JP2015075474A - Radioactive cesium extraction device, radioactive cesium treatment system mounted with the same, radioactive cesium extraction method and radioactive cesium treatment method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pretreatment device and method to extract radioactive cesium from a solid, and to provide a radioactive cesium treatment device and method using the pretreatment device and method.SOLUTION: A radioactive cesium extraction device 20 comprises: a halogen removal section 21; an extraction section 22 which extracts radioactive cesium by immersing a solid in nitric acid or deuterated nitric acid; a condensing section 23 which produces radioactive cesium nitrate from extraction liquid; and an adjustment section 24 which produces solution or deuterium oxide solution of the radioactive cesium nitrate. A radioactive cesium treatment system 1 comprises: a radioactive cesium adding section 30 which adds the radioactive cesium to a surface of a structure using the solution or the deuterium oxide solution of the radioactive cesium nitrate; and a nuclei transformation section 10 which performs nuclide transformation of the radioactive cesium added to the structure into another stable element.

Description

本発明は、固体物に吸着している放射性セシウムを抽出する装置及び方法に関する。また本発明は、当該装置及び方法により固体物から分離された放射性セシウムを核種変換により処理する装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for extracting radioactive cesium adsorbed on a solid material. The present invention also relates to an apparatus and method for treating radioactive cesium separated from a solid material by the apparatus and method by nuclide conversion.

原子力発電所の事故に伴い、多量の放射性物質が環境中に放出される。具体的に、福島第一原子力発電所事故での例を挙げると、建屋の水素爆発により放射性物質が大気中に放出され、土壌や樹木、瓦礫等に付着する。また、原子炉の破損により冷却水等が放射性物質に汚染される。   A large amount of radioactive material is released into the environment following an accident at a nuclear power plant. Specifically, in the case of the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant, radioactive materials are released into the atmosphere due to a hydrogen explosion in a building and adhere to soil, trees, rubble, and the like. In addition, due to damage to the reactor, cooling water and the like are contaminated with radioactive materials.

特に福島第一原子力発電所事故では、放射性セシウムを高濃度に含む汚染水の処理が問題となっている。原子炉内でのウラン燃料の核分裂により生成する放射性セシウムとしては、137Cs(半減期:約30.1年)と134Cs(半減期:2.0562年)がある。現状、これらの放射性セシウムを含む汚染水は、内部に吸着材(ゼオライト、シリカサンド、プルシアンブルー等)カートリッジを配置したセシウム吸着装置を通過させることによって処理されている。一定量のセシウムを吸着すると、カートリッジが交換される。 Particularly in the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the treatment of contaminated water containing high concentrations of radioactive cesium has become a problem. There are 137 Cs (half-life: about 30.1 years) and 134 Cs (half-life: 2.0562 years) as radioactive cesium generated by fission of uranium fuel in the nuclear reactor. At present, the contaminated water containing radioactive cesium is treated by passing it through a cesium adsorption device having an adsorbent (zeolite, silica sand, Prussian blue, etc.) cartridge disposed therein. When a certain amount of cesium is adsorbed, the cartridge is replaced.

しかしながら、土壌や瓦礫、吸着材カートリッジは、放射性セシウムにこれ以上の処理がされない状態で隔離保管されるのみである。放射線の影響が小さくなるには長年必要であるので、使用済みの吸着材カートリッジは増加する一方である。このため、保管のために膨大な土地と施設が必要である上、長期間に亘る管理方法の問題が生じている。   However, soil, rubble and adsorbent cartridges are only stored in isolation without further treatment with radioactive cesium. Since it takes many years to reduce the effects of radiation, the number of used adsorbent cartridges is increasing. For this reason, an enormous amount of land and facilities are required for storage, and there is a problem of management methods over a long period of time.

一方、特許文献1乃至特許文献3には、セシウムの安定核種である133Csをプラセオジム(141Pr)に核種変換する技術が開示されている。 On the other hand, Patent Documents 1 to 3 disclose a technique for converting nuclide from 133 Cs, which is a stable nuclide of cesium, to praseodymium ( 141 Pr).

特許第4346838号公報Japanese Patent No. 4346838 特許第4347261号公報Japanese Patent No. 4347261 特許第4347262号公報Japanese Patent No. 4347262

上述のように放射性セシウムの保管では、放射線の影響が懸念される。そこで、核種変換技術を利用して放射性セシウムを安定核種に変換して、放射線の影響を削減することが期待できる。   As described above, there is a concern about the influence of radiation in the storage of radioactive cesium. Therefore, it can be expected that radiocesium is converted to stable nuclides using nuclide conversion technology to reduce the effects of radiation.

本発明は、放射性セシウムを核種変換処理するにあたり、吸着材カートリッジ等の固体物から放射性セシウムを抽出するための前処理に用いる装置及び方法を提供することを目的とする。更に本発明は、当該前処理装置及び前処理方法を含めた放射性セシウムの処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an apparatus and a method used for pretreatment for extracting radioactive cesium from a solid material such as an adsorbent cartridge in performing radionuclide conversion treatment of radioactive cesium. Furthermore, an object of this invention is to provide the processing apparatus and processing method of radioactive cesium including the said pre-processing apparatus and the pre-processing method.

本発明の一態様に係る放射性セシウム抽出装置は、放射性セシウムが吸着している固体物を水で洗浄して、前記固体物からハロゲンを除去するハロゲン除去部と、硝酸または重硝酸に前記ハロゲンが除去された前記固体物を浸漬させて前記固体物から前記放射性セシウムを抽出させ、抽出液を生成させる抽出部と、前記抽出液を加熱して前記抽出液から前記硝酸または前記重硝酸を蒸発させて、前記放射性セシウムの硝酸塩を作製する濃縮部と、前記放射性セシウムの硝酸塩を水または重水に溶解させ、所定濃度の前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液または重水溶液を作製する調整部と、を備える。   The radioactive cesium extraction apparatus according to an aspect of the present invention includes a halogen removing unit that removes halogen from the solid material by washing the solid material on which the radioactive cesium is adsorbed with water, and the halogen is contained in nitric acid or deuterated nitric acid. The removed solid material is immersed to extract the radioactive cesium from the solid material, and an extract is generated, and the extract is heated to evaporate the nitric acid or deuterated nitric acid from the extract. A concentration unit for producing the radioactive cesium nitrate, and an adjustment unit for dissolving the radioactive cesium nitrate in water or heavy water to produce an aqueous solution or heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate having a predetermined concentration.

本発明の一態様に係る放射性セシウム抽出方法は、放射性セシウムが吸着している固体物が水で洗浄され、前記固体物からハロゲンが除去されるハロゲン除去工程と、前記ハロゲンが除去された前記固体物が硝酸または重硝酸に浸漬されて、前記放射性セシウムが前記固体物から前記硝酸または重硝酸に抽出される抽出工程と、前記放射性セシウムが抽出された抽出液を加熱して、前記抽出液から前記硝酸または前記重硝酸を蒸発させて、前記放射性セシウムの硝酸塩が生成する濃縮工程と、前記放射性セシウムの硝酸塩が水又は重水に溶解されて、所定濃度の前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液または重水溶液に調液される調整工程と、を備える。   In the method for extracting radioactive cesium according to one embodiment of the present invention, the solid matter on which the radioactive cesium is adsorbed is washed with water to remove halogen from the solid matter, and the solid from which the halogen has been removed An extraction step in which a substance is immersed in nitric acid or deuterated nitric acid, and the radioactive cesium is extracted from the solid substance into the nitric acid or deuterated nitric acid; and the extract from which the radioactive cesium is extracted is heated, A concentration step of evaporating the nitric acid or the deuterated nitric acid to produce the radioactive cesium nitrate; And an adjustment step to be prepared.

本発明では、核種変換反応を行うための前処理として、硝酸(HNO)または重硝酸(DNO)を用いて固体物に吸着した放射性セシウムを抽出分離する。
後述する核種変換反応では、重水素が構造体を透過する際に構造体においてセシウムから他の安定元素への核種変換が発生する。しかし、本願発明者らの検討の結果、ハロゲン類(ヨウ素)が存在する場合には重水素の透過が阻害されることが判明した。そこで本発明では、固体物から放射性セシウムを抽出分離する前に、ハロゲン除去部を設置して固体物に付着するハロゲン類を除去する工程が行われる。
セシウム吸着装置の吸着材カートリッジを対象とする場合、放射性セシウムを多量に吸着したカートリッジは、放射性セシウムの崩壊により発生する熱のために高温となっている。ハロゲン除去部で吸着材カートリッジ(固体物)を水洗することにより、カートリッジを冷却できるという効果も奏する。
放射性セシウムの抽出液を蒸発乾固することより、余剰の硝酸または重硝酸が除去された硝酸塩を作製する。その後、核種変換を行うために適切な濃度の放射性セシウムの硝酸塩(硝酸セシウム)の水溶液または重水溶液に調整することにより、核種変換反応を行うために十分な純度の放射性セシウムの硝酸塩を得ることが可能となる。
In the present invention, radioactive cesium adsorbed on a solid substance is extracted and separated using nitric acid (HNO 3 ) or deuterated nitric acid (DNO 3 ) as pretreatment for performing the nuclide conversion reaction.
In the nuclide conversion reaction described later, when deuterium permeates through the structure, the nuclide conversion from cesium to another stable element occurs in the structure. However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that the permeation of deuterium is inhibited when halogens (iodine) are present. Therefore, in the present invention, before extracting and separating radioactive cesium from the solid material, a step of installing a halogen removing unit to remove halogens adhering to the solid material is performed.
When the adsorbent cartridge of the cesium adsorption device is targeted, the cartridge that adsorbs a large amount of radioactive cesium has a high temperature due to the heat generated by the decay of the radioactive cesium. By washing the adsorbent cartridge (solid material) with the halogen removing unit, the cartridge can be cooled.
By evaporating the radioactive cesium extract to dryness, a nitrate from which excess nitric acid or heavy nitric acid has been removed is prepared. After that, by adjusting to an aqueous solution or heavy aqueous solution of radioactive cesium nitrate (cesium nitrate) with an appropriate concentration for performing nuclide conversion, it is possible to obtain radioactive cesium nitrate with sufficient purity to perform the nuclide conversion reaction. It becomes possible.

上記放射性セシウム抽出装置において、前記抽出部が、常圧下において、硝酸または重硝酸の濃度が6mol/L以上、かつ、90℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物を浸漬させることが好ましい。   In the above radioactive cesium extraction apparatus, it is preferable that the extraction unit immerses the solid matter in the nitric acid or deuterated nitric acid having a concentration of nitric acid or deuterated nitric acid of 6 mol / L or higher and 90 ° C. or higher under normal pressure. .

上記放射性セシウム抽出方法において、常圧下において、濃度が6mol/L以上、かつ、90℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物が浸漬されて、前記放射性物質が前記硝酸または前記重硝酸に抽出されることが好ましい。   In the radioactive cesium extraction method, the solid substance is immersed in the nitric acid or the heavy nitric acid having a concentration of 6 mol / L or higher and 90 ° C. or higher under normal pressure, and the radioactive substance is immersed in the nitric acid or the heavy nitric acid. It is preferable to be extracted.

上記条件で抽出を行うことにより、高回収率で固体物に吸着した放射性セシウムを抽出させることができる。
放射性セシウムの抽出の結果、抽出処理後の固体物に残留する放射性セシウム量を大幅に低減され、処理後の固体物から放出される放射線量を大幅に低減できる。従って、処理後の固体物の取扱いが容易となる。
By performing extraction under the above conditions, radioactive cesium adsorbed on a solid material can be extracted with a high recovery rate.
As a result of the extraction of radioactive cesium, the amount of radioactive cesium remaining in the solid material after the extraction treatment can be greatly reduced, and the amount of radiation emitted from the solid material after the treatment can be greatly reduced. Therefore, it becomes easy to handle the solid matter after the treatment.

上記放射性セシウム抽出装置において、前記抽出部が、16気圧以上の圧力で、硝酸または重硝酸の濃度が0.5mol/L以上5.0mol/L以下、かつ、200℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物を浸漬させることが好ましい。   In the above radioactive cesium extraction apparatus, the extraction unit has a pressure of 16 atm or more, a concentration of nitric acid or deuterated nitric acid of 0.5 mol / L to 5.0 mol / L and 200 ° C. or more of the nitric acid or the heavy It is preferable to immerse the solid in nitric acid.

上記放射性セシウム抽出方法において、16気圧以上の圧力下において、濃度が0.5mol/L以上5.0mol/L以下、かつ、200℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物が浸漬されて、前記放射性物質が前記硝酸または前記重硝酸に抽出されることが好ましい。   In the radioactive cesium extraction method, the solid matter is immersed in the nitric acid or the heavy nitric acid having a concentration of 0.5 mol / L or more and 5.0 mol / L or less and 200 ° C. or more under a pressure of 16 atmospheres or more. The radioactive substance is preferably extracted into the nitric acid or the heavy nitric acid.

上記条件で抽出を行うことにより、放射性セシウムの抽出率を向上させることができるとともに、処理後の固体物の放射線量を低減することができる。
例えば吸着材カートリッジを対象とする場合は、上記条件で抽出するとゼオライト等の吸着材の破損を防止することができる。上記条件の抽出を行えば、抽出後の固体物を再利用することが可能となる。
By performing extraction under the above conditions, the extraction rate of radioactive cesium can be improved, and the radiation dose of the solid material after treatment can be reduced.
For example, when an adsorbent cartridge is targeted, extraction under the above conditions can prevent damage to adsorbents such as zeolite. If extraction is performed under the above conditions, the solid matter after extraction can be reused.

上記放射性セシウム抽出装置において、前記蒸発した前記硝酸または前記重硝酸を回収して冷却し、液体となった前記硝酸または前記重硝酸を前記抽出部に供給する冷却部を更に備えることが好ましい。   The radioactive cesium extraction apparatus preferably further includes a cooling unit that collects and cools the evaporated nitric acid or the heavy nitric acid, and supplies the liquid nitric acid or the heavy nitric acid to the extraction unit.

上記放射性セシウム抽出方法において、前記蒸発した前記硝酸または前記重硝酸を回収して冷却し、液体となった前記硝酸または前記重硝酸を前記抽出部に供給する循環工程を更に備えることが好ましい。   The radioactive cesium extraction method preferably further comprises a circulation step of collecting and cooling the evaporated nitric acid or deuterated nitric acid and supplying the nitric acid or deuterated nitric acid in a liquid state to the extraction unit.

上記構成とすることにより、硝酸または重硝酸の使用量を低減することが可能となる。   By setting it as the said structure, it becomes possible to reduce the usage-amount of nitric acid or heavy nitric acid.

本発明の一態様に係る放射性セシウム処理システムは、上記態様の放射性セシウム抽出装置と、前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液を用いて、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体の一表面に前記放射性セシウムを添加する放射性セシウム添加部と、前記構造体に添加された前記放射性セシウムを他の安定元素に核種変換される核種変換部と、を備え、前記放射性セシウム添加部が、前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液を収容する容器と、前記構造体の前記一表面と対向して配置される陽極と、前記構造体を陰極として、前記陽極と前記構造体の間に電圧を与える電圧発生部と、を備え、前記核種変換部が、前記放射性セシウムが添加された前記構造体と、前記構造体を両側から挟み込むようにして配置され、前記構造体により密封可能な閉空間をなす重水素高圧部及び重水素低圧部と、前記重水素高圧部を、前記重水素低圧部に対して重水素の圧力が高い状態とする高圧化手段と、前記重水素低圧部を、前記重水素高圧部に対して相対的に重水素の圧力が低い状態とする低圧化手段と、を備え、前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過することにより、前記構造体表面に添加された前記放射性セシウムが核種変換される。   A radioactive cesium treatment system according to one embodiment of the present invention includes palladium, a palladium alloy, or hydrogen other than palladium, using the radioactive cesium extraction device according to the above embodiment and an aqueous solution of the radioactive cesium nitrate generated by the adjustment unit. Radioactive cesium addition part for adding the radioactive cesium to one surface of a structure including a hydrogen storage alloy other than the storage metal or palladium alloy, and the radiocesium added to the structure is nuclide-converted into another stable element A radionuclide conversion part, wherein the radioactive cesium addition part contains a container containing an aqueous solution of nitrate of the radioactive cesium, an anode disposed opposite to the one surface of the structure, and the structure as a cathode A voltage generating unit that applies a voltage between the anode and the structure, and the nuclide conversion unit includes the radioactive member The deuterium high-pressure part, the deuterium high-pressure part and the deuterium high-pressure part that are arranged so as to sandwich the structure from both sides and form a closed space that can be sealed by the structure, and the deuterium high-pressure part And a high pressure means for increasing the pressure of deuterium relative to the low pressure portion of deuterium, and a state where the pressure of deuterium is relatively low relative to the high pressure portion of deuterium. Pressure reducing means, wherein the deuterium permeates the structure from the deuterium high concentration portion toward the deuterium low concentration portion, so that the radioactive cesium added to the structure surface is Nuclide conversion.

本発明の一態様に係る放射性セシウム処理方法は、上記態様の放射性セシウム抽出方法により抽出された前記放射性セシウムを処理する放射性セシウム処理方法であって、放射性セシウム添加工程と、核種変換工程とを含み、前記放射性セシウム添加工程が、前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液に、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体が浸漬される工程と、前記水溶液中で陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が付与されることにより、前記構造体の前記陽極に対向する面に前記放射性セシウムが電着により添加される電着工程と、を有し、前記核種変換工程が、前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面側の重水素高圧部に重水素が供給され、前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面と反対側の重水素低圧部が、前記重水素高圧部よりも相対的に前記重水素の圧力が低い状態にされて、前記構造体を挟んで前記重水素高圧部と前記重水素低圧部との間に前記重水素の圧力差が発生し、該圧力差により前記重水素が前記構造体を透過する透過工程と、前記重水素が前記構造体を透過する際に、前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換する変換工程とを含む。   The radioactive cesium processing method which concerns on 1 aspect of this invention is a radioactive cesium processing method which processes the said radioactive cesium extracted by the radioactive cesium extraction method of the said aspect, Comprising: A radioactive cesium addition process and a nuclide conversion process are included. The radioactive cesium addition step includes immersing a structure containing palladium or palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy in an aqueous solution of the radioactive cesium nitrate, and In the aqueous solution, an anode is disposed to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode, whereby a surface of the structure facing the anode is provided. An electrodeposition step in which the radioactive cesium is added by electrodeposition, and the nuclide conversion step is performed before the structure. Deuterium is supplied to the deuterium high-pressure part on the surface side to which radioactive cesium has been added, and the deuterium low-pressure part on the opposite side of the surface to which the radioactive cesium has been added is relative to the deuterium high-pressure part. The pressure of the deuterium is reduced to a low level, and a pressure difference of the deuterium is generated between the deuterium high-pressure part and the deuterium low-pressure part across the structure. A permeation step in which deuterium permeates through the structure, and a conversion step in which the radioactive cesium is converted into another stable element when the deuterium permeates through the structure.

上記態様では、上述した抽出装置及び抽出方法で調整した放射性セシウムの硝酸塩水溶液を用いた電着により、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体の一表面に放射性セシウムを添加する。構造体表面に高濃度でセシウムが存在するために、高効率で核種変換が発生する。
上記態様では、前処理により添加された放射性セシウム中のハロゲン濃度は大幅に低下されている。従って、核種変換時に重水素が構造体を透過することができ、核種変換率の低下が抑制される。
In the above aspect, a structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy by electrodeposition using a radioactive cesium nitrate aqueous solution prepared by the extraction apparatus and the extraction method described above. Add radioactive cesium to one surface of the body. Because cesium is present at a high concentration on the structure surface, nuclide conversion occurs with high efficiency.
In the said aspect, the halogen concentration in the radioactive cesium added by pre-processing is reduced significantly. Therefore, deuterium can permeate the structure during nuclide conversion, and a decrease in the nuclide conversion rate is suppressed.

本発明の別の態様に係る放射性セシウム処理システムは、上記態様の放射性セシウム抽出装置と、前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を用いて、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体の一表面に前記放射性セシウムを添加する放射性セシウム添加部と、前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を用いて、前記放射性セシウムを他の安定元素に変換する核種変換部とを備え、前記放射性セシウム添加部が、前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を収容する容器と、前記構造体の前記一表面と対向して配置される陽極と、前記構造体を陰極として、前記陽極と前記構造体の間に電圧を与える電圧発生部と、を備え、前記核種変換部が、前記放射性セシウムが添加された前記構造体と、前記構造体を両側から挟み込むようにして配置され、前記構造体により隔離される重水素高濃度部及び重水素低濃度部と、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化手段と、前記重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して前記重水素の濃度が低い状態とする低濃度化手段と、を備え、前記高濃度化手段が、電圧発生部と、前記構造体の重水素高濃度部側の面と間隔をあけて対向配置される陽極と、前記重水素高濃度部に前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を供給する電解溶液供給部と、を有し、前記構造体を陰極として、前記電圧発生部により前記構造体及び前記陽極との間に電圧差を与えて前記重水溶液を電気分解して、前記重水素を発生させ、前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過することにより、前記構造体において前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換される。   A radioactive cesium treatment system according to another aspect of the present invention includes palladium, a palladium alloy, or other than palladium, using the radioactive cesium extraction apparatus of the above aspect and a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate generated by the adjustment unit. Using a radioactive cesium addition part for adding the radioactive cesium to one surface of a structure containing a hydrogen storage alloy other than a hydrogen storage metal or a palladium alloy, and a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate produced in the adjustment part, A radionuclide conversion unit that converts the radioactive cesium into another stable element, wherein the radioactive cesium addition unit is opposed to the container containing the heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate and the one surface of the structure. An anode to be arranged, and a voltage generation for applying a voltage between the anode and the structure using the structure as a cathode And the nuclide conversion unit is disposed so as to sandwich the structure from both sides, and the deuterium high-concentration unit and the heavy ion isolated by the structure. A low hydrogen concentration portion, a high concentration means for increasing the concentration of deuterium near the surface of the structure on the deuterium high concentration portion side, and the deuterium low concentration portion, the deuterium high concentration portion And a concentration reducing means for reducing the concentration of the deuterium, wherein the concentration increasing means is spaced from the voltage generating portion and the surface of the structure on the deuterium high concentration portion side. And an electrolytic solution supply unit that supplies a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate to the deuterium high-concentration unit, and the structure is used as a cathode by the voltage generation unit. A voltage difference between the body and the anode Electrolysis of the solution generates the deuterium, and the deuterium permeates the structure from the deuterium high concentration portion toward the deuterium low concentration portion, whereby the radioactive cesium in the structure. Is converted to other stable elements.

本発明の別の態様に係る放射性セシウム処理方法は、上記態様の放射性セシウム抽出方法により抽出された前記放射性セシウムを処理する放射性セシウム処理方法であって、放射性セシウム添加工程と、核種変換工程とを含み、前記放射性セシウム添加工程が、前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液に、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体が浸漬される工程と、前記水溶液中で陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が付与されることにより、前記構造体の前記陽極に対向する面に前記放射性セシウムが電着により添加される電着工程と、を有し、前記核種変換工程が、前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面側の重水素高濃度部に、前記調整工程で得られた前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液が供給される重水溶液供給工程と、前記重水素高濃度部の前記重水溶液内に陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が印加されることにより、前記重水が電気分解されて重水素が発生し、前記構造体の他方の面側の重水素低濃度部が、前記重水素高濃度部に対して相対的に前記重水素の濃度が低い状態にされることにより、前記構造体を挟んで前記重水素高濃度部と前記重水素低濃度部との間に前記重水素の濃度差が発生し、該濃度差により前記重水素が前記構造体を透過する透過工程と、前記重水素が前記構造体を透過する際に、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面において前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換する変換工程とを含む核種変換工程を有するを有する。   The radioactive cesium processing method which concerns on another aspect of this invention is a radioactive cesium processing method which processes the said radioactive cesium extracted by the radioactive cesium extraction method of the said aspect, Comprising: A radioactive cesium addition process and a nuclide conversion process are carried out. And the step of adding the radioactive cesium includes immersing a structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy in a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate. In the aqueous solution, an anode is disposed to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode, thereby facing the anode of the structure. An electrodeposition step in which the radioactive cesium is added to the surface by electrodeposition, and the nuclide conversion step includes the structure A heavy aqueous solution supplying step in which a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate obtained in the adjustment step is supplied to the deuterium high concentration portion on the surface side to which the radioactive cesium is added, and the deuterium high concentration portion An anode is disposed in the heavy aqueous solution so as to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode, whereby the heavy water is electrolyzed and deuterium is generated. And the deuterium low concentration portion on the other surface side of the structure is placed in a state in which the deuterium concentration is relatively low with respect to the deuterium high concentration portion, thereby sandwiching the structure. A deuterium concentration difference occurs between the deuterium high-concentration portion and the deuterium low-concentration portion, and a permeation step in which the deuterium permeates the structure due to the concentration difference; When passing through the structure, the heavy water of the structure Having having a nuclide process including the radioactive cesium on the surface of the high density portion side and a conversion step of nuclide into another stable elements.

上記態様では、上述した抽出装置及び抽出方法で調整した放射性セシウムの硝酸塩重水溶液にパラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体が浸漬され、電気分解により発生した重水素が構造体を透過することにより、構造体の表面で放射性セシウムの核種変換を起こさせている。構造体表面に高濃度でセシウムが存在するために、高効率で核種変換が発生する。
上記態様においても、前処理により添加された放射性セシウム中のハロゲン濃度は大幅に低下されているため、ハロゲンが重水素の透過を阻害することによる核種変換率の低下が抑制される。
In the above aspect, palladium or palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy is immersed in the heavy aqueous solution of radioactive cesium nitrate prepared by the extraction apparatus and extraction method described above, Radioactive cesium nuclide conversion is caused on the surface of the structure by deuterium generated by electrolysis permeating the structure. Because cesium is present at a high concentration on the structure surface, nuclide conversion occurs with high efficiency.
Also in the above aspect, since the halogen concentration in the radioactive cesium added by the pretreatment is greatly reduced, the decrease in the nuclide conversion rate due to the halogen inhibiting the deuterium permeation is suppressed.

本発明では、放射性セシウムは放射能を有さない他の安定元素に核種変換される。本発明における「安定元素」とは、α線、β線、γ線、中性子などの放射線を人体に有害なレベルで放出しない元素を意味する。従って、本発明により、放射能レベルを低減させることができる。   In the present invention, radioactive cesium is nuclide converted into another stable element having no radioactivity. The “stable element” in the present invention means an element that does not emit radiation such as α rays, β rays, γ rays, and neutrons at a level harmful to the human body. Therefore, according to the present invention, the radioactivity level can be reduced.

本発明により、固体物から放射性セシウムを高収率で抽出することができ、放射性セシウムの処理率を高めることができる。また、抽出後の固体物の放射線量を大幅に低減できるため、その後の固体物の取扱いが容易となる。また、抽出された放射性セシウムは安定な他の安定元素に変換されるので、放射能レベルを低減させることができる。
従って本発明は、放射性セシウムの自然崩壊に比べて短時間で、放射性セシウムを安全な状態まで処理することができる。この結果、放射性セシウムが付着した固体物の処理が促進されて保管場所を小さくすることができ、廃棄物の管理が容易となる。
According to the present invention, radioactive cesium can be extracted from a solid material with high yield, and the treatment rate of radioactive cesium can be increased. Moreover, since the radiation dose of the solid matter after extraction can be greatly reduced, the subsequent handling of the solid matter becomes easy. Moreover, since the extracted radioactive cesium is converted into other stable stable elements, the radioactivity level can be reduced.
Therefore, this invention can process radioactive cesium to a safe state in a short time compared with the natural decay | disintegration of radioactive cesium. As a result, the processing of the solid material to which radioactive cesium is attached is promoted, the storage space can be reduced, and waste management becomes easy.

第1実施形態に係る放射性セシウム処理システムの概略図である。It is the schematic of the radioactive cesium processing system which concerns on 1st Embodiment. 放射性セシウム添加部の概略図である。It is the schematic of a radioactive cesium addition part. 構造体の一例の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an example of a structure. 第1実施形態の核種変換部の概略図である。It is the schematic of the nuclide conversion part of 1st Embodiment. 第2実施形態に係る放射性セシウム処理システムの概略図である。It is the schematic of the radioactive cesium processing system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態の核種変換部の概略図である。It is the schematic of the nuclide conversion part of 2nd Embodiment. ガス透過法による核種変換実験で用いた試験装置の概略図である。It is the schematic of the test apparatus used in the nuclide conversion experiment by the gas permeation method. ガス透過法による核種変換実験前後での構造体表面のSIMSスペクトルである。It is a SIMS spectrum of the structure surface before and after the nuclide conversion experiment by the gas permeation method. 電気分解法による核種変換実験で用いた試験装置の概略図である。It is the schematic of the test apparatus used in the nuclide conversion experiment by the electrolysis method. 電気分解法による核種変換実験を行った後の構造体表面のSIMSスペクトルである。It is a SIMS spectrum of the structure surface after performing the nuclide conversion experiment by the electrolysis method. 構造体の中央部及び端部でのXPSスペクトルである。It is an XPS spectrum in the center part and edge part of a structure. ガラス管の断面概略図である。It is a section schematic diagram of a glass tube. 137Csの添加に用いた装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus used for addition of 137 Cs. 137Csを添加した構造体を保管する容器の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the container which stores the structure which added 137 Cs. 核種変換実験前後での137Csの放射能測定結果である。It is a radioactivity measurement result of 137 Cs before and after the nuclide conversion experiment.

<第1実施形態>
第1実施形態では、固体物に吸着した放射性セシウム(134Cs、137Cs)が処理対象である。特に137Csは半減期が長く、瓦礫や汚染水などに含まれる放射性セシウムの大半を占める。
<First Embodiment>
In the first embodiment, radioactive cesium ( 134 Cs, 137 Cs) adsorbed on a solid object is a processing target. In particular, 137 Cs has a long half-life and occupies most of the radioactive cesium contained in rubble and contaminated water.

この固体物としては、土壌、伐採木、建造物等の瓦礫、セシウム吸着材などがある。セシウム吸着材は、ゼオライト、シリカサンド、プルシアンブルー(ヘキサシアノ鉄(II)酸化カリウム鉄(II)、KFe[Fe(CN))などがある。このセシウム吸着材は、放射性セシウムが溶解した汚染水を浄化するセシウム吸着装置で用いられる。セシウム吸着装置は、具体的にはKurion社製の処理装置、東芝製の処理装置(SARRY)などである。 Examples of the solid material include soil, felled trees, rubble such as buildings, and cesium adsorbent. Examples of the cesium adsorbent include zeolite, silica sand, Prussian blue (hexacyanoiron (II) potassium iron (II) oxide, KFe [Fe (CN) 6 ] 3 ) and the like. This cesium adsorbent is used in a cesium adsorption device that purifies contaminated water in which radioactive cesium is dissolved. The cesium adsorption device is specifically a treatment device made by Kurion, a treatment device made by Toshiba (SARRY), or the like.

図1は、第1実施形態に係る放射性セシウム処理システムの概略図である。
放射性セシウム処理システム1は、核種変換により放射性セシウムを処理する核種変換部10と、核種変換を行うために前処理を実施する放射性セシウム抽出装置20とで構成される。放射性セシウム抽出装置20は、ハロゲン除去部21、抽出部22、濃縮部23、及び、調整部24を含む。放射性セシウム抽出装置20は更に、冷却部25を備える。冷却部25は、抽出部22及び濃縮部23に連結する。
FIG. 1 is a schematic view of a radioactive cesium treatment system according to the first embodiment.
The radioactive cesium processing system 1 includes a nuclide conversion unit 10 that processes radioactive cesium by nuclide conversion, and a radioactive cesium extraction device 20 that performs pretreatment to perform nuclide conversion. The radioactive cesium extraction apparatus 20 includes a halogen removal unit 21, an extraction unit 22, a concentration unit 23, and an adjustment unit 24. The radioactive cesium extraction device 20 further includes a cooling unit 25. The cooling unit 25 is connected to the extraction unit 22 and the concentration unit 23.

第1実施形態の放射性セシウム処理システム1は、調整部24と核種変換部10との間に、放射性セシウム添加部30が設置されている。   In the radioactive cesium treatment system 1 of the first embodiment, a radioactive cesium addition unit 30 is installed between the adjustment unit 24 and the nuclide conversion unit 10.

以下では、第1実施形態の放射性セシウム処理システム1及び放射性セシウム処理方法を具体的に説明する。
[放射性セシウムの抽出]
まず、放射性セシウム抽出装置20により、固体物に吸着した放射性セシウムの抽出が行われる。
Below, the radioactive cesium processing system 1 of 1st Embodiment and the radioactive cesium processing method are demonstrated concretely.
[Extraction of radioactive cesium]
First, the radioactive cesium extraction apparatus 20 extracts radioactive cesium adsorbed on a solid material.

<ハロゲン除去部、ハロゲン除去工程>
ハロゲン除去工程において、ハロゲン除去部21は、放射性セシウムが吸着した固体物を収容し、固体物を水で洗浄する。これにより、固体物に付着しているハロゲン(ヨウ素、塩素など)が除去される。
ハロゲン除去部21は、固体物を水で洗浄するための洗浄部を備える。洗浄部は具体的に、容器内の固体物に向けて水を噴射するスプレーでも良く、容器内に水を供給して固体物を浸漬させるものであっても良い。
<Halogen removal part, halogen removal process>
In the halogen removing step, the halogen removing unit 21 accommodates a solid material on which radioactive cesium has been adsorbed, and wash the solid material with water. Thereby, halogen (iodine, chlorine, etc.) adhering to the solid material is removed.
The halogen removing unit 21 includes a washing unit for washing a solid material with water. Specifically, the cleaning unit may be a spray that sprays water toward a solid object in the container, or may be one that supplies water into the container to immerse the solid object.

固体物が汚染水から放射性セシウムを除去するセシウム吸着装置の吸着材カートリッジである場合、放射性セシウムの崩壊により発生する熱のために高温になっている。例えば、Kurion社製のセシウム吸着装置のカートリッジでは中心温度が360℃程度であり、東芝製のセシウム吸着装置のカートリッジでは中心温度が450℃程度である。本工程の水洗浄により、カートリッジは水冷される。   When the solid material is an adsorbent cartridge of a cesium adsorption device that removes radioactive cesium from contaminated water, the temperature is high due to heat generated by decay of the radioactive cesium. For example, the center temperature of a cartridge of a cesium adsorption device manufactured by Kurion is about 360 ° C., and the center temperature of a cartridge of a cesium adsorption device manufactured by Toshiba is about 450 ° C. The cartridge is cooled with water by washing with water in this step.

<抽出部、抽出工程>
抽出工程において、抽出部22は、ハロゲン除去部21から排出された固体物を収容する。抽出部22内に硝酸または重硝酸が供給され、固体物が硝酸または重硝酸に浸漬される。固体物に吸着した放射性セシウムは、硝酸塩または重硝酸塩として溶解することにより、硝酸または重硝酸により抽出される。
この抽出工程では、放射性セシウムを十分に抽出させるために、浸漬時に以下の2条件のいずれかが採用される。
<Extraction unit, extraction process>
In the extraction process, the extraction unit 22 accommodates the solid matter discharged from the halogen removal unit 21. Nitric acid or heavy nitric acid is supplied into the extraction unit 22, and the solid is immersed in nitric acid or heavy nitric acid. The radioactive cesium adsorbed on the solid substance is extracted with nitric acid or heavy nitric acid by being dissolved as nitrate or heavy nitrate.
In this extraction process, in order to sufficiently extract radioactive cesium, one of the following two conditions is adopted at the time of immersion.

(条件1)
圧力:常圧(1気圧程度)、
硝酸または重硝酸濃度:6mol/L以上、
硝酸または重硝酸温度:90℃以上、
固液比(固体物に対する液体の重量比):1以上。
(Condition 1)
Pressure: Normal pressure (about 1 atmosphere),
Nitric acid or heavy nitric acid concentration: 6 mol / L or more,
Nitric acid or heavy nitric acid temperature: 90 ° C or higher,
Solid-liquid ratio (weight ratio of liquid to solid): 1 or more.

(条件2)
圧力:16気圧以上、
硝酸または重硝酸濃度:0.5mol/L以上5.0mol/L以下、
硝酸または重硝酸温度:200℃以上、
固液比:200以上。
(Condition 2)
Pressure: 16 atmospheres or more
Nitric acid or heavy nitric acid concentration: 0.5 mol / L or more and 5.0 mol / L or less,
Nitric acid or heavy nitric acid temperature: 200 ° C or higher,
Solid-liquid ratio: 200 or more.

上記条件で抽出工程を実施することにより、固体物からの放射性セシウムの抽出量を増大させることができる。
抽出工程での温度の上限値は、各条件の圧力で硝酸または重硝酸が液体として存在できる温度とする。また、条件2の場合は、圧力容器に硝酸または重硝酸を収容することになる。この場合、容器内で硝酸または重硝酸が沸騰しない温度及び圧力が選択される。
条件2(高圧下での抽出)では、硝酸又は重硝酸濃度が高いとゼオライトが破壊される。従って、条件2における硝酸又は重硝酸濃度の上限値は5.0mol/Lとすることが好ましい。
By carrying out the extraction step under the above conditions, the amount of radioactive cesium extracted from the solid material can be increased.
The upper limit of the temperature in the extraction step is a temperature at which nitric acid or heavy nitric acid can exist as a liquid at the pressure of each condition. In the case of condition 2, nitric acid or heavy nitric acid is accommodated in the pressure vessel. In this case, the temperature and pressure at which nitric acid or heavy nitric acid does not boil in the container are selected.
Under condition 2 (extraction under high pressure), if the concentration of nitric acid or heavy nitric acid is high, the zeolite is destroyed. Therefore, the upper limit of the nitric acid or heavy nitric acid concentration in Condition 2 is preferably 5.0 mol / L.

条件1は、条件2に比べて圧力、温度が低く、同量の固体物を処理するために必要な硝酸または重硝酸の量が少なくて済むという利点がある。条件1では、放射性セシウムを十分に抽出させるためには、6mol/L以上の濃硝酸または濃重硝酸が必要である。ゼオライト(吸収材カートリッジ)をこの濃度で抽出した場合、ゼオライトの構造が破壊される。
一方、条件2は低濃度の硝酸または重硝酸で抽出が行われる。この濃度では、ゼオライトの破壊は起こらない。
Condition 1 has the advantage that the pressure and temperature are lower than that of condition 2, and the amount of nitric acid or deuterated nitric acid required to treat the same amount of solid matter can be reduced. Under condition 1, 6 mol / L or more of concentrated nitric acid or concentrated heavy nitric acid is required to sufficiently extract radioactive cesium. When the zeolite (absorbent cartridge) is extracted at this concentration, the structure of the zeolite is destroyed.
On the other hand, in the condition 2, the extraction is performed with a low concentration of nitric acid or heavy nitric acid. At this concentration, no destruction of the zeolite occurs.

プルシアンブルーの分解温度は230℃である。固体物がプルシアンブルーである場合には、条件2で抽出を行うに当たり、プルシアンブルーの分解温度以下で抽出を行えば、プルシアンブルーの構造が破壊されない。   Prussian blue has a decomposition temperature of 230 ° C. When the solid material is Prussian blue, the structure of Prussian blue is not destroyed if extraction is performed at a temperature lower than the decomposition temperature of Prussian blue when performing extraction under Condition 2.

抽出工程後、抽出液と固体物とが別々に抽出部22から取り出される。   After the extraction step, the extract and the solid are taken out from the extraction unit 22 separately.

抽出部22から排出された固体物は処理部40に搬送される。処理部40は固体物を収容し、固体物に付着している硝酸または重硝酸を中和処理する。中和処理には、例えばNaOHが使用できる。中和処理後、固体物が水洗処理される。   The solid matter discharged from the extraction unit 22 is conveyed to the processing unit 40. The processing unit 40 contains a solid material and neutralizes nitric acid or heavy nitric acid adhering to the solid material. For the neutralization treatment, for example, NaOH can be used. After the neutralization treatment, the solid material is washed with water.

水洗処理され処理部40から排出された固体物は、規制値以下の放射性レベルとなっていれば、一般廃棄物として処理することが可能である。
上記抽出工程において条件2で処理した場合ゼオライトが破壊されないことから、ゼオライト製の吸着材カートリッジは中和処理及び水洗処理の後、再利用可能となる。
また、上記抽出工程において、プルシアンブルーが分解されずに処理された場合、プルシアンブルーは中和処理及び水洗処理の後、再利用可能となる。
The solid matter that has been washed with water and discharged from the processing unit 40 can be treated as general waste if it has a radioactive level that is less than or equal to the regulated value.
Since the zeolite is not destroyed when treated under condition 2 in the extraction step, the zeolite adsorbent cartridge can be reused after the neutralization treatment and the water washing treatment.
Moreover, in the said extraction process, when Prussian blue is processed without decomposing | disassembling, Prussian blue becomes reusable after the neutralization process and the water washing process.

ハロゲン除去部21での水洗処理後の洗浄液、及び、処理部40での中和処理及び水洗処理後の処理水には、放射性物質(放射性セシウム)が含まれている可能性がある。そこで、これらの処理水は汚染水を処理するセシウム吸着装置50に送給され、放射性物質の吸着処理を実施してから清浄な処理水として排出される。排出された性状な処理水は、逆浸透膜等の処理装置を通したのち、冷却水やハロゲン除去部21での洗浄水に再利用されても良い。
なお、図1におけるセシウム吸着装置50の吸着材カートリッジは、固体物として本実施形態の放射性物質抽出方法により処理される。
There is a possibility that a radioactive substance (radiocesium) is contained in the cleaning liquid after the water washing process in the halogen removing unit 21 and the treated water after the neutralization process and the water washing process in the processing unit 40. Therefore, these treated waters are supplied to the cesium adsorption device 50 for treating the contaminated water, and after the radioactive substance is adsorbed, the treated water is discharged as clean treated water. The discharged treated water having properties may be reused as cooling water or washing water in the halogen removing unit 21 after passing through a treatment device such as a reverse osmosis membrane.
In addition, the adsorbent cartridge of the cesium adsorption apparatus 50 in FIG. 1 is processed by the radioactive substance extraction method of this embodiment as a solid material.

<濃縮部、濃縮工程>
濃縮部23は、抽出部22から排出された抽出液を受け入れる。濃縮部23内において、抽出液を蒸発乾固させる。この時の加熱温度は、120.5℃以上である。
あるいは、濃縮部23は抽出液を真空乾燥しても良い。真空乾燥は、2000Pa以下の条件で実施され、抽出液の量に応じて真空乾燥時間が適宜設定される。
この濃縮工程の結果、放射性セシウムの硝酸塩(CsNO)の結晶が回収される。
<Concentration part, concentration process>
The concentration unit 23 receives the extracted liquid discharged from the extraction unit 22. In the concentration unit 23, the extract is evaporated to dryness. The heating temperature at this time is 120.5 ° C. or higher.
Alternatively, the concentration unit 23 may vacuum dry the extract. The vacuum drying is performed under a condition of 2000 Pa or less, and the vacuum drying time is appropriately set according to the amount of the extract.
As a result of this concentration step, crystals of radioactive cesium nitrate (CsNO 3 ) are recovered.

<冷却部、循環工程>
濃縮部23で蒸発した気体(硝酸または重硝酸)は、冷却部25に搬送される。冷却部25において、硝酸または重硝酸が沸点以下の温度に冷却されて凝縮する。具体的に、硝酸または重硝酸は120.5℃以下に冷却される。
凝縮した硝酸または重硝酸は抽出部22に循環供給される。
<Cooling section, circulation process>
The gas (nitric acid or deuterated nitric acid) evaporated in the concentration unit 23 is conveyed to the cooling unit 25. In the cooling unit 25, nitric acid or heavy nitric acid is cooled to a temperature below the boiling point and condensed. Specifically, nitric acid or heavy nitric acid is cooled to 120.5 ° C. or lower.
The condensed nitric acid or heavy nitric acid is circulated and supplied to the extraction unit 22.

硝酸または重硝酸が凝縮した後の空気は、環境中に放出される。放出前にエアフィルタ60を通すことにより空気に残留する放射性物質の除去が行われても良い。
放射性物質が吸着したエアフィルタ60のフィルタ部は、固体物として本実施形態の放射性セシウム抽出方法による処理が実施された後、再利用されても良い。
The air after the nitric acid or heavy nitric acid is condensed is released into the environment. The radioactive substance remaining in the air may be removed by passing through the air filter 60 before discharge.
The filter part of the air filter 60 on which the radioactive substance is adsorbed may be reused after the processing by the radioactive cesium extraction method of the present embodiment is performed as a solid material.

<調整部、調整工程>
濃縮部23で回収された放射性セシウムの硝酸塩は、調整部24に搬送される。調整工程では、調整部24において、放射性セシウムの硝酸塩が後工程である核種変換に適した溶液に調整される。
<Adjustment unit, adjustment process>
The radioactive cesium nitrate recovered by the concentration unit 23 is conveyed to the adjustment unit 24. In the adjustment step, the adjustment unit 24 adjusts the radioactive cesium nitrate to a solution suitable for nuclide conversion, which is a subsequent step.

具体的に、調整部24に搬送された放射性セシウムの硝酸塩は、水(軽水)に添加されて、所定の濃度の水溶液に調整される。当該水溶液にpH調整剤が添加されて、所定のpHに調整されても良い。本実施形態で使用されるpH調整剤は、CsOH(Csは放射性同位体でなくても良い)などのアルカリや、HNOなどの酸が使用できる。但し、HClなどのハロゲンを含む酸は本実施形態では使用しない。
本実施形態において、後段の放射性セシウム添加工程での処理を考慮すると、放射性セシウムの硝酸塩水溶液は、濃度が0.001〜1mol/L、pHが7〜13程度に調整されることが好ましい。
Specifically, the radioactive cesium nitrate conveyed to the adjusting unit 24 is added to water (light water) to be adjusted to an aqueous solution having a predetermined concentration. A pH adjusting agent may be added to the aqueous solution to adjust to a predetermined pH. As the pH adjuster used in the present embodiment, an alkali such as CsOH (Cs may not be a radioisotope) or an acid such as HNO 3 can be used. However, an acid containing halogen such as HCl is not used in this embodiment.
In this embodiment, considering the treatment in the subsequent radioactive cesium addition step, the concentration of the aqueous cesium nitrate solution is preferably adjusted to 0.001 to 1 mol / L and the pH to about 7 to 13.

[放射性セシウムの処理]
<放射性セシウム添加部、放射性セシウム添加工程>
調整部24で調整された硝酸塩水溶液は、放射性セシウム添加部30に搬送される。
図2は放射性セシウム添加部30の概略図である。放射性セシウム添加部30は、容器31、電源32、及び、電源32に接続する陽極33を備える。陽極33は白金などとされる。陰極側には構造体70が取り付けられ、電源32に接続される。容器31には、調整部24で調整された放射性セシウムの硝酸塩水溶液が収容され、陽極33及び構造体70が浸漬される。
[Treatment of radioactive cesium]
<Radiocesium addition part, Radiocesium addition process>
The aqueous nitrate solution adjusted by the adjusting unit 24 is conveyed to the radioactive cesium adding unit 30.
FIG. 2 is a schematic view of the radioactive cesium addition unit 30. The radioactive cesium addition unit 30 includes a container 31, a power source 32, and an anode 33 connected to the power source 32. The anode 33 is platinum or the like. A structure 70 is attached to the cathode side and connected to the power source 32. The container 31 contains the aqueous nitrate solution of radioactive cesium adjusted by the adjusting unit 24, and the anode 33 and the structure 70 are immersed therein.

図3に、構造体70の一例を示す。図3に示す構造体70は、バルクのPd(パラジウム)基板71上に、CaO層72(厚さ:2nm)とPd層73(厚さ:20nm)とが交互に10層積層された構成とされる。CaO層72及びPd層73は、アルゴンイオンビームスパッタ法によって、エッチング処理後のPd基板71上に交互に製膜される。最表面はPd層73である。   FIG. 3 shows an example of the structure 70. The structure 70 shown in FIG. 3 has a configuration in which 10 layers of CaO layers 72 (thickness: 2 nm) and Pd layers 73 (thickness: 20 nm) are alternately stacked on a bulk Pd (palladium) substrate 71. Is done. The CaO layer 72 and the Pd layer 73 are alternately formed on the Pd substrate 71 after the etching process by an argon ion beam sputtering method. The outermost surface is a Pd layer 73.

Pdは水素吸蔵性を有する金属であり、CaOはPdに対して相対的に仕事関数が低い物質である。構造体70には、Pdに代えて、Pd合金、Pd以外の水素吸蔵金属またはPd合金以外の水素吸蔵合金が用いられても良い。また、CaOに代えて、Pd合金、Pd以外の水素吸蔵金属またはPd合金以外の水素吸蔵合金に対して相対的に仕事関数が低い物質が用いられても良い。相対的に仕事関数が低い物質とは、仕事関数が3eV未満の物質であり、Y、TiCなどである。 Pd is a metal having a hydrogen storage property, and CaO is a substance having a relatively low work function with respect to Pd. Instead of Pd, the structure 70 may be made of a Pd alloy, a hydrogen storage metal other than Pd, or a hydrogen storage alloy other than a Pd alloy. Further, instead of CaO, a substance having a relatively low work function with respect to Pd alloy, a hydrogen storage metal other than Pd, or a hydrogen storage alloy other than Pd alloy may be used. A substance having a relatively low work function is a substance having a work function of less than 3 eV, such as Y 2 O 3 or TiC.

図2において、構造体70はPd層73を陽極33に対向して配置される。陽極33及び構造体70間に所定の電圧を印加して、硝酸塩水溶液を構造体70のPd層73表面に放射性セシウムを電着する。放射性セシウム層が形成されることにより、構造体70に放射性セシウムが添加される。   In FIG. 2, the structure 70 is disposed with the Pd layer 73 facing the anode 33. A predetermined voltage is applied between the anode 33 and the structure 70, and radioactive cesium is electrodeposited on the surface of the Pd layer 73 of the structure 70 with an aqueous nitrate solution. By forming the radioactive cesium layer, radioactive cesium is added to the structure 70.

印加する電圧及び印加時間は、構造体への放射性セシウム添加量や水溶液濃度に応じて適宜設定する。例えば、1mM放射性セシウム硝酸塩水溶液を用いる場合、1Vの電圧で10秒間電着を実施する。   The voltage to be applied and the application time are appropriately set according to the amount of radioactive cesium added to the structure and the concentration of the aqueous solution. For example, when a 1 mM radioactive cesium nitrate aqueous solution is used, electrodeposition is performed at a voltage of 1 V for 10 seconds.

<核種変換部、核種変換工程>
図4は、第1実施形態の核種変換部の概略図である。本実施形態では、ガス透過法により核種変換反応を実施する。
図4の核種変換部10は、構造体70を挟んで、構造体70のPd層73側には重水素高圧部11、Pd基板71側には重水素低圧部12が内部を気密保持可能に形成されている。構造体70は、上記の放射性セシウム添加工程によりPd層73表面に放射性セシウム層が形成されている。重水素高圧部11は、高圧化手段として重水素ボンベ13を備える。低圧化手段として真空ポンプ14を備える。
<Nuclide conversion part, nuclide conversion process>
FIG. 4 is a schematic diagram of the nuclide conversion unit of the first embodiment. In this embodiment, the nuclide conversion reaction is performed by a gas permeation method.
The nuclide conversion unit 10 of FIG. 4 can hold the structure 70 with the deuterium high-pressure unit 11 on the Pd layer 73 side of the structure 70 and the deuterium low-pressure unit 12 on the Pd substrate 71 side to keep the inside airtight. Is formed. In the structure 70, a radioactive cesium layer is formed on the surface of the Pd layer 73 by the radioactive cesium addition step. The deuterium high pressure unit 11 includes a deuterium cylinder 13 as a high pressure means. A vacuum pump 14 is provided as means for reducing the pressure.

図4の核種変換部10を用いて、以下の工程により核種変換を実施する。
重水素ボンベ13は、例えば1.01325×10Paの圧力で、重水素高圧部11に重水素(D)ガスを導入する。重水素低圧部12は、真空ポンプ14は重水素低圧部12内を排気する。これにより、重水素低圧部12内の重水素の圧力が、重水素高圧部11内よりも低い状態となり、重水素低圧部12と重水素高圧部11との間で重水素の圧力差が発生する。この圧力差によって、重水素が重水素高圧部11から重水素低圧部12に向かって構造体70を透過する。
Using the nuclide conversion unit 10 in FIG. 4, nuclide conversion is performed by the following steps.
The deuterium cylinder 13 introduces deuterium (D 2 ) gas into the deuterium high-pressure part 11 at a pressure of 1.01325 × 10 5 Pa, for example. In the deuterium low pressure section 12, the vacuum pump 14 evacuates the deuterium low pressure section 12. Thereby, the pressure of deuterium in the deuterium low-pressure part 12 becomes lower than that in the deuterium high-pressure part 11, and a deuterium pressure difference is generated between the deuterium low-pressure part 12 and the deuterium high-pressure part 11. To do. Due to this pressure difference, deuterium permeates through the structure 70 from the deuterium high-pressure part 11 toward the deuterium low-pressure part 12.

本実施形態では、放射性セシウム抽出装置20にハロゲン除去部21を設けることによって、抽出される放射性セシウムにハロゲンが混入することを防止している。また、放射性セシウム抽出工程においてハロゲンを含む薬品を使用していない。このため、構造体70に添加される放射性セシウム層中のハロゲン濃度が極めて小さい。この結果、本工程でハロゲンによる重水素の透過阻害が発生しない。   In the present embodiment, the halogen removal unit 21 is provided in the radioactive cesium extraction device 20 to prevent the halogen from being mixed into the extracted radioactive cesium. In addition, no chemicals containing halogen are used in the radioactive cesium extraction process. For this reason, the halogen concentration in the radioactive cesium layer added to the structure 70 is extremely small. As a result, deuterium permeation inhibition by halogen does not occur in this step.

重水素が構造体70を透過する際に、構造体70において以下の反応が発生し、放射性セシウムが他の安定元素に変換する。ここでの「安定元素」とは、α線、β線、γ線、中性子などの放射線を人体に有害なレベルで放出しない元素を意味する。例えば、137Csは153Euなどに、134Csは138Laなどに変換することが予想される。
重水素ガスの透過は所定時間、例えば数十〜数百時間とする。核種変換量は重水素の透過時間が長くなるのに伴って増加する傾向がある。
When deuterium permeates through the structure 70, the following reaction occurs in the structure 70, and radioactive cesium is converted into another stable element. The term “stable element” as used herein means an element that does not emit radiation such as α rays, β rays, γ rays, neutrons, etc. at a level harmful to the human body. For example, it is expected that 137 Cs is converted to 153 Eu and 134 Cs is converted to 138 La and the like.
The permeation of deuterium gas is set for a predetermined time, for example, several tens to several hundreds hours. The amount of nuclide conversion tends to increase as the permeation time of deuterium increases.

<第2実施形態>
図5は、第2実施形態に係る放射性セシウム処理システムの概略図である。図5では、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付す。
第2実施形態の放射性セシウム処理システム101は、放射性セシウム抽出装置120の構成が第1実施形態と同じである。放射性セシウム処理システム101は、第1実施形態と異なる核種変換部110が設置される。
Second Embodiment
FIG. 5 is a schematic diagram of a radioactive cesium treatment system according to the second embodiment. In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the radioactive cesium treatment system 101 of the second embodiment, the configuration of the radioactive cesium extraction device 120 is the same as that of the first embodiment. The radioactive cesium processing system 101 is provided with a nuclide conversion unit 110 different from the first embodiment.

以下では、第2実施形態の放射性セシウム処理システム101及び放射性セシウム処理方法を具体的に説明する。
[放射性セシウムの抽出]
ハロゲン除去工程〜濃縮工程は、第1実施形態と同様にして実施される。
<調整部、調整工程>
第2実施形態の調整工程では、調整部124に搬送された放射性セシウムの硝酸塩は、重水に添加されて、所定濃度の重水溶液に調整される。当該重水溶液にpH調整剤が添加されて、所定のpHに調整されても良い。本実施形態で使用されるpH調整剤は、CsOH(Csは放射性同位体でなくても良い)などのアルカリや、HNOなどの酸が使用できる。但し、HClなどのハロゲンを含む酸は本実施形態では使用しない。
本実施形態において、核種変換工程を考慮すると、放射性セシウムの硝酸塩重水溶液は、濃度が0.001〜1mol/l、pHが7〜13に調整されることが好ましい。
Below, the radioactive cesium processing system 101 and the radioactive cesium processing method of 2nd Embodiment are demonstrated concretely.
[Extraction of radioactive cesium]
The halogen removal step to the concentration step are performed in the same manner as in the first embodiment.
<Adjustment unit, adjustment process>
In the adjustment process of the second embodiment, the radioactive cesium nitrate transported to the adjustment unit 124 is added to heavy water and adjusted to a heavy aqueous solution having a predetermined concentration. A pH adjuster may be added to the heavy aqueous solution to adjust to a predetermined pH. As the pH adjuster used in the present embodiment, an alkali such as CsOH (Cs may not be a radioisotope) or an acid such as HNO 3 can be used. However, an acid containing halogen such as HCl is not used in this embodiment.
In the present embodiment, in consideration of the nuclide conversion step, it is preferable that the concentration of the radioactive cesium nitrate heavy aqueous solution is adjusted to 0.001 to 1 mol / l and the pH to 7 to 13.

[放射性セシウムの処理]
<放射性セシウム添加部、放射性セシウム添加工程>
調整部124で調整された硝酸塩重水溶液は、放射性セシウム添加部30に搬送される。放射性セシウム添加部30において、第1実施形態と同様の工程により、構造体表面に放射性セシウム層が形成される。
[Treatment of radioactive cesium]
<Radiocesium addition part, Radiocesium addition process>
The aqueous nitrate heavy solution adjusted by the adjusting unit 124 is conveyed to the radioactive cesium adding unit 30. In the radioactive cesium addition part 30, a radioactive cesium layer is formed on the structure surface by the same process as the first embodiment.

<核種変換部、核種変換工程>
図6は、第2実施形態の核種変換部の概略図である。本実施形態では、電解法により核種変換反応を実施する。
図6の核種変換部110は、構造体70、重水素高濃度部111、重水素低濃度部112、高濃度化手段113、及び低濃度化手段を備えている。
<Nuclide conversion part, nuclide conversion process>
FIG. 6 is a schematic diagram of the nuclide conversion unit of the second embodiment. In this embodiment, the nuclide conversion reaction is performed by an electrolytic method.
6 includes a structure 70, a deuterium high concentration unit 111, a deuterium low concentration unit 112, a high concentration unit 113, and a low concentration unit.

構造体70は、第1実施形態の構造体と同じ構成である。構造体70を挟んで、Pd層側には重水素高濃度部111、Pd基板側には重水素低濃度部112が、各々内部を気密保持可能に形成されている。
重水素高濃度部111は高濃度化手段113を備え、重水素低濃度部112よりも重水素の濃度が高い状態に維持される。
The structure 70 has the same configuration as the structure of the first embodiment. A deuterium high-concentration portion 111 is formed on the Pd layer side and a deuterium low-concentration portion 112 is formed on the Pd substrate side so that the inside of the structure 70 can be kept airtight.
The deuterium high concentration part 111 is provided with a high concentration means 113, and the deuterium concentration is maintained higher than that of the deuterium low concentration part 112.

高濃度化手段113は、電圧発生装置115、陽極116、及び、電解溶液供給部117から構成されている。陽極116は白金などとされる。陽極116は、重水素高濃度部111内に、構造体70のPd層側の面と間隔をあけて対向配置されている。電圧発生装置115は、重水素高濃度部111の外に位置し、陽極116と陰極(構造体70)との間に電圧差を与え得る。   The high concentration means 113 includes a voltage generator 115, an anode 116, and an electrolytic solution supply unit 117. The anode 116 is platinum or the like. The anode 116 is disposed in the deuterium high-concentration portion 111 so as to face the Pd layer side surface of the structure 70 with a gap. The voltage generator 115 is located outside the deuterium high concentration part 111 and can give a voltage difference between the anode 116 and the cathode (structure 70).

電解溶液供給部117は、放射性セシウム抽出装置20の調整部124に接続し、調整部124で調整された放射性セシウムの硝酸塩重水溶液を電解溶液として重水素高濃度部111に供給する。この時、電解溶液供給部117は、窒素(N)やアルゴン(Ar)などの不活性ガスとともに電解溶液を重水素高濃度部111に供給する。
セシウムの硝酸塩(硝酸セシウム)は電解質であり、重水溶液中では硝酸イオンとして存在する。
The electrolytic solution supply unit 117 is connected to the adjustment unit 124 of the radioactive cesium extraction apparatus 20 and supplies the radioactive cesium nitrate heavy aqueous solution adjusted by the adjustment unit 124 to the deuterium high concentration unit 111 as an electrolytic solution. At this time, the electrolytic solution supply unit 117 supplies the electrolytic solution to the deuterium high concentration unit 111 together with an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar).
Cesium nitrate (cesium nitrate) is an electrolyte and exists as nitrate ions in heavy aqueous solution.

ガス排出経路114は、重水素高濃度部111内のガスを外部に排出できるよう逆止弁(<1気圧)を介して重水素高濃度部111に接続されている。   The gas discharge path 114 is connected to the deuterium high concentration section 111 via a check valve (<1 atm) so that the gas in the deuterium high concentration section 111 can be discharged to the outside.

重水素低濃度部112は低濃度化手段を備えている。低濃度化手段は図6では示されていないが、ターボ分子ポンプ及びドライポンプなどの排気装置とされ、真空引きすることで重水素低濃度部112内を重水素高濃度部111よりも重水素圧力が低い状態に維持する。   The deuterium low concentration unit 112 includes a concentration reducing means. Although the concentration reducing means is not shown in FIG. 6, it is an exhaust device such as a turbo molecular pump and a dry pump, and the deuterium low concentration portion 112 is deuterated more than the deuterium high concentration portion 111 by evacuation. Maintain low pressure.

図6の核種変換部110を用いて、以下の工程により核種変換を実施する。
調整部124で所定濃度に調整された放射性セシウムの硝酸塩重水溶液が、電解溶液供給部117を介して重水素高濃度部111に供給される。硝酸塩重水溶液により、構造体70及び陽極116が硝酸塩重水溶液に浸漬される。
Using the nuclide conversion unit 110 in FIG. 6, nuclide conversion is performed by the following steps.
The heavy nitrate aqueous solution of radioactive cesium adjusted to a predetermined concentration by the adjustment unit 124 is supplied to the high deuterium concentration unit 111 via the electrolytic solution supply unit 117. The structure 70 and the anode 116 are immersed in the heavy nitrate aqueous solution by the heavy nitrate aqueous solution.

次に、低濃度化手段により重水素低濃度部112内を重水素圧力の低い状態とする。詳細には、真空ポンプを用いて、重水素低濃度部112内を真空状態とし、これを維持する。重水素低濃度部112内の圧力は<0.1Paとされると良い。   Next, the deuterium low concentration portion 112 is brought into a low deuterium pressure state by the concentration reducing means. In detail, the inside of the deuterium low concentration part 112 is made into a vacuum state using a vacuum pump, and this is maintained. The pressure in the deuterium low concentration portion 112 is preferably <0.1 Pa.

次に、電圧発生装置115にて陽極116に電圧を印加し、陽極116と陰極(構造体70)との間に電圧差を発生させる。この時、水の電気分解の閾値(1.23V)以上の電圧差を印加する。これにより、構造体70の表面(Pd層)上で重水(DO)が電気分解されて、重水素(D)が発生する。電気分解反応速度等を考慮すると、電圧差は少なくとも1.5V以上とされ、数V〜数十Vの範囲で電気分解が実施される。
重水の電気分解により、重水素高濃度部111内の硝酸塩重水溶液量が減少する。そこで、陽極116及び構造体70の浸漬が確保できるように、電解溶液供給部117から継続的に硝酸塩重水溶液が供給される。
Next, a voltage is applied to the anode 116 by the voltage generator 115 to generate a voltage difference between the anode 116 and the cathode (structure 70). At this time, a voltage difference equal to or higher than the water electrolysis threshold (1.23 V) is applied. Thereby, heavy water (D 2 O) is electrolyzed on the surface (Pd layer) of the structure 70, and deuterium (D 2 ) is generated. Considering the electrolysis reaction rate and the like, the voltage difference is at least 1.5 V or more, and the electrolysis is performed in the range of several V to several tens V.
Due to the electrolysis of heavy water, the amount of nitrate heavy aqueous solution in the deuterium high concentration portion 111 is reduced. Therefore, a nitrate heavy aqueous solution is continuously supplied from the electrolytic solution supply unit 117 so that the anode 116 and the structure 70 can be immersed.

低濃度化工程及び高濃度化工程によって、構造体70の重水素高濃度部111側と重水素低濃度部112側との間に重水素の濃度勾配が生じる。これにより、重水素高濃度部111側の重水素が構造体70を透過し、重水素低濃度部112側へと移動する。この時、構造体70表面の放射性セシウム層中の放射性セシウムが他の安定元素に変換される。
重水素ガスの透過は所定時間、例えば数十〜数百時間とする。核種変換量は重水素の透過時間が長くなるのに伴って増加する傾向がある。
Due to the low concentration step and the high concentration step, a deuterium concentration gradient is generated between the deuterium high concentration portion 111 side and the deuterium low concentration portion 112 side of the structure 70. Thereby, deuterium on the deuterium high concentration part 111 side permeates the structure 70 and moves to the deuterium low concentration part 112 side. At this time, radioactive cesium in the radioactive cesium layer on the surface of the structure 70 is converted into another stable element.
The permeation of deuterium gas is set for a predetermined time, for example, several tens to several hundreds hours. The amount of nuclide conversion tends to increase as the permeation time of deuterium increases.

また、硝酸セシウムは電解質であり、水または重水中で放射性セシウムはイオンとして存在する。陽極116と構造体70との電圧差により、セシウムイオンは構造体70に向かって移動する。セシウムイオンが構造体70の陽極116との対向面に接触すると、重水素透過時にセシウムイオンが他の案定元素に核種変換される。   Further, cesium nitrate is an electrolyte, and radioactive cesium exists as ions in water or heavy water. Due to the voltage difference between the anode 116 and the structure 70, the cesium ions move toward the structure 70. When the cesium ions come into contact with the surface of the structure 70 facing the anode 116, the cesium ions are nuclide-converted to other proposed elements during deuterium permeation.

なお、本実施形態では、核種変換部110が放射性セシウム添加部と一体化していても良い。すなわち、核種変換部110の重水素高濃度部111、電圧発生装置115、陽極116が、図3で説明した放射性セシウム添加部と同じ機能を果たす。こうすることにより、放射性セシウム処理システム101の装置構成を簡略化することが可能である。   In the present embodiment, the nuclide conversion unit 110 may be integrated with the radioactive cesium addition unit. That is, the deuterium high concentration part 111, the voltage generator 115, and the anode 116 of the nuclide conversion part 110 perform the same function as the radioactive cesium addition part demonstrated in FIG. By doing so, the apparatus configuration of the radioactive cesium treatment system 101 can be simplified.

この場合、核種変換部110で核種変換を実施する前に(低濃度化手段の作動により重水素が構造体70を透過可能とされる前に)、電圧発生装置115が陽極116と構造体70との間に電圧を印加して、構造体70の表面に放射性セシウムを電着して放射性セシウム層が形成されることにより、放射性セシウムが添加される。その後、上述した工程により核種変換工程が行われる。   In this case, before the nuclide conversion is performed in the nuclide conversion unit 110 (before deuterium is allowed to permeate the structure 70 by the operation of the concentration reducing means), the voltage generator 115 is connected to the anode 116 and the structure 70. Is applied to the surface of the structure 70 to form a radioactive cesium layer, whereby the radioactive cesium is added. Thereafter, the nuclide conversion step is performed by the above-described steps.

以下では、実験例により第1実施形態及び第2実施形態の放射性セシウム処理方法を説明する。
まず、上記実施形態で採用した核種変換工程の実現性について説明する。
Below, the radioactive cesium processing method of 1st Embodiment and 2nd Embodiment is demonstrated by an experiment example.
First, the feasibility of the nuclide conversion process employed in the above embodiment will be described.

〔ガス透過法による核種変換実験〕
ガス透過法によりCsの核種変換を確認する実験を行った。なお、本実験では実験を行う上での安全性を考慮して、133Csを用いた。
(1)構造体の作製
構造体は、Pd基板(25mm×25mm×厚さ0.1mm、純度99.5%以上)をアセトン中で所定時間に亘って超音波洗浄することにより脱脂した。その後、真空中(例えば、1.33×10-5Pa以下)において、例えば900℃の温度で所定時間(例えば、10時間)に亘ってアニール処理を行った。
次に、例えば室温でアニール後のPd基板を重王水により所定時間(例えば、100秒間)に亘ってエッチング処理を施して表面の不純物を除去した。
[Nuclide conversion experiment by gas permeation method]
An experiment was conducted to confirm the nuclide conversion of Cs by the gas permeation method. In this experiment, 133 Cs was used in consideration of safety in conducting the experiment.
(1) Production of structure The structure was degreased by ultrasonically cleaning a Pd substrate (25 mm × 25 mm × thickness 0.1 mm, purity 99.5% or more) in acetone for a predetermined time. Thereafter, annealing was performed in a vacuum (for example, 1.33 × 10 −5 Pa or less) at a temperature of, for example, 900 ° C. for a predetermined time (for example, 10 hours).
Next, for example, the Pd substrate annealed at room temperature was etched with heavy aqua regia for a predetermined time (for example, 100 seconds) to remove impurities on the surface.

次に、アルゴンイオンビームによるスパッタリング法を用いて、エッチング処理後のPd基板上に、スパッタリング法によりCaO層とPd層とを交互に形成した。例えば厚さ10nmのCaO層と、厚さ10nmのPd層とを交互に積層し、最上部にPd層を40nmで成膜することにより、構造体を形成した。   Next, a CaO layer and a Pd layer were alternately formed on the Pd substrate after the etching process by sputtering using an argon ion beam sputtering. For example, a CaO layer having a thickness of 10 nm and a Pd layer having a thickness of 10 nm are alternately stacked, and a Pd layer is formed at the uppermost portion with a thickness of 40 nm to form a structure.

(2)Cs添加
本実験ではイオン注入法を用いて、構造体のPd層表面に133Csを添加した。イオン注入は、加速エネルギ:20keV、ドーズ量:1016ions/cmで行った。
(2) Addition of Cs In this experiment, 133 Cs was added to the surface of the Pd layer of the structure using an ion implantation method. Ion implantation was performed at an acceleration energy of 20 keV and a dose of 10 16 ions / cm 2 .

(3)核種変換実験
図7に示す試験装置200内の試料ステージに上記工程により作製した構造体210を配置した。構造体210は、133Cs添加面を吸蔵室(重水素高圧部)201側に向けて配置した。
構造体配置後、バルブV1を開放した状態で、ターボ分子ポンプ204及びロータリーポンプ205を用いて吸蔵室201及び放出室(重水素低圧部)202を1×10−5Pa以下に排気した。構造体210を70℃程度に加熱した。
(3) Nuclide conversion experiment The structure 210 produced by the above process was placed on the sample stage in the test apparatus 200 shown in FIG. In the structure 210, the 133 Cs-added surface was arranged toward the storage chamber (deuterium high-pressure part) 201 side.
After the structure was placed, the storage chamber 201 and the discharge chamber (deuterium low pressure part) 202 were exhausted to 1 × 10 −5 Pa or less using the turbo molecular pump 204 and the rotary pump 205 with the valve V1 opened. The structure 210 was heated to about 70 ° C.

真空度が十分安定し、構造体210温度が安定した後、バルブV1を閉鎖した。次いで、バルブV2,V3を開放し、重水素タンク203から吸蔵室201に重水素を連続的に供給した。吸蔵室201の圧力は1.013×10Pa(1atm)とした。
重水素ガス導入から150時間経過後に、バルブV2,V3を閉鎖し、バルブV1を開放して、吸蔵室201内の重水素を排気した。その後、ターボ分子ポンプ204及びロータリーポンプ205を停止して、吸蔵室201及び放出室202を大気開放した。大気開放後、構造体210を取出した。
After the degree of vacuum was sufficiently stable and the temperature of the structure 210 was stabilized, the valve V1 was closed. Next, the valves V2 and V3 were opened, and deuterium was continuously supplied from the deuterium tank 203 to the storage chamber 201. The pressure in the storage chamber 201 was 1.013 × 10 5 Pa (1 atm).
After 150 hours from the introduction of the deuterium gas, the valves V2 and V3 were closed, the valve V1 was opened, and the deuterium in the storage chamber 201 was exhausted. Thereafter, the turbo molecular pump 204 and the rotary pump 205 were stopped, and the storage chamber 201 and the discharge chamber 202 were opened to the atmosphere. After releasing the atmosphere, the structure 210 was taken out.

(4)構造体表面の元素分析
核種変換実験前及び実験後の構造体について、SIMS(二次イオン質量分析装置)を用いてPd層側の表面の元素分析を行った。図8は、SIMSスペクトルである。同図において、横軸は質量数、縦軸はSIMSカウント数である。
実験前の構造体では、質量数133(133Cs)のみが計測された。実験後の構造体では、実験前に比べて質量数133の計測数が減少し、質量数141が計測された。これは、核種変換により133Csが141Prに変換されたことを意味する。
この核種変換では、以下に示す反応が起こっていると考えられる。

Figure 2015075474
Figure 2015075474
なお、図8によると、質量数137(137La、半減期:6万年)も計測されたが、計測数は少なかった。 (4) Elemental analysis on the surface of the structure Elemental analysis of the surface on the Pd layer side was performed on the structures before and after the nuclide conversion experiment using SIMS (secondary ion mass spectrometer). FIG. 8 is a SIMS spectrum. In the figure, the horizontal axis represents the mass number, and the vertical axis represents the SIMS count number.
In the structure before the experiment, only the mass number 133 ( 133 Cs) was measured. In the structure after the experiment, the number of measurements of the mass number 133 decreased and the mass number 141 was measured compared to before the experiment. This means that 133 Cs was converted to 141 Pr by nuclide conversion.
In this nuclide conversion, the following reactions are considered to occur.
Figure 2015075474
Figure 2015075474
In addition, according to FIG. 8, mass number 137 ( 137 La, half-life: 60,000 years) was also measured, but the number of measurements was small.

以上の結果から、構造体を重水素が透過する際に、セシウムが核種変換されて他の安定元素(本実験の場合は141Pr)に変換されることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that when deuterium permeates through the structure, cesium is nuclide-converted and converted to another stable element ( 141 Pr in this experiment).

〔電気分解法による核種変換実験〕
電気分解法によりCsの核種変換を確認する実験を行った。なお、本実験では実験を行う上での安全性を考慮して、133Csを用いた。
[Nuclide conversion experiment by electrolysis]
An experiment was conducted to confirm the nuclide conversion of Cs by electrolysis. In this experiment, 133 Cs was used in consideration of safety in conducting the experiment.

(1)構造体の作成
上述したガス透過法と同様の工程で構造体を作製した。
(1) Creation of structure A structure was produced in the same process as the gas permeation method described above.

(2)Cs添加
上述したガス透過法と同様の工程及び条件で、構造体のPd層表面に133Csを添加した。
(2) Cs addition 133 Cs was added to the surface of the Pd layer of the structure in the same process and conditions as the gas permeation method described above.

(3)核種変換実験
図9は本実験で用いた試験装置の概略図である。試験装置300は円筒状の容器301を有し、容器301の底部に図3と同様の構造体310を設置した。この時、構造体310のPd基板を容器301底部側に向けて設置した。構造体310を陰極として電源(不図示)に接続した。
容器301内のPd層側の空間に0.1MCsNO−DO溶液を入れ、溶液に陽極(白金電極)302を構造体310に対向させて浸漬した。
構造体310を挟んで容器301内部と反対側の空間は、不図示のポンプにより減圧(1×10−5Pa以下)した。構造体310と陽極302との間に4.5Vの電圧を250時間印加し、重水を電気分解した。電気分解後、構造体310を取出した。
(3) Nuclide Conversion Experiment FIG. 9 is a schematic diagram of the test apparatus used in this experiment. The test apparatus 300 has a cylindrical container 301, and a structure 310 similar to that shown in FIG. At this time, the Pd substrate of the structure 310 was placed toward the bottom of the container 301. The structure 310 was connected as a cathode to a power source (not shown).
A 0.1MCsNO 3 —D 2 O solution was placed in the space on the Pd layer side in the container 301, and the anode (platinum electrode) 302 was immersed in the solution so as to face the structure 310.
The space opposite to the inside of the container 301 across the structure 310 was depressurized (1 × 10 −5 Pa or less) by a pump (not shown). A voltage of 4.5 V was applied between the structure 310 and the anode 302 for 250 hours to electrolyze heavy water. After electrolysis, structure 310 was removed.

(4)構造体表面の元素分析
SIMSを用いてPd層側の表面の元素分析を行った。ここで、構造体の中央部及び端部の2箇所を計測した。図9の試験装置300では、容器底部において壁面が容器の径方向内側に突出している。このため、構造体310の中央では重水素が透過可能であるが、構造体310の端部側では重水素は透過できないようになっている。
図10は、構造体の中央部及び端部でのSIMSスペクトルである。同図において、横軸は質量数、縦軸はカウント数である。構造体中央部では、構造体端部に比べて質量数133(133Cs)のカウント数が減少している。構造体端部では質量数133以外は検出されなかったが、構造体中央部では主として質量数139及び140が検出された。
(4) Elemental analysis of the structure surface Elemental analysis of the surface on the Pd layer side was performed using SIMS. Here, two places of the center part and the end part of the structure were measured. In the test apparatus 300 of FIG. 9, the wall surface protrudes inward in the radial direction of the container at the bottom of the container. For this reason, deuterium can pass through the center of the structure 310, but deuterium cannot pass through the end of the structure 310.
FIG. 10 shows SIMS spectra at the center and end of the structure. In the figure, the horizontal axis represents the mass number and the vertical axis represents the count number. In the central part of the structure, the count number of mass number 133 ( 133 Cs) is reduced as compared with the end of the structure. Although mass numbers other than 133 were not detected at the end of the structure, mass numbers 139 and 140 were mainly detected at the center of the structure.

質量数139及び140となり得る複合物(2つの元素の組み合わせ)はいくつか考えられる。しかしながら、天然存在比を考慮すると、天然に存在する元素の組み合わせで質量数139及び140となるものはない。従って、質量数139及び質量数140は、それぞれ安定元素である139La及び140Ceと推測される。 There are several possible composites (combinations of two elements) that can have a mass number of 139 and 140. However, when the natural abundance ratio is taken into consideration, there are no combinations of elements existing in nature that have mass numbers of 139 and 140. Therefore, the mass number 139 and the mass number 140 are estimated to be 139 La and 140 Ce, which are stable elements, respectively.

以上の結果から、構造体を重水素が透過する際に、セシウムが核種変換されて他の安定元素(本実験の場合は139La及び140Ce)に変換されることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that when deuterium permeates through the structure, cesium is nuclide-converted and converted to other stable elements ( 139 La and 140 Ce in this experiment).

以下の実験で、仕事関数が低い物質としてY層を形成した構造体を用いて、核種変換反応の有無を検証した。
CaO層をY層に置換した以外は、上述したガス透過法と同様の工程で構造体を作製した。また、上述したガス透過法と同様の工程及び条件で、構造体のPd層表面に133Csを添加した。
In the following experiment, the presence or absence of a nuclide conversion reaction was verified using a structure in which a Y 2 O 3 layer was formed as a substance having a low work function.
A structure was produced in the same process as the gas permeation method described above, except that the CaO layer was replaced with a Y 2 O 3 layer. Further, 133 Cs was added to the surface of the Pd layer of the structure in the same process and conditions as in the gas permeation method described above.

図9の試験装置を用い、核種変換反応を実施した。なお、本実験では0.5MCsNO−DO溶液を用いた。
図11は、構造体の中央部及び端部でのXPSスペクトルである。同図において、横軸はエネルギ、縦軸はカウント数である。上述のように、構造体中央部で重水素が透過し、端部側では重水素が透過していない。図11に示すように、構造体中央部でPrのピークが検出されたが、端部では検出されなかった。
以上の結果から、仕事関数が低い物質としてYを適用した場合でも、核種変換が起こることが確認できた。
The nuclide conversion reaction was performed using the test apparatus of FIG. Incidentally, with 0.5MCsNO 3 -D 2 O solution in this experiment.
FIG. 11 shows XPS spectra at the center and end of the structure. In the figure, the horizontal axis is energy, and the vertical axis is the count number. As described above, deuterium permeates at the center of the structure, and deuterium does not permeate at the end side. As shown in FIG. 11, a Pr peak was detected at the center of the structure, but not at the end.
From the above results, it was confirmed that nuclide conversion occurred even when Y 2 O 3 was applied as a substance having a low work function.

〔ハロゲン除去の効果の検証〕
本実施形態の放射性セシウム抽出方法におけるハロゲン除去の必要性を、以下の実験により説明する。
図3の構造体(大きさ:25mm×25mm×0.1mm)の表面に、ヨウ素を(a)電着法、(b)イオン注入法により添加した。
(a)電着法の条件
電解溶液:1mM NaI−DO溶液
電圧:1V
電気分解時間:10秒
ヨウ素添加量:80ng/cm
(b)イオン注入法
加速エネルギ:18keV
注入量:1.0×1014ions/cm
[Verification of halogen removal effect]
The necessity of halogen removal in the radioactive cesium extraction method of this embodiment will be described by the following experiment.
Iodine was added to the surface of the structure of FIG. 3 (size: 25 mm × 25 mm × 0.1 mm) by (a) electrodeposition and (b) ion implantation.
(A) Conditions for electrodeposition method Electrolytic solution: 1 mM NaI-D 2 O solution Voltage: 1 V
Electrolysis time: 10 seconds Iodine addition amount: 80 ng / cm 2
(B) Ion implantation method Acceleration energy: 18 keV
Injection amount: 1.0 × 10 14 ions / cm 2

電着法及びイオン注入法の各々でヨウ素を添加した構造体のPd層表面に、電着により核種変換物質として133Csを添加した。 133 Cs was added as a nuclide conversion substance by electrodeposition to the surface of the Pd layer of the structure to which iodine was added in each of the electrodeposition method and the ion implantation method.

ヨウ素を添加した構造体を重水素高圧部と重水素低圧部との間に設置した。重水素高圧部に、重水素ガスを圧力1.01325×10Paとなるように供給した。重水素低圧部は、圧力が1×10−4Paとなるように真空ポンプで排気した。
表1に、各構造体を透過した重水素量を示す。重水素透過量をマスフローコントローラーで流量構成した真空ゲージで計測した。

Figure 2015075474
本実験の条件で核種変換を発生させるには、重水素透過量は1sccm必要である。上記結果から、ヨウ素により重水素の透過が阻害されることが確認できた。 The structure to which iodine was added was placed between the deuterium high pressure part and the deuterium low pressure part. Deuterium gas was supplied to the deuterium high-pressure section so that the pressure was 1.01325 × 10 5 Pa. The deuterium low pressure part was evacuated with a vacuum pump so that the pressure became 1 × 10 −4 Pa.
Table 1 shows the amount of deuterium permeated through each structure. The amount of deuterium permeation was measured with a vacuum gauge configured with a mass flow controller.
Figure 2015075474
In order to generate nuclide conversion under the conditions of this experiment, 1 sccm of deuterium permeation is required. From the above results, it was confirmed that the deuterium permeation was inhibited by iodine.

〔放射性セシウムの抽出及び核種変換実験〕
第1実施形態で説明した放射性セシウム処理方法の実証実験を以下で説明する。
[Radiocesium extraction and nuclide conversion experiments]
A demonstration experiment of the radioactive cesium treatment method described in the first embodiment will be described below.

[1]137Csの抽出
本実験では、固体物に吸着した137Csの硝酸による抽出可否を検討した。
(1)イオン交換樹脂への吸着
イオン交換樹脂(三菱樹脂株式会社製)1ccを図12に示すガラス管に充填した。ガラス管の先端にグラスウールが詰められているが、これはイオン交換樹脂がガラス管から吐出するのを防止するためである。
イオン交換樹脂を充填したガラス管に、1N塩酸を1cc注入し、イオン交換樹脂を洗浄した。この操作を2回繰り返した。
次いで、ガラス管に1N硝酸を1cc注入し、イオン交換樹脂を洗浄した。この操作を8回繰り返した。
次いで、ガラス管に純水を1cc注入し、イオン交換樹脂を洗浄した。この操作を10回繰り返した。
ガラス管に、137Cs試薬溶液(0.1N塩酸溶液、1.85MBq)を0.5cc注入した。その後、ガラス管に純水を0.1ccずつ計3回注入する操作を行った。
137Cs試薬溶液の注入及びその後の純粋の注入で、ガラス管下部にビーカーを設置してイオン交換樹脂を通過した液体を回収した。Ge計測器により回収された液体の137Cs放射能を計測したが、検出されなかった。
[1] Extraction of 137 Cs In this experiment, the possibility of extraction of 137 Cs adsorbed on a solid material with nitric acid was examined.
(1) Adsorption to ion exchange resin 1 cc of ion exchange resin (Mitsubishi Resin Co., Ltd.) was filled in a glass tube shown in FIG. Glass wool is packed at the tip of the glass tube in order to prevent the ion exchange resin from being discharged from the glass tube.
1 cc of 1N hydrochloric acid was injected into a glass tube filled with the ion exchange resin to wash the ion exchange resin. This operation was repeated twice.
Next, 1 cc of 1N nitric acid was injected into the glass tube to wash the ion exchange resin. This operation was repeated 8 times.
Next, 1 cc of pure water was injected into the glass tube to wash the ion exchange resin. This operation was repeated 10 times.
0.5 cc of a 137 Cs reagent solution (0.1N hydrochloric acid solution, 1.85 MBq) was injected into the glass tube. Thereafter, an operation of injecting 0.1 cc of pure water into the glass tube three times in total was performed.
In the injection of the 137 Cs reagent solution and the subsequent pure injection, a beaker was installed at the bottom of the glass tube to collect the liquid that passed through the ion exchange resin. The 137 Cs radioactivity of the liquid recovered by the Ge measuring device was measured but not detected.

(2)137Csの抽出
PFA製容器をガラス管の下に設置した。137Cs吸着イオン交換樹脂が充填されたガラス管に、1N硝酸を1cc注入した。この操作を5回繰り返した。ガラス管を通過した液体は、PFA製容器で回収した。
ポータブル放射線計測器により回収された液体の137Cs放射能を計測したところ、検出限界以下であった。
(2) Extraction of 137 Cs A PFA container was placed under the glass tube. 1 cc of 1N nitric acid was injected into a glass tube filled with 137 Cs adsorption ion exchange resin. This operation was repeated 5 times. The liquid that passed through the glass tube was collected in a PFA container.
When the 137 Cs radioactivity of the liquid collected by the portable radiation measuring instrument was measured, it was below the detection limit.

[2]放射性セシウムの濃縮
ホットプレート(最高温度50℃)上にアルミ板を設置し、その上にPFA製容器を固定した。
アルミ板の上にガラス製ベルジャーを設置し、ロータリーポンプを用いてベルジャー内を排気した。排気後2kPa(15Torr)まではバルブを半開として、PFA製容器内の液体の飛散防止を図った。2kPa未満になった後で、バルブを全開にし、2時間真空乾燥を実施した。
[2] Concentration of radioactive cesium An aluminum plate was placed on a hot plate (maximum temperature 50 ° C.), and a PFA container was fixed thereon.
A glass bell jar was placed on the aluminum plate, and the inside of the bell jar was evacuated using a rotary pump. The valve was opened halfway up to 2 kPa (15 Torr) after evacuation to prevent scattering of liquid in the PFA container. After becoming less than 2 kPa, the valve was fully opened and vacuum drying was performed for 2 hours.

[3]硝酸塩重水溶液の調整
PFA製容器内に重水0.5ccを入れた。容器に蓋をし、容器内壁面に付着したCsNO137Csの硝酸塩)を溶解させた。このときのCsNO濃度は1mMであった。
[3] Preparation of heavy nitrate aqueous solution 0.5 cc of heavy water was placed in a PFA container. The container was covered, and CsNO 3 ( 137 Cs nitrate) adhering to the inner wall surface of the container was dissolved. The CsNO 3 concentration at this time was 1 mM.

[4]構造体への137Cs添加
(1)構造体の作製
〔ガス透過法による核種変換実験〕で説明した工程と同様にして、図3と同じ構成の構造体を作製した。
[4] Addition of 137 Cs to structure (1) Production of structure A structure having the same structure as that shown in FIG. 3 was produced in the same manner as described in [Nuclide conversion experiment by gas permeation method].

(2)137Cs添加
図13に137Csの添加に用いた装置の概略図を示す。セシウム添加装置400では、構造体410がSUS製ホルダ401上に設置される。この時、Pd基板をSUS製ホルダ401に接触させて配置する。SUS製ホルダ401が陰極として電源(不図示)に接続される。
構造体410上にテフロン製ホルダ402が載置され、SUS製ホルダ401及びテフロン製ホルダ402により構造体410が固定される。このテフロン製ホルダ402は、中央部に構造体410よりも小さい開口部403を有している。テフロン製ホルダ402と構造体410との接触により、開口部403は液密とされている。
(2) Addition of 137 Cs FIG. 13 shows a schematic view of an apparatus used for adding 137 Cs. In the cesium addition device 400, the structure 410 is installed on the SUS holder 401. At this time, the Pd substrate is placed in contact with the SUS holder 401. A SUS holder 401 is connected to a power source (not shown) as a cathode.
A Teflon holder 402 is placed on the structure 410, and the structure 410 is fixed by the SUS holder 401 and the Teflon holder 402. The Teflon holder 402 has an opening 403 smaller than the structure 410 at the center. By the contact between the Teflon holder 402 and the structure 410, the opening 403 is liquid-tight.

開口部403に上記で調整されたセシウム硝酸塩重水溶液を入れた。その後、陽極(白金電極)404を硝酸塩重水溶液の液面に接触させて固定した。陽極404は電源(不図示)に接続される。
電源により陽極404と構造体410との間に1.0Vの電位差を20秒間与えて電着を行い、Pd層上に放射性セシウム(137Cs)層を形成した。この際、電流計にて電流値をモニタリングした。
電着後、溶液をピペットで吸出し回収した。
The cesium nitrate heavy aqueous solution adjusted as described above was placed in the opening 403. Thereafter, the anode (platinum electrode) 404 was fixed in contact with the liquid surface of the heavy nitrate aqueous solution. The anode 404 is connected to a power source (not shown).
Electrodeposition was performed by applying a potential difference of 1.0 V between the anode 404 and the structure 410 with a power source for 20 seconds to form a radioactive cesium ( 137 Cs) layer on the Pd layer. At this time, the current value was monitored with an ammeter.
After electrodeposition, the solution was sucked and collected with a pipette.

構造体410をホルダから取り外し、大気中で5〜10分程度乾燥させた。その後、構造体410を超純水50ccに10秒浸漬した。これにより、表面に残留するCsNOを除去した。その後、構造体410を大気中で5〜10分程度乾燥させた。
上記工程により作製した構造体410を、図14に示すようにアクリル製容器420内にCs層を上側にして収容した。この状態で、Ge計測器により137Csの放射能を計測した。
The structure 410 was removed from the holder and dried in the atmosphere for about 5 to 10 minutes. Thereafter, the structure 410 was immersed in 50 cc of ultrapure water for 10 seconds. As a result, CsNO 3 remaining on the surface was removed. Thereafter, the structure 410 was dried in the atmosphere for about 5 to 10 minutes.
As shown in FIG. 14, the structure 410 manufactured by the above process was accommodated in an acrylic container 420 with the Cs layer facing upward. In this state, the radioactivity of 137 Cs was measured with a Ge measuring instrument.

[5]ガス透過法による核種変換実験
上記工程により作製した構造体を用いて、図7の試験装置を用いてガス透過法により137Csの核種変換実験を行った。実験は〔ガス透過法による核種変換実験〕の(3)で説明した条件で行った。
放射性セシウム添加装置400から取り出した構造体は、図14の容器420内に収容した。この状態で、Ge計測器により137Csの放射能を計測した。
[5] Radionuclide Conversion Experiment by Gas Permeation Method Using the structure produced by the above process, a 137 Cs nuclide conversion experiment was conducted by the gas permeation method using the test apparatus of FIG. The experiment was performed under the conditions described in (3) of [Nuclide conversion experiment by gas permeation method].
The structure taken out from the radioactive cesium addition apparatus 400 was accommodated in the container 420 of FIG. In this state, the radioactivity of 137 Cs was measured with a Ge measuring instrument.

図15に、核種変換実験前後での137Csの放射能測定結果を示す。同図において、横軸は試料番号、縦軸は放射能量である。上記実験は、計12サンプルについて実施した。図15における初期値の実線は実験前の放射能量の平均値を示しており、初期値の点線は平均値からのばらつきを示している。実験前の放射能量の平均値は567Bqであった。実験後の放射能量の平均値は521Bqであり、実験前から8.1%減少した。 FIG. 15 shows the results of radioactivity measurement of 137 Cs before and after the nuclide conversion experiment. In the figure, the horizontal axis represents the sample number and the vertical axis represents the amount of radioactivity. The experiment was performed on a total of 12 samples. The solid line of the initial value in FIG. 15 indicates the average value of the radioactivity before the experiment, and the dotted line of the initial value indicates the variation from the average value. The average radioactivity before the experiment was 567 Bq. The average value of the radioactivity after the experiment was 521 Bq, which was 8.1% lower than before the experiment.

実験後の吸蔵室201内、放出室202内、及び試料ステージ周辺をスミア法により検査した結果、137Csは未検出だった。すなわち、装置内への137Csの飛散はなかったことが確認された。
試験装置200ではターボ分子ポンプ204とロータリーポンプ205との間にモレキュラーシーブス220を設置した。実験後のモレキュラーシーブス220及びロータリーポンプ205のオイルを、Ge検出器を用いて137Csのγ線計測を実施した。その結果、いずれも検出限界以下であった。すなわち、排気系への137Cs飛散はなかったことが確認された。
As a result of examining the inside of the storage chamber 201, the inside of the discharge chamber 202, and the periphery of the sample stage after the experiment by the smear method, 137 Cs was not detected. That is, it was confirmed that there was no scattering of 137 Cs into the apparatus.
In the test apparatus 200, a molecular sieve 220 is installed between the turbo molecular pump 204 and the rotary pump 205. Γ-ray measurement of 137 Cs was performed on the molecular sieves 220 and the oil of the rotary pump 205 after the experiment using a Ge detector. As a result, all were below the detection limit. That is, it was confirmed that there was no 137 Cs scattering to the exhaust system.

以上の結果から、実験後の放射能量の減少は、137Csが核種変換されたことが確認できた。放射線量が減少していることから、137Csは安定核種に変換された。 From the above results, it was confirmed that the radioactivity decreased after the experiment because 137 Cs was nuclide-converted. Since the radiation dose was reduced, 137 Cs was converted to a stable nuclide.

なお、本願発明者らは第2実施形態で記載されている核種変換装置及び核種変換方法によっても、137Csが安定核種に変換されたことを確認している。 The inventors of the present application have confirmed that 137 Cs has been converted to a stable nuclide by the nuclide conversion apparatus and the nuclide conversion method described in the second embodiment.

1,101 放射性セシウム処理システム
10,110 核種変換部
11 重水素高圧部
12 重水素低圧部
13 重水素ボンベ
14 真空ポンプ
20,120 放射性セシウム抽出装置
21 ハロゲン除去部
22 抽出部
23 濃縮部
24 調整部
25 冷却部
30 放射性セシウム添加部
31 容器
32 電源
33,116 陽極
40 処理部
50 セシウム吸着装置
60 エアフィルタ
70 構造体
71 Pd基板
72 CaO層
73 Pd層
111 重水素高濃度部
112 重水素低濃度部
113 高濃度化手段
114 ガス排出経路
115 電圧発生装置
117 電解溶液供給部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Radiocesium processing system 10,110 Nuclide conversion part 11 Deuterium high pressure part 12 Deuterium low pressure part 13 Deuterium cylinder 14 Vacuum pump 20,120 Radiocesium extraction apparatus 21 Halogen removal part 22 Extraction part 23 Concentration part 24 Adjustment part 25 Cooling unit 30 Radioactive cesium addition unit 31 Container 32 Power source 33, 116 Anode 40 Processing unit 50 Cesium adsorption device 60 Air filter 70 Structure 71 Pd substrate 72 CaO layer 73 Pd layer 111 Deuterium high concentration unit 112 Deuterium low concentration unit 113 Concentration means 114 Gas discharge path 115 Voltage generator 117 Electrolytic solution supply unit

Claims (12)

放射性セシウムが吸着している固体物を水で洗浄して、前記固体物からハロゲンを除去するハロゲン除去部と、
硝酸または重硝酸に前記ハロゲンが除去された前記固体物を浸漬させて前記固体物から前記放射性セシウムを抽出させ、抽出液を生成させる抽出部と、
前記抽出液を加熱して前記抽出液から前記硝酸または前記重硝酸を蒸発させて、前記放射性セシウムの硝酸塩を作製する濃縮部と、
前記放射性セシウムの硝酸塩を水または重水に溶解させ、所定濃度の前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液または重水溶液を作製する調整部と、
を備える放射性セシウム抽出装置。
A halogen removing unit that removes halogen from the solid by washing the solid adsorbed with radioactive cesium with water;
An extraction section for immersing the solid material from which the halogen has been removed in nitric acid or deuterated nitric acid to extract the radioactive cesium from the solid material, and generating an extract;
A concentration unit for heating the extract to evaporate the nitric acid or the deuterated nitric acid from the extract to produce the radioactive cesium nitrate;
An adjustment unit for dissolving the radioactive cesium nitrate in water or heavy water to produce an aqueous solution or heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate in a predetermined concentration;
A radioactive cesium extraction apparatus comprising:
前記抽出部が、常圧下において、硝酸または重硝酸の濃度が6mol/L以上、かつ、90℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物を浸漬させる請求項1に記載の放射性セシウム抽出装置。   2. The radioactive cesium extraction apparatus according to claim 1, wherein the extraction unit immerses the solid matter in the nitric acid or the heavy nitric acid having a nitric acid or heavy nitric acid concentration of 6 mol / L or more and 90 ° C. or more under normal pressure. . 前記抽出部が、16気圧以上の圧力で、硝酸または重硝酸の濃度が0.5mol/L以上5.0mol/L以下、かつ、200℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物を浸漬させる請求項1に記載の放射性セシウム抽出装置。   The extraction unit immerses the solid matter in the nitric acid or the deuterated nitric acid at a pressure of 16 atm or more and a nitric acid or deuterated nitric acid concentration of 0.5 mol / L or more and 5.0 mol / L or less and 200 ° C. or more. The radioactive cesium extraction apparatus of Claim 1. 前記蒸発した前記硝酸または前記重硝酸を回収して冷却し、液体となった前記硝酸または前記重硝酸を前記抽出部に供給する冷却部を更に備える請求項1に記載の放射性セシウム抽出装置。   The radioactive cesium extraction apparatus according to claim 1, further comprising a cooling unit that collects and cools the evaporated nitric acid or the heavy nitric acid and supplies the extracted nitric acid or the heavy nitric acid to the extraction unit. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の放射性セシウム抽出装置と、
前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液を用いて、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体の一表面に前記放射性セシウムを添加する放射性セシウム添加部と、
前記構造体に添加された前記放射性セシウムを他の安定元素に核種変換される核種変換部と、を備え、
前記放射性セシウム添加部が、
前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液を収容する容器と、
前記構造体の前記一表面と対向して配置される陽極と、
前記構造体を陰極として、前記陽極と前記構造体の間に電圧を与える電圧発生部と、
を備え、
前記核種変換部が、
前記放射性セシウムが添加された前記構造体と、
前記構造体を両側から挟み込むようにして配置され、前記構造体により密封可能な閉空間をなす重水素高圧部及び重水素低圧部と、
前記重水素高圧部を、前記重水素低圧部に対して重水素の圧力が高い状態とする高圧化手段と、
前記重水素低圧部を、前記重水素高圧部に対して相対的に重水素の圧力が低い状態とする低圧化手段と、
を備え、
前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過することにより、前記構造体表面に添加された前記放射性セシウムが核種変換される放射性セシウム処理システム。
The radioactive cesium extraction apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Using an aqueous solution of the radioactive cesium nitrate produced in the adjustment unit, the radioactive cesium is deposited on one surface of a structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy. A radioactive cesium addition part to be added;
A radionuclide conversion part that converts the radiocesium added to the structure into another stable element, and
The radioactive cesium addition part,
A container containing an aqueous solution of the radioactive cesium nitrate;
An anode disposed opposite to the one surface of the structure;
Using the structure as a cathode, a voltage generator for applying a voltage between the anode and the structure;
With
The nuclide conversion unit is
The structure to which the radioactive cesium is added; and
A deuterium high-pressure part and a deuterium low-pressure part, which are arranged so as to sandwich the structure from both sides and form a closed space that can be sealed by the structure;
High pressure means for setting the deuterium high pressure part to a state in which the pressure of deuterium is higher than the deuterium low pressure part;
A depressurizing means for setting the deuterium low-pressure portion to a state where the pressure of deuterium is relatively low with respect to the deuterium high-pressure portion;
With
A radioactive cesium treatment system in which the radioactive cesium added to the surface of the structure is nuclide-converted when the deuterium permeates the structure from the deuterium high concentration part toward the deuterium low concentration part.
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の放射性セシウム抽出装置と、
前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を用いて、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体の一表面に前記放射性セシウムを添加する放射性セシウム添加部と、
前記調整部で生成した前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を用いて、前記放射性セシウムを他の安定元素に変換する核種変換部とを備え、
前記放射性セシウム添加部が、
前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を収容する容器と、
前記構造体の前記一表面と対向して配置される陽極と、
前記構造体を陰極として、前記陽極と前記構造体の間に電圧を与える電圧発生部と、
を備え、
前記核種変換部が、
前記放射性セシウムが添加された前記構造体と、
前記構造体を両側から挟み込むようにして配置され、前記構造体により隔離される重水素高濃度部及び重水素低濃度部と、
前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化手段と、
前記重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して前記重水素の濃度が低い状態とする低濃度化手段と、を備え、
前記高濃度化手段が、
電圧発生部と、
前記構造体の重水素高濃度部側の面と間隔をあけて対向配置される陽極と、
前記重水素高濃度部に前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液を供給する電解溶液供給部と、を有し、
前記構造体を陰極として、前記電圧発生部により前記構造体及び前記陽極との間に電圧差を与えて前記重水溶液を電気分解して、前記重水素を発生させ、
前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過することにより、前記構造体において前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換される放射性セシウム処理システム。
The radioactive cesium extraction apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Using a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate produced in the adjustment unit, palladium or palladium alloy, or a hydrogen occluding metal other than palladium or a hydrogen occluding alloy other than palladium alloy on one surface of the radioactive cesium A radioactive cesium addition part for adding,
Using a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate produced by the adjustment unit, and a nuclide conversion unit that converts the radioactive cesium into another stable element,
The radioactive cesium addition part,
A container containing a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate;
An anode disposed opposite to the one surface of the structure;
Using the structure as a cathode, a voltage generator for applying a voltage between the anode and the structure;
With
The nuclide conversion unit is
The structure to which the radioactive cesium is added; and
A deuterium high-concentration portion and a deuterium low-concentration portion that are arranged so as to sandwich the structure from both sides and are separated by the structure;
High concentration means for increasing the concentration of deuterium near the surface of the structure on the deuterium high concentration side;
A concentration reducing means for setting the deuterium low concentration portion to a state in which the concentration of the deuterium is lower than that of the deuterium high concentration portion,
The concentration increasing means
A voltage generator;
An anode disposed opposite to the deuterium high-concentration portion side surface of the structure at an interval;
An electrolytic solution supply part for supplying a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate to the deuterium high concentration part,
Using the structure as a cathode, the voltage generator generates a voltage difference between the structure and the anode to electrolyze the heavy aqueous solution to generate the deuterium,
A radioactive cesium treatment system in which the radioactive cesium is nuclide-converted into another stable element in the structure by allowing the deuterium to pass through the structure from the deuterium high concentration part toward the deuterium low concentration part. .
放射性セシウムが吸着している固体物が水で洗浄され、前記固体物からハロゲンが除去されるハロゲン除去工程と、
前記ハロゲンが除去された前記固体物が硝酸または重硝酸に浸漬されて、前記放射性セシウムが前記固体物から前記硝酸または重硝酸に抽出される抽出工程と、
前記放射性セシウムが抽出された抽出液を加熱して、前記抽出液から前記硝酸または前記重硝酸を蒸発させて、前記放射性セシウムの硝酸塩が生成する濃縮工程と、
前記放射性セシウムの硝酸塩が水又は重水に溶解されて、所定濃度の前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液または重水溶液に調液される調整工程と、
を備える放射性セシウム抽出方法。
A halogen removal step in which a solid substance adsorbed with radioactive cesium is washed with water and halogen is removed from the solid substance;
An extraction step in which the solid matter from which the halogen has been removed is immersed in nitric acid or deuterated nitric acid, and the radioactive cesium is extracted from the solid matter into the nitric acid or deuterated nitric acid;
Heating the extract from which the radioactive cesium has been extracted, evaporating the nitric acid or the deuterated nitric acid from the extract, and a concentration step for producing the radioactive cesium nitrate;
An adjustment step in which the radioactive cesium nitrate is dissolved in water or heavy water to prepare an aqueous solution or heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate at a predetermined concentration;
A radioactive cesium extraction method comprising:
常圧下において、濃度が6mol/L以上、かつ、90℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物が浸漬されて、前記放射性物質が前記硝酸または前記重硝酸に抽出される請求項7に記載の放射性セシウム抽出方法。   8. The solid substance is immersed in the nitric acid or the deuterated nitric acid having a concentration of 6 mol / L or more and 90 ° C. or more under normal pressure, and the radioactive substance is extracted into the nitric acid or the deuterated nitric acid. The radioactive cesium extraction method of description. 16気圧以上の圧力下において、濃度が0.5mol/L以上5.0mol/L以下、かつ、200℃以上の前記硝酸または前記重硝酸に前記固体物が浸漬されて、前記放射性物質が前記硝酸または前記重硝酸に抽出される請求項7に記載の放射性セシウム抽出方法。   Under a pressure of 16 atmospheres or more, the solid substance is immersed in the nitric acid or the heavy nitric acid having a concentration of 0.5 mol / L or more and 5.0 mol / L or less and 200 ° C. or more, and the radioactive substance is converted into the nitric acid. Or the radioactive cesium extraction method of Claim 7 extracted to the said heavy nitric acid. 前記蒸発した前記硝酸または前記重硝酸を回収して冷却し、液体となった前記硝酸または前記重硝酸を前記抽出部に供給する循環工程を更に備える請求項7に記載の放射性セシウム抽出方法。   The radioactive cesium extraction method according to claim 7, further comprising a circulation step of collecting and cooling the evaporated nitric acid or heavy nitric acid and supplying the nitric acid or heavy nitric acid that has become liquid to the extraction unit. 請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の放射性セシウム抽出方法により抽出された前記放射性セシウムを処理する放射性セシウム処理方法であって、
放射性セシウム添加工程と、核種変換工程とを含み、
前記放射性セシウム添加工程が、
前記放射性セシウムの硝酸塩の水溶液に、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体が浸漬される工程と、
前記水溶液中で陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が付与されることにより、前記構造体の前記陽極に対向する面に前記放射性セシウムが電着により添加される電着工程と、を有し、
前記核種変換工程が、
前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面側の重水素高圧部に重水素が供給され、前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面と反対側の重水素低圧部が、前記重水素高圧部よりも相対的に前記重水素の圧力が低い状態にされて、前記構造体を挟んで前記重水素高圧部と前記重水素低圧部との間に前記重水素の圧力差が発生し、該圧力差により前記重水素が前記構造体を透過する透過工程と、
前記重水素が前記構造体を透過する際に、前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換する変換工程とを含む放射性セシウム処理方法。
A radioactive cesium treatment method for treating the radioactive cesium extracted by the radioactive cesium extraction method according to any one of claims 7 to 10,
Including a radioactive cesium addition step and a nuclide conversion step,
The radioactive cesium addition step includes
A step of immersing a structure containing a palladium or palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy in an aqueous solution of the radioactive cesium nitrate;
In the aqueous solution, an anode is disposed to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode, whereby a surface of the structure facing the anode An electrodeposition step in which the radioactive cesium is added by electrodeposition,
The nuclide conversion step includes
Deuterium is supplied to the deuterium high-pressure portion on the side of the structure to which the radioactive cesium is added, and the deuterium low-pressure portion on the opposite side of the surface to which the radioactive cesium is added of the structure is the deuterium. The deuterium pressure is relatively lower than that of the high pressure part, and a pressure difference of the deuterium occurs between the deuterium high pressure part and the deuterium low pressure part across the structure, A permeation step in which the deuterium permeates the structure by the pressure difference;
A radioactive cesium treatment method including a conversion step in which the radioactive cesium is nuclide-converted into another stable element when the deuterium permeates the structure.
請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の放射性セシウム抽出方法により抽出された前記放射性セシウムを処理する放射性セシウム処理方法であって、
放射性セシウム添加工程と、核種変換工程とを含み、
前記放射性セシウム添加工程が、
前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液に、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む構造体が浸漬される工程と、
前記水溶液中で陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が付与されることにより、前記構造体の前記陽極に対向する面に前記放射性セシウムが電着により添加される電着工程と、を有し、
前記核種変換工程が、
前記構造体の前記放射性セシウムが添加された面側の重水素高濃度部に、前記調整工程で得られた前記放射性セシウムの硝酸塩の重水溶液が供給される重水溶液供給工程と、
前記重水素高濃度部の前記重水溶液内に陽極が前記構造体に対向して配置され、前記構造体を陰極として前記構造体と前記陽極との間に電圧が印加されることにより、前記重水が電気分解されて重水素が発生し、前記構造体の他方の面側の重水素低濃度部が、前記重水素高濃度部に対して相対的に前記重水素の濃度が低い状態にされることにより、前記構造体を挟んで前記重水素高濃度部と前記重水素低濃度部との間に前記重水素の濃度差が発生し、該濃度差により前記重水素が前記構造体を透過する透過工程と、
前記重水素が前記構造体を透過する際に、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面において前記放射性セシウムが他の安定元素に核種変換する変換工程とを含む核種変換工程を有する放射性セシウム処理方法。
A radioactive cesium treatment method for treating the radioactive cesium extracted by the radioactive cesium extraction method according to any one of claims 7 to 10,
Including a radioactive cesium addition step and a nuclide conversion step,
The radioactive cesium addition step includes
A step in which a structure containing a palladium or palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy is immersed in a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate;
In the aqueous solution, an anode is disposed to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode, whereby a surface of the structure facing the anode An electrodeposition step in which the radioactive cesium is added by electrodeposition,
The nuclide conversion step includes
A heavy aqueous solution supply step in which a heavy aqueous solution of the radioactive cesium nitrate obtained in the adjustment step is supplied to the deuterium high concentration portion on the surface side to which the radioactive cesium of the structure is added;
An anode is disposed in the heavy aqueous solution of the deuterium high-concentration portion so as to face the structure, and a voltage is applied between the structure and the anode using the structure as a cathode. Is electrolyzed to generate deuterium, and the deuterium low-concentration portion on the other surface side of the structure is brought into a state where the deuterium concentration is relatively lower than the high-deuterium concentration portion. As a result, a deuterium concentration difference occurs between the deuterium high concentration portion and the deuterium low concentration portion across the structure, and the deuterium permeates the structure due to the concentration difference. A permeation process;
A radionuclide conversion step including a conversion step in which the radioactive cesium is converted into another stable element on the surface of the structure on the high deuterium concentration side when the deuterium permeates the structure. Cesium processing method.
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