの更なる性能の向上が課題であった。本研究ではスラッジ洗浄性能の向上を目的として、遠心抽出器への洗浄ノズルの適用を検討し、その効果を確認した。

口頭

遠心抽出器によるTDdDGA溶媒系での向流多段抽出/逆抽出試験

木部 智; 藤咲 和彦*; 坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 松村 達郎

no journal, , 

PUREXプロセスの抽出ラフィネートからMAを回収するプロセス開発の一環として、抽出剤にTDdDGAを用いたフローシートの開発を進めている。本試験では、油水間の相分離性に優れる遠心抽出器を用いて、模擬ラフィネートを対象とした向流多段抽出/逆抽出試験を実施し、各元素の抽出・逆抽出挙動を評価するとともに、ミキサセトラを用いた際の同挙動との違いについて、比較・検討した。試験を通して、エントレイメントやオーバーフロー等の異常は認められなかった。MAと同様の挙動を示す希土類元素については、ミキサセトラを用いた試験と比較して、同等の抽出挙動が得られるとともに、逆抽出効率の向上が確認された。逆抽出効率の向上は、遠心抽出器の高い相分離性に起因するものと推定され、本系における遠心抽出器の適用の有効性が示された。

口頭

コプロセッシング法の抽出フローシート開発; 還流型遠心抽出器を用いたU, Pu, Np共回収試験

工藤 淳也; 倉林 和啓; 柳橋 太; 佐藤 武彦; 藤本 郁夫; 大部 智行

no journal, , 

U, Pu, Np共回収フローシートに基づき還流型遠心抽出器を用いた試験を行い、U, Pu, Np挙動を確認した結果について報告する。

口頭

遠心抽出器のスラッジ耐性に関する検討,8; スラッジ堆積による抽出性能への影響評価

坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 松浦 孝信*; 坂本 幸生*; 関田 智*

no journal, , 

遠心抽出器のスラッジ耐性に関して、スラッジの堆積が抽出性能へ及ぼす影響に関して報告する。既報のとおり、遠心抽出器において、スラッジの堆積が現れるのはロータ内部(分離部)にのみ限定される一方で、ロータ外部(混合部)においては、スラッジが堆積しないことが確認されている。遠心抽出器においては、混合部において二相が強力に攪拌されることで抽出操作が行われるが、このとき、抽出性能に寄与する因子としては、混合部における二相の混合時間、並びに分散状態が挙げられる。本研究では、これらを踏まえた抽出性能に関する一連の調査を行い、スラッジ堆積による影響について評価した。結果として、ロータ内部へのスラッジの堆積は、混合時間や分散状態へ影響を及ぼさないことが確認され、抽出性能に対して影響がないものと推測された。最終的には、ウランを用いた抽出性能の評価を行い、これらの傾向が妥当であることが確認された。

口頭

東海再処理施設におけるPu, U溶液を用いた共回収試験; 小型試験設備における抽出プロセス開発

工藤 淳也; 長岡 真一; 倉林 和啓; 柳橋 太; 大部 智行

no journal, , 

将来の再処理施設の抽出プロセス開発として、Pu, Uの共回収により核拡散抵抗性を向上させたプロセス開発を行っている。本プロセス開発では、燃料の多様化(軽水炉から高速炉)に対応するためPu含有率の異なる溶解液に対して、製品のPu/U比を一定で回収する共回収試験を、東海再処理施設分析所の小型試験設備(OTL)において実施している。OTLは、溶解、抽出試験が行えるようにセルやグローブボックス(GB)を備え、また、十分な分析が行えることから、共回収プロセスのホット試験を実施した。

口頭

コプロセッシングプロセス向け抽出装置の開発,1; 遠心抽出器のO/A比に対する抽出性能の評価

坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 渡部 雅之; 小泉 健治

no journal, , 

核不拡散に有効と期待されるコプロセッシング法に関しては、従来のピューレックス法にはない有機相、水相流量比(以下、「O/A比」という)での運転が求められる。これらに対応可能な相分離機器を開発するため、本研究では、抽出試験装置として、相分離性の最も高い遠心抽出器を用いた抽出試験を行った。抽出性能の評価には硝酸ウラニル溶液、及び30%TBP-nドデカンを用いた。結果として、遠心抽出器はO/A比=0.2$$sim$$30の範囲において十分な相分離性能を有するとともに、所定の抽出性能も有することを確認した。これらのことから、抽出条件においては、幅広いO/A比条件において遠心抽出器の適用が可能であると判断した。

口頭

遠心抽出器内のU抽出挙動評価,2; CFDを利用した解析

佐野 雄一; 坂本 淳志; 小藤 博英; 竹内 正行

no journal, , 

遠心抽出器の運転条件がUの抽出挙動に与える影響について、液相(水相及び有機相)間の物質移動を考慮した、乱流数値モデルに基づいたCFD解析により評価した。ロータ回転数や有機相/水相流量比の違いによる抽出挙動の変化について、実験により得られた傾向を概ね再現できることを確認した。

口頭

遠心抽出器内のU抽出挙動評価,1; ロータ回転数依存性

坂本 淳志; 佐野 雄一; 小藤 博英; 渡部 雅之; 小泉 健治; 岡本 紗苗*; 三角 隆太*; 上ノ山 周*

no journal, , 

遠心抽出器のロータ回転数がUの抽出挙動に与える影響について、試験により評価した。ロータ回転数の増加に伴い、分散相の液滴径が減少し反応表面積が増加する一方、吸込性能の上昇により混合時間が低下するため、U抽出の段効率は所定のロータ回転数で最大となることを確認した。

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