JP2005195462A - Method and device for electrorefining spent nuclear fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は使用済み核燃料の再処理に係り、使用済み核燃料を溶融塩浴で電気分解して再利用可能なウランおよび超ウラン元素(TRU)を分離回収する電解精製方法および装置に関する。 The present invention relates to spent nuclear fuel reprocessing, and relates to an electrolytic purification method and apparatus for separating and recovering reusable uranium and transuranium (TRU) by electrolyzing spent nuclear fuel in a molten salt bath.
従来の溶融塩を用いた使用済み核燃料の電解精製では、溶融塩中に装荷した使用済み核燃料の量単位または陰極の析出量単位でのバッチ式処理であり、また陰極析出物の連続掻き取り機構を有した電解精製装置においても、析出物の回収を装置下部の回収容器等に依存するため、回収物容器の容量に支配されたバッチ式処理となっている。そのため、電極や回収容器の交換のために溶融塩から電極を取り出す必要があり、交換にあたってのハンドリングのため、加熱装置温度を下げる等の操作が必要であり、処理能率が低いという問題がある(下記特許文献1および2参照)。
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、定常運転状態で陽極への使用済み核燃料の装荷、陽極残さの回収、陰極析出物の回収等を行うことができ、連続運転が可能で処理能率の高い使用済み核燃料の電解精製方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and can be used to load spent nuclear fuel to the anode, recover the anode residue, recover the cathode deposit, etc. in a steady operation state. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for electrolytic purification of spent nuclear fuel that can be operated and has high processing efficiency.
上記目的を達成するため請求項1の発明は、塩化物、フッ化物等の塩を高温で溶融してなる溶融塩を貯留する電解容器と、使用済み核燃料を収容し前記溶融塩に浸漬されたかご状または孔あき容器状の陽極と、前記陽極への通電を切替える電源回路と、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極と、前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極間に電流を流す電源装置と、前記陰極を中心軸のまわりに回転させる陰極回転装置と、前記陰極の円周面に当接し前記円周面に析出したウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き落とす掻き取り刃とを備えている構成とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、前記陽極は、複数の腕を有し回転する電流供給シャフトによって使用済み核燃料への電流の供給を行う構成とする。
請求項3の発明は、前記陰極は前記溶融塩を攪拌する攪拌機を備えている構成とする。
According to a second aspect of the present invention, the anode is configured to supply current to the spent nuclear fuel by a rotating current supply shaft having a plurality of arms.
According to a third aspect of the present invention, the cathode includes a stirrer that stirs the molten salt.
請求項4の発明は、前記陰極および前記掻き取り刃は前記析出物を加熱する加熱装置を備えている構成とする。
請求項5の発明は、陰極から掻き取られた前記析出物を析出物回収容器に回収するスロープを前記掻き取り刃の後部に備えている構成とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the cathode and the scraping blade include a heating device that heats the precipitate.
According to a fifth aspect of the present invention, a slope is provided at the rear part of the scraping blade to collect the deposit scraped off from the cathode in a deposit collecting container.
請求項6の発明は、使用済み核燃料を収容するかご状または孔あき容器状の複数の陽極を、塩化物、フッ化物等の塩を高温で溶融してなる溶融塩に浸漬し、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極を中心軸のまわりに回転させながら前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極のあいだに電流を流すとともに前記複数の陽極への通電をずらして、前記陰極の円周面に析出するウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き取り刃によって掻き落とす方法とする。
In the invention of
本発明によれば、定常運転状態で陽極への使用済み核燃料の装荷、陽極残さの回収、陰極析出物の回収等を行うことができ、連続運転が可能で処理能率の高い使用済み核燃料の電解精製方法および装置を提供することができる。 According to the present invention, the spent nuclear fuel can be loaded to the anode in a steady operation state, the anode residue can be collected, the cathode deposit can be collected, and the like. Purification methods and equipment can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置は電解容器の一部を切欠いた図1に示すように、溶融塩1を貯留する電解容器2と、電解容器2の外周部に設置した電気炉3と、処理対象となる使用済み核燃料8を装荷するかご状または孔あき容器状の陽極4と、両端の軸部を電解容器2の外部に設けた支持具に支えられ一部を溶融塩1中に浸漬した状態で設置された陰極5と、陰極5を回転させる回転装置6と、陰極5から析出物を分離するための掻き取り刃7から構成されている。また、図示されていないが、陽極4と陰極5に接続される直流電源装置が設けられている。この構成により陽極4に装荷され溶融塩1中に浸漬された使用済み核燃料8から電解精製により有用なウラン、TRUが溶解し、陰極5に精製されて析出回収される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The spent nuclear fuel electrolytic purification apparatus according to the embodiment of the present invention is installed in an
図2に示すように、かご状または孔あき容器状の陽極4は複数備えられ、各陽極4の引上げを行う陽極引上げ機構9と、各陽極4ごとに電源との接続と切断を行う電源回路10が備えられている。このように、使用済み核燃料を装荷する陽極4を複数設置し、それぞれの陽極を並列に電源と接続し、各陽極ごとに電源との接続、切断を行う電源回路10を設け陽極ごとの電解処理作業をずらすことで、電解精製の終了した陽極を順次切断し取り出すことが可能となり、電解精製を停止せずに陽極に装荷する使用済み核燃料の投入および電解後に陽極に残留する被覆管材や酸化物の取り出しが可能となる。
As shown in FIG. 2, a plurality of basket-like or perforated container-
本実施の形態の電解精製装置はまた、陽極4への電流の供給を対向する陰極5の面に対し均一になるように、電解電流の継続と停止がコントロールできるようにしてある。この構成によれば、各陽極4ごとに電源との接続、切断機能を持った電源回路10により陽極4への電流の供給を任意に各陽極に振り分けることが可能であり、これにより陰極5への析出物の成長を均一にすることが可能となり、電解精製に消費される電流効率の向上が可能となると共に、陰極5への偏った析出物の発生による析出物の掻き取りの障害を防止することが可能となる。
The electrolytic purification apparatus of the present embodiment is also configured to control the continuation and stop of the electrolytic current so that the supply of current to the
本実施の形態の電解精製装置は、陽極4の容器内に設置した使用済み核燃料への電流の供給を陽極容器内に設置した複数の腕を持つ回転式のシャフトを用い使用済み核燃料を攪拌しながら行うようにしてもよい。すなわち図3に示すように、容器状の陽極4と、その内部に設置した電流供給シャフト11と、電流供給シャフト11に複数設置したアーム12と、電流供給シャフト回転装置13と、電流供給シャフト11と電源を接続するための電流供給端子14とを備えた構成とする。
The electrolytic purification apparatus of the present embodiment stirs the spent nuclear fuel using a rotary shaft having a plurality of arms installed in the anode container for supplying current to the spent nuclear fuel installed in the container of the
陽極4に装荷された核使用済み核燃料は電解の進行と共に陰極と対する面のウラン、TRUが枯渇し陽極での溶解処理に消費される電流効率が低下するが、この構成によれば、陽極4の内部に設けた電流供給シャフト11を回転することによりアーム12によって使用済み核燃料が攪拌されて、常に新鮮な電解対象面が陰極5に対して露出するため、陽極4に装荷した使用済み核燃料を効率よく電解精製することができる。
The spent nuclear fuel loaded on the
本実施の形態の電解精製装置は、円筒状の陰極の両端に水車形状の攪拌羽根を設けて、陰極の回転を利用して溶融塩の攪拌を行うようにしてもよい。図4に示すように、陰極5と同軸に陰極5の左右に設けた水車状の羽根15を陰極回転装置6によって陰極5とともに回転させることにより、電解容器2内の溶融塩1の流動を促し、溶融塩1中のウラン濃度を常に一定に維持することで、電解精製における電気化学的な物質移動の影響を受けることなく電解精製が可能となり、電解精製効率の低下を抑制することができる。またこの構成によれば対向する陽極4と陰極5の間に構造物を設置することなく溶融塩1の攪拌が可能となり電極面を効率的に利用することが可能となる。
The electrolytic purification apparatus of the present embodiment may be provided with water wheel-shaped stirring blades at both ends of a cylindrical cathode, and the molten salt may be stirred using the rotation of the cathode. As shown in FIG. 4, the water turbine-
本実施の形態の電解精製装置はまた、陰極表面および陰極析出物掻き取り刃部分を溶融塩の融点以上の温度に保持する加熱装置を具備する構成としてもよい。図4は陰極5と掻き取り刃7の接触部分の詳細を示している。陰極5に析出し陰極5の回転と共に溶融塩1から引き上げられた陰極析出物は温度の低下により固形化し、これにより掻き取り刃7による析出物の陰極5からの分離が阻害されて、強固に固形化した溶融塩による陰極回転の停止等が起こりかねない。本実施の形態ではこれを防止するため、陰極5および掻き取り刃7に発熱体16を設ける。これによって掻き取り時に陰極表面および掻き取り刃表面が溶融塩の融点以上に維持されて溶融塩の凝固が防止され、陰極析出物の掻き取りを容易に行なうことができる。また陰極および掻き取り刃の加熱によって陰極析出物からの溶融塩の分離を促進することもできる。
The electrolytic purification apparatus of the present embodiment may also be configured to include a heating device that maintains the cathode surface and the cathode deposit scraping blade portion at a temperature equal to or higher than the melting point of the molten salt. FIG. 4 shows details of the contact portion between the
本実施の形態の電解精製装置はまた、陰極から掻き取り刃により分離した陰極析出物を回収するために、掻き取り刃後部にスロープを設け、スロープ表面に微振動を与える振動発生装置を具備する構成としてもよい。この構成を図4を用いて説明する。本実施の形態では掻き取り刃7により陰極5から分離された陰極析出物は陰極5の回転と共に掻き取り刃7の後方に押されて移動する。したがって掻き取り刃7の後方にスロープ19を設置することにより陰極5から分離回収された陰極析出物はスロープ19を介し電解容器2の外部に搬出回収される。スロープ後端部に回収容器を設ければ電解精製を停止することなく陰極析出物のみを連続的に回収することができる。またスロープ19には加熱装置17および超音波発振子18を設けることでスロープ19への陰極析出物の固着防止と共に積極的な陰極析出物の排出が可能となる。
The electrolytic purification apparatus of the present embodiment also includes a vibration generator that provides a slope at the rear part of the scraping blade and applies a slight vibration to the slope surface in order to collect the cathode deposit separated from the cathode by the scraping blade. It is good also as a structure. This configuration will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the cathode deposit separated from the
本実施の形態の使用済み核燃料の電解精製方法および装置によれば以下の効果が得られる。すなわち、これまでバッチ処理で行われていた溶融塩電解を用いた使用済み核燃料の乾式再処理を連続的に実施することができる。連続処理が可能になることにより、電解精製装置の停止時間が短縮され処理効率を向上することができる。また、陽極、陰極構造の改善により、使用済み核燃料の処理速度を向上することができる。それと同時に、陽極、陰極の連続使用が可能となり乾式再処理における廃棄物発生量を低減することができる。さらに、回収されたウラン、TRUへの溶融塩の同伴量を低減することが可能となり、電解精製後のウラン、TRUを処理するための蒸留工程等への負担が低減される。 According to the method and apparatus for electrolytic purification of spent nuclear fuel according to the present embodiment, the following effects can be obtained. That is, dry reprocessing of spent nuclear fuel using molten salt electrolysis, which has been performed in batch processing so far, can be continuously performed. By enabling continuous processing, the stop time of the electrolytic purification apparatus can be shortened and the processing efficiency can be improved. Moreover, the processing speed of spent nuclear fuel can be improved by improving the anode and cathode structures. At the same time, the anode and cathode can be used continuously, and the amount of waste generated in dry reprocessing can be reduced. Furthermore, the amount of molten salt accompanying the recovered uranium and TRU can be reduced, and the burden on the distillation process for treating uranium and TRU after electrolytic purification is reduced.
1…溶融塩、2…電解容器、3…電気炉、4…陽極、5…陰極、6…陰極回転装置、7…掻き取り刃、8…使用済み核燃料、9…陽極引上げ機構、10…電源回路、11…電流供給シャフト、12…アーム、13…電流供給シャフト回転装置、14…電流供給端子、15…攪拌羽根、16…発熱体、17…スロープ発熱体、18…超音波発振子、19…スロープ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
A plurality of cage-shaped or perforated container-shaped anodes containing spent nuclear fuel are immersed in a molten salt obtained by melting a salt at a high temperature, and are formed in a columnar shape or a cylindrical shape, and the lower portion is immersed in the molten salt. While rotating a cathode provided horizontally on the liquid surface of the molten salt around a central axis, a current is passed between the anode and the cathode through the molten salt, and energization to the plurality of anodes is shifted, thereby the cathode A method for electrolytically refining spent nuclear fuel, characterized in that a precipitate containing uranium and a transuranium element precipitated on the circumferential surface is scraped off with a scraping blade.
Priority Applications (1)
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