JP3026770B2 - インライン酸濃度測定方法及び測定プローブ - Google Patents

インライン酸濃度測定方法及び測定プローブ

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料物質の再処
理工程において、再処理工程液の酸濃度をインラインで
測定する方法、及びそれに用いる測定プローブに関する
ものである。この方法は、既存技術であるボルタンメト
リーで再処理工程液のウラン、プルトニウム濃度をイン
ライン測定し、音速度法又は導電率法による計測値とウ
ラン、プルトニウム濃度との相関から酸濃度を求める方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】使用済み核燃料物質の再処理方法として
種々のプロセスが提案されているが、代表的な例はピュ
ーレックス法である。ピューレックス法は、使用済み核
燃料物質を硝酸で溶解し、ウランとプルトニウムを有機
溶媒により選択的に抽出分離する方法である。このピュ
ーレックス再処理工程においては、ウラン、プルトニウ
ムの濃度管理と共に、酸濃度の管理が必要である。これ
らのうちウラン、プルトニウムについては、本発明者等
が先に、再処理工程溶液内のインラインU、Pu濃度モ
ニターとして、ボルタンメトリーの適応性を検討してい
る(日本原子力学会「1995年(第33回)春の学
会」要旨集、K28「ボルタンメトリーによる再処理工
程中のインラインU、Puモニターの開発」参照)。こ
こでは、既存の電気化学的測定技術の一つであるボルタ
ンメトリーを用い、化学的に安定な電極を再処理工程液
中に浸漬させるだけで、該再処理工程液のウラン、プル
トニウム濃度をインラインで迅速に測定できることが示
されている。なお「ボルタンメトリー」とは、電流/電
位曲線測定法のことであり、分析対象物の固有のエネル
ギー(電位)における反応量(電流)を測定する方法で
ある。
【0003】ところが、酸濃度に関しては、インライン
で即時的に分析するシステムは未だ開発されていない。
従来の方法は、まず各工程液から試料をサンプリング
し、それを分析所にて前処理し、公知の化学的手法によ
って測定するという一般的な分析方法が採用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】再処理工程管理分析の
大半を占める酸、ウラン、プルトニウムの濃度測定をイ
ンライン化することは、運転の円滑化及び迅速化を可能
にすると共に、分析作業の大幅な省力化を図ることがで
きるために、重要な課題とされてきた。しかし前述のよ
うに、ウラン、プルトニウム濃度のインライン測定技術
については、既存技術であるインラインボルタンメトリ
ーの適用で可能となったが、酸濃度の測定に関しては、
従来方法はオフライン方式であり、工程分析のリアルタ
イム化が困難であった。
【0005】本発明の目的は、再処理工程液の酸濃度測
定がインラインでリアルタイムで実施可能な方法を提供
することである。本発明の他の目的は、インライン酸濃
度測定に適した測定プローブを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】酸濃度測定については音
速度法や導電率法などによる間接的な方法の適用が考え
られる。しかし、これらの方法で得られる測定値は、酸
濃度に関する情報を含んでいるものの溶質濃度等に応じ
て変動するため、直接的に酸濃度の値は得られない。と
ころが、ボルタンメトリーによるウラン、プルトニウム
濃度の測定結果は、前記酸濃度分析の際に必要な溶質デ
ータを精度よく提供できる。本発明者等は、この点に着
目し、本発明を完成させるに至ったものである。
【0007】本発明は、予め溶液のウラン、プルトニウ
ム濃度を変動パラメータとする該溶液の酸濃度と該溶液
中での超音波伝搬速度との相関を求めておいて、再処理
工程液中での超音波伝搬速度を測定し、ボルタンメトリ
ーでインライン測定した該再処理工程液のウラン、プル
トニウム濃度を用いて、そのウラン、プルトニウム濃度
における酸濃度と超音波伝搬速度との相関から酸濃度を
インラインで測定するインライン酸濃度測定方法であ
る。
【0008】また本発明は、予め溶液のウラン、プルト
ニウム濃度を変動パラメータとする該溶液の酸濃度と導
電率との相関を求めておいて、再処理工程液の導電率を
測定し、ボルタンメトリーでインライン測定した該再処
理工程液のウラン、プルトニウム濃度を用いて、そのウ
ラン、プルトニウム濃度における酸濃度と導電率との相
関から酸濃度をインラインで測定するインライン酸濃度
測定方法である。
【0009】これらにおいて、工程液の温度が変動する
場合には、酸濃度を求める際に必要に応じて温度による
補正を行う。
【0010】更に本発明は、ボルタンメトリー用電極と
超音波センサと導電率測定電極を一体化した測定プロー
ブである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明方法を適用したシ
ステムの一例であり、再処理工程内の主として水相中の
酸、ウラン、プルトニウム濃度をインラインで測定する
装置である。この装置は、主に、ボルタンメトリー装置
10、音速度計12、溶液導電率計14、工程液15中
に浸漬される共通の測定プローブ16、及び制御・信号
処理部18から構成される。
【0012】ボルタンメトリー装置10は、ウラン、プ
ルトニウムの各々固有の酸化還元電位においてウラン、
プルトニウム量に依存する電流値を測定する装置であ
る。音速度計12は、溶液中で超音波を発信させ、それ
を受信することによって、溶液中の超音波伝搬速度を測
定する装置である。これには市販の超音波濃度計が利用
できる。溶液導電率計14は、溶液の導電率を測定する
装置である。測定プローブ16は、それらの測定を実施
するために必要な各種の電極や超音波センサなどを細径
の筒状体として一体化したユニットである。制御・信号
処理部18は、信号ケーブルを通じて前記の各測定装置
を制御すると共に、測定結果を取り込み、パラメータや
ファクタの補正を行い、溶液の酸、ウラン、プルトニウ
ム濃度を出力する装置である。
【0013】測定プローブ16の詳細を図2に示す。ボ
ルタンメトリー用電極20と超音波センサ22と導電率
用電極24が一体化され、更に温度センサ26が組み込
まれている。ボルタンメトリー用電極20には、作用電
極として金及びグラッシーカーボン、対極に白金、参照
極に白金を用い、耐食性、耐久性を確保しつつ、電解液
不要の電極ユニットとすることで溶液の組成変化等、工
程の影響を皆無にしている。また電極類を全て固体とす
ることで、メンテナンスフリーを可能にしている。超音
波センサ22は、超音波発信・受信器30と反射板32
とを支柱34によって一定の間隔をおいて配置した構成
である。なお、この例では導電率用電極24は、ボルタ
ンメトリー用電極の一部(白金電極)をそのまま利用し
た構成としているが、ボルタンメトリー用電極とは別に
専用の導電率用電極を、例えば測定プローブの側壁から
互いに反対方向外向きに突出するように設けてもよい。
【0014】音速度法は、溶液中の超音波伝搬速度と溶
質濃度の相関性から定量分析を行う方法である。溶液中
での一定距離間の超音波伝搬速度Vは、溶液の体積弾性
率Eと溶液の密度ρに関係しており、それら体積弾性率
Eや密度ρに関連するものとしては、酸性溶液の場合は
酸濃度A、溶質濃度C、温度Tがある。従って酸濃度A
は、溶質濃度C、伝搬速度V、温度Tの3変数関数とし
て表される。再処理工程液の溶質としてはウラン、プル
トニウムにほぼ限定されるので、既存技術であるインラ
インボルタンメトリーで得られるウラン、プルトニウム
濃度を補正パラメータとして補正を行い、併せて必要に
応じて温度補正をすれば、伝搬速度Vを測定することに
より酸濃度を求めることが可能となる。
【0015】導電率法は、電解質濃度に依存した溶液の
電導度を測定することから定量分析を行う方法である。
電導度とは抵抗の逆数であり、希薄溶液では導電率kは
イオン濃度と比例関係にある。そのため、音速度法と同
様に、酸濃度Aは、溶質濃度C、導電率k、温度Tの3
変数関数として表される。再処理工程液の溶質としては
ウラン、プルトニウムにほぼ限定されるので、既存技術
であるインラインボルタンメトリーで得られるウラン、
プルトニウム濃度を補正パラメータとして補正を行い、
併せて必要に応じて温度補正をすれば、導電率kを測定
することにより酸濃度を求めることが可能となる。
【0016】
【実施例】再処理工程で精製された硝酸ウラニル溶液と
硝酸により溶質濃度、酸濃度を調製した各種測定試料を
準備した。音速度法と導電率法ともに、溶質濃度、酸濃
度を変動パラメータとするマトリックスとし、測定値へ
の各パラメータの依存性及び温度の影響を調べた。
【0017】〔音速度法〕超音波の伝搬速度に対して温
度は、ほぼ線形で近似される正の依存性を示し、酸濃度
の範囲により挙動が若干異なるものの、25℃への補正
は容易である。また溶質濃度に対しては負の相関性があ
り、各ウラン濃度における酸濃度と伝搬速度の関係は図
3に示すようになる。伝搬速度は、溶液流動性の影響を
受けることなく再現性も良好なことから、温度補正とボ
ルタンメトリーによる溶質濃度の補正を行うことで酸濃
度1〜6 mol・dm-3、ウラン濃度5〜180g/l 、温度
15〜40℃の範囲に対して測定が可能であることが分
かった。
【0018】〔導電率法〕温度依存性は音速度法の場合
よりも小さく、各ウラン濃度における酸濃度と導電率の
関係は図4に示すようになる。酸濃度3 mol・dm-3
下、ウラン濃度100g/l 以内の範囲で比例性が得られ
ており、音速度法は適用困難な低酸濃度試料の測定に有
効であることが分かった。
【0019】なお上記の実施例では、ウランのみが溶存
する溶液を試料としているため、ウラン濃度を変動パラ
メータとする酸濃度と伝搬速度の関係、あるいは酸濃度
と導電率の関係から、酸濃度を求めている。しかし、実
際の再処理工程液ではウランとプルトニウムが共存して
いるため、伝搬速度及び導電率は当然それら両方の濃度
に依存する。例えば音速度法の場合には、原理上、プル
トニウムはウラン同等の溶質種として評価可能であるた
め、ウラン濃度とプルトニウム濃度の和を変動パラメー
タとする酸濃度と伝搬速度の関係から、酸濃度を求める
ことができる。導電率法の場合には、ウランとプルトニ
ウムでは電気伝導度が異なるために、いずれか一方もし
くは両方の濃度に適当な補正係数を掛けて足し合わせた
換算濃度を変動パラメータとし、酸濃度と導電率の関係
から酸濃度を求めればよい。
【0020】
【発明の効果】音速度計あるいは導電率計により工程液
の酸濃度を測定するためには、溶質濃度の補正が不可欠
であるが、本発明では既存技術であるインラインボルタ
ンメトリーによりウラン、プルトニウム濃度を測定し、
その溶質濃度測定結果を音速度計あるいは導電率計によ
る測定結果と組み合わせ解析するように構成したことに
より、これまで実用化できなかった再処理工程中のイン
ライン酸濃度測定が可能となる。これによって再処理プ
ラントの迅速且つ円滑な運転を図ることができると共
に、分析作業を省力化できる。
【0021】また各測定に必要なセンサ部分を一体化し
た測定プローブとしたことにより、ピューレックス再処
理工程ユニットへの設置が可能になり、既存設備に対し
ても容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を適用した酸濃度測定システムの一
例を示す説明図。
【図2】それに用いる測定プローブの一例を示す説明
図。
【図3】硝酸ウラニル溶液における酸濃度と伝搬速度の
関係を示すグラフ。
【図4】硝酸ウラニル溶液における酸濃度と導電率の関
係を示すグラフ。
【符号の説明】 10 ボルタンメトリー装置 12 音速度計 14 溶液導電率計 16 測定プローブ 18 制御・信号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−272694(JP,A) 特開 昭63−311166(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/18 G01N 27/06 G01N 27/46 G21C 19/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め溶液のウラン、プルトニウム濃度を
    変動パラメータとする該溶液の酸濃度と該溶液中での超
    音波伝搬速度との相関を求めておいて、ボルタンメトリ
    ー用電極と超音波センサを具備する測定プローブを再処
    理工程液中に浸漬して、再処理工程液中での超音波伝搬
    速度を測定し、ボルタンメトリーでインライン測定した
    該再処理工程液のウラン、プルトニウム濃度を用いて、
    そのウラン、プルトニウム濃度における酸濃度と超音波
    伝搬速度との相関から酸濃度をインラインで測定するこ
    とを特徴とするインライン酸濃度測定方法。
  2. 【請求項2】 予め溶液のウラン、プルトニウム濃度を
    変動パラメータとする該溶液の酸濃度と導電率との相関
    を求めておいて、ボルタンメトリー用電極と導電率測定
    電極を具備する測定プローブを再処理工程液中に浸漬し
    て、再処理工程液の導電率を測定し、ボルタンメトリー
    でインライン測定した該再処理工程液のウラン、プルト
    ニウム濃度を用いて、そのウラン、プルトニウム濃度に
    おける酸濃度と導電率との相関から酸濃度をインライン
    で測定することを特徴とするインライン酸濃度測定方
    法。
  3. 【請求項3】 ボルタンメトリー用電極と超音波センサ
    と導電率測定電極を一体化した請求項1又は2に記載の
    インライン酸濃度測定方法で用いる測定プローブ。
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