JP2005201765A - 固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単なプロセスで、固体状の核分裂生成物含有物からＴｃ，Ｍｏ，貴金属元素を分離する。
【解決手段】ＴｃとＭｏを含む固体状の核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温する第１の加熱工程Ｓ２１と、４５０℃〜６００℃の温度範囲でＴｃを酸化させて揮発させる酸化工程Ｓ２２と、揮発した酸化テクネチウムを捕捉するテクネチウム捕捉工程Ｓ２３と、酸化テクネチウムの揮発後に酸素雰囲気中で６５０℃以上に昇温しＭｏを酸化させて気化させる第２の加熱工程Ｓ２４と、気化した酸化モリブデンを捕捉するモリブデン捕捉工程Ｓ２５とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】ＴｃとＭｏを含む固体状の核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温する第１の加熱工程Ｓ２１と、４５０℃〜６００℃の温度範囲でＴｃを酸化させて揮発させる酸化工程Ｓ２２と、揮発した酸化テクネチウムを捕捉するテクネチウム捕捉工程Ｓ２３と、酸化テクネチウムの揮発後に酸素雰囲気中で６５０℃以上に昇温しＭｏを酸化させて気化させる第２の加熱工程Ｓ２４と、気化した酸化モリブデンを捕捉するモリブデン捕捉工程Ｓ２５とを備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法に関する。更に詳しくは、本発明は、原子力産業に係り、湿式法の再処理工場の溶解工程で発生する不溶解残渣または乾式再処理で発生する金属廃棄物の成分の分離・低毒性化に好適な固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法に関するものである。
なお、核分裂生成物含有物とは、核分裂生成物を含有する物を意味する。
使用済み核燃料の湿式再処理では、固体状の不溶解残渣が発生する。つまり、湿式の再処理では使用済み核燃料を酸または溶媒に溶解する際に溶け残りが出ることがあり、この溶け残りが不溶解残渣となる。この不溶解残渣は、液体状の高レベル放射性廃棄物と一緒にガラス固化されている。
また、研究段階の再処理方法として乾式再処理がある。この乾式処理では、固体状の金属廃棄物が発生する。例えば、金属電解法と呼ばれる乾式再処理では、使用済み核燃料中のウラン（Ｕ）やプルトニウム（Ｐｕ）を取り出す際に、使用済み核燃料に含まれる核分裂生成物（ＦＰ）等のうちジルコニウム（Ｚｒ），モリブデン（Ｍｏ），テクネチウム（Ｔｃ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）などの元素は、陽極に残ったりカドミウム（Ｃｄ）プール中に溶解・沈降する。Ｃｄプールが無い場合でもこれらの蓄積が問題にならない程度の頻度で、電解槽の底を物理的または化学的に攫って取り出す。Ｃｄプール中の物に関しては後に蒸留等の手段により取り出され、陽極に残った物は陽極とともに取り出されて、いずれも廃棄物（金属廃棄物）となる。さらに酸化物電解法と呼ばれる別方法の乾式再処理では、初めにＵと共に取り出したＭｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄなどの元素をＵと分離して廃棄物（金属廃棄物）にすることが検討されている。このように乾式再処理では金属廃棄物が発生するので、金属廃棄物の処理処分方法が検討されている。
「電気学会大学講座 基礎原子力工学」第５版、電気学会、１９９２年５月２０日、Ｐ．２４１−２４５
ところで、湿式再処理で発生する不溶解残渣や乾式再処理で発生する金属廃棄物には種々の核種が含まれている。例えばＴｃは半減期が比較的長いことから、ガラス固化する前に不溶解残渣から分離しておくことがより好ましい。また、Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属元素は有用金属として分離回収することがより好ましい。さらに、Ｍｏは貴金属元素の分離回収の障害になるので、その前に不溶解残渣や不溶解残渣から分離しておくことがより好ましい。しかも、簡単なプロセスで分離できることが望まれている。
本発明は、簡単なプロセスで、不溶解残渣や金属廃棄物等の固体状の核分裂生成物含有物からＴｃ，Ｍｏ，貴金属元素を分離することができる固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために本発明では、固体状の核分裂生成物含有物から、まず長期毒性が問題となるＴｃを単独で分離し、次に分量の多いＭｏをやはり単独で分離する。
固体状の核分裂生成物含有物が湿式再処理で発生した不溶解残渣である場合、ＴｃとＭｏを分離した不溶解残渣は基本的にＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈであるが、ＵやＰｕ等のアクチニド元素が少量混入する場合があり核物質の管理上の問題となり得る。そこでＴｃとＭｏを分離した不溶解残渣を不活性気流中で昇温してＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈを酸化物から金属に戻し、酸化物のまま残るアクチニド元素を酸に溶解することで液体として分離する。残った固相はＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈの混合物なので、既存の方法で元素分離を行って有用金属として利用することができる。
また、固体状の核分裂生成物含有物が乾式再処理で発生した金属廃棄物である場合、不溶解残渣とは異なり、この金属廃棄物にＵやＰｕが混入している可能性はほとんどないが、金属燃料の燃料マトリックスであるＺｒが残っている。したがって、ＴｃとＭｏを分離した金属廃棄物は基本的にＺｒ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈである。そこでＴｃとＭｏを分離した金属廃棄物を不活性気流中で昇温してＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈを酸化物から金属に戻した後、溶融塩／液体金属系に移送し、酸化物のまま残るＺｒを溶融塩に移行させて分離する。残った固相はＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈの混合物なので、既存の方法で元素分離を行って有用金属として利用することができる。
ここで、固体状の核分裂生成物含有物からのＴｃの単独分離は、核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温して、酸素ガスを流し、酸素ガスと共に流出する酸化テクネチウムＴｃ２Ｏ７を冷却トラップや化学トラップで捕捉することで達成される。
また、Ｍｏの単独分離は、Ｔｃを除去した残りを不活性雰囲気中で６５０℃以上に昇温して酸素ガスを流し、酸素ガスと共に流出する酸化モリブデンＭｏＯ３を冷却トラップや化学トラップで捕捉することで達成される。
Ｍｏを除去した核分裂生成物含有物を昇温したままで酸素ガスを絶ち不活性気流中で保持すると、貴金属元素であるＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈの主なものは金属へと還元されるがアクチニド元素（不溶解残渣の場合）やＺｒ（金属廃棄物の場合）は酸化物のままで残る。そこで対象が不溶解残渣である場合には、この残留物を酸に浸すとアクチニドの酸化物が溶解し、それ以外の元素は固体のまま残るので、固液分離を行えばＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈとアクチニドの分離を達成することができる。一方、対象が金属廃棄物の場合には、例えば塩化リチウム(ＬｉＣｌ)−塩化カリウム(ＫＣｌ)共晶塩が溶融した状態で底にＣｄをしいたところへこの残留物を入れると、Ｒｕ，Ｐｄ，ＲｈがＣｄに溶解・沈降し、Ｚｒの酸化物は溶融塩の側に移行するので、Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈを含むＣｄを取り出して蒸留等により分離すれば、Ｒｕ，Ｐｄ，ＲｈとＺｒの分離を達成することが出来る。
昇温の前に固体状の核分裂生成物含有物（不溶解残渣／金属廃棄物）に流す不活性ガスは、核分裂生成物含有物中のＲｕが昇温中に酸化されて揮発性の化合物ＲｕＯ４を形成し散逸することを防止する。
４５０〜６００℃に昇温した後に流す酸素ガスはＴｃ，Ｍｏ，Ｒｕの全量をそれぞれＴｃ２Ｏ７，ＭｏＯ３，ＲｕＯ２に転換し、アクチニド元素の全量を酸化物に転換し、さらにＲｈ，Ｐｄの一部または全部を酸化物に転換する。この温度で揮発性を有するのはＴｃ２Ｏ７のみなので、排気系に設けた冷却トラップまたは化学トラップがＴｃの捕集の機能をする。次に温度を６５０℃以上に上げるとＭｏＯ３の揮発が始まるので、Ｔｃを捕集したのと同様の新たなトラップが、Ｍｏの捕集の機能をする。Ｍｏの分離を終えた不溶解残渣にこの温度で流す不活性ガスは、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄの酸化物を分解して金属に戻す機能を有する。
対象が湿式再処理の不溶解残渣の場合、混入する可能性のあるアクチニド元素は不活性ガスを流しても酸化物のままで残る。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄの金属は硝酸に溶解しないが、アクチニドの酸化物は硝酸に溶解するので、この状態で温度を下げて不溶解残渣の残りを硝酸に浸し固液分離を行えば、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄをアクチニド元素から分離することができる。硝酸に溶解したアクチニド元素は湿式再処理の主工程へ戻すことが可能である。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄは相互分離するなどしてそれぞれ有用金属として利用することが出来る。
対象が乾式再処理の金属廃棄物の場合、不活性ガスを流しても燃料マトリックスであるＺｒが酸化物ＺｒＯ２のままで残る。ＺｒＯ２は比重が５〜６ｇ／cm３で液体Ｃｄ中には溶解しない。これに対しＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄはいずれも比重が約１２ｇ／cm３で液体Ｃｄ中に一定量が溶解すると考えられる。そこで例えばＬｉＣｌ−ＫＣｌといった共晶塩と液体Ｃｄ（比重約９ｇ／cm３）の二相を納めた容器にＺｒＯ２とＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈの混合物を入れれば、Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈは液体Ｃｄに溶解し、溶解しない部分が存在しても底に沈降する。これに対しＺｒＯ２は共晶塩と液体Ｃｄの界面の共晶塩の側に分布するので、二相を分離すればＺｒをＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈから分離することができる。液体Ｃｄ中のＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈは例えば蒸留などの方法でを取り出して相互分離するなどすれば有用金属として利用することが出来る。ＺｒＯ２と共晶塩の相分離には例えば濾過のような方法を用いることができる。
なお、Ｔｃ、Ｍｏ、貴金属元素の分離は、これらの全てを一連のプロセスで順番に分離するようにしても良いが、例えば分離する必要がない場合や、もともと核分裂生成物含有物に含まれていない場合等には、それぞれを単独に行っても良く、又は選択的に組み合わせて行っても良い。即ち、Ｔｃの分離のみでも良く、Ｍｏの分離のみでも良く、貴金属元素の分離のみでも良く、Ｔｃの分離とＭｏの分離を組み合わせて行っても良く、Ｔｃの分離と貴金属元素の分離を組み合わせて行っても良く、Ｍｏの分離と貴金属元素の分離を組み合わせて行っても良い。また、貴金属元素の分離として、例えばＲｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうちいずれか一の元素の分離を単独で行っても良く、いずれか二の元素又は全ての元素の分離を組み合わせて行っても良い。
即ち、請求項１記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、テクネチウムとモリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温する第１の加熱工程と、４５０℃〜６００℃の温度範囲でテクネチウムを酸化させて揮発させる酸化工程と、揮発した酸化テクネチウムを捕捉するテクネチウム捕捉工程と、酸化テクネチウムの揮発後に酸素雰囲気中で６５０℃以上に昇温しモリブデンを酸化させて気化させる第２の加熱工程と、気化した酸化モリブデンを捕捉するモリブデン捕捉工程とを備えるものである。
また、請求項２記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、核分裂生成物含有物は使用済み核燃料の再処理工程で生じた固体廃棄物であって貴金属元素を含むものであり、テクネチウムとモリブデンを分離した後、６５０℃以上の温度で酸素を遮断して酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元して回収するものである。
また、請求項３記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、使用済み核燃料の再処理工程は湿式再処理工程であり、固体廃棄物はアクチニドを含む不溶解残渣であり、酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、冷却して酸溶解し、溶解したアクチニドと不溶解の貴金属元素とを分離して回収するものである。
また、請求項４記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、使用済み核燃料の再処理工程は乾式再処理工程であり、固体廃棄物はジルコニウムを含む金属廃棄物であり、酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、溶融塩／液体金属系に移送し、溶融塩側に移行したジルコニウムと液体金属に移行した貴金属元素とを分離して回収するものである。
また、請求項５記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、請求項２から４のいずれか一つに記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法において、酸素を遮断する温度が９００℃以上であることを特徴とするものである。
また、請求項６記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、テクネチウムを含む固体状の核分裂生成物含有物を４５０℃以上に昇温して酸素を供給し、テクネチウムを酸化させて揮発させることで分離回収するものである。
また、請求項７記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、モリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を６５０℃以上に昇温して酸素を供給し、モリブデンを酸化させて気化させることで分離回収するものである。
また、請求項８記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、ロジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらロジウム以外の核種を分離した後、９００℃以上の温度で酸素を遮断し、酸素の供給で酸化したロジウムを金属に還元して回収するものである。
また、請求項９記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、パラジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらパラジウム以外の核種を分離した後、７００℃以上の温度で酸素を遮断し、酸素の供給で酸化したパラジウムを金属に還元して回収するものである。
さらに、請求項１０記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法は、ルテニウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらルテニウム以外の核種を分離した後、酸素の供給で酸化したＲｕＯ４を１０８℃以上の温度でＲｕＯ２又はＲｕに還元し、その後１０８℃未満の温度では酸素を遮断し、ルテニウムをＲｕＯ２又はＲｕの状態で残存させて回収するものである。
本発明によれば、固体状の核分裂生成物含有物からテクネチウムの分離を行うことができるので、テクネチウムの利用を図ることができると共に、残りの核分裂生成物含有物の長期毒性を低減することができる。例えば、固体状の核分裂生成物含有物が使用済み核燃料の固体廃棄物の場合には、高レベル廃棄物の長期毒性を低減することができる。また、廃棄すべき核分裂生成物含有物の量を減らすことができる。
また、本発明によれば、固体状の核分裂生成物含有物からモリブデンの分離を行うことができるので、モリブデンの利用を図ることができると共に、例えば固体状の核分裂生成物含有物が使用済み核燃料の固体廃棄物の場合には固体状の核分裂生成物含有物中に残る貴金属元素の分離を容易にすることができる。また、廃棄すべき核分裂生成物含有物の量を減らすことができる。
また、本発明によれば、固体状の核分裂生成物含有物に残る貴金属元素を回収できるので、例えば従来は高レベル廃棄物として廃棄するしかなかった使用済み核燃料中の貴金属元素を回収し有用金属として利用を図ることができる。例えば、従来、湿式再処理工程の遠心清澄機で分離された不溶解残渣をわざわざ高レベル廃液等に混合してガラス固化しているが、不溶解残渣中の貴金属元素を分離回収しておくことで、湿式再処理工程のガラス固化プロセスから貴金属元素を除外することができるため、高レベル廃棄物の固化が容易になる。また、廃棄すべき核分裂生成物含有物の量を減らすことができる。乾式再処理で生じる金属廃棄物についても同様である。
また、本発明によれば、湿式再処理工程で生じた不溶解残渣に含まれるアクチニドを分離回収できるので、アクチニドの有効利用を図ることができる。また、不溶解残渣に含まれるアクチニド、特にプルトニウムは量の把握が困難で核物質防護上の問題となる可能性があったが、本発明によれば、不溶解残渣からテクネチウム、モリブデン、貴金属元素の分離を行うことができるので、残りのアクチニドの計量が容易になる。また、廃棄すべき核分裂生成物含有物の量を減らすことができる。
また、本発明によれば、乾式再処理で生じた金属廃棄物に含まれるジルコニウムを分離回収できるので、ジルコニウムの有効利用を図ることができる。また、廃棄すべき核分裂生成物含有物の量を減らすことができる。
さらに、本発明では、加熱や酸化などの簡単なプロセスや操作で、核種分離を行うことができる。
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法（以下、単に核種分離方法という）の第１の実施形態を、図２にその核種分離方法を実施する核種分離装置の一例をそれぞれ示す。
核種分離方法は、テクネチウムとモリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温する第１の加熱工程Ｓ２１と、４５０℃〜６００℃の温度範囲でテクネチウムを酸化させて揮発させる酸化工程Ｓ２２と、揮発した酸化テクネチウムを捕捉するテクネチウム捕捉工程Ｓ２３と、酸化テクネチウムの揮発後に酸素雰囲気中で６５０℃以上に昇温しモリブデンを酸化させて気化させる第２の加熱工程Ｓ２４と、気化した酸化モリブデンを捕捉するモリブデン捕捉工程Ｓ２５とを備えている。ただし、テクネチウムとモリブデンを６５０℃以上に昇温して同時に揮発させ、装置内の温度差（４５０〜６００℃の部位と６５０℃以上の部位の差）を利用してテクネチウムとモリブデンを相互に分離することも可能である。本実施形態では、核分裂生成物含有物は使用済み核燃料の再処理工程で生じた固体廃棄物であって貴金属元素を含むものであり、テクネチウムとモリブデンを分離した後、６５０℃以上の温度で酸素を遮断して（ステップＳ２６）、酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元して回収する（ステップＳ２９）。また、使用済み核燃料の再処理工程は湿式再処理工程であり、固体廃棄物はアクチニドを含む不溶解残渣であり、酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、冷却して酸溶解し（ステップＳ２７）、溶解したアクチニドと不溶解の貴金属元素とを分離して回収する（ステップＳ２８、Ｓ２９）。
より詳細に説明すると、例えば図２の反応容器１の不溶解残渣入口２より不溶解残渣を装荷し、バルブ３，４を開けて不活性ガス入口５より不活性ガス例えばＡｒガスを反応容器１中に導入しながら、ヒーター６により反応容器１内の不溶解残渣の温度を４５０℃〜６００℃まで昇温する（ステップＳ２１）。反応容器１内の不溶解残渣の温度が４５０℃〜６００℃に達したらバルブ７を開けて酸素ガス入口８より酸素ガスを反応容器１中へと導入する（ステップＳ２２）。この際に反応容器１の排気系９の切替えバルブ１０はテクネチウムトラップ１１に接続しておく。酸素ガスの導入により不溶解残渣に含まれるテクネチウムが酸化し、Ｔｃ２Ｏ７となって揮発して排気系９からテクネチウムトラップ１１へと流出する。Ｔｃ２Ｏ７はテクネチウムトラップ１１によって捕捉される（ステップＳ２３）。
十分な時間が経過して不溶解残渣中のテクネチウムがすべて除去されたら、切替えバルブ１０をモリブデントラップ１２側に切り替えて、反応容器１を６５０℃以上に昇温する（ステップＳ２４）。これにより不溶解残渣中のモリブデンが酸化してＭｏＯ３となり、気化して排気系９より排出されてモリブデントラップ１２に移行する。ＭｏＯ３はモリブデントラップ１２によって捕捉される（ステップ２５）。
十分な時間が経過して不溶解残渣中のモリブデンがすべて除去されたら、バルブ７を閉じて酸素の供給を止め不活性ガスだけを供給する（ステップＳ２６）。これにより反応容器１中の部分的もしくは全体的に酸化していたＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの一部は金属に戻る。しかし同じ反応容器１中のアクチニドは酸化されたまま残る。
そこでヒーター６の電源を切り、不溶解残渣の残りが充分に冷えたならば反応容器１の下の残留物出口１３よりＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの金属及び酸化物とアクチニドの酸化物の混合物を取り出して溶解槽１４へ払い出す。溶解槽１４には硝酸を入れ、この硝酸にアクチニドの酸化物を溶解する（ステップＳ２７）。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄの金属及び酸化物は固体のまま溶け残る。そこで濾過装置を取り付けた溶解槽出口１５を開いてアクチニドの硝酸溶液を流し出し、残ったＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの金属及び酸化物を水で洗浄して取り出す（ステップＳ２９）。
なお、溶解条件によりＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの酸化物のいずれかが酸に溶解する場合には、当該酸化物を金属に還元しておくことで硝酸によって溶解されないようにしておき、アクチニドとの分離を行う。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄの酸化物を還元する方法としては、例えば９００℃以上の温度で酸素を遮断することで、酸化したＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄを金属に還元する方法が考えられる。
なお、ステップＳ２７において、不溶解残渣は、溶解槽１４の材質、硝酸の濃度等のパラメータによって決定される温度まで冷却する。例えば室温〜１００℃程度の温度に冷却する。
このようにして分離した製品のうちテクネチウムは保管貯蔵か独自の廃棄体または核変換などの工程へと払い出す。モリブデンは廃棄物固化プロセスに回す。アクチニドの硝酸溶液は例えばＰｕｒｅｘプロセス（湿式再処理）の主工程へ戻す（ステップＳ２８）。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄはさらに、例えば溶媒抽出法などによる元素分離を行って有用金属としての利用を図る（ステップＳ２９）。
このように、昇温、酸化などの簡単なプロセスや操作でＴｃ、Ｍｏ、貴金属元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ）、アクチニドを分離することができる。しかも酸化した貴金属元素の多くを還元して分離回収することができる。
なお、上述の説明では、ステップＳ２４において６５０℃以上に昇温し、この温度でステップＳ２６において酸素を遮断するようにしているが、ステップＳ２６において酸素を遮断する温度を９００℃以上としても良い。即ち、６５０℃以上の温度でＭｏＯ３を揮発分離した後、温度を９００℃以上に上げてから酸素を遮断するようにしても良く、又はステップＳ２４において温度を９００℃以上に上げてＭｏＯ３の揮発分離を行い、この温度を維持しながらステップＳ２６において酸素を遮断しても良い。９００℃以上で酸素を遮断することで、ステップＳ２２の酸素の供給によって酸化したＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄを金属に還元することができ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄの全てを金属の状態で回収することができる（ステップＳ２９）。
次に、本発明の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法の第２の実施形態について、図３及び図４に基づいて説明する。なお、ステップ２６までは共通であり、共通部分の説明は省略する。
第１の実施形態では湿式再処理の不溶解残渣を対象にしていたのに対し、第２の実施形態では乾式再処理の金属廃棄物を対象にしている。即ち、本実施形態では、使用済み核燃料の再処理工程は乾式再処理工程であり、固体廃棄物はジルコニウムを含む金属廃棄物であり、酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、溶融塩／液体金属系に移送し（ステップＳ３１）、溶融塩側に移行したジルコニウムと液体金属に移行した貴金属元素とを分離して回収する（ステップＳ３２、Ｓ２９）。
なお、乾式再処理は例えば金属燃料を対象しており、乾式再処理で生じる金属廃棄物には金属燃料の燃料マトリックスであるジルコニウムが含まれている。即ち、湿式再処理の不溶解残渣と異なり、乾式再処理の金属廃棄物にはジルコニウムが含まれている。一方、処理プロセスの相違より、不溶解残渣にはアクチニドが残るか又はその可能性があるが、金属廃棄物にはアクチニドは殆ど残らない。
例えば図４の反応容器１の金属廃棄物入口２より金属廃棄物を装荷し、バルブ３，４を開けて不活性ガス入口５より不活性ガス例えばＡｒガスを反応容器１中に導入しながら、ヒーター６により反応容器１内の金属廃棄物の温度を４５０℃〜６００℃まで昇温する（ステップＳ２１）。反応容器１内の金属廃棄物の温度が４５０℃〜６００℃に達したらバルブ７を開けて酸素ガス入口８より酸素ガスを反応容器１中へと導入する（ステップＳ２２）。この際に反応容器１の排気系９の切替えバルブ１０はテクネチウムトラップ１１に接続しておく。酸素ガスの導入により金属廃棄物に含まれるテクネチウムが酸化し、Ｔｃ２Ｏ７となって揮発して排気系９からテクネチウムトラップ１１へと流出する。Ｔｃ２Ｏ７はテクネチウムトラップ１１によって捕捉される（ステップＳ２３）。
十分な時間が経過して金属廃棄物中のテクネチウムがすべて除去されたら、切替えバルブ１０をモリブデントラップ１２側に切り替えて、反応容器１を６５０℃以上に昇温する（ステップＳ２４）。これにより金属廃棄物中のモリブデンが酸化してＭｏＯ３となり、気化して排気系９より排出されてモリブデントラップ１２に移行する。ＭｏＯ３はモリブデントラップ１２によって捕捉される（ステップ２５）。
十分な時間が経過して金属廃棄物中のモリブデンがすべて除去されたら、バルブ７を閉じて酸素の供給を止め不活性ガスだけを供給する（ステップＳ２６）。これにより反応容器１中の部分的もしくは全体的に酸化していたＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの一部は金属に戻る。しかし同じ反応容器１中のＺｒは酸化されたまま残る。
次に、反応容器１の下の残留物出口１３よりＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄの金属及び酸化物とＺｒの酸化物の混合物（金属廃棄物の残り）を取り出して抽出器１６へ払い出す（ステップＳ３１）。抽出器１６には、例えばＬｉＣｌ−ＫＣＬといった共晶塩と液体Ｃｄ（比重約９ｇ／ｃｍ３）の二層が納められており、Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ（いずれも比重が約１２ｇ／cm３）は液体Ｃｄに溶解し、溶解しない部分が存在しても底に沈降する。これに対しＺｒＯ２は比重が５〜６ｇ／cm３で液体Ｃｄ中には溶解せず、共晶塩と液体Ｃｄの界面の共晶塩の側に分布する。このため、二相を分離すればＺｒをＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈから分離することができる。液体Ｃｄ中のＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈは例えば蒸留などの方法でを取り出して相互分離するなどすれば有用金属として利用することが出来る（ステップＳ２９）。ＺｒＯ２と共晶塩の相分離には例えば濾過のような方法を用いる。なお、上記共晶塩は、共晶していない塩で代用しても良い。
このようにして分離した製品のうちテクネチウムは保管貯蔵か独自の廃棄体または核変換などの工程へと払い出す。モリブデンは廃棄物固化プロセスに回す。Ｚｒは廃棄する（ステップＳ３２）。Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄはさらに、一般的な元素分離を行って有用金属としての利用を図る（ステップＳ２９）。
このように、昇温、酸化などの簡単なプロセスや操作でＴｃ、Ｍｏ、貴金属元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ）、Ｚｒを分離することができる。しかも酸化した貴金属元素の多くを還元して分離回収することができる。
このように、本発明では、使用済み核燃料の再処理工程で発生する固体廃棄物について核種分離を行うことができるので、処分する高レベル放射性廃棄物の量を減らすことができると共に、分離した核種の有効利用を図ることができる。
また、Ｔｃは長寿命の放射性核種であるが、再処理工程で発生する固体廃棄物からＴｃを分離することで、固体廃棄物に含まれる長寿命放射性核種を減らすことができ、高レベル放射性廃棄物としての固体廃棄物の処理処分や管理を容易にすることができる。
また、Ｍｏは再処理工程で発生する固体廃棄物中に比較的多く含まれているが、固体廃棄物からＭｏを分離することで、後に行う貴金属元素の分離回収を容易にすることができる。
また、再処理工程で発生する固体廃棄物から貴金属元素を分離回収できるので、例えば残りの廃棄物をガラス固化する場合に金属を含まない状態でその処理を行うことができるので、その処理を容易にすることができる。
また、湿式再処理の不溶解残渣については、不溶解残渣に残っていたアクチニドを分離回収できるので、不溶解残渣に残っていた放射性核種を減らすことができ、不溶解残渣の処理処分や管理を容易にすることができると共に、核資源の有効活用を図ることができる。
さらに、乾式再処理の金属廃棄物については、金属廃棄物に残っていたジルコニウムを分離回収できるので、高レベル放射性廃棄物の量を減らすことができると共に、分離した核種（ジルコニウム）の有効利用を図ることができる。
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、Ｔｃ、Ｍｏ、アクチニド、貴金属元素の分離（図１）、Ｔｃ、Ｍｏ、Ｚｒ、貴金属元素の分離（図３）を一連のプロセスで連続して順番に行っていたが、一部の核種の分離のみを行うようにしても良い。例えば、Ｍｏの分離が不要な場合や対象とする核分裂生成物含有物にＭｏが含まれていない場合等には、Ｍｏの分離は行わなくても良い。Ｔｃ、アクチニド、貴金属元素、Ｚｒについても同様である。また、貴金属元素の分離としては、例えばＲｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうちいずれか一の元素の分離を単独で行っても良く、いずれか二の元素又は全ての元素の分離を組み合わせて行っても良い。
例えば、テクネチウムの分離のみを行う場合には、テクネチウムを含む固体状の核分裂生成物含有物を４５０℃以上に昇温して酸素を供給し、テクネチウムを酸化させて揮発させることで分離回収すれば良い。本願発明者らは、ＴｃとＲｅとが酸化と揮発の挙動がよく似ていることを利用し、Ｒｅを使用して試験を繰り返し行った結果、Ｒｅ（即ちＴｃ）が４５０℃以上で実用的な速度で揮発することを新たに知見し、当該発明をするに至ったものである。なお、その際、核分裂生成物含有物にルテニウムが含まれている場合には、核分裂生成物含有物の昇温は、少なくとも１０８℃までは不活性雰囲気中で行うようにすることが好ましい。１０８℃未満の温度では、酸素を供給しなければ不安定で揮発するＲｕＯ４の発生を防止することができ、たとえ核分裂生成物含有物にルテニウムが含まれていたとしてもテクネチウムを単独で分離回収することができるからである。ただし、核分裂生成物含有物にルテニウムが含まれていない場合や、テクネチウムにルテニウムの混入が許される場合等には、１０８℃までの昇温を酸素雰囲気中で行っても良い。
また、モリブデンの分離のみを行う場合には、モリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を６５０℃以上に昇温して酸素を供給し、モリブデンを酸化させて気化させることで分離回収すれば良い。本願発明者らは、試験を繰り返し行った結果、Ｍｏが６５０℃以上で実用的な速度で揮発することを新たに知見し、当該発明をするに至ったものである。なお、核分裂生成物含有物にルテニウムが含まれている場合には、核分裂生成物含有物の昇温は、少なくとも１０８℃までは不活性雰囲気中で行うようにすることが好ましいことはＴｃの分離の場合と同様である。
また、貴金属元素のうちロジウムの分離のみを行う場合、即ち、ロジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらロジウム以外の核種（例えばＴｃやＭｏ）を分離した後、９００℃以上の温度で酸素を遮断し、酸素の供給で酸化したロジウムを金属に還元して回収するようにしても良い。本願発明者らは、試験を繰り返し行った結果、酸化ロジウムは約９００℃以上で酸素を断つと即ち不活性ガス雰囲気にすると金属に還元されることを新たに知見し、当該発明をするに至ったものである。
また、貴金属元素のうちパラジウムの分離のみを行う場合、即ち、パラジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらパラジウム以外の核種（例えばＴｃやＭｏ）を分離した後、７００℃以上の温度で酸素を遮断し、酸素の供給で酸化したパラジウムを金属に還元して回収するようにしても良い。本願発明者らは、試験を繰り返し行った結果、酸化パラジウムは約７００℃以上で酸素を断つと即ち不活性ガス雰囲気にすると金属に還元されることを新たに知見し、当該発明をするに至ったものである。
また、貴金属元素のうち、ルテニウムの分離のみを行う場合、即ち、ルテニウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながらルテニウム以外の核種（例えばＴｃやＭｏ）を分離した後、酸素の供給で酸化したＲｕＯ４を１０８℃以上の温度でＲｕＯ２又はＲｕに還元し、その後１０８℃未満の温度では酸素を遮断し、ルテニウムをＲｕＯ２又はＲｕの状態で残存させて回収するようにしても良い。
さらに、上述の説明では、固体状の核分裂生成物含有物が使用済み核燃料の再処理工程で生じた固体廃棄物であったが、再処理工程で生じた固体廃棄物以外の核分裂生成物含有物、例えば使用済みの放射線源等に適用しても良い。
試験を行い、以下の新たな知見を得た。即ち、テクネチウムの模擬物資であるレニウムが揮発する条件を示した。またテクネチウムは揮発するがモリブデンが揮発しない条件と、モリブデンも揮発する条件をそれぞれ示した。それらの条件におけるロジウムとパラジウムの酸化還元挙動を示し、これらの元素が揮発しないことを示した。またルテニウムが揮発せず最終的に金属で存在することも示した。
（１．試験の一般的な方法と試料）
熱分析装置による酸化／還元挙動の観察試験と、ガラス製カラムを用いた反応／揮発の試験の２種類の試験を必要に応じて行った。
熱分析装置による酸化／還元挙動の観察試験と、ガラス製カラムを用いた反応／揮発の試験の２種類の試験を必要に応じて行った。
熱分析装置による観察試験では１試験あたり約３０mｇの金属粉末をアルミナ製のパンに乗せて装荷してアルゴンガスを流し、温度の変化と酸素の有無をパラメータとして、酸化による重量の増加と酸素の放出による重量の減少および酸化物の揮発による重量の減少を観察した。熱分析で生成した試料の一部はＸ線回折（ＸＲＤ）装置により分析した。
ガラス製カラムの概略を図５に示す。図５中符号１７はガス入口、符号１８は試料、負号１９はコールドトラップである。試料１８として試験の対象となる貴金属の単体、混合物または合金の約１ｇをカラムの底に予め装荷した。電気炉中でカラムを昇温しアルゴン（Ａｒ）またはＡｒと酸素の混合ガスをガス入口１７から流した。試料１８と接触したガスは、電気炉の外に配置されてファンで冷却されるコールドトラップ１９を通り、さらにコールドトラップ１９で捕集できなかった揮発物を捕集するために「硝酸」「水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の水溶液」および「水で２倍に希釈した濃塩酸にエタノールを混ぜた溶液」の３段階の「化学トラップ」を経てドラフトへと放出された。カラムの底に残った試料１８と各トラップで捕集された物質はプラズマ発光分析装置（ＩＣＰ、Induced Coupled Plasma）で定量し、必要に応じてＸＲＤによる同定を行った。
貴金属ＦＰ（核分裂生成物）は非放射性物質で代用し、非放射性同位体の存在しないテクネチウム（Ｔｃ）に関しては酸化と揮発の挙動が良く似ているとされるレニウム（Ｒｅ）で代用した。ＴｃとＲｅは何れも室温で酸素と共存するとVII価の酸化物Ｍ２Ｏ７（ＭはＴｃまたはＲｅ）を形成し、また２５０℃以上では熱力学的に気体で存在する。このため本発明の検証としてはレニウムの利用で十分である考えた。またＴｃとモリブデン（Ｍｏ）を除去した残りの不溶解残渣中に含まれるアクチニド元素の酸化に関しては、アクチニド元素の酸化物が非常に安定であることから検証の必要はないと考えた。
（２．Ｒｅの酸化と揮発の挙動）
幾つかの条件でガラス製カラムでの試験を終えた後のＲｅの分布を表１に示した。表１の１段目の結果でガラス製カラム内に固体が６．４％残留しているのは、試験時間（反応時間）が足りなかった為であると考えた。また、２段目の結果でガラス製カラム内の残留量が４２．１％と極めて多いのは、試験温度（反応時間）が低すぎたからであると考えた。３段目の結果で試験時間が長いにもかかわらず残留量が２０．０％と多いのは、Ａｒの流量が多く、Ｏ２の流量が少なすぎたからであると考えた。これらの結果より、試験温度、試験時間、Ｏ２の流量がパラメータになると考えた。即ち、表中最下段（４段目）のように十分な反応時間と反応温度および酸素が存在すれば、レニウムはほぼ全量が揮発してトラップへと移行することが示された。これにより、４５０℃以上に昇温させてレニウムを酸化させることで、レニウムを実用的な速度で揮発させて分離回収できることが確認された。
幾つかの条件でガラス製カラムでの試験を終えた後のＲｅの分布を表１に示した。表１の１段目の結果でガラス製カラム内に固体が６．４％残留しているのは、試験時間（反応時間）が足りなかった為であると考えた。また、２段目の結果でガラス製カラム内の残留量が４２．１％と極めて多いのは、試験温度（反応時間）が低すぎたからであると考えた。３段目の結果で試験時間が長いにもかかわらず残留量が２０．０％と多いのは、Ａｒの流量が多く、Ｏ２の流量が少なすぎたからであると考えた。これらの結果より、試験温度、試験時間、Ｏ２の流量がパラメータになると考えた。即ち、表中最下段（４段目）のように十分な反応時間と反応温度および酸素が存在すれば、レニウムはほぼ全量が揮発してトラップへと移行することが示された。これにより、４５０℃以上に昇温させてレニウムを酸化させることで、レニウムを実用的な速度で揮発させて分離回収できることが確認された。
なお表１とは別に事前に行った予備試験では、「温度：３５０℃、Ａｒガスの流量：０．３Ｌ／分、酸素ガスの流量：０．１Ｌ／分、時間：１時間」の条件ではＲｅの酸化率が約２３％にとどまり揮発もほとんど見られないこと、この温度と酸素分圧で時間だけを長くしても高い酸化率は得られないことなどが示されている。
（３．Ｍｏの酸化と揮発の挙動）
Ｍｏの酸化と揮発の挙動はまず熱分析装置を用いて調べられた。熱分析ではＡｒを０．１５Ｌ／分で、酸素を０．１０Ｌ／分で流しながら徐々に昇温して酸化の著しくなる温度と揮発の著しくなる温度および酸素を絶った場合の挙動を調べた。結果を図６（Ａ）（Ｂ）に示す。
Ｍｏの酸化と揮発の挙動はまず熱分析装置を用いて調べられた。熱分析ではＡｒを０．１５Ｌ／分で、酸素を０．１０Ｌ／分で流しながら徐々に昇温して酸化の著しくなる温度と揮発の著しくなる温度および酸素を絶った場合の挙動を調べた。結果を図６（Ａ）（Ｂ）に示す。
まず図６（Ａ）から、Ｍｏの酸化による重量増加が低い温度から始まり特に４００〜４５０℃以上で著しいことが示された。さらに温度が高くなるとＭｏＯ３の揮発による重量減少が見られ始めた。この様子を拡大したのが図６（Ｂ）である。これらの結果からＭｏＯ３の揮発がおおよそ６５０℃以上で顕著になることが示された。
従ってＲｅ（即ちＴｃ）とＭｏを分離するためには、まず４５０℃〜５５０℃でＲｅを揮発させ、Ｒｅの揮発が終了した後で６５０℃以上に昇温してＭｏを揮発させれば良いことが示された。図６（Ａ）に示す↓では温度約５００℃で酸素の供給を絶っているが、これに伴う重量減少は見られず、この温度で酸素がなくてもＭｏＯ３は安定で分解されないことが示された。
つまり、Ｍｏの分離のみについては、６５０℃以上に昇温させてＭｏを酸化させることでＭｏＯ３を実用的な速度で気化させて分離できることが確認された。また、Ｒｅ（即ちＴｃ）とＭｏの分離については、まず４５０℃〜５５０℃でＲｅを揮発させ、Ｒｅの揮発が終了した後で６５０℃以上に昇温してＭｏを揮発させれば良いことが確認された。
（４．Ｒｈの酸化と還元の挙動）
Ｒｈ単体の試験は熱分析装置を用いて行った。２回の試験の結果を図７（Ａ）（Ｂ）に示す。図７（Ａ）に示した試験では昇温の開始前から降温終了までの間、常に０．２Ｌ／分の流量のＡｒと０．１Ｌ／分の酸素を流していた。Ｒｈは温度が約６００℃から酸化し始めた。Ｒｈの酸化物としてはIII価のＲｈ２Ｏ３のみが安定であるとされており、この前提に立つと降温を開始した時点の酸化率は約４５％で、Ｒｈは一部が酸化され一部が金属で残っていると考えられた。
Ｒｈ単体の試験は熱分析装置を用いて行った。２回の試験の結果を図７（Ａ）（Ｂ）に示す。図７（Ａ）に示した試験では昇温の開始前から降温終了までの間、常に０．２Ｌ／分の流量のＡｒと０．１Ｌ／分の酸素を流していた。Ｒｈは温度が約６００℃から酸化し始めた。Ｒｈの酸化物としてはIII価のＲｈ２Ｏ３のみが安定であるとされており、この前提に立つと降温を開始した時点の酸化率は約４５％で、Ｒｈは一部が酸化され一部が金属で残っていると考えられた。
これに対し図７（Ｂ）に示した試験では、前述の試験と同様にＡｒと酸素を流しながら昇温したあと降温する前に、図７（Ｂ）中に矢印で示した時点で酸素を流すのを止めてＡｒのみを流している。酸素を止めた時点で重量が減少に転じているのは、生成したＲｈ２Ｏ３が分解されて酸素を放出した結果であると考えられた。
図７（Ａ）の試験の後に残った試料をＸＲＤで観察した回折パターンを図８に示した。この図からも、Ｒｈ金属にＡｒと酸素を流しながら１０００℃まで昇温した試料にはＲｈ金属とＲｈ２Ｏ３が含まれることが確認された。なおＲｈについては後述の追加試験を行った。
（５．Ｐｄの酸化と還元の挙動）
Ｐｄ単体の試験は熱分析装置を用いて行った。２回の試験の結果を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）に示した試験では昇温の開始前から降温終了までの間、常に０．２Ｌ／分の流量のＡｒと０．１Ｌ／分の酸素を流していた。Ｐｄも約６００℃から酸化し始めた。Ｐｄの酸化物としてはII価のＰｄＯのみが安定であるとされているが、この前提に立つと重量が最大になった際の酸化率は約３０％で、Ｐｄは一部が酸化され一部が金属で残っていると考えられた。しかしその後、温度が８００℃を上回ると重量は急に減少に転じ、数分のうちには原料金属と同じ重量まで低下した。重量減少が原料の重さに達すると同時に終わり以後は定常であったことから、この重量減少は生成した酸化物などの揮発によるものではなく、ＰｄＯが高温で不安定になってＰｄとＯ２に分解されたものであると考えられた。
Ｐｄ単体の試験は熱分析装置を用いて行った。２回の試験の結果を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。図９（Ａ）に示した試験では昇温の開始前から降温終了までの間、常に０．２Ｌ／分の流量のＡｒと０．１Ｌ／分の酸素を流していた。Ｐｄも約６００℃から酸化し始めた。Ｐｄの酸化物としてはII価のＰｄＯのみが安定であるとされているが、この前提に立つと重量が最大になった際の酸化率は約３０％で、Ｐｄは一部が酸化され一部が金属で残っていると考えられた。しかしその後、温度が８００℃を上回ると重量は急に減少に転じ、数分のうちには原料金属と同じ重量まで低下した。重量減少が原料の重さに達すると同時に終わり以後は定常であったことから、この重量減少は生成した酸化物などの揮発によるものではなく、ＰｄＯが高温で不安定になってＰｄとＯ２に分解されたものであると考えられた。
これを受けて生成物の分解が起こらない温度で試験を行った結果が図９（Ｂ）である。この試験では最高温度を約７５０℃としたため、ＰｄＯの分解が起こらないままで酸化率が３９％に達したが、以後の酸化は遅かった。この試験では次にこの７５０℃を維持したまま図中の矢印の時点で酸素の供給を止めてＡｒのみを流した。この結果、酸素の欠如によるＰｄＯの分解が起こって重量が減少し、原料の重量に戻った。なおＰｄについては後述の追加試験を行った。
（６．Ｒｕの酸化還元と揮発の挙動）
Ｒｕの挙動はＲｅと共にガラス製カラムに装荷した試験を行って調べた。試験では５２５ｍｇのＲｕ金属と５００ｍｇのＲｅ金属の粉末をガラスカラムに装荷してまずＡｒを０．１５Ｌ／分で流しながら４５０℃まで昇温し、定常に達してから０．１Ｌ／分で酸素ガスを流した。この後６時間のあいだ酸素ガスを流しながら４５０℃に保持し、６時間後に酸素を流すのをやめて同時に降温を開始した。冷却後に調べたところ装荷したＲｅは９８％が揮発してトラップに捕捉されていることが分かった。一方で反応容器の中には５４９ｍｇの固体が残っていた。この固体のＸＲＤ観察の結果を図１０に示す。
Ｒｕの挙動はＲｅと共にガラス製カラムに装荷した試験を行って調べた。試験では５２５ｍｇのＲｕ金属と５００ｍｇのＲｅ金属の粉末をガラスカラムに装荷してまずＡｒを０．１５Ｌ／分で流しながら４５０℃まで昇温し、定常に達してから０．１Ｌ／分で酸素ガスを流した。この後６時間のあいだ酸素ガスを流しながら４５０℃に保持し、６時間後に酸素を流すのをやめて同時に降温を開始した。冷却後に調べたところ装荷したＲｅは９８％が揮発してトラップに捕捉されていることが分かった。一方で反応容器の中には５４９ｍｇの固体が残っていた。この固体のＸＲＤ観察の結果を図１０に示す。
この図から底に残っていたＲｕが主として金属であったことが分かった。またＲｅを捕捉したトラップの分析ではＲｕは殆ど検出されなかった。反応容器底にあった固体の重量が装荷したＲｕとほぼ一致し若干これよりも多かったこと、Ｒｅはほぼ全量が揮発したこと、トラップでＲｕが検出されなかったこと、および図１０のＸＲＤパターンから、Ｒｕは僅かに酸化されながら揮発せずに反応容器中に残留したものと考えられた。なおＲｕのIV価の酸化物ＲｕＯ２は、上述の通り、高温での酸化と酸素の欠如による還元が示されたＲｈ２Ｏ３，ＰｄＯよりも酸化物の生成自由エネルギーが小さく酸化物がより安定である。このことからＲｕについても酸素を流している間は一部が酸化物（ＲｕＯ２）になっていたものと推測される。一方、Ｒｕの酸化物ＲｕＯ４は揮発性を有していることが知られている。。これらより、ＲｕがＲｕＯ２又はＲｕ金属であれば揮発させずに残存させて回収できるとの知見を得た。また、酸化物ＲｕＯ４は１０８℃以上では不安定であり、ＲｕＯ２又はＲｕ金属に還元される。したがって、Ｒｕの分離については、１０８℃以上にすることでＲｕＯ４を不安定にしてＲｕＯ２又はＲｕ金属に還元し、その後、１０８℃未満で酸素を供給しなければ揮発性を有するＲｕＯ４の発生を防ぐことができ、Ｒｕを残存させて回収できるとの知見を得た。即ち、酸素の供給で酸化したＲｕＯ４を１０８℃以上の温度でＲｕＯ２又はＲｕに還元し、その後１０８℃未満の温度では酸素を遮断し、ルテニウムをＲｕＯ２又はＲｕの状態で残存させて回収できるとの知見を得た。
また、ＲｈとＰｄについて、追加の試験を行った。
（Ｒｈの追加試験と結果）
試験は熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ）に金属Ｒｈの粉を４５．３ｍｇ装荷して、まず０．１５Ｌ／分のＡｒガスと０．１Ｌ／分の酸素ガスを流しながら昇温し、酸化があるていど進行したところでガスを流したまま降温することで酸化物を得た。温度は約３０分で１０００℃まで昇温し、この温度で６０分間保持したのち降温した。この際の経過時間に対する温度と重量の変化を図１１（Ａ）に示す。Ｒｈは全量がＲｈ２Ｏ３になった場合を１００％とする「酸化率」が約４３％になった。
試験は熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ）に金属Ｒｈの粉を４５．３ｍｇ装荷して、まず０．１５Ｌ／分のＡｒガスと０．１Ｌ／分の酸素ガスを流しながら昇温し、酸化があるていど進行したところでガスを流したまま降温することで酸化物を得た。温度は約３０分で１０００℃まで昇温し、この温度で６０分間保持したのち降温した。この際の経過時間に対する温度と重量の変化を図１１（Ａ）に示す。Ｒｈは全量がＲｈ２Ｏ３になった場合を１００％とする「酸化率」が約４３％になった。
試料が十分に冷えた後に酸素ガスを止めてＡｒのみを流し続け、再び昇温した際の時間に対する温度と重量の変化を図１１（Ｂ）に示す。酸素ガスを止めてもすぐには重量は減少せず、即ち酸素気流中でＲｈ２Ｏ３となったＲｈは酸化物のままで存在した。しかし温度が約９００℃に達すると重量が急に減少し始めた。Ｒｈの融点は１９７０℃、Ｒｈ２Ｏ３の空気中における分解温度は１１００℃とされておりＲｈが揮発する理由がないこと、また減少後に定常になった際の重量が原料金属の重量とほぼ一致したことから、重量の減少は酸素の解離に伴うＲｈの還元が理由と考えられた。以上からＲｈ２Ｏ３がＡｒ中で還元される温度は９００℃であることが示された。
これにより、９００℃以上の温度で酸素を遮断し即ち不活性ガス雰囲気にし、酸化ロジウムを金属に還元して回収できることを確認できた。
（Ｐｄの追加試験と結果）
試験は熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ）に金属Ｐｄの粉を４６．９ｍｇ装荷して、まず０．１５Ｌ／分のＡｒガスと０．１Ｌ／分の酸素ガスを流しながら昇温し、酸化があるていど進行したところでガスを流したまま降温することで酸化物を得た。温度は約２５分で７５０℃まで昇温し、この温度で６０分間保持したのち降温した。この際の経過時間に対する温度と重量の変化を図１２（Ａ）に示す。Ｐｄは全量がＰｄＯになった場合を１００％とする「酸化率」が約３２％になった。
試験は熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ）に金属Ｐｄの粉を４６．９ｍｇ装荷して、まず０．１５Ｌ／分のＡｒガスと０．１Ｌ／分の酸素ガスを流しながら昇温し、酸化があるていど進行したところでガスを流したまま降温することで酸化物を得た。温度は約２５分で７５０℃まで昇温し、この温度で６０分間保持したのち降温した。この際の経過時間に対する温度と重量の変化を図１２（Ａ）に示す。Ｐｄは全量がＰｄＯになった場合を１００％とする「酸化率」が約３２％になった。
試料が十分に冷えた後に酸素ガスを止めてＡｒのみを流し続け、再び昇温した際の時間に対する温度と重量の変化を図１２（Ｂ）に示す。酸素ガスを止めてもすぐには重量は減少せず、即ち酸素気流中でＰｄＯとなったＰｄは酸化物のままで存在した。しかし温度が約７００℃に達すると重量が急に減少し始めた。Ｐｄの融点は１５５２℃、ＰｄＯは空気中約７００℃まで安定であること、また減少後に定常になった際の重量が原料金属の重量とほぼ一致したことから、重量の減少は酸素の解離に伴うＰｄの還元が理由と考えられた。以上からＰｄＯがＡｒ中で還元される温度は７００℃であることが示された。
これにより、７００℃以上の温度で酸素を遮断し即ち不活性ガス雰囲気にし、酸化パラジウムを金属に還元して回収できることを確認できた。
Ｓ２１ 第１の加熱工程
Ｓ２２ 酸化工程
Ｓ２３ テクネチウム捕捉工程
Ｓ２４ 第２の加熱工程
Ｓ２５ モリブデン捕捉工程
Ｓ２２ 酸化工程
Ｓ２３ テクネチウム捕捉工程
Ｓ２４ 第２の加熱工程
Ｓ２５ モリブデン捕捉工程
Claims (10)
- テクネチウムとモリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を不活性雰囲気中で４５０℃〜６００℃に昇温する第１の加熱工程と、４５０℃〜６００℃の温度範囲で前記テクネチウムを酸化させて揮発させる酸化工程と、揮発した酸化テクネチウムを捕捉するテクネチウム捕捉工程と、酸化テクネチウムの揮発後に酸素雰囲気中で６５０℃以上に昇温し前記モリブデンを酸化させて気化させる第２の加熱工程と、気化した酸化モリブデンを捕捉するモリブデン捕捉工程とを備えることを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- 前記核分裂生成物含有物は使用済み核燃料の再処理工程で生じた固体廃棄物であって貴金属元素を含むものであり、前記テクネチウムと前記モリブデンを分離した後、前記６５０℃以上の温度で酸素を遮断して酸化していた前記貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元して回収することを特徴とする請求項１記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- 前記使用済み核燃料の再処理工程は湿式再処理工程であり、前記固体廃棄物はアクチニドを含む不溶解残渣であり、前記酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、冷却して酸溶解し、溶解した前記アクチニドと不溶解の前記貴金属元素とを分離して回収することを特徴とする請求項２記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- 前記使用済み核燃料の再処理工程は乾式再処理工程であり、前記固体廃棄物はジルコニウムを含む金属廃棄物であり、前記酸化していた貴金属元素の少なくとも一部を金属に還元した後、溶融塩／液体金属系に移送し、前記溶融塩側に移行した前記ジルコニウムと前記液体金属に移行した前記貴金属元素とを分離して回収することを特徴とする請求項２記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- 前記酸素を遮断する温度は９００℃以上であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- テクネチウムを含む固体状の核分裂生成物含有物を４５０℃以上に昇温して酸素を供給し、前記テクネチウムを酸化させて揮発させることで分離回収することを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- モリブデンを含む固体状の核分裂生成物含有物を６５０℃以上に昇温して酸素を供給し、前記モリブデンを酸化させて気化させることで分離回収することを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- ロジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながら前記ロジウム以外の核種を分離した後、９００℃以上の温度で酸素を遮断し、前記酸素の供給で酸化したロジウムを金属に還元して回収することを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- パラジウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながら前記パラジウム以外の核種を分離した後、７００℃以上の温度で酸素を遮断し、前記酸素の供給で酸化したパラジウムを金属に還元して回収することを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
- ルテニウムを含む固体状の核分裂生成物含有物に酸素を供給しながら前記ルテニウム以外の核種を分離した後、前記酸素の供給で酸化したＲｕＯ４を１０８℃以上の温度でＲｕＯ２又はＲｕに還元し、その後１０８℃未満の温度では酸素を遮断し、前記ルテニウムをＲｕＯ２又はＲｕの状態で残存させて回収することを特徴とする固体状の核分裂生成物含有物の核種分離方法。
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