JP2001153991A - Peprocessing method for spent nuclear fuel - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所で発
生する使用済原子燃料の再処理方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for reprocessing spent nuclear fuel generated in a nuclear power plant.
【0002】[0002]
【従来の技術】使用済原子燃料の再処理方法としては、
水溶液を用いる湿式法および水溶液を用いない乾式法が
ある。湿式法では、例えば、M.Benedict他著、清瀬量平
訳、原子力化学工業、第IV分冊、燃料再処理と放射性廃
棄物管理の化学工学(日刊工業新聞社)、18頁以下に
記載されている、ピュレックス法が広く採用されてい
る。乾式法としては、前述のM.Benedict他著、原子力化
学工業、第IV分冊、11頁以下に記載されている、高温
冶金法、高温化学法、フッ化物揮発法が開発されてい
る。高温冶金法の中では、溶融塩電解法の開発が多く進
められている。2. Description of the Related Art Reprocessing of spent nuclear fuel includes:
There are a wet method using an aqueous solution and a dry method using no aqueous solution. The wet method is described in, for example, M. Benedict et al., Kiyose Ryohei, Nuclear Chemical Industry, Vol. IV, Chemical Engineering for Fuel Reprocessing and Radioactive Waste Management (Nikkan Kogyo Shimbun), p. The Purex method has been widely adopted. As the dry method, a high-temperature metallurgy method, a high-temperature chemical method, and a fluoride volatilization method, which are described in M. Benedict et al., Nuclear Chemical Industry, Vol. Among the high-temperature metallurgy methods, development of a molten salt electrolysis method is being advanced.
【0003】フッ化物揮発法については、前述のM.Bene
dict他著、原子力化学工業、第IV分冊、16頁以下に記
載されている。従来のフッ化物揮発法の構成図を図2に
示す。使用済原子燃料は前処置工程で酸化されてウラン
(U)、プルトニウム(Pu)、および核分裂生成物の
酸化物となる。これらの酸化物を粉砕してアルミナ流動
層式反応器に供給し、フッ化剤を含むガスを供給してフ
ッ化反応を行う。第一段フッ化工程では、F2ガスある
いはBrF5、BrF3のようなハロゲン化フッ化物を
U、Pu、および核分裂生成物の酸化物に作用させる。
Uと一部の核分裂生成物がフッ化物となって揮発する
が、PuはPuF4としてフッ化装置内にとどまる。こ
の過程でUとPuが相互に分離される。Puは第二段フ
ッ化工程でF2との反応によりPuF6となり揮発する。
それぞれ回収されたUおよびPuのフッ化物は、蒸留
法、部分凝縮法、固体吸着法、熱分解法、選択還元法等
の精製工程により核分裂生成物のフッ化物から分離精製
される。[0003] Regarding the fluoride volatilization method, the aforementioned M. Bene
dict et al., Nuclear Chemical Industry, Vol. IV, pages 16 et seq. FIG. 2 shows a configuration diagram of a conventional fluoride volatilization method. Spent nuclear fuel is oxidized in a pretreatment step to form uranium (U), plutonium (Pu), and fission product oxides. These oxides are pulverized and supplied to an alumina fluidized bed reactor, and a fluorination reaction is performed by supplying a gas containing a fluorinating agent. In the first stage fluorination step, F 2 gas or a halogenated fluoride such as BrF 5 or BrF 3 is caused to act on U, Pu, and an oxide of a fission product.
U and some fission products volatilize as fluoride, but Pu remains in the fluorination apparatus as PuF 4 . In this process, U and Pu are separated from each other. Pu becomes PuF 6 by the reaction with F 2 in the second-stage fluorination step, and is volatilized.
The recovered U and Pu fluorides are separated and purified from the fission product fluorides by purification steps such as a distillation method, a partial condensation method, a solid adsorption method, a thermal decomposition method, and a selective reduction method.
【0004】上記方法では、Puのフッ化反応の反応速
度が遅いため、一回の処理に数時間から十数時間を要す
ることから、処理速度の向上が開発課題となっている。
また、UとPuをそれぞれ分離回収し、高純度にするた
めに繰り返し精製を行うため、精製工程が複雑化する問
題点があった。In the above method, since the reaction rate of the fluorination reaction of Pu is slow, a single treatment requires several hours to several tens of hours. Therefore, improvement of the treatment speed is a development issue.
In addition, U and Pu are separated and recovered, and the purification is repeatedly performed in order to increase the purity. Therefore, there is a problem that the purification process is complicated.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のフッ化物揮発法
を用いた使用済原子燃料再処理方法の問題点、すなわ
ち、精製工程の複雑化を解決する方法として、回収する
Puには好む量のUを含むようにすることにより、工程
を簡素化する方法が考えられる。この方法では、UとP
uを混合物として回収するため、Puの精製工程が不要
となり、工程簡素化が可能である。このプロセスを実現
するため、例えば以下の工程が考えられる。すなわち、
流動層式反応器を用い、フッ素またはフッ素化合物との
反応により、初めにフッ化しやすいUをフッ化物として
回収し、その後、より強いフッ化剤を用いるか高濃度の
フッ化剤を用いることで、フッ化しにくいPuと残りの
Uをフッ化物として回収し、フッ化条件を調整すること
によってUとPuの混合物中におけるUとPuの比率を
調整する。しかし、この方法は、流動層式反応器を使用
するため、設備規模の大型化が課題となる。また、フッ
化反応過程の反応速度は改善されないため、処理速度向
上という課題がある。As a method for solving the problem of the conventional nuclear fuel reprocessing method using the fluoride volatilization method, that is, as a method for solving the complication of the refining process, the amount of Pu which is to be recovered is in a preferable amount. By including U, a method for simplifying the process can be considered. In this method, U and P
Since u is recovered as a mixture, the step of purifying Pu becomes unnecessary, and the process can be simplified. In order to realize this process, for example, the following steps can be considered. That is,
By using a fluidized bed reactor and by reacting with fluorine or a fluorine compound, U which is easily fluorinated is first recovered as fluoride, and then a stronger fluorinating agent or a high concentration fluorinating agent is used. Then, Pu, which is hard to be fluorinated, and the remaining U are recovered as a fluoride, and the ratio of U to Pu in the mixture of U and Pu is adjusted by adjusting the fluorination conditions. However, since this method uses a fluidized-bed reactor, an increase in equipment scale becomes a problem. Further, since the reaction rate in the fluorination reaction process is not improved, there is a problem of improving the processing speed.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明では、フッ化反応
に炎式反応器を用い、使用済原子燃料を連続的に反応器
に供給して処理する。ここでいう炎式反応器とは、反応
部のみが高温となり、反応器の壁面は反応部より低温で
ある装置である。炎式反応器におけるPuのフッ化反応
速度は流動層式反応器におけるPuのフッ化反応速度よ
りも速く、また、使用済原子燃料を連続処理することに
より、使用済原子燃料の処理速度を向上することができ
る。また、炎式反応器は流動層式反応器より小型で単純
な構造であるため、再処理施設を小型化し、設備費を低
減することが可能である。According to the present invention, a flame reactor is used for the fluorination reaction, and spent nuclear fuel is continuously supplied to the reactor for treatment. Here, the flame reactor is a device in which only the reaction section has a high temperature and the wall surface of the reactor has a lower temperature than the reaction section. The fluorination reaction rate of Pu in the flame reactor is faster than the fluorination reaction rate of Pu in the fluidized bed reactor, and the processing rate of spent nuclear fuel is improved by continuously processing spent nuclear fuel. can do. Further, since the flame reactor has a smaller and simpler structure than the fluidized bed reactor, it is possible to reduce the size of the reprocessing facility and reduce the equipment cost.
【0007】炎式反応器においても、フッ化反応により
生成するPuのフッ化物を、Uのフッ化物との混合物と
して回収することができれば、上記課題は解決する。[0007] In the flame reactor as well, the above problem is solved if the fluoride of Pu generated by the fluorination reaction can be recovered as a mixture with the fluoride of U.
【0008】本発明の使用済原子燃料の再処理法では、
まず使用済原子燃料棒を脱被覆後、流動層式反応器フッ
化装置へ装荷し、フッ化剤を供給して、UをUF6とし
て回収する。任意量のUF6を回収後、流動層式反応器
フッ化装置内に残ったU、Pu、および核分裂生成物を
流動媒体とともに炎式反応器フッ化装置へ導入し、フッ
化剤を供給してフッ化させ、生成するUとPuのフッ化
物を混合物として回収する。流動層式反応器では反応速
度が遅いPuのフッ化反応を炎式反応器で行うことによ
り、Puのフッ化反応速度を向上することができる。ま
た、炎式反応器におけるフッ化反応で生成するUとPu
の混合物はそのまま回収するため、Pu精製工程を必要
としない。In the method for reprocessing spent nuclear fuel of the present invention,
First, after the spent nuclear fuel rods are uncoated, they are loaded into a fluidized bed reactor fluorinator, a fluorinating agent is supplied, and U is recovered as UF 6 . After recovering an arbitrary amount of UF 6 , U, Pu and fission products remaining in the fluidized bed reactor fluorinator are introduced into the flame reactor fluorinator together with the fluidized medium, and the fluorinating agent is supplied. And the resulting fluorides of U and Pu are collected as a mixture. In a fluidized bed reactor, the fluorination reaction of Pu, which has a slow reaction rate, is performed in a flame reactor, whereby the fluorination reaction rate of Pu can be improved. In addition, U and Pu generated by the fluorination reaction in the flame reactor
Does not require a Pu purification step.
【0009】本発明の他の再処理法では、使用済原子燃
料棒を脱被覆後、核燃料物質を微細化し、炎式反応器フ
ッ化装置へ導入する。フッ化剤をフッ化装置へ供給し、
核燃料物質の粉体と反応させることにより、U、Pu、
および核分裂生成物のフッ化物の混合物が生成する。揮
発したU、Pu、および核分裂生成物のフッ化物は、分
離装置でUのフッ化物とU、Puのフッ化物の混合物と
に分離される。PuはUとの混合物として回収するた
め、使用する分離装置はPu精製工程で使用するものよ
り簡素な装置でよい。本方法では、UとPuのフッ化反
応をいずれも炎式反応器で行うため、フッ化反応に使用
する設備を削減することができる。In another reprocessing method of the present invention, after the spent nuclear fuel rods are uncovered, the nuclear fuel material is finely divided and introduced into a flame reactor fluorinator. Supply the fluorinating agent to the fluorinator,
By reacting with nuclear fuel material powder, U, Pu,
And a mixture of fission product fluorides is formed. The volatilized U, Pu, and the fission product fluoride are separated into a U fluoride and a mixture of U and Pu fluoride by a separation device. Since Pu is recovered as a mixture with U, the separation device used may be a simpler device than that used in the Pu purification step. In this method, since both the fluorination reaction of U and Pu is performed in a flame reactor, the equipment used for the fluorination reaction can be reduced.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】(実施例1)本発明の実施例であ
る使用済原子燃料の再処理法が実施される再処理装置の
構成を図1を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) The configuration of a reprocessing apparatus in which a method for reprocessing spent nuclear fuel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0011】使用済原子燃料棒を脱被覆後、流動層式反
応器フッ化装置3へ装荷し、フッ化剤1をこの装置へ供
給する。最もフッ化物になりやすいUが最初にUF6と
なり揮発する。フッ化剤1としてUだけフッ化するよう
なフッ化剤を選定することにより、揮発するUF6は高
純度UF6として回収することができる。この際、予め
フッ化剤1の供給量に対するUF6の生成量を把握して
おくか、生成するUF6の量を測定することにより、P
uと混合すべき量のUをフッ化装置3内に残しておく。
任意量のUF6を回収後、流動層式反応器フッ化装置3
内に残ったU、Pu、核分裂生成物、および流動媒体
を、フッ化剤2とともに炎式反応器フッ化装置4へ供給
し、フッ化反応により生成したUとPuのフッ化物を低
純度混合物として回収する。不揮発性の不純物核種のフ
ッ化物や酸化物、金属などはフッ化装置4の下部より排
出され、そのまま圧縮成形、ガラス固化、セラミック固
化、人工岩石固化することにより、安定に貯蔵、処分さ
れる。After the spent nuclear fuel rods are uncovered, they are loaded into a fluidized bed reactor fluorination unit 3 and a fluorinating agent 1 is supplied to this unit. U which is most likely to be fluoride first becomes UF 6 and volatilizes. By selecting a fluorinating agent for fluorinating only U as the fluorinating agent 1, volatile UF 6 can be recovered as high-purity UF 6 . In this case, either know the production of UF 6 for previously supplied amount of fluorinating agent 1, by measuring the amount of UF 6 to generate, P
The amount of U to be mixed with u is left in the fluorination apparatus 3.
After collecting an arbitrary amount of UF 6 , the fluidized bed reactor fluorination device 3
The remaining U, Pu, fission products, and the fluidized medium are supplied to the flame reactor fluorinator 4 together with the fluorinating agent 2, and the fluoride of U and Pu generated by the fluorination reaction is mixed in a low-purity mixture. To be collected. Non-volatile impurity nuclides such as fluorides, oxides, and metals are discharged from the lower portion of the fluorination apparatus 4 and are stably stored and disposed of by directly compacting, vitrifying, ceramic, and artificial rock.
【0012】回収したUF6はそのままあるいは必要に
応じて生成した後ボンベ内へ保管貯蔵する。回収したU
とPuのフッ化物の混合物は、フッ化物から酸化物に変
換され、混合酸化物燃料として再利用される。The recovered UF 6 is stored in a cylinder as it is or after being generated as needed. U collected
The mixture of the fluorides of Pu and Pu is converted from fluoride to oxide and reused as a mixed oxide fuel.
【0013】以上、本実施例によれば、Uのフッ化反応
を流動層式反応器フッ化装置で、Puのフッ化反応を炎
式フッ化装置で行なうことにより、流動層式反応器フッ
化装置では反応時間を多く必要とするPuのフッ化反応
が速やかに完了するため、流動層式反応器フッ化装置の
みを用いてフッ化反応を行なう方法よりも処理速度を向
上することができる。また、フッ化装置3からは高純度
UF6を、フッ化装置4からはUとPuのフッ化物の混
合物をそれぞれ分離して回収することができるため、分
離装置が不要であり、工程の簡素化が可能となる効果が
ある。As described above, according to the present embodiment, the fluorination reaction of U is carried out by the fluidized bed reactor fluorinator, and the fluorination reaction of Pu is carried out by the flame fluoridation apparatus. Since the fluorination reaction of Pu, which requires a long reaction time, is completed quickly in the crystallization apparatus, the processing speed can be improved as compared with the method in which the fluorination reaction is performed using only the fluorination apparatus of the fluidized bed reactor. . In addition, since high-purity UF 6 can be separated from the fluorinating device 3 and a mixture of U and Pu fluorides can be separated and recovered from the fluorinating device 4, a separating device is unnecessary, and the process can be simplified. This has the effect of making it possible.
【0014】(実施例2)本発明の第二の実施例を図3
を用いて説明する。(Embodiment 2) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【0015】使用済原子燃料棒を脱被覆後、前処理工程
5で核燃料物質を微細化する。微細化によって生じた核
燃料物質の粉体を炎式反応器フッ化装置4へ導入する。
フッ素ガスなどのフッ化剤2をフッ化装置へ供給し、核
燃料物質の粉体と反応させる。この時、フッ化装置に供
給するフッ化剤は供給する核燃料物質の粉体に対して等
量より過剰にし、核燃料物質の粉体を取り囲むように導
入することが望ましい。反応により生成したUF6、P
uF6と一部の不純物核種のフッ化物は揮発し、不揮発
性の不純物核種のフッ化物や酸化物、金属などはフッ化
装置の下部より排出される。フッ化装置に連続的に核燃
料物質の粉体を供給することにより、連続処理が可能と
なる。After the spent nuclear fuel rods are uncoated, the nuclear fuel material is refined in a pretreatment step 5. The powder of the nuclear fuel material generated by the miniaturization is introduced into the fluorinator 4 of the flame reactor.
A fluorinating agent 2 such as fluorine gas is supplied to the fluorinating apparatus, and is reacted with the nuclear fuel material powder. At this time, it is desirable that the amount of the fluorinating agent supplied to the fluorinating device is larger than the amount of the supplied nuclear fuel material powder in an equal amount, and is introduced so as to surround the nuclear fuel material powder. UF 6 and P generated by the reaction
uF 6 and some impurity nuclide fluorides volatilize, and nonvolatile impurity nuclides such as fluoride, oxide, and metal are discharged from the lower part of the fluorination apparatus. By continuously supplying the nuclear fuel material powder to the fluorinator, continuous processing becomes possible.
【0016】揮発したUF6、PuF6、および不純物核
種のフッ化物は分離装置6でUF6とU、Puのフッ化
物の混合物とに分離される。分離装置6には、LiFと
NaFを任意割合で混合し充填する。LiFは、フッ化
装置で発生するPuF6の全量を吸着するのに十分な量
を用いる。分離装置内の温度を300度程度に設定し、
フッ化装置で生成したUF6、PuF6および不純物核種
のフッ化物の混合気体を導入する。PuF6の全量と一
部のUF6、およびほとんどの不純物核種のフッ化物が
LiFあるいはNaFに吸着する。分離装置を通過した
気体は高純度UF6である。UF6を回収後、分離装置に
フッ素ガスを流し、装置内温度を450度程度に昇温す
る。この操作により、LiFまたはNaFに吸着してい
たU、Puのフッ化物がUF6、PuF6として揮発す
る。これらをUとPuのフッ化物の低純度混合物として
回収する。分離装置に充填するNaFの量を調整するこ
とにより、UとPuのフッ化物の混合物中におけるUと
Puの混合比率を調節することができる。The volatilized UF 6 , PuF 6 , and the fluoride of the impurity nuclide are separated by the separating device 6 into UF 6 and a mixture of U and Pu fluoride. LiF and NaF are mixed and filled in the separation device 6 at an arbitrary ratio. LiF is used in an amount sufficient to adsorb the entire amount of PuF 6 generated in the fluorination apparatus. Set the temperature inside the separation device to about 300 degrees,
A mixed gas of UF 6 , PuF 6 and a fluoride of an impurity nuclide generated by the fluorination apparatus is introduced. The whole amount of PuF 6 and a part of UF 6 , and most of fluorides of impurity nuclides are adsorbed on LiF or NaF. The gas that has passed through the separator is high-purity UF 6 . After recovering UF 6 , fluorine gas is flowed through the separation device, and the temperature inside the device is raised to about 450 ° C. By this operation, fluorides of U and Pu adsorbed on LiF or NaF are volatilized as UF 6 and PuF 6 . These are recovered as a low-purity mixture of U and Pu fluorides. By adjusting the amount of NaF to be charged into the separation device, the mixing ratio of U and Pu in the mixture of the fluorides of U and Pu can be adjusted.
【0017】分離装置6としてコールドトラップを使用
することもできる。この場合、分離装置内温度を、例え
ばマイナス50度程度に設定し、フッ化装置で生成した
UF6、PuF6および不純物核種のフッ化物の混合気体
を導入する。すると、UF6、PuF6の全量および一部
の不純物核種のフッ化物が固化する。未固化気体を除去
後、分離装置内温度をUF6の昇華点よりわずかに上の
温度まで昇温し、昇華する一部のUF6を回収する。回
収したUF6の純度は固化前より高い。回収したUF6を
次のコールドトラップに導入し、同様に昇華操作を行な
う。A cold trap can be used as the separation device 6. In this case, the temperature in the separation device is set to, for example, about minus 50 degrees, and a mixed gas of UF 6 , PuF 6 and fluoride of impurity nuclide generated in the fluorination device is introduced. Then, the total amount of UF 6 and PuF 6 and a part of the fluoride of the impurity nuclide are solidified. After removal of the unsolidified gas, the separation device temperature is raised to a temperature slightly above the sublimation point of UF 6, to recover the UF 6 some sublimated. The purity of the recovered UF 6 is higher than before the solidification. The recovered UF 6 is introduced into the next cold trap, and a sublimation operation is performed in the same manner.
【0018】これら一連の昇華操作を繰り返し、UF6
を精製して高純度UF6として回収する。多段昇華操作
を行なってUF6を回収した後に分離装置内に残る固体
には、UF6とPuF6と不純物核種のフッ化物が含まれ
る。高純度UF6の回収を終了した後、分離装置内温度
をPuF6の昇華点以上に上げて装置内に残った固体を
昇華させ、UとPuのフッ化物の低純度混合物として回
収する。By repeating these series of sublimation operations, UF 6
Is purified and recovered as high-purity UF 6 . The solid remaining in the separation device after the UF 6 is recovered by performing the multistage sublimation operation contains UF 6 , PuF 6, and fluoride of the impurity nuclide. After finishing the recovery of the high-purity UF 6 , the temperature inside the separation device is raised to the sublimation point of PuF 6 or more, and the solid remaining in the device is sublimated, and recovered as a low-purity mixture of U and Pu fluoride.
【0019】回収したUF6はそのままあるいは必要に
応じて生成した後ボンベ内へ保管貯蔵する。Uを再濃縮
する場合はUF6のまま保管した方が効率的であり、再
濃縮しない場合は酸化物に変換した方が貯蔵スペースを
小さくできる。回収したUとPuのフッ化物の混合物
は、フッ化物から酸化物に変換され、混合酸化物燃料と
して再利用される。The recovered UF 6 is stored in a cylinder as it is or after being generated as needed. When re-concentrate the U is still stored the more efficient of UF 6, if not reconcentrated better converted into oxides can be reduced storage space. The recovered mixture of U and Pu fluoride is converted from fluoride into oxide and reused as a mixed oxide fuel.
【0020】最終的に、フッ化装置4内には不揮発性の
核分裂生成物が高レベル廃棄物として残る。これらはそ
のまま圧縮成形、ガラス固化、セラミック固化、人工岩
石固化することにより、安定に貯蔵、処分できる。Finally, non-volatile fission products remain in the fluorination apparatus 4 as high-level waste. These can be stably stored and disposed by compression molding, vitrification, ceramic solidification, and artificial rock solidification as they are.
【0021】以上、本実施例によれば、炎式反応器を使
用することにより、使用済原子燃料の処理速度が増加
し、処理量を増やすことができる。反応器から排出され
る廃棄物は不揮発性の不純物核種のみであり、放射性廃
棄物量は削減できる。分離装置の操作条件を調整するこ
とにより、回収するUとPuのフッ化物の混合物中にお
けるPuF6の比率を任意に変えることができる。UF6
は高純度で回収するため、Uの再利用、例えば再濃縮、
が容易になりかつUの保管等の際の管理が極めて容易と
なる。また、UとPuを混合物としてかつ直接燃料再加
工原料として回収できるため、燃料再加工コストを低下
できると共に、高純度のPuを単独で扱わないため核不
拡散性も高くできる。従来の方法に比べ装置、処理施設
を簡略化できるため経済性を向上できる。As described above, according to this embodiment, by using the flame reactor, the processing speed of spent nuclear fuel can be increased, and the throughput can be increased. The waste discharged from the reactor is only non-volatile impurity nuclides, and the amount of radioactive waste can be reduced. By adjusting the operating conditions of the separation device, the ratio of PuF 6 in the mixture of the recovered U and Pu fluorides can be arbitrarily changed. UF 6
To recover in high purity, reuse of U, for example, reconcentration,
And the management during storage of U and the like becomes extremely easy. Further, since U and Pu can be recovered as a mixture and directly as a raw material for fuel reprocessing, the cost for fuel reprocessing can be reduced, and nuclear non-proliferation can be increased because high-purity Pu is not treated alone. Since the apparatus and the processing facility can be simplified as compared with the conventional method, the economic efficiency can be improved.
【0022】(実施例3)本発明の第三の実施例を図4
を用いて説明する。(Embodiment 3) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【0023】使用済原子燃料棒を脱被覆後、前処理工程
5で核燃料物質を微細化する。微細化によって生じた核
燃料物質の粉体の化学形は主に酸化物である。核燃料物
質の粉体を前処理装置7で固体フッ化物(UF4、Pu
F4等)に転換する。UF4、PuF4等の固体フッ化物
は、後に述べる炎式反応器でのUF6、PuF6生成反応
速度が、核燃料物質の酸化物のUF6、PuF6生成反応
速度より速い。固体フッ化物に転換された核燃料物質を
炎式反応器フッ化装置4へ導入する。フッ素などのフッ
化剤2をフッ化装置へ供給し、核燃料物質の粉体と反応
させる。反応により生成したUF6、PuF6と一部の不
純物核種のフッ化物は揮発し、不揮発性の不純物核種の
フッ化物や酸化物、金属などはフッ化装置の下部より排
出される。After the spent nuclear fuel rods are uncoated, the nuclear fuel material is refined in a pretreatment step 5. The chemical form of the nuclear fuel material powder produced by the miniaturization is mainly oxide. The powder of the nuclear fuel material is solid fluoride (UF 4 , Pu) by the pretreatment device 7.
It converted to F 4, etc.). UF 4, PuF 4 of a solid-state fluoride, UF 6, PuF 6 generation reaction rate of a flame reactor to be described later is faster than UF 6, PuF 6 formation reaction rate of oxide nuclear fuel material. The nuclear fuel material converted into the solid fluoride is introduced into the flame reactor fluorinator 4. A fluorinating agent 2 such as fluorine is supplied to a fluorinating apparatus and reacted with the nuclear fuel material powder. The UF 6 and PuF 6 generated by the reaction and the fluorides of some impurity nuclides are volatilized, and the fluorides, oxides, and metals of the nonvolatile impurity nuclides are discharged from the lower part of the fluorination apparatus.
【0024】フッ化反応により生成したUF6、PuF6
と一部の不純物核種のフッ化物は、UF6と、UとPu
のフッ化物の混合物とに分離し回収する。分離装置6で
は、はじめ装置内に任意量のUF6とPuF6の混合気体
を捕集し、装置を250度程度に加熱する。このとき、
UF6は化学形の変化がないが、PuF6は熱分解して固
体のPuF4となり、UF6から分離される。PuF4か
ら分離されたUF6の任意量を回収する。任意量のUF6
を回収後、分離装置にフッ素ガスを導入し、PuF4を
PuF6に変換して、残ったUF6とともに混合物として
回収する。UF 6 and PuF 6 formed by the fluorination reaction
When the fluoride of some impurity nuclides, the UF 6, U and Pu
And a fluoride mixture. In the separation device 6, an arbitrary amount of a mixed gas of UF 6 and PuF 6 is first collected in the device, and the device is heated to about 250 degrees. At this time,
Although UF 6 has no change in chemical form, PuF 6 is thermally decomposed to solid PuF 4 and separated from UF 6 . Recover any amount of UF 6 separated from PuF 4 . Any amount of UF 6
After recovering, Fluorine gas is introduced into the separation device to convert PuF 4 to PuF 6 and collect it as a mixture with the remaining UF 6 .
【0025】回収したUF6はそのままあるいは必要に
応じて生成した後ボンベ内へ保管貯蔵する。回収したU
とPuのフッ化物の混合物は、フッ化物から酸化物に変
換され、混合酸化物燃料として再利用される。The recovered UF 6 is stored as it is or after it is generated as needed. U collected
The mixture of the fluorides of Pu and Pu is converted from fluoride to oxide and reused as a mixed oxide fuel.
【0026】以上、本実施例によれば、使用済原子燃料
中の核燃料物質をあらかじめ酸化物から反応が進みやす
い化学形に変換することにより、炎式反応器でのフッ化
反応速度が速くなるため、使用済原子燃料の処理速度を
さらに向上することができる。分離装置で回収するUF
6の量を調節することにより、その後に回収するUとP
uのフッ化物の混合物中のPuF6含有率を調整するこ
とが可能となる。フッ化反応により生成したUとPuの
フッ化物の混合物から、一部のUF6を純度の高いUF6
として回収することにより、UF6の高DF達成が可能
となる。As described above, according to the present embodiment, the rate of the fluorination reaction in the flame reactor is increased by converting the nuclear fuel material in the spent nuclear fuel from the oxide into a chemical form in which the reaction easily proceeds in advance. Therefore, the processing speed of spent nuclear fuel can be further improved. UF collected by separation device
By adjusting the amount of 6 , U and P to be recovered later
It becomes possible to adjust the PuF 6 content in the mixture of u fluoride. From a mixture of fluorides of U and Pu produced by fluorination reaction, high part of UF 6 pure UF 6
By recovering as, it is possible to high DF achieve UF 6.
【0027】[0027]
【発明の効果】本発明によれば、使用済原子燃料の再処
理をフッ化物揮発法で行うに際して、フッ化反応に炎式
反応器を用いることにより、フッ化物生成反応速度が速
くなるため単位時間当たりの処理速度が増加し、また使
用済原子燃料の連続処理が可能となるため、使用済原子
燃料の処理量を増加することができる。また、従来の流
動層式反応器より装置を小型化できる。ウランとプルト
ニウムを混合物として回収することにより、プルトニウ
ムの精製工程が不要となり、再処理工程の簡素化が可能
である。以上のことから、使用済原子燃料の再処理工程
におけるランニングコストおよび施設の建設コストを削
減することができる。According to the present invention, when reprocessing spent nuclear fuel by the fluoride volatilization method, the use of a flame reactor for the fluorination reaction increases the fluoride production reaction rate. Since the processing speed per hour is increased and the spent nuclear fuel can be continuously processed, the throughput of the spent nuclear fuel can be increased. Further, the apparatus can be made smaller than a conventional fluidized bed reactor. By recovering uranium and plutonium as a mixture, the step of purifying plutonium becomes unnecessary, and the reprocessing step can be simplified. From the above, it is possible to reduce running costs and facility construction costs in the process of reprocessing spent nuclear fuel.
【図1】本発明の好適な一実施例である使用済原子燃料
の再処理方法に用いられる使用済原子燃料再処理装置の
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a spent nuclear fuel reprocessing apparatus used in a spent nuclear fuel reprocessing method according to a preferred embodiment of the present invention.
【図2】従来のフッ化物揮発法による使用済原子燃料再
処理装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional spent nuclear fuel reprocessing device using a fluoride volatilization method.
【図3】本発明の他の一実施例である使用済原子燃料再
処理装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a spent nuclear fuel reprocessing device according to another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の他の一実施例である使用済原子燃料再
処理装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a spent nuclear fuel reprocessing device according to another embodiment of the present invention.
3…フッ化装置(流動層式反応器)、4…フッ化装置
(炎式反応器)、6…分離装置。3. Fluorination apparatus (fluidized bed reactor), 4. Fluorination apparatus (flame reactor), 6. Separation apparatus.
Claims (4)
合物を作用させて、ウランおよびプルトニウムのフッ化
物を形成することによりウランおよびプルトニウムを使
用済原子燃料から回収する再処理方法において、回収す
るプルトニウムにはプルトニウムの1倍から40倍の範
囲の好む量のウランを含むようにすることにより工程を
簡素化して、再処理施設の小型化を図ることを特徴とす
る使用済原子燃料の再処理方法。1. A reprocessing method for recovering uranium and plutonium from spent nuclear fuel by forming fluorine of uranium and plutonium by causing fluorine or a fluorine compound to act on the spent nuclear fuel. A method for reprocessing spent nuclear fuel, characterized in that the process is simplified by including a preferred amount of uranium in the range of 1 to 40 times that of plutonium, thereby reducing the size of a reprocessing facility.
合物を作用させて、ウランおよびプルトニウムのフッ化
物を形成することによりウランおよびプルトニウムを使
用済原子燃料から回収する再処理方法において、(1)
流動層式反応器に使用済原子燃料を装荷してフッ素また
はフッ素化合物と反応させてウランをフッ化物に転換す
ることにより使用済原子燃料より回収し、(2)つい
で、流動層式反応器に残っているウランが流動層式反応
器に残っているプルトニウムの1倍から40倍の範囲の
好ましい値になった時点で流動層式反応器に残っている
使用済原子燃料を炎式反応器に導入し、(3)ついで、
炎式反応器においてフッ素またはフッ素化合物を使用済
原子燃料に作用させて、プルトニウムの1倍から40倍
の範囲の好む量のウランを含むプルトニウムを回収する
ことを特徴とする、使用済原子燃料の再処理方法(ここ
でいう流動層式反応器とは、反応部と反応器の壁面がほ
ぼ同じ温度になる反応器であって、ロータリーキルン等
でもよい。また、ここでいう炎式反応器とは、反応部の
みが高温となり、反応器の壁面は反応部より低温である
装置である)。2. A reprocessing method for recovering uranium and plutonium from spent nuclear fuel by reacting the spent nuclear fuel with fluorine or a fluorine compound to form uranium and plutonium fluorides, comprising:
Spent nuclear fuel is loaded into a fluidized bed reactor and reacted with fluorine or a fluorine compound to convert uranium into fluoride, which is recovered from spent nuclear fuel. When the remaining uranium reaches a preferred value in the range of 1 to 40 times the plutonium remaining in the fluidized bed reactor, the spent nuclear fuel remaining in the fluidized bed reactor is transferred to the flame reactor. Introduce (3)
A method for treating a spent nuclear fuel, comprising reacting fluorine or a fluorine compound with the spent nuclear fuel in a flame reactor to recover a preferred amount of uranium containing uranium in a range of 1 to 40 times that of plutonium. Reprocessing method (the fluidized bed reactor referred to here is a reactor in which the wall of the reactor and the reactor have substantially the same temperature, and may be a rotary kiln or the like. In this system, only the reaction section has a high temperature, and the wall of the reactor has a lower temperature than the reaction section.)
合物を作用させて、ウランおよびプルトニウムのフッ化
物を形成することによりウランおよびプルトニウムを使
用済原子燃料から回収する再処理方法において、使用済
原子燃料を炎式反応器に導入し、使用済原子燃料にフッ
素またはフッ素化合物を作用させて、ウランおよびプル
トニウムの揮発性フッ化物をウランとプルトニウムに分
離する際に、プルトニウムにはプルトニウムの1倍から
40倍の範囲の好む量のウランを含むように分離する、
請求項1記載の使用済原子燃料の再処理方法(ここでい
う炎式反応器とは、反応部のみが高温となり、反応器の
壁面は反応部より低温である装置である)。3. A reprocessing method for recovering uranium and plutonium from spent nuclear fuel by forming fluorine of uranium and plutonium by reacting the spent nuclear fuel with fluorine or a fluorine compound. Is introduced into the flame reactor, and fluorine or a fluorine compound is allowed to act on the spent nuclear fuel to separate the volatile fluorides of uranium and plutonium into uranium and plutonium. Segregating to contain twice as much uranium as you like,
The method for reprocessing spent nuclear fuel according to claim 1 (here, the flame reactor is a device in which only the reaction section has a high temperature and the wall surface of the reactor has a lower temperature than the reaction section).
が、固体吸着法、多段昇華法、または熱分解法から選ば
れる少なくとも一つの方法であることを特徴とする前項
記載の再処理方法。4. The reprocessing method according to claim 1, wherein the separation method in the reprocessing method is at least one method selected from a solid adsorption method, a multistage sublimation method, and a thermal decomposition method.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33385399A JP2001153991A (en) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | Peprocessing method for spent nuclear fuel |
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JP (1) | JP2001153991A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7208129B2 (en) | 2004-07-30 | 2007-04-24 | Japan Nuclear Cycle Development Institute | Reprocessing method by fluoride volatility process using solid-gas separation |
US7323153B2 (en) | 2004-07-30 | 2008-01-29 | Japan Nuclear Cycle Development Institute | Reprocessing method by fluoride volatility process using fractional distillation |
JP2012047546A (en) * | 2010-08-26 | 2012-03-08 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Fluorination device, fluorination method and reprocessing method for nuclear fuel material |
JP2013101066A (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-23 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Treatment device and treatment method for used fuel containing zirconium |
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CN113795894A (en) * | 2020-10-14 | 2021-12-14 | 中广核研究院有限公司 | Spent fuel dry post-treatment method based on plasma |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33385399A patent/JP2001153991A/en active Pending
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