JP2021156851A - System and method for processing high-level radioactive material - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、高レベル放射性物質処理システム及び高レベル放射性物質処理方法に関する。 The present disclosure relates to high-level radioactive material treatment systems and high-level radioactive material treatment methods.
高レベル放射性廃棄物の処理として、高レベル放射性物質から放射性物質であるマイナーアクチノイドを抽出する方法がある(例えば特許文献1、特許文献2)。 As a treatment of high-level radioactive waste, there is a method of extracting a minor actinide which is a radioactive substance from a high-level radioactive substance (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
高レベル放射性物質からマイナーアクチノイドを抽出することで、抽出したマイナーアクチノイドを高速増殖炉等の燃料として再利用することができる。また、マイナーアクチノイドを除去することで廃棄物の処理負荷を低減することが可能となる。ここで、引用文献1、2の処理装置では、希釈液として引火点を有する(引火性液体である)オクタノールやドデカンを使用するため、マイナーアクチノイドの処理の際に、安全性の観点から処理装置内を掃気若しくは減圧し、燃焼範囲外で処理する必要があるなど、プロセス負荷、作業負荷が高くなる。また、希釈液を回収し再利用する際やマイナーアクチノイドを固体として分離する際も同様に、安全性の観点から引火性雰囲気外で処理を行う必要があるため、掃気や減圧を伴う、若しくは低温での回収・固化処理が必要となり、プロセス負荷、作業負荷が高くなる。 By extracting minor actinides from high-level radioactive substances, the extracted minor actinides can be reused as fuel for fast breeder reactors and the like. In addition, by removing minor actinides, it is possible to reduce the waste treatment load. Here, since the treatment devices of References 1 and 2 use octanol or dodecane having a flash point (flammable liquid) as the diluent, the treatment device is used from the viewpoint of safety when treating minor actinides. The process load and work load become high because it is necessary to scaveng or depressurize the inside and treat it outside the combustion range. Similarly, when collecting and reusing the diluted solution or separating the minor actinide as a solid, it is necessary to perform the treatment in a non-flammable atmosphere from the viewpoint of safety. The process load and work load will increase due to the need for collection and solidification processing.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、プロセス負荷を低減し、かつ、高い作業性で、マイナーアクチノイドを抽出し、希釈液の再利用及びマイナーアクチノイドの固体化をすることができる高レベル放射性物質処理システム及び高レベル放射性物質処理方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and it is possible to extract a minor actinide, reuse a diluted solution, and solidify the minor actinide with reduced process load and high workability. It is an object of the present invention to provide a high-level radioactive material treatment system and a high-level radioactive material treatment method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、マイナーアクチノイドを含有する高レベル放射性物質を処理する高レベル放射性物質処理装置であって、高レベル放射性物質を含有する液体を供給する液体供給部と、有機相の抽出剤を供給する抽出剤供給部と、希釈液を供給する希釈液供給部と、前記液体と、前記抽出剤と、前記希釈液とを混合し、前記高レベル放射性物質に含まれるマイナーアクチノイド及びランタノイドの少なくとも一方を前記抽出剤に抽出するMA抽出液生成部と、を含み、前記希釈液は、沸点が100℃以下である。また、前記希釈液は、引火点を有していないまたは引火点が150℃以上であることが好ましい。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present disclosure is a high-level radioactive substance processing apparatus for treating a high-level radioactive substance containing a minor actinoid, and supplies a liquid containing the high-level radioactive substance. The liquid supply unit, the extractant supply unit that supplies the extractant of the organic phase, the diluent supply unit that supplies the diluent, the liquid, the extractant, and the diluent are mixed, and the height is increased. The diluted solution contains a MA extract generator that extracts at least one of the minor actinoid and the lanthanoid contained in the level radioactive substance into the extractant, and the diluted solution has a boiling point of 100 ° C. or lower. Further, it is preferable that the diluted solution does not have a flash point or has a flash point of 150 ° C. or higher.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、マイナーアクチノイドを含有する高レベル放射性物質を処理する高レベル放射性物質処理方法であって、高レベル放射性物質を含有する液体に対して、有機相の抽出剤と、沸点が100℃以下であり、引火点を有していないまたは150℃以上である希釈液と投入するステップと、前記液体と、前記抽出剤と、前記希釈液とを混合し、前記高レベル放射性物質に含まれるマイナーアクチノイド及びランタノイドの少なくとも一方を前記抽出剤に抽出するステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present disclosure is a high-level radioactive substance treatment method for treating a high-level radioactive substance containing a minor actinide, for a liquid containing a high-level radioactive substance. The step of adding the organic phase extractant and the diluent having a boiling point of 100 ° C. or lower and having no ignition point or 150 ° C. or higher, the liquid, the extractant, and the diluent And the step of extracting at least one of the minor actinide and the lanthanoid contained in the high level radioactive substance into the extractant.
本開示によれば、プロセス負荷を低減し、かつ、高い作業性で、マイナーアクチノイドを抽出し,希釈液の再利用及びマイナーアクチノイドの固体化をすることができる。 According to the present disclosure, minor actinides can be extracted, diluted solutions can be reused, and minor actinides can be solidified with reduced process load and high workability.
以下に、本開示にかかる高レベル放射性物質処理装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本開示の高レベル放射性物質処理装置は、高レベル放射性物質からMA(マイナーアクチノイド)を抽出し、ガラス固化して安定化する。また、高レベル放射性物質処理装置は、高レベル放射性物質にランタノイドが含まれる場合、マイナーアクチノイドとともにランタノイドも抽出する。本開示において、「MA(マイナーアクチノイド)」とは、アクチノイドに属する超ウラン元素のうちPuを除いた元素である。「アクチノイド」とは、原子番号89から103までの元素の総称である。マイナーアクチノイドには、例えば、Np(ネプツニウム)、Am(アメリシウム)、Cm(キュリウム)が含まれる。「Ln(ランタノイド)」とは、原子番号57から71までの元素の総称である。 Hereinafter, embodiments of the high-level radioactive material treatment apparatus according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The high-level radioactive material processing apparatus of the present disclosure extracts MA (minor actinide) from the high-level radioactive material, vitrifies it, and stabilizes it. The high-level radioactive material treatment apparatus also extracts lanthanoids as well as minor actinides when the high-level radioactive material contains lanthanoids. In the present disclosure, "MA (minor actinide)" is an element excluding Pu from the transuranium elements belonging to actinides. "Actinide" is a general term for elements having atomic numbers 89 to 103. Minor actinides include, for example, Np (neptunium), Am (americium), and Cm (curium). "Ln (lanthanoid)" is a general term for elements having atomic numbers 57 to 71.
図1は、本実施形態の高レベル放射性物質処理装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す高レベル放射性物質処理装置(処理装置)10は、抽出装置12と、固化装置14と、安定化装置16と、保管装置18と、を含む。本実施形態の処理装置は、高レベル放射性物質として、高レベル放射性廃棄物(以下、「HALW」とも記す。)を用いた場合として説明する。廃液は、例えば、軽水炉から排出される使用済み核燃料の再処理で、使用済み核燃料の溶液からU(ウラン)及びPu(プルトニウム)を回収した後の液体である。廃液に含まれる高レベル放射性廃棄物には、核分裂生成物(以下、「FP」とも記す。)のほか、MA、ランタノイドが含まれる。高レベル放射性廃棄物(以下、「HALW」とも記す。)は、具体的には、ピューレックス(PUREX)法による再処理で生成する廃液が挙げられる。ピューレックス法では、UやPuを含む硝酸溶液と、トリブチルリン酸(TBP)と、ドデカン等の有機溶媒とを接触混合する。これにより、硝酸溶液中のUやPuがTBPと錯体を形成して有機溶媒側へ移動する。一方、FP、MA、Lnは硝酸溶液(廃液)側に残る。FP、MA、Lnを含有する硝酸溶液が、処理対象の廃液となる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a high-level radioactive material processing apparatus of the present embodiment. The high-level radioactive material treatment device (treatment device) 10 shown in FIG. 1 includes an
抽出装置12は、廃液からMA成分を抽出する。抽出装置12は、廃液供給部22と、抽出剤供給部24と、希釈液供給部26と、MA抽出液生成部28と、を含む。廃液供給部22は、液体の高レベル放射性廃棄物であるHALWを貯留し、MA抽出液生成部28に供給する。本実施形態では、抽出剤供給部24と、希釈液供給部26と、を設けたが、抽出剤供給部24と希釈液供給部26とを1つの装置として、抽出剤が溶解した液相の有機溶媒を供給してもよい。
The
抽出剤供給部24は、抽出剤をMA抽出液生成部28に供給する。抽出剤は、MA及びLnを捕捉する。また、抽出剤は、希釈液に移行、均一混合する液体である。抽出剤としては、例えば、MAやLnと錯体を形成する錯化剤を用いることができる。錯化剤は、選択的にMAと錯体を形成する錯化剤に比べて安価であることが好ましい。抽出剤の一例としては、n−オクチル(フェニル)−N,N’−ジイソブチルカルバモイルメチルフォスフィンオキシド−トリブチルリン酸混合物(CMPO−TBP混合物)、ジイソデシルリン酸、6,6’−ビス(5,5,8,8−テトラメチル−5,6,7,8−テトラヒドロ−1,2,4−ベンゾトリアジン−3−イル)−2,2’−ビピリジン(BTBP)、N,N’−ジブチル−N,N’−ジメチルテトラデシルマロナミド(DMDBTDMA)がある、抽出剤としては、ジグリコールアミド(DGA)系の材料(錯化剤)を用いることが好ましい。錯化剤の具体例としては、N,N,N’,N’−テトラオクチル−3−オキサペンタンジアミド(TODGA)、2−エチルヘキシルジグリコールアミド(2EHDGA)等が挙げられる。抽出剤は1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The
希釈液供給部26は、希釈液をMA抽出液生成部28に供給する。希釈液は、廃液の液体成分に不溶な有機相の材料である。希釈液は、廃液の液体から抽出剤を溶離する特性を備える。希釈液は、沸点が100℃以下である。また、希釈液は、引火点を有していないまたは引火点が150℃以上であることが好ましい。また、希釈液は、再利用しても熱や放射線による劣化が少ない材料であることが好ましく、再利用しても熱や放射線による劣化が少ない炭化水素系の構造を有する溶媒であることが好ましい。ここで、再利用しても熱や放射線による劣化が少ないとは、熱や放射線のエネルギーを受けて、低分子量の構造になったとしても、金属イオンと錯体を形成し難い性質をもつことである。また、希釈液は、地球温暖化係数やオゾン破壊係数等の環境負荷が低いことが好ましい。具体的には、希釈液は、地球温暖化係数が2000以下、オゾン破壊係数0.01以下であることが好ましい。希釈液としては、例えば、ハイドロフルオロカーボン(HFC)、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)等を用いることができる。
The
MA抽出液生成部28は、廃液と抽出剤と希釈液が供給される。MA抽出液生成部28は、溶媒抽出法により、廃液中のMA及びLnと抽出剤とを接触すると、MA及びLnが抽出剤側に移行する。MA及びLnを捕捉した抽出剤は、希釈液に内包される。MA抽出液生成部28は、抽出処理後、廃液に対して、希釈液を分離することで、希釈液中にMA及びLnを捕集した抽出剤が内包されたMA抽出液を生成する。MA抽出液生成部28は、連続的に各材料が供給され、MA抽出液を生成する連続式でも、間欠的に各材料が供給され、MA抽出液を生成するバッチ式でもよい。また、MA抽出液生成部28は、抽出剤でMAを選択的に捕捉する、あるいは、MA及びLnを同時に捕捉して処理してもよい。 The MA extract generation unit 28 is supplied with a waste liquid, an extractant, and a diluent. When the MA extract generation unit 28 contacts the MA and Ln in the waste liquid with the extractant by the solvent extraction method, the MA and Ln are transferred to the extractant side. The extractant that captures MA and Ln is encapsulated in the diluent. After the extraction treatment, the MA extract generation unit 28 separates the diluent from the waste liquid to generate an MA extract containing an extractant that collects MA and Ln in the diluent. The MA extract generation unit 28 may be a continuous type in which each material is continuously supplied to generate an MA extract, or a batch type in which each material is intermittently supplied to generate an MA extract. Further, the MA extract generator 28 may selectively capture MA with an extractant, or may simultaneously capture and process MA and Ln.
固化装置14は、MA抽出液の液体成分を除去し、固化体を生成する。固化装置14は、固化処理部40と、回収処理部42と、を含む。固化処理部40は、MA抽出液を蒸留して、希釈液成分を除去する。固化処理部40は、希釈液を蒸留することで、抽出剤とMAを含む固化残留物が、錯体として残留する。残留物が固化体となる。固化体は、MAを含む物質と抽出剤の有機金属錯体である。固化処理部40は、蒸留処理として回分式、連続式(棚段塔や充填塔)等の公知の蒸発方式を用いることができる。回収処理部42は、固化処理部40で蒸留された希釈液を捕集し、冷却して、液化することで、希釈液を回収する。回収処理部42は、回収した規約液を希釈液供給部26に供給する。回収処理部42は、希釈液に不純物が混入している場合は、除去処理をするようにしてもよい。
The solidifying
安定化装置16は、固化体から炭素、水素、酸素、窒素成分の一部又は全部を除去する安定化処理を行う。安定化装置16は、安定化処理部50を有する。安定化処理部50は、固化体を加熱し、か焼、焼結することで、処理対象物を酸化物化させる。安定化装置16は、保管時にガス化する可能性がある成分である炭素、水素、酸素、窒素成分の一部又は全部を除去することで、固化体を安定化させる。
The
保管装置18は、安定化処理した処理物を保管する。保管装置18は、保管部60を含む。保管部60は、安定化処理したMAを含む物質を固体の状態で保管する。保管部60は、例えば、キャスクである。また、保管部60を地中に設け、安定化処理した処理物を地中に埋設してもよい。
The
処理システム10の保管部60で保管しているMAを含む物質は、原子力発電システムの燃料として使用することができる。MAを燃料として燃焼させる場合、保管している酸化物固化体を溶解させ、MA及びLnを含む溶液を生成する(固化体溶解)。次に、得られた溶液に対してMAの精製処理を行う(MA精製)。MA精製では、例えば、得られた溶液中のMAとLnとを分離し、必要に応じてMAから高発熱性のMAを分離する。次に、得られたMA(Np、Am等)をU、Puと混合し、混合酸化物を得ることにより、燃料を製造する(MA燃料製造)。得られた燃料は高速増殖炉等で燃焼させる(MA燃焼)。
The substance containing MA stored in the
本実施形態の処理装置10は、抽出装置12で、廃液に、抽出剤、希釈液を投入し、混合することで、廃液からLnの同伴を許容してMAを分離する分離処理を行い、MA抽出液を生成する。次に、処理装置10は、固化装置14で、MA抽出液から希釈液を蒸留することで、MAを含有する固化体を生成する。次に、処理装置10は、安定化装置16で、MAを含有する固化体から、有機成分(CHON)を除去して、安定化させる。処理装置10は、保管装置18で、安定化した処理物を保管する。
The
処理装置10は、LnとともにMAを分離し、固化し、安定化させる。これにより、液体の高レベル放射性廃棄物からMAを効率よく抽出することができ、廃棄物の処分負荷を小さくすることができ、固体化することができる。また、MA及びLnを抽出し、安定化させた物質とすることで、MAを燃料として再利用するために保管する場合も、安定して保管することができる。
The
また、MAとLnを分離せずに処理することで、MAとLnとを分離する処理が不要になり、処理負荷を小さくすることができる。 Further, by processing without separating MA and Ln, the process of separating MA and Ln becomes unnecessary, and the processing load can be reduced.
また、本実施形態の処理装置10は、希釈液として、沸点が100℃以下である有機溶媒を用いることで、固化処理部40で希釈液を蒸留する処理の負荷を小さくすることができる。これにより、プロセス負荷を低減することができる。
Further, in the
また、希釈液は、引火点を有していないまたは引火点が150℃以上であることが好ましい。引火点を上記範囲とすることで、固化処理部40の作業条件を緩和することができ、作業時に希釈液の発火や燃焼等が生じる可能性を低減できる。これにより、処理システム10での処理を高い作業性でより安定して行うことができる。
Further, the diluent preferably has no flash point or has a flash point of 150 ° C. or higher. By setting the flash point within the above range, the working conditions of the
また、希釈液は、沸点と引火点との温度差が50℃以上であることが好ましい。これにより作業性を高くすることができる。 Further, the diluted solution preferably has a temperature difference of 50 ° C. or more between the boiling point and the flash point. This makes it possible to improve workability.
また、希釈液は、熱や放射線による劣化が少ない炭化水素系の構造を有することが好ましい。これにより、回収した希釈液を再利用することが可能となり、抽出処理の経済性を高くすることが出来る。また,希釈液は地球温暖化係数が2000以下、オゾン破壊係数0.01以下であることが好ましい。これにより、使用後の希釈液を処理する際の環境負荷を低減することができる。また、希釈液は上述したようにHFC及びHFOの少なくとも一方を含有することがより好ましい。上記の物質を希釈液として用いることで、抽出剤と希釈液を容易に混合することができるため,廃液の液体成分に対して分離しやすくできる。なお、希釈液は、上記成分を主成分とすることが好ましいが、副成分として、沸点が上記範囲のアルコール等の有機溶媒を含めてもよい。 Further, the diluent preferably has a hydrocarbon-based structure that is less deteriorated by heat or radiation. As a result, the recovered diluent can be reused, and the economic efficiency of the extraction process can be improved. The diluent preferably has a global warming potential of 2000 or less and an ozone depletion potential of 0.01 or less. This makes it possible to reduce the environmental load when processing the diluted solution after use. Further, it is more preferable that the diluent contains at least one of HFC and HFO as described above. By using the above substance as a diluent, the extractant and the diluent can be easily mixed, so that the liquid component of the waste liquid can be easily separated. The diluent preferably contains the above components as the main component, but may contain an organic solvent such as alcohol having a boiling point in the above range as a sub component.
また、本実施形態の処理装置10は、回収処理部42を設け、固化処理部40の処理で蒸発させた希釈液を回収し、希釈液供給部26に供給することで、希釈液を再利用することができる。また、上述したように沸点が上記範囲の希釈液を用いることで、回収処理部42での処理負荷を小さくすることができる。
Further, the
また、処理装置10は、抽出剤として、硝酸系の物質を含有する高放射性物質に対してMA抽出液を生成する際に、第三相を形成しない抽出剤を用いることが好ましい。具体的には、DGA系の材料を用いることが好ましい。一例としては、2EHDGAがある。また、抽出剤は、安定化装置16での処理時に除去できる材料、具体的には、炭素,水素,窒素,酸素のみで構成された材料とすることが好ましい。また、抽出剤は、腐食性成分を含まないことが好ましい。
Further, it is preferable that the
また、本実施形態の処理装置は、安定化処理を行ったが、安定化処理は行わず、保管してもよい。 Further, although the processing apparatus of the present embodiment has undergone stabilization treatment, it may be stored without performing stabilization treatment.
以上、本発明について、実施形態を示して説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to embodiments, the present disclosure is not limited to the above embodiments. Each configuration in the above embodiment and a combination thereof are examples, and the configuration can be added, omitted, replaced, and other changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
10 処理システム(高レベル放射性物質処理システム)
12 抽出装置
14 固化装置
16 安定化装置
18 保管装置
22 廃液供給部
24 抽出剤供給部
26 希釈液供給部
28 MA抽出液生成部
40 固化処理部
42 回収処理部
50 安定化処理部
60 保管部
10 Treatment system (high-level radioactive material treatment system)
12
Claims (8)
前記高レベル放射性物質を含有する液体を供給する液体供給部と、
有機相の抽出剤を供給する抽出剤供給部と、
希釈液を供給する希釈液供給部と、
前記液体と、前記抽出剤と、前記希釈液とを混合し、前記高レベル放射性物質に含まれる前記マイナーアクチノイド及びランタノイドの少なくとも一方を前記抽出剤に抽出するMA抽出液生成部と、を含み、
前記希釈液は、沸点が100℃以下である高レベル放射性物質処理システム。 A high-level radioactive material processing device that processes high-level radioactive materials containing minor actinides.
A liquid supply unit that supplies a liquid containing the high-level radioactive substance, and
An extractor supply unit that supplies an extractant for the organic phase,
The diluent supply unit that supplies the diluent and
It contains an MA extract generator that mixes the liquid, the extractant, and the diluent and extracts at least one of the minor actinides and lanthanides contained in the high-level radioactive substance into the extractant.
The diluent is a high-level radioactive material treatment system having a boiling point of 100 ° C. or lower.
前記固化処理部で蒸発させた希釈液を回収し、前記希釈液供給部に供給する回収処理部と、を有する固化装置をさらに備える請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の高レベル放射性物質処理システム。 A solidification treatment unit that evaporates the diluent from the MA extract produced by the MA extract generation unit to generate an oxide of MA, and a solidification treatment unit.
The height according to any one of claims 1 to 6, further comprising a solidification device having a recovery processing unit for recovering the diluted solution evaporated in the solidification processing unit and supplying it to the diluent supply unit. Level radioactive material processing system.
高レベル放射性物質を含有する液体に対して、有機相の抽出剤と、沸点が100℃以下であり,引火点を有していないまたは150℃以上である希釈液と投入するステップと、
前記液体と、前記抽出剤と、前記希釈液とを混合し、前記高レベル放射性物質に含まれるマイナーアクチノイド及びランタノイドの少なくとも一方を前記抽出剤に抽出するステップと、を含む高レベル放射性物質処理方法。 A high-level radioactive material treatment method for treating high-level radioactive materials containing minor actinides.
A step of adding an organic phase extractant and a diluent having a boiling point of 100 ° C. or lower and having no flash point or 150 ° C. or higher to a liquid containing a high-level radioactive substance.
A method for treating a high-level radioactive substance, which comprises a step of mixing the liquid, the extractant, and the diluent and extracting at least one of a minor actinide and a lanthanoid contained in the high-level radioactive substance into the extractant. ..
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