JP2005338019A - 放射化黒鉛の核種分析前処理方法、核種分離方法及び核種分析前処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原子力施設から発生する放射化黒鉛廃棄物の放射性核種を液中に固定しながら溶液化して放射性ガスの発生を抑制又は防止し、同時に沈殿物中に共存させることにより超ウラン元素を分離する。
【解決手段】 放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程（Ｓ２）と、この融解剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程（Ｓ４）と、この加熱し融解した放射化黒鉛を水による溶解する水溶解工程（Ｓ５）と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射性廃棄物の処分の際に必要とする放射化黒鉛の核種分析前処理方法、核種分離方法及び核種分析前処理装置に関する。

原子力施設から発生する放射化黒鉛廃棄物は、廃棄体化処理を行って処分する際に、
必要な核種についてその放射能濃度を求め、廃棄確認申請を行い、核種組成を明らかにすることが求められている。その中の一部核種については分離・分析手法は確立されていない。

原子力施設から発生する放射化黒鉛廃液物中には、核分裂生成物、放射化物等、多くの核種が含まれる。発電所廃棄物に関しては、埋設施設において受入上限値が定められている核種についてその分析手法は確立されており、実際に分析作業がなされている。

しかし、今後発生する放射化黒鉛廃棄物については、上記分析手法が確立した発電所廃棄物の核種以外のものが含まれ、処分評価上重要と考えられる核種が存在する。すなわち、放射化黒鉛廃棄物中に含まれる放射性核種について、その放射化学分析手法は必ずしも確立しておらず、その放射化学分析手法を早期に確立する必要があるものがある。

また、放射化黒鉛中の核種分析を行う場合、黒鉛を燃焼あるいは酸分解等により溶液化する必要があり、放射化黒鉛中に含まれる放射性核種が気中に放出されるため、発生ガスを処理する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９０号公報

上述の従来の放射化黒鉛の核種分析処理方法においては、放射化黒鉛中の核種分析を行う場合、黒鉛を燃焼あるいは酸分解等により溶液化する必要が生ずるが、これらの分解方法では放射化黒鉛中に含まれる被曝評価上重要である放射性炭素が気中に放出されるため、発生ガスを処理する必要が生じた。このように、放射化黒鉛を分解するときに発生するガスを処理する際に被曝する恐れがあり、発生ガスの処理を不要とすることが緊急の課題であった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子力施設から発生する放射化黒鉛廃棄物中の放射性核種を液中に固定しながら溶液化して放射性ガスの発生を抑制又は防止し、同時に超ウラン元素を分離し、さらに、放射性セシウム又は放射性塩素の分離を行うことができる放射化黒鉛の核種分析前処理方法、核種分離方法及び核種分析前処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の放射化黒鉛中の核種分析前処理方法おいては、放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、この融解剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明の放射化黒鉛の核種分離方法おいては、放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、放射化黒鉛に共沈剤を添加する共沈剤添加工程と、この融解剤及び共沈剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、この水により溶解した放射化黒鉛中に含まれる超ウラン元素及び沈澱物を共沈させて超ウラン元素を分離させる超ウラン元素分離工程と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明の放射化黒鉛の核種分離方法おいては、放射化黒鉛に予め規定量のイオンを投入するイオン投入工程と、放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、放射化黒鉛に共沈剤を添加する共沈剤添加工程と、この融解剤、共沈剤及びイオンを添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、この水により溶解した放射化黒鉛中に含まれる超ウラン元素を含む沈澱物をろ過するろ過工程と、このろ過した溶液を規定の酸に溶解する溶解工程と、この規定の酸に溶解した溶液に添加物を加え放射線核種を分離する核種分離工程と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明の放射化黒鉛の核種分析前処理装置おいては、放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加手段と、この融解剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解手段と、この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解手段と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、原子力施設より発生する放射化黒鉛を分解時に、その中に含まれる放射化ガスの気中への放出量を零又は低く抑えて溶液化することができ、放射化黒鉛の分解に伴う放射性ガスの発生を抑制又は防止することができる。また、鉄イオンを添加することにより黒鉛の分解時に生成される沈殿物と超ウラン元素が共沈することにより、超ウラン元素の分離を行うことができる。さらに、沈殿物をろ別した溶液に酸化物を添加することにより、放射性セシウム又は放射性塩素の分離を行うこともできる。

以下、本発明に係る放射化黒鉛の核種分析前処理方法、核種分離方法及び核種分析前処理装置の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。ここで、互いに同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態の放射化黒鉛の前処理の構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態の放射化黒鉛の核種分析前処理装置を示す概略縦断面図である。

これらの図に示すように、原子力施設等から放射性廃棄物として放射化黒鉛１０が発生する。

この放射化黒鉛１０は、放射化黒鉛供給口１２から加熱融解手段であるニッケル製るつぼ１１内に供給される。また、融解剤１６も、融解剤添加手段である融解剤供給口１３からニッケル製るつぼ１１内に供給される。そして、このニッケル製るつぼ１１の中で７００℃に加熱し融解される。融解された放射化黒鉛は、水溶解手段である水溶解槽１４に移行され、同時に水注入口１５より水１７が供給されて放射化黒鉛は水溶解する。

より具体的には、融解剤添加工程（Ｓ２）で、ニッケル製るつぼ中で、この放射化黒鉛に１０倍量の融解剤が添加される。この融解剤として、水酸化アルカリ及び硝酸アルカリが使用される。この水酸化アルカリ及び硝酸アルカリとして、水酸化ナトリウム及び硝酸ナトリウム、又は水酸化カリウム及び硝酸カリウムが用いられる。

この水酸化アルカリ及び硝酸アルカリを添加した放射化黒鉛は、加熱融解工程（Ｓ４）において、前述のニッケル製るつぼ中で７００℃に加熱し融解される。

この加熱融解工程（Ｓ４）において、放射化黒鉛（Ｃ）に融解剤として水酸化ナトリウム及び硝酸ナトリウムを添加して７００℃で加熱し融解すると、次の（１）式が示すように、放射化黒鉛（Ｃ）は分解される。

Ｃ ＋ ２ＮａＯＨ ＋ ２ＮａＮＯ_３→Ｎａ_２ＣＯ_３ ＋ ２ＮａＮＯ_２ ＋Ｈ_２Ｏ （１）
このように形成された本実施の形態において、放射化黒鉛が酸化分解されて生成した放射性炭素を含む炭酸は、アルカリ性で炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）となり、溶液中に保持され気相中に放出されるのを防ぐことができる。

また、この加熱融解工程（Ｓ４）において、放射化黒鉛（Ｃ）に融解剤として水酸化カリウム及び硝酸カリウムを添加して７００℃で加熱し融解すると、次の（２）式が示すように、放射化黒鉛（Ｃ）は分解される。

Ｃ ＋ ２ＫＯＨ ＋ ２ＫＮＯ_３→Ｋ_２ＣＯ_３ ＋ ２ＫＮＯ_２ ＋Ｈ_２Ｏ （２）
このように形成された本実施の形態において、放射化黒鉛が酸化分解されて生成した放射性炭素を含む炭酸はアルカリ性で炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）となり、溶液中に保持され気相中に放出されるのを防ぐことができる。

本実施の形態によれば、この加熱融解工程（Ｓ４）を実行することにより、放射化黒鉛中に多量に含まれる放射性炭素を溶液中に固定したまま気中に放出しないので、放射化黒鉛の分解に伴う放射性ガスの発生を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第２の実施の形態についても示している。この本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に追加して設けられている。

共沈剤添加工程（Ｓ３）で、前述のニッケル製るつぼ中で、この放射化黒鉛に共沈剤が添加される。この共沈剤として、２価又は３価の鉄化合物が使用される。

この共沈剤を添加した後に、加熱融解工程（Ｓ４）において、放射化黒鉛は７００℃に加熱し融解される。

この加熱融解工程（Ｓ４）において、放射化黒鉛に融解剤として水酸化アルカリ及び硝酸アルカリ、共沈剤として２価又は３価の鉄化合物が添加された状態において７００℃で加熱し融解されて、放射化黒鉛は分解される。

次に、水溶解工程（Ｓ５）において、この加熱し融解された放射化黒鉛は水により溶解され溶液化される。

この水により溶液化された放射化黒鉛は、ろ過工程（Ｓ６）において、超ウラン元素を含む沈殿物及びろ液である溶液にろ別される。すなわち、本発明の第１の実施の形態における放射化黒鉛の溶解方法で溶液化する際に、２価又は３価の鉄化合物を共存させることにより、分解時生成する沈殿に超ウラン元素を共沈させ粗分離することを可能とするものである。また、添加された２価又は３価の鉄化合物は鉄水酸化物または酸化物として沈殿する。その際、放射化黒鉛中に含まれる超ウラン元素、コバルト等の遷移金属及び希土類元素は生成した沈殿物と共沈する。

各超ウラン元素の分離には、一般的に、塩酸系若しくはふっ酸系陰イオン交換法又は有機溶媒を用いたキレート系抽出法若しくはイオン会合系抽出法が用いられるが、各種のイオン交換や溶媒抽出に適した酸濃度に調整する必要が生ずる。

そこで、ろ過工程（Ｓ６）において粗分離された沈殿物は、溶解工程（Ｓ７）において、イオン交換や溶媒抽出に適した酸に溶解される。

このように、粗分離された沈殿物はイオン交換や溶媒抽出に適した酸に溶解されて、超ウラン元素分離工程（Ｓ８）において、融解剤の影響を受けることなく直ちにイオン交換又は溶媒抽出による超ウラン元素の分離操作を行うことが可能となる。

このように形成された本実施の形態において、ろ過工程（Ｓ６）において粗分離された沈殿物は、イオン交換や溶媒抽出に適した酸に溶解されて、超ウラン元素分離工程（Ｓ８）において、イオン交換又は溶媒抽出により、超ウラン元素を分離することができる。

本実施の形態によれば、図２に示すように、超ウラン元素の１つであるアメリシウム（Ａｍ）、ネプツニウム（Ｎｐ）、プルトニウム（Ｐｕ）を高い回収率で回収することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第３の実施の形態についても示している。この本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態に追加して設けられている。

放射化黒鉛にウランや塩素などのが含まれていた場合は、核分裂生成物であるセシウム（Ｃｓ−１３７）や放射化生成物である塩素イオン（Ｃｌ−３６）等の放射性核種が含まれる。

放射性塩素についての核種分離について述べる。

イオン投入工程（Ｓ１）において、予め規定量の塩素イオンを放射化黒鉛に投入する。これらの放射性核種に関しても分析可能とするように、化学操作における収率評価のために塩素イオンを予め添加するものである。

ろ過工程（Ｓ６）において、超ウラン元素を含む沈殿物及びろ液である溶液にろ別する。

このろ別した溶液は、次の工程（Ｓ９）に移行し、規定の酸に溶解した溶液となる。

この規定の酸に溶解した溶液は、核種分離工程（Ｓ１０）において、硝酸銀を添加することにより、この溶液から放射化黒鉛中に含まれる放射性塩素（Ｃｌ−３６）を沈殿物として回収する。

この回収した放射性塩素（Ｃｌ−３６）含む沈殿物について、β線測定しかつ沈殿物中の塩素を測定することにより、放射性塩素（Ｃｌ−３６）を定量することができる。

本実施の形態によれば、図４に示すように、塩素（Ｃｌ）を高い回収率で回収することができ、さらに、図５に示すように、ベータ線スペクトルにより放射化黒鉛中の放射性塩素（Ｃｌ−３６）を分析し、放射性塩素（Ｃｌ−３６）を定量することができる。

つぎに、放射性セシウムについての核種分離について述べる。

イオン投入工程（Ｓ１）において、予め規定量のセシウムイオンを放射化黒鉛に投入する。これらの放射性核種に関しても分析可能とするように、化学操作における収率評価のためにセシウムイオンを予め添加するものである。

ろ過工程（Ｓ６）において、超ウラン元素を含む沈殿物及びろ液である溶液にろ別する。

このろ別した溶液は、次の工程（Ｓ９）に移行し、規定の酸に溶解した溶液となる。この規定の酸に溶解した溶液は、核種分離工程（Ｓ１０）において、リンモリブデン酸アンモニウムを添加することにより、この溶液から放射化黒鉛中に含まれる放射性セシウム（Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７）を沈殿物として回収する。

この回収した放射性セシウム（Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７）含む沈殿物について、γ線測定しかつ沈殿物中のセシウムを測定することにより、放射性セシウム（Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７）を定量することができる。

本実施の形態によれば、図４に示すように、セシウム（Ｃｓ）を高い回収率で回収することができ、さらに、図６に示すように、ガンマ線スペクトルにより放射化黒鉛中の放射性セシウム（Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７）を分析し、放射性セシウム（Ｃｓ−１３４、Ｃｓ−１３７）を定量することができる。

本発明の第１の実施の形態の放射化黒鉛の核種分析前処理の構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態の放射化黒鉛の核種分析前処理装置を示す概略縦断面図。 本発明の第２の実施の形態の放射化黒鉛の前処理における沈殿物中の超ウラン元素の回収率を示す表。 本発明の第３の実施の形態の放射化黒鉛の前処理における溶解液中の核種の回収率を示す表。 本発明の第３の実施の形態の放射化黒鉛の放射性塩素のベータ線スペクトルを示すグラフ。 本発明の第３の実施の形態の放射化黒鉛の放射性セシウムのガンマ線スペクトルを示すグラフ。

符号の説明

１０・・・放射化黒鉛、１１・・・ニッケル製るつぼ（加熱融解手段）、１２・・・放射化黒鉛供給口、１３・・融解剤供給口（融解剤添加手段）、１４・・・水溶解槽（水溶解手段）、１５・・・水注入口、１６・・・融解剤、１７・・・水

Claims (10)

1. 放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、
   この融解剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、
   この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、
   を有することを特徴とする放射化黒鉛の核種分析前処理方法。
2. 前記融解剤は、水酸化アルカリ及び硝酸アルカリであること、を特徴とする請求項１記載の放射化黒鉛の核種分析前処理方法。
3. 前記水酸化アルカリは、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムのいずれかであること、を特徴とする請求項２記載の放射化黒鉛の核種分析前処理方法。
4. 前記硝酸アルカリは、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムのいずれかであること、を特徴とする請求項２又は３記載の放射化黒鉛の核種分析前処理方法。
5. 放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、
   放射化黒鉛に共沈剤を添加する共沈剤添加工程と、
   この融解剤及び共沈剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、
   この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、
   この水により溶解した放射化黒鉛中に含まれる超ウラン元素及び沈澱物を共沈させて超ウラン元素を分離させる超ウラン元素分離工程と、
   を有することを特徴とする放射化黒鉛の核種分離方法。
6. 前記共沈剤は、２価又は３価の鉄化合物であること、を特徴とする請求項５記載の放射化黒鉛の核種分離方法。
7. 放射化黒鉛に予め規定量のイオンを投入するイオン投入工程と、
   放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加工程と、
   放射化黒鉛に共沈剤を添加する共沈剤添加工程と、
   この融解剤、共沈剤及びイオンを添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解工程と、
   この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解工程と、
   この水により溶解した放射化黒鉛中に含まれる超ウラン元素を含む沈澱物をろ過するろ過工程と、
   このろ過した溶液を規定の酸に溶解する溶解工程と、
   この規定の酸に溶解した溶液に添加物を加え放射線核種を分離する核種分離工程と、
   を有することを特徴とする放射化黒鉛の核種分離方法。
8. 前記イオン投入工程において塩素イオンを投入し、かつ前記放射化物分離工程において硝酸銀を添加して溶液から放射性塩素を分離すること、を特徴とする請求項７記載の放射化黒鉛の核種分離方法。
9. 前記イオン投入工程においてセシウムイオンを投入し、かつ前記放射化物分離工程においてリンモリブデン酸アンモニウムを添加して溶液から放射性セシウムを分離すること、を特徴とする請求項７記載の放射化黒鉛中の核種分離方法。
10. 放射化黒鉛に融解剤を添加する融解剤添加手段と、
    この融解剤を添加した放射化黒鉛を加熱し融解する加熱融解手段と、
    この加熱し融解した放射化黒鉛を水により溶解する水溶解手段と、
    を有することを特徴とする放射化黒鉛の核種分析前処理装置。

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