JP3143854B2 - Nuclear fuel material recovery method and apparatus - Google Patents
Nuclear fuel material recovery method and apparatusInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、乾式再処理装置に
おける核燃料物質の回収方法及びその装置に関する。更
に詳しくは、使用済核燃料からウラン、プルトニウム等
の有用金属を連続的に回収する方法及び装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for recovering nuclear fuel material in a dry reprocessing apparatus. More specifically, the present invention relates to a method and an apparatus for continuously recovering useful metals such as uranium and plutonium from spent nuclear fuel.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、使用済核燃料の再処理では、未燃
焼の核分裂性物質や新しく生成した核分裂性物質を分離
回収するために、いわゆる湿式法と呼ばれる再処理が行
われている。湿式法における前処理工程においては「剪
断リーチ法」が一般的に行われている。この剪断リーチ
法は剪断刃により使用済核燃料棒を燃料集合体の状態で
その直径方向に被覆管ごと数cmの長さに切断してその
まま高温度の濃硝酸溶液中に入れ、核燃料を浸出溶解さ
せる方法である。硝酸溶液に溶解した後はいわゆる「ピ
ュレックス法」と呼ばれる溶媒抽出法で、有機溶媒への
溶解度の違いによりウランやプルトニウムを分離回収し
ている。一方、近年においては電気分解の原理を利用し
た乾式法と呼ばれる再処理技術が開発されつつある。こ
の乾式法では使用済核燃料を塩化物に転換し、この塩化
物を溶融した溶融塩浴の中で電気化学的に精製してい
る。この乾式法は従来の湿式法に比較して水を使用せ
ず、従って設備をコンパクト化できるとともに、廃液の
発生もなくすことができる利点があり、使用済核燃料か
らウランとプルトニウムを低除染で分離することができ
るため、核拡散抵抗性が高いといわれている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the reprocessing of spent nuclear fuel, in order to separate and recover unburned fissile material and newly generated fissile material, a so-called wet process is performed. In the pretreatment step in the wet method, a “shear reach method” is generally performed. In this shearing reach method, spent nuclear fuel rods are cut into several centimeters in diameter along with their cladding tubes in the state of a fuel assembly by a shearing blade and put directly into a high-temperature concentrated nitric acid solution to leach and dissolve the nuclear fuel It is a way to make it. After dissolving in a nitric acid solution, uranium and plutonium are separated and recovered by a solvent extraction method called the so-called "Purex method" due to differences in solubility in organic solvents. On the other hand, in recent years, a reprocessing technique called a dry method utilizing the principle of electrolysis is being developed. In this dry method, spent nuclear fuel is converted into chloride, and the chloride is electrochemically purified in a molten salt bath in which the chloride is melted. Compared to the conventional wet method, this dry method does not use water, and therefore has the advantages of making the equipment compact and eliminating the generation of waste liquid.It has the advantage of low decontamination of uranium and plutonium from spent nuclear fuel. It is said that it has high resistance to nuclear proliferation because it can be separated.
【0003】例えば、使用済核燃料を塩素化し、溶融塩
電解法によって金属として回収する方法が米国アルゴン
ヌ研究所やロシア原子炉科学研究所(RIAR)で行わ
れている。米国アルゴンヌ研究所における溶融塩電解法
は金属製の容器を使用し、使用済核燃料を金属還元し、
還元した金属からウランを回収し、その後継続して更に
プルトニウム等の核燃料物質をバッチ操作により回収し
ている(常磐井 守恭,”FBR金属燃料の乾式再処理
技術”,原子力工学 第34巻 第12号 第46〜60
頁)。また、ロシア原子炉科学研究所(RIAR)で行
われている溶融塩電解法はバッチ型のるつぼを使用して
使用済核燃料を塩素化し、オキシクロライド化合物を生
成させ、溶融塩中に溶解させる。次に、電気分解によっ
て溶融塩中にとけ込んだウラン化合物イオンを電極上に
回収する。ウランが回収された溶融塩には塩素ガス及び
酸素の混合ガスが吹き込まれ、プルトニウムを沈殿析出
させている(神山弘章,”ロシアにおける高温電気化学
再処理技術”,電気化学 第40巻 第31〜39頁)。[0003] For example, a method of chlorinating spent nuclear fuel and recovering it as a metal by a molten salt electrolysis method is performed by the Argonne Research Institute in the United States and the Russian Reactor Research Institute (RIAR). The molten salt electrolysis method at the Argonne Laboratory in the United States uses a metal container, reduces the spent nuclear fuel by metal,
Uranium is recovered from the reduced metal, and subsequently, nuclear fuel materials such as plutonium are further recovered by batch operation (Moriyasu Jobani, "FBR Metal Fuel Dry Reprocessing Technology", Nuclear Engineering Vol. 34, No. 4) No. 12 46-60
page). In addition, in the molten salt electrolysis method performed by the Russian Institute of Reactor Science (RIAR), spent nuclear fuel is chlorinated using a batch type crucible to produce an oxychloride compound, which is dissolved in the molten salt. Next, the uranium compound ions dissolved in the molten salt by electrolysis are collected on the electrode. A mixed gas of chlorine gas and oxygen is blown into the molten salt from which uranium has been recovered to precipitate and precipitate plutonium (Hiroaki Kamiyama, "High-Temperature Electrochemical Reprocessing Technology in Russia", Electrochemistry, Vol. 40, No. 31- 39).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国ア
ルゴンヌ研究所における溶融塩電解法及びロシア原子炉
科学研究所(RIAR)で行われている溶融塩電解法で
は双方ともにバッチ処理を前提としており、これを連続
処理法とするためには処理装置を最低2基設け、これら
を交互に切換えて使用するなどの工夫が必要である。こ
のように2基の処理装置を切換えて使用する場合には切
換え操作等の運転コントロールが煩雑なるなどの問題点
がある。また、核燃料を取扱う装置は核燃料の臨界安全
管理上、核燃料の取扱量や装置の大きさ、厚み、幅等の
寸法や形状に制限があり、バッチ型の処理ではその処理
能力に限界がある。本発明の目的は、コンパクトな形状
で、かつ臨界安全管理上問題を生じることがない核燃料
物質の回収方法及びその装置を提供することにある。本
発明の別の目的は、使用済核燃料から有用な金属元素を
連続的に回収する核燃料物質の回収方法及びその装置を
提供することにある。However, the molten salt electrolysis method at the Argonne Research Laboratory in the United States and the molten salt electrolysis method performed at the Russian Reactor Research Institute (RIAR) both assume batch processing. In order to use a continuous processing method, it is necessary to devise at least two processing apparatuses and alternately use these processing apparatuses. As described above, when the two processing devices are switched and used, there is a problem that operation control such as a switching operation is complicated. In addition, the equipment for handling nuclear fuel has limitations on the handling amount of nuclear fuel and the size and shape of the equipment such as the size, thickness, width, etc., in terms of the criticality safety management of nuclear fuel, and the processing capacity of batch type processing is limited. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for recovering a nuclear fuel material which is compact in shape and does not cause a problem in criticality safety management. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for recovering a nuclear fuel material for continuously recovering a useful metal element from spent nuclear fuel.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように、傾斜した底面11aに沿って少なく
とも5室からなる反応室15a〜15eを有し貯えた核
燃料が臨界にならない厚さを有する平板状に密閉して形
成された回収槽11に反応媒体である塩化物支持塩を溶
融塩として貯留し、最上位に位置する反応室15aより
使用済核燃料酸化物を供給し、最上位に位置する反応室
15aを含む上位に位置する反応室15aで順次酸化物
中の放射性金属を塩化物溶融塩中に含まれる反応物質と
反応させることにより金属のオキシクロライドを含む塩
化物に転換し、次に位置する反応室15bでオキシクロ
ライドを溶融塩電解することにより電極21bに放射性
金属酸化物(例えば、主として二酸化ウラン)を析出回
収し、次に位置する反応室15cで塩素ガスと一酸化炭
素ガスを塩化物溶融塩に吹き込んで溶融塩中に残存する
酸化物イオンを金属イオン化し、次に位置する第1溶融
金属25aを貯留する反応室15dで溶融塩中の金属イ
オン化した放射性物質(例えば、主として二酸化プルト
ニウム)を第1溶融金属25aを陰極として溶融塩電解
することにより第1溶融金属25aに析出回収し、最下
位に位置する第2溶融金属25bを貯留する反応室15
eより溶融塩中に還元剤を混合することにより溶融塩中
に残存する塩化物を第2溶融金属25bに抽出回収する
核燃料物質の回収方法である。なお、本明細書において
上記「塩化物溶融塩中に含まれる反応物質」とは、次の
式(1)〜(4)に示すようにCl2及びCのいずれか
一方又は双方をいう。The invention according to claim 1 is
As shown in FIG. 1, a recovery tank 11 having at least five reaction chambers 15a to 15e formed along a slanted bottom surface 11a and having a sealed shape in a flat plate shape having a thickness such that the stored nuclear fuel is not critical. , A chloride support salt, which is a reaction medium, is stored as a molten salt, and spent nuclear fuel oxide is supplied from the uppermost reaction chamber 15a, and the uppermost reaction chamber including the uppermost reaction chamber 15a In step 15a, the radioactive metal in the oxide is converted into chloride containing the metal oxychloride by reacting the radioactive metal in the oxide with the reactant contained in the chloride molten salt. The radioactive metal oxide (for example, mainly uranium dioxide) is deposited and collected on the electrode 21b by electrolysis, and the chlorine gas and the carbon monoxide gas are dissolved in the chloride in the reaction chamber 15c located next. A radioactive substance (eg, mainly plutonium dioxide) which is ionized in the molten salt in the reaction chamber 15d in which the oxide ions remaining in the molten salt are blown into the salt to metal ionize and then store the first molten metal 25a located next. In the molten salt 25a by using the first molten metal 25a as a cathode to precipitate and collect the molten metal in the first molten metal 25a, and store the second molten metal 25b located at the lowest position in the reaction chamber 15.
This is a method for recovering nuclear fuel by extracting a chloride remaining in the molten salt into the second molten metal 25b by mixing a reducing agent into the molten salt from step e. In the present specification, the “reactant contained in the molten chloride salt” refers to one or both of Cl 2 and C as shown in the following formulas (1) to (4).
【0006】請求項2に係る発明は、傾斜した底面11
aを有し貯えた核燃料が臨界にならない厚さを有する平
板状に密閉して形成されかつ反応媒体である塩化物支持
塩を溶融塩として貯留可能な回収槽11と、回収槽11
の内部に少なくとも5室からなる反応室15a〜15e
を形成しかつ上位の反応室から下位の反応室に溶融塩が
流れるように回収槽11の底面11aに上方に向けて設
けられた下部仕切板12と、最下位の反応室15eを除
く反応室15a〜15d内に上方から下方に向けて設け
られ上位の反応室から下位の反応室への溶融塩のショー
トパスを防止する上部仕切板16と、塩化物支持塩の融
点以上900℃以下の温度に加熱して反応室15a〜1
5eの温度をそれぞれ制御する温度制御手段17と、最
上位に位置する反応室15aに設けられ塩化物支持塩又
は使用済核燃料酸化物と塩化物支持塩を供給する供給口
18と、最下位に位置する反応室15eに設けられ液状
の溶融塩を排出する排出口14と、最上位に位置する反
応室15aを含む上位に位置する反応室15aに設けら
れ反応室15aに貯留された溶融塩中に塩素ガスを導入
する第1ガス導入手段19と、第1ガス導入手段19が
設けられた反応室15aの下位に位置する反応室15b
に設けられ反応室15bに貯留された溶融塩を電解する
第1電極21a,21bと、第1電極21a,21bが
設けられた反応室15bの下位に位置する反応室15c
に設けられ反応室15cに貯留された溶融塩中に塩素ガ
スと炭素ガスとを含むガスを導入する第2ガス導入手段
22と、第2ガス導入手段22が設けられた反応室15
cの下位に位置する反応室15dに設けられ反応室15
dに貯留された溶融塩を電解する第2電極23a,23
bと、第2電極23a,23bが設けられた反応室15
dの下位に位置しかつ最下位の反応室を含む反応室15
eに設けられ溶融塩中に還元剤を供給する還元剤供給手
段24と反応室15a〜15eの廃ガスを反応室毎に排
出する廃ガス排出手段26とを備えた核燃料物質の回収
装置である。According to the second aspect of the present invention, an inclined bottom surface 11 is provided.
a recovery tank 11 formed in a flat plate-like shape having a thickness such that the stored nuclear fuel does not become critical and capable of storing a chloride-supporting salt as a reaction medium as a molten salt;
Reaction chambers 15a to 15e comprising at least 5 chambers inside
And a lower partition plate 12 provided upward on the bottom surface 11a of the recovery tank 11 so that molten salt flows from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber, and a reaction chamber excluding the lowermost reaction chamber 15e. An upper partition plate 16 provided from above to below in 15a to 15d to prevent a short path of a molten salt from an upper reaction chamber to a lower reaction chamber; and a temperature not lower than the melting point of the chloride supporting salt and not higher than 900 ° C. To the reaction chambers 15a-1
A temperature control means 17 for controlling the temperature of each of the fuel cells 5e; a supply port 18 provided in the uppermost reaction chamber 15a for supplying a chloride supporting salt or a spent nuclear fuel oxide and a chloride supporting salt; A discharge port 14 provided in the reaction chamber 15e located therethrough for discharging a liquid molten salt, and a molten salt stored in the reaction chamber 15a provided in the upper reaction chamber 15a including the uppermost reaction chamber 15a are provided. Gas introducing means 19 for introducing chlorine gas into the reactor, and a reaction chamber 15b located below the reaction chamber 15a in which the first gas introducing means 19 is provided.
The first electrodes 21a and 21b for electrolyzing the molten salt stored in the reaction chamber 15b provided in the reaction chamber 15b, and the reaction chamber 15c located below the reaction chamber 15b provided with the first electrodes 21a and 21b
Gas introducing means 22 for introducing a gas containing chlorine gas and carbon gas into the molten salt stored in the reaction chamber 15c provided in the reaction chamber 15c; and a reaction chamber 15 provided with the second gas introducing means 22.
c provided in a reaction chamber 15d located below
d for electrolyzing the molten salt stored in d.
b and the reaction chamber 15 provided with the second electrodes 23a and 23b.
reaction chamber 15 located below d and including the lowest reaction chamber
e is a nuclear fuel material recovery apparatus provided with a reducing agent supply means 24 provided for supplying a reducing agent into a molten salt and a waste gas discharging means 26 for discharging waste gas from the reaction chambers 15a to 15e for each reaction chamber. .
【0007】請求項3に係る発明は、図1に示すよう
に、請求項2に係る発明であって、第2電極23a,2
3bが設けられた反応室15dに設けられこの反応室1
5dに第1溶融金属25aを供給する第1金属供給口2
7と、反応室15dに設けられこの反応室15dに貯留
された第1溶融金属25aを排出する第1金属排出口2
8とを備えた核燃料物質の回収装置である。請求項4に
係る発明は、図1に示すように、請求項2又は3に係る
発明であって、還元剤供給手段24が設けられた反応室
15eに設けられ反応室15eに貯留された第2溶融金
属25b中に不活性ガスを導入する第3ガス導入手段2
9を備えた核燃料物質の回収装置である。請求項5に係
る発明は、請求項2ないし4のいずれかに係る発明であ
って、還元剤供給手段24が設けられた反応室15eに
設けられこの反応室15eに第2溶融金属25bを供給
する第2金属供給口31と、反応室15eに設けられこ
の反応室15eに貯留された第2溶融金属25bを排出
する第2金属排出口32とを備えた核燃料物質の回収装
置である。The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, as shown in FIG. 1, wherein the second electrodes 23a, 23
This reaction chamber 1 is provided in a reaction chamber 15d in which a reaction chamber 3b is provided.
First metal supply port 2 for supplying first molten metal 25a to 5d
7 and a first metal outlet 2 provided in the reaction chamber 15d to discharge the first molten metal 25a stored in the reaction chamber 15d.
8 for recovering nuclear fuel material. As shown in FIG. 1, the invention according to claim 4 is the invention according to claim 2 or 3, wherein the reducing agent supply means 24 is provided in the reaction chamber 15e and is stored in the reaction chamber 15e. (2) Third gas introducing means 2 for introducing an inert gas into molten metal 25b
9 is a nuclear fuel material recovery device. The invention according to claim 5 is the invention according to any of claims 2 to 4, wherein the second molten metal 25b is provided in the reaction chamber 15e provided with the reducing agent supply means 24. This is a nuclear fuel material recovery device provided with a second metal supply port 31 to be provided and a second metal discharge port 32 provided in the reaction chamber 15e and discharging the second molten metal 25b stored in the reaction chamber 15e.
【0008】本発明の使用済核燃料酸化物(以下「原
料」という)としては、ウラン、プルトニウム、及び放
射性核分裂生成物であるセシウム、ストロンチウム等の
各種の酸化物が挙げられる。使用済核燃料の組成比に起
因して、溶融塩電解で第1電極21a,21bの陰極側
21bに析出される金属酸化物は主として二酸化ウラン
である。また反応媒体である塩化物支持塩には塩化ナト
リウム、塩化カリウムなどをそれぞれ単独使用するか、
又はこれらを併用する。併用することにより支持塩の融
点が低下し好ましい。更にこれらの支持塩に塩化リチウ
ムを加えると塩化物支持塩の融点がより一層低下し好ま
しい。複数の反応室は少なくとも5室必要であるが、各
室の反応性に応じて6室、7室、8室以上でもよい。即
ち、この室数は回収する使用済核燃料の単位時間当たり
の回収量、必要滞留時間(反応時間)等に応じて適宜増
減される。温度制御手段17による加熱は塩化物支持塩
の融点以上900℃以下の温度に加熱して反応室15a
〜15fの温度を制御することが必要である。The spent nuclear fuel oxide (hereinafter referred to as “raw material”) of the present invention includes various oxides such as uranium, plutonium, and radioactive fission products such as cesium and strontium. Due to the composition ratio of the spent nuclear fuel, the metal oxide deposited on the cathode side 21b of the first electrodes 21a, 21b by molten salt electrolysis is mainly uranium dioxide. In addition, sodium chloride, potassium chloride, etc. may be used alone for the chloride support salt as a reaction medium,
Or these are used together. The combined use is preferable because the melting point of the supporting salt is lowered. Further, the addition of lithium chloride to these supporting salts is preferable because the melting point of the chloride supporting salt is further reduced. At least five reaction chambers are required, but may be six, seven, eight or more depending on the reactivity of each chamber. That is, the number of chambers is appropriately increased or decreased according to the amount of recovered nuclear fuel to be recovered per unit time, the required residence time (reaction time), and the like. The heating by the temperature control means 17 is performed by heating to a temperature not lower than the melting point of the chloride supporting salt and not higher than 900 ° C.
It is necessary to control the temperature of ~ 15f.
【0009】第1電極21a及び21bはそれぞれ陽極
及び陰極であって、反応室に一対設けられる。これらの
第1電極21a,21bは上記加熱温度で溶融しない導
電性物質であればよく、鉄、タングステン、モリブデ
ン、黒鉛等が例示される。陽極は耐食性の点で特に黒鉛
が望ましい。装置の供給口18からは始動時には塩化物
支持塩が供給され、装置稼働中には原料及び塩化物支持
塩の混合物が供給される。この原料は平均粒径が50〜
500μm程度の範囲になるように予め粉砕しておくこ
とが好ましい。より好ましくは50〜200μm程度で
ある。但し、反応室を増やし反応させる時間を長くすれ
ば、原料の平均粒径が500μm以上であってもよい。The first electrodes 21a and 21b are an anode and a cathode, respectively, and are provided in a pair in the reaction chamber. These first electrodes 21a and 21b may be any conductive material that does not melt at the above-mentioned heating temperature, and examples thereof include iron, tungsten, molybdenum, and graphite. Graphite is particularly preferred for the anode in terms of corrosion resistance. A chloride supporting salt is supplied from the supply port 18 of the apparatus at the time of start-up, and a mixture of the raw material and the chloride supporting salt is supplied during operation of the apparatus. This raw material has an average particle size of 50 to
It is preferable to grind in advance so as to have a range of about 500 μm. More preferably, it is about 50 to 200 μm. However, the average particle size of the raw material may be 500 μm or more if the reaction chamber is increased and the reaction time is lengthened.
【0010】(a) 第1塩化工程 反応室内の塩化物支持塩が溶融塩となった後で、供給口
18から原料を供給すると、最上位の反応室15aで原
料は第1ガス導入手段19から導入されるガスにより溶
融塩中で撹拌され、溶融塩と混合される。導入ガスはA
rガスのような不活性ガスである他に、この不活性ガス
に塩素ガスを含ませることにより、より効率よく反応が
行われる。塩素ガスの不活性ガス中の含有量は5〜50
容積%が好ましい。この時原料中の金属酸化物は反応室
に貯留した塩化物溶融塩中に含まれる反応物質(C
l2,C)と反応して塩化物に転換される。使用済核燃
料酸化物中の二酸化ウランの反応は以下の式(1)及び
式(2)に示される。また使用済核燃料酸化物中の二酸
化プルトニウムの反応は以下の式(3)及び式(4)に
示される。 UO2+Cl2 → UO2Cl2 ……(1) UO2Cl2+C+Cl2 → UCl4+CO2 ↑ ……(2) PuO2+2Cl2 → PuCl4+O2 ↑ ……(3) PuO2+Cl2 → PuO2Cl2 ……(4) 上記反応より、原料中の酸素は、二酸化炭素ガス又は酸
素となって、廃ガスとして廃ガス排出手段26により排
出される。上位の反応室で上記式(1)、(3)の反応
が主に発生するようにする。上位の反応室が1室では反
応が完了しない場合には、上位の反応室を2室以上に多
室化する。(A) First Chlorination Step After the chloride supporting salt in the reaction chamber is converted into a molten salt, when the raw material is supplied from the supply port 18, the raw material is supplied to the first gas introduction means 19 in the uppermost reaction chamber 15 a. Is stirred in the molten salt by the gas introduced from the above and mixed with the molten salt. The introduced gas is A
In addition to being an inert gas such as r gas, the reaction can be performed more efficiently by including chlorine gas in the inert gas. The content of chlorine gas in the inert gas is 5 to 50.
% By volume is preferred. At this time, the metal oxide in the raw material is a reactant (C) contained in the molten chloride salt stored in the reaction chamber.
l 2 , C) and is converted to chloride. The reaction of uranium dioxide in spent nuclear fuel oxide is shown in the following equations (1) and (2). The reaction of plutonium dioxide in the spent nuclear fuel oxide is shown in the following equations (3) and (4). UO 2 + Cl 2 → UO 2 Cl 2 (1) UO 2 Cl 2 + C + Cl 2 → UCL 4 + CO 2 … (2) PuO 2 + 2Cl 2 → PuCl 4 + O 2 … (3) PuO 2 + Cl 2 → PuO 2 Cl 2 (4) From the above reaction, the oxygen in the raw material becomes carbon dioxide gas or oxygen, and is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26. The reactions of the above formulas (1) and (3) mainly occur in the upper reaction chamber. If the reaction is not completed with only one upper reaction chamber, the number of higher reaction chambers is increased to two or more.
【0011】(b) 電解回収工程 ウランやプルトニウムのような放射性金属のオキシクロ
ライドを含む塩化物は溶融塩の形態で電解工程である下
位の反応室に流下する。この反応室では、UO2Cl2や
PuO2Cl2のようなオキシクロライド化合物が電解還
元される電解電圧とし、UCl4やPuCl4のような塩
化物は未反応のまま下位の反応室に流下するようにす
る。即ち、この反応室に設けられた電極(陰極)21b
に二酸化ウラン、二酸化プルトニウムが電気化学的に析
出し回収される。これらの反応は以下の式(5)及び式
(6)に示される。 UO2Cl2 → UO2+Cl2 ↑ ……(5) PuO2Cl2 → PuO2+Cl2 ↑ ……(6) 上記反応より発生する塩素ガスは廃ガスとして廃ガス排
出手段26により排出される。先の第1塩化工程におい
て酸化ウランのみオキシクロライドとなるようにして反
応を行わせる((1)式)ため、この電解回収工程では
主にウランのみが回収される。ここで電極13bを交換
可能に構成することにより電解自体が連続的に行われ、
二酸化ウラン、及び一部の二酸化プルトニウム等の放射
性金属酸化物を連続的に回収できる。電極21bに析出
した二酸化ウラン、二酸化プルトニウム等の放射性金属
酸化物は機械的方法で電極より剥離される。(B) Electrolytic recovery step A chloride containing a radioactive metal oxychloride such as uranium or plutonium flows down to a lower reaction chamber in the electrolysis step in the form of a molten salt. In this reaction chamber, the electrolysis voltage is such that oxychloride compounds such as UO 2 Cl 2 and PuO 2 Cl 2 are electrolytically reduced, and chlorides such as UCl 4 and PuCl 4 flow unreacted into lower reaction chambers. To do it. That is, the electrode (cathode) 21b provided in this reaction chamber
Uranium dioxide and plutonium dioxide are electrochemically precipitated and recovered. These reactions are shown in the following formulas (5) and (6). UO 2 Cl 2 → UO 2 + Cl 2 ↑ (5) PuO 2 Cl 2 → PuO 2 + Cl 2 ↑ (6) The chlorine gas generated from the above reaction is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26. . In the first chlorination step, the reaction is carried out such that only uranium oxide becomes oxychloride (formula (1)). Therefore, in this electrolytic recovery step, only uranium is mainly recovered. Here, by configuring the electrode 13b to be replaceable, the electrolysis itself is continuously performed,
Radioactive metal oxides such as uranium dioxide and some plutonium dioxide can be recovered continuously. Radioactive metal oxides such as uranium dioxide and plutonium dioxide deposited on the electrode 21b are separated from the electrode by a mechanical method.
【0012】(c) 第2塩化工程 上記放射性金属酸化物(主として二酸化ウラン)を回収
した後の溶融塩は第2塩素化工程である下位の反応室に
流下する。この溶融塩には電解回収工程で回収されなか
った。塩化物及び金属酸化物が含まれ、この下位の反応
室で塩素化されていない金属酸化物を全て塩素化する。
即ち、この反応室で原料は第2ガス導入手段19から導
入される塩素ガス及び一酸化炭素ガスにより溶融塩中で
撹拌され、塩化物に転換する。塩素ガスの不活性ガス中
の含有量は5〜50容積%が好ましく、一酸化炭素ガス
の不活性ガス中の含有量は10〜50容積%が好まし
い。これらの反応をウランとプルトニウムを代表して以
下の式(7)、(8)及び式(9)に示す。 UO2Cl2+Cl2+2CO → UCl4+2CO2 ↑ ……(7) UO2+2Cl2+2CO → UCl4+2CO2 ↑ ……(8) PuO2Cl2+Cl2+2CO → PuCl4+2CO2 ↑ ……(9) 上記反応に代表されるように、原料中に残存していた全
ての金属酸化物は、塩化物に転換し、反応の際に発生す
る二酸化炭素ガスは廃ガスとして廃ガス排出手段26に
より排出される。(C) Second Chlorination Step After the recovery of the radioactive metal oxide (mainly uranium dioxide), the molten salt flows down to the lower reaction chamber in the second chlorination step. This molten salt was not recovered in the electrolytic recovery step. It contains chlorides and metal oxides and chlorinates all non-chlorinated metal oxides in the lower reaction chamber.
That is, in this reaction chamber, the raw material is stirred in the molten salt by the chlorine gas and the carbon monoxide gas introduced from the second gas introduction means 19, and is converted into chloride. The content of chlorine gas in the inert gas is preferably 5 to 50% by volume, and the content of carbon monoxide gas in the inert gas is preferably 10 to 50% by volume. These reactions are represented by the following formulas (7), (8) and (9) on behalf of uranium and plutonium. UO 2 Cl 2 + Cl 2 + 2CO → UCl 4 + 2CO 2 ↑ (7) UO 2 +2 Cl 2 + 2CO → UCl 4 + 2CO 2 … (8) PuO 2 Cl 2 + Cl 2 + 2CO → PuCl 4 + 2CO 2 … ( 9) As represented by the above reaction, all the metal oxides remaining in the raw material are converted into chlorides, and the carbon dioxide gas generated during the reaction is converted into waste gas by the waste gas discharging means 26. Is discharged.
【0013】(d) 電解還元工程 上記溶融塩中に残存していた全ての金属酸化物を塩化物
に転換した後、溶融塩は電解還元工程である下位の反応
室に流下する。この溶融塩にはプルトニウムの塩化物
(PuCl4)が主に含まれ、この下位の反応室でこの
反応室に設けられた電極により陰極である溶融金属中に
塩化プルトニウムが、また残留する塩化ウランを溶融塩
電解することにより電気化学的に還元し回収される。こ
れらの反応は以下の式(10)及び式(11)に示され
る。 UCl4 → U+2Cl2 ↑ ……(10) PuCl4 → Pu+2Cl2 ↑ ……(11) この反応より発生する塩素ガスは廃ガスとして廃ガス排
出手段26により排出される。(D) Electrolytic reduction step After converting all the metal oxides remaining in the molten salt into chlorides, the molten salt flows down to the lower reaction chamber in the electrolytic reduction step. This molten salt mainly contains plutonium chloride (PuCl 4 ), and in the lower reaction chamber, plutonium chloride is contained in the molten metal serving as a cathode, and the remaining uranium chloride is also provided by an electrode provided in the reaction chamber. Is electrochemically reduced and recovered by electrolysis of molten salt. These reactions are shown in the following formulas (10) and (11). UCl 4 → U + 2Cl 2 ↑ (10) PuCl 4 → Pu + 2Cl 2 ↑ (11) The chlorine gas generated from this reaction is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26.
【0014】(e) 還元抽出工程 金属酸化物を電解回収した後、溶融塩は還元抽出工程で
ある下位の反応室に流下する。この下位の反応室では電
解回収工程及び電解還元工程でも回収されなかった金属
を抽出する。即ち、溶融塩中に残留した塩化物は最下位
の反応室に設けられた還元剤供給手段24から導入され
る還元剤と反応して第2溶融金属に抽出される。還元剤
供給手段24から導入される還元剤としてはアルカリ金
属又はアルカリ土類金属が挙げられ、特にリチウムが好
ましい。リチウムによる金属M(価数n)の還元反応を
代表して以下の式(12)に示す。 Mn++nLi → M+nLi+ ……(12) 還元された金属Mは第2溶融金属25b内に抽出され、
第2溶融金属25bは第2金属導入口31から順次供給
され、未回収であった別の放射性金属酸化物が抽出した
第2溶融金属25bは第2金属排出口32から第2金属
排出管32aを介して回収槽11の外部に排出される。
核燃料物質の全てが回収された後の溶融塩は排出口14
から排出され、塩化物支持塩として再び再利用される。(E) Reduction and extraction step After the electrolytic recovery of the metal oxide, the molten salt flows down to a lower reaction chamber in the reduction and extraction step. In the lower reaction chamber, metals not recovered in the electrolytic recovery step and the electrolytic reduction step are extracted. That is, the chloride remaining in the molten salt reacts with the reducing agent introduced from the reducing agent supply means 24 provided in the lowest reaction chamber and is extracted as the second molten metal. Examples of the reducing agent introduced from the reducing agent supply means 24 include alkali metals and alkaline earth metals, and lithium is particularly preferable. The following formula (12) represents the reduction reaction of metal M (valence n) with lithium. Mn ++ nLi → M + nLi + (12) The reduced metal M is extracted into the second molten metal 25b,
The second molten metal 25b is sequentially supplied from the second metal inlet 31. The second molten metal 25b from which another unrecovered radioactive metal oxide is extracted is supplied from the second metal outlet 32 to the second metal outlet pipe 32a. Is discharged out of the recovery tank 11 through the
After all of the nuclear fuel material has been recovered, the molten salt
And is recycled again as chloride supporting salt.
【0015】次に、全般的に溶融塩は上部仕切板16に
よりショートパスすることなく、また下部仕切板12に
より十分な反応時間を与えられて最上位の反応室から順
次最下位の反応室まで流動する。それぞれの回収槽にお
ける反応は、温度制御手段17により制御される温度に
より速度、収率が変化する。この場合の溶融塩の温度と
しては第1塩化工程では400〜900℃の範囲で行う
ことが好ましいが、ウランのオキシクロライドの安定
性、反応速度などから600〜800℃が更に好まし
い。電解回収工程では析出物の粒径は温度が高くなると
ともに大きくなる傾向があるため、溶融塩の温度として
は500〜800℃の範囲で行うことが好ましく、60
0〜800℃の範囲で行うことが更に好ましい。第2塩
化工程では溶融塩の温度として400〜900℃の範囲
で行うことが好ましいが、反応速度の関係から600〜
800℃の範囲で行うことが更に好ましい。Next, in general, the molten salt is not short-passed by the upper partition plate 16 and a sufficient reaction time is given by the lower partition plate 12 so that the molten salt is sequentially transferred from the uppermost reaction chamber to the lowermost reaction chamber. Flow. The rate and yield of the reaction in each recovery tank change depending on the temperature controlled by the temperature control means 17. In this case, the temperature of the molten salt is preferably in the range of 400 to 900 ° C. in the first salification step, and more preferably 600 to 800 ° C. in view of the stability of uranium oxychloride, the reaction rate, and the like. In the electrolytic recovery step, since the particle size of the precipitate tends to increase as the temperature increases, it is preferable to perform the molten salt at a temperature in the range of 500 to 800 ° C.
It is more preferable to carry out in the range of 0 to 800 ° C. The second salification step is preferably carried out at a temperature of the molten salt of 400 to 900 ° C.
It is more preferable to carry out in the range of 800 ° C.
【0016】電解回収工程では第1電極21a,21b
に印加される電圧を調整することにより、また第1及び
第2塩化工程では第1及び第2ガス導入手段19,22
により導入される撹拌ガスの濃度、供給量等を調整する
ことにより、それぞれ処理能力を変化させ、また異なる
種類の析出物を回収することができる。電解還元工程及
び還元抽出工程では溶融金属を装置外に抜き出し可能に
構成することにより連続した作業が可能になる。In the electrolytic recovery step, the first electrodes 21a, 21b
The first and second gas introduction means 19, 22 are controlled by adjusting the voltage applied to the first and second gas supply means.
By adjusting the concentration, supply amount, and the like of the stirring gas introduced by the above, the processing capacity can be changed, and different types of precipitates can be collected. In the electrolytic reduction step and the reduction extraction step, continuous operation is enabled by configuring the molten metal to be able to be extracted outside the apparatus.
【0017】請求項6に係る発明は、請求項2ないし5
のいずれかに係る発明であって、第2電極23a,23
bが設けられた反応室15dに貯留される第1溶融金属
25aがカドミウム、マグネシウム又は亜鉛のいずれか
又はその合金である核燃料物質の回収装置である。溶融
金属25aの種類を変化させることにより電解還元する
金属を変化させることもできる。請求項7に係る発明
は、請求項2又は4に係る発明であって、第1、第2及
び第3ガス導入手段19,22及び29が反応室15
a,15c及び15eの頂部を貫通して先端が反応室1
5a,15c及び15eの底部に伸び先端にガス噴出部
19a,22a及び29aを有するガス導入管19b,
22b及び29bを備えた核燃料物質の回収装置であ
る。The invention according to claim 6 is the invention according to claims 2 to 5
The second electrodes 23a, 23
b is a nuclear fuel material recovery device in which the first molten metal 25a stored in the reaction chamber 15d provided with b is one of cadmium, magnesium, and zinc or an alloy thereof. The metal to be electrolytically reduced can be changed by changing the type of the molten metal 25a. The invention according to claim 7 is the invention according to claim 2 or 4, wherein the first, second and third gas introducing means 19, 22 and 29 are provided in the reaction chamber 15
a, 15c and 15e penetrate the tops of the reaction chamber 1
5a, 15c and 15e, gas introduction pipes 19b extending to the bottoms and having gas ejection portions 19a, 22a and 29a at the tips.
This is a nuclear fuel material recovery device comprising 22b and 29b.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図1及び図2に示すように、
使用済核燃料の回収装置の回収槽11は傾斜した底面1
1aを有する回収槽本体11bと、その上面に密閉して
設けられた蓋11cとにより構成される。回収槽11は
反応媒体である塩化物支持塩を溶融塩として貯留可能で
あって、貯えた核燃料が臨界にならない厚さを有する平
板状に形成される。この回収槽11の内部にこの実施の
形態では5つの反応室15a,15b,15c,15d
及び15eを形成する4枚の下部仕切板12が回収槽1
1の底面11aに間隔をあけて鉛直方向に設けられる。
これらの仕切板12は塩化物支持塩である溶融塩が上位
の反応室から下位の反応室に流れるようにほぼ同一の高
さを有する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2,
The recovery tank 11 of the spent nuclear fuel recovery device has an inclined bottom 1
It is composed of a collection tank main body 11b having a la and a lid 11c hermetically provided on the upper surface thereof. The recovery tank 11 can store a chloride supporting salt as a reaction medium as a molten salt, and is formed in a flat plate shape having a thickness such that the stored nuclear fuel does not become critical. In this embodiment, five reaction chambers 15a, 15b, 15c, and 15d are provided inside the recovery tank 11.
And four lower partitions 12 forming the collecting tank 1
1 are provided in the vertical direction at an interval on the bottom surface 11a.
These partition plates 12 have substantially the same height so that the molten salt, which is a chloride supporting salt, flows from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber.
【0019】最下位の反応室15eを除く4つの反応室
15a〜15d内には上方から下方に向けて4枚の上部
仕切板16が回収槽11の頂面に間隔をあけて設けられ
る。これらの仕切板16の下端は下部仕切板12の上端
より低い位置まで延び、上位の反応室から下位の反応室
への溶融塩のショートパスを防止するようになってい
る。図2に示すように、回収槽11の外側面には各反応
室15a,15b,15c,15d及び15e毎に各反
応室の温度を上昇させるヒータ17aが設けられる。ヒ
ータ17aはコントローラ17により温度が塩化物支持
塩の融点以上900℃以下の温度に加熱して反応室15
a〜15eの温度を制御する。In each of the four reaction chambers 15a to 15d except for the lowermost reaction chamber 15e, four upper partition plates 16 are provided on the top surface of the recovery tank 11 at intervals from the top to the bottom. The lower ends of these partition plates 16 extend to a position lower than the upper end of the lower partition plate 12 to prevent a short path of the molten salt from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber. As shown in FIG. 2, a heater 17a for increasing the temperature of each reaction chamber is provided for each of the reaction chambers 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e on the outer surface of the recovery tank 11. The heater 17a is heated by the controller 17 to a temperature not lower than the melting point of the chloride-supporting salt and not higher than 900 ° C.
The temperature of a to 15e is controlled.
【0020】図1に示すように、最上位に位置する反応
室15aの上方には塩化物支持塩又は使用済核燃料酸化
物の原料のシュート18aが取付けられ、シュート上端
には供給口18が設けられる。供給口18からは、装置
の始動時に塩化物支持塩が供給され、装置の稼働中には
使用済核燃料酸化物とその還元剤との混合物及び塩化物
支持塩が供給される。この還元剤としては炭素粉末即ち
黒鉛粉末が挙げられる。最下位に位置する反応室15e
には液状の溶融塩を排出する排出管14aが取付けら
れ、排出管14aは排出口14を有する。As shown in FIG. 1, a chute 18a for a raw material of a chloride supporting salt or spent nuclear fuel oxide is mounted above the uppermost reaction chamber 15a, and a supply port 18 is provided at the upper end of the chute. Can be A chloride supporting salt is supplied from the supply port 18 when the apparatus is started, and a mixture of spent nuclear fuel oxide and its reducing agent and a chloride supporting salt are supplied during operation of the apparatus. Examples of the reducing agent include carbon powder, that is, graphite powder. Reaction chamber 15e located at the bottom
Is provided with a discharge pipe 14a for discharging a liquid molten salt, and the discharge pipe 14a has a discharge port 14.
【0021】最上位に位置する反応室15aには、その
反応室15aに貯留された溶融塩中にガスを導入してそ
の溶融塩を撹拌する第1ガス導入手段19が設けられ、
この第1ガス導入手段19からは塩素ガスを含むArガ
スが導入される。次に位置する反応室15bには、先端
が溶融塩を電解してウランを析出回収する一対の第1電
極21a,21bが蓋11cを貫通して底部に伸びてそ
れぞれ設けられ、その次に位置する反応室15cには、
その反応室15cに貯留された溶融塩中にガスを導入し
てその溶融塩を撹拌する第2ガス導入手段22が設けら
れる。この第2ガス導入手段22からは塩素ガス及び炭
素ガスを含むArガスが導入される。The uppermost reaction chamber 15a is provided with first gas introducing means 19 for introducing gas into the molten salt stored in the reaction chamber 15a and stirring the molten salt.
Ar gas containing chlorine gas is introduced from the first gas introduction means 19. In the reaction chamber 15b located next, a pair of first electrodes 21a and 21b are provided, each of which extends to the bottom through the lid 11c to electrolyze a molten salt to precipitate and recover uranium. The reaction chamber 15c
A second gas introducing means 22 for introducing a gas into the molten salt stored in the reaction chamber 15c and stirring the molten salt is provided. Ar gas containing chlorine gas and carbon gas is introduced from the second gas introduction means 22.
【0022】第2ガス導入手段22が設けられた反応室
15cの下位に位置する反応室15dにはその反応室1
5dに貯留された溶融塩を電解する一対の第2電極23
a,23bが蓋11cを貫通して底部に伸びてそれぞれ
設けられ、最下位に位置する反応室15eには溶融塩中
に還元剤を供給する還元剤供給手段であるバルブ24a
が備えられた供給管24が蓋11cを貫通して設けられ
る。反応室15d及び15eには金属がヒータ17aに
より加熱されて溶融した状態でそれぞれ貯留され、それ
ぞれの反応室15d及び15eの第1及び第2溶融金属
25a,25bの上に溶融塩が分離した状態で貯留され
るようになっている。第2電極23a,23b中の陰極
23bの溶融塩に対応する箇所は絶縁材23cで覆わ
れ、先端が第1溶融金属中25aに侵入し、第1溶融金
属25aが陰極として作用するように構成される。A reaction chamber 15d located below the reaction chamber 15c in which the second gas introducing means 22 is provided has a reaction chamber 1
A pair of second electrodes 23 for electrolyzing the molten salt stored in 5d
a and 23b are respectively provided to extend to the bottom through the lid 11c, and the lowermost reaction chamber 15e is provided with a valve 24a as a reducing agent supply means for supplying a reducing agent into the molten salt.
Is provided through the lid 11c. The metal is stored in the reaction chambers 15d and 15e in a state of being heated and melted by the heater 17a, respectively, and the molten salt is separated on the first and second molten metals 25a and 25b of the respective reaction chambers 15d and 15e. It is to be stored at. A portion of the second electrodes 23a and 23b corresponding to the molten salt of the cathode 23b is covered with an insulating material 23c, and a tip enters the first molten metal 25a, and the first molten metal 25a functions as a cathode. Is done.
【0023】全ての反応室15a〜15eには各反応室
で発生した廃ガスを反応室毎に排出する廃ガス排出手段
26とが設けられ、廃ガス排出手段26はそれぞれの反
応室15a〜15eの頂部にそれぞれ接続された廃ガス
排出管26aを備える。図2に示すように、第2電極2
3a,23bが設けられた反応室15dにはこの反応室
15dに第1溶融金属25aを供給する第1金属供給口
27が設けられ、第1金属供給口27にはバルブ27b
が設けられた第1金属供給管27aが接続される。更に
この反応室15dには貯留された第1溶融金属25aを
排出する第1金属排出口28が設けられ、第1金属排出
口28にはバルブ28bを備えた第1金属排出管28a
が接続される。All the reaction chambers 15a to 15e are provided with waste gas discharging means 26 for discharging waste gas generated in each reaction chamber for each reaction chamber, and the waste gas discharging means 26 is provided in each of the reaction chambers 15a to 15e. And a waste gas discharge pipe 26a connected to the top of each of the pipes. As shown in FIG.
A reaction chamber 15d provided with 3a and 23b is provided with a first metal supply port 27 for supplying a first molten metal 25a to the reaction chamber 15d, and a valve 27b is provided in the first metal supply port 27.
Is connected to the first metal supply pipe 27a provided with. Further, the reaction chamber 15d is provided with a first metal discharge port 28 for discharging the stored first molten metal 25a, and the first metal discharge port 28 has a first metal discharge pipe 28a having a valve 28b.
Is connected.
【0024】図1に戻って、還元剤供給手段である供給
管24が設けられた反応室15eにはこの反応室15e
に貯留された溶融金属中に不活性ガスを導入する第3ガ
ス導入手段29が設けられ、更に、この反応室15eに
第2溶融金属25bを供給する第2金属供給口31と、
この反応室15eに貯留された第2溶融金属25bを排
出する第2金属排出口32とが設けられる。第2金属供
給口31には図示しない第2金属供給管が接続され、第
2金属排出口32にはバルブ32bを備えた第2金属排
出管32aが接続される。第1、第2及び第3ガス導入
手段19,22及び29はそれぞれの反応室15a,1
5c及び15eの頂部を貫通して先端がそれぞれの反応
室の底部に伸び、先端にガス噴出部19a,22a及び
29aを有するガス導入管19b,22b及び29bを
備える。このガス導入管19b,22b及び29bには
この例ではガスが図示しないコンプレッサにより圧送さ
れる。Returning to FIG. 1, a reaction chamber 15e provided with a supply pipe 24 as a reducing agent supply means is provided with the reaction chamber 15e.
A third gas introducing means 29 for introducing an inert gas into the molten metal stored in the reaction chamber 15e; a second metal supply port 31 for supplying a second molten metal 25b to the reaction chamber 15e;
A second metal outlet 32 for discharging the second molten metal 25b stored in the reaction chamber 15e is provided. The second metal supply port 31 is connected to a second metal supply pipe (not shown), and the second metal discharge port 32 is connected to a second metal discharge pipe 32a having a valve 32b. The first, second and third gas introducing means 19, 22 and 29 are provided in respective reaction chambers 15a, 1
The tips extend through the tops of 5c and 15e to the bottom of the respective reaction chambers, and are provided with gas introduction pipes 19b, 22b and 29b having gas ejection parts 19a, 22a and 29a at the tips. In this example, gas is pumped to the gas introduction pipes 19b, 22b and 29b by a compressor (not shown).
【0025】このように構成された装置の動作を説明す
る。先ず、所定量の塩化物支持塩を供給口18から最上
位の反応室15aに供給する。コントローラ17はヒー
タ17aを制御して反応室15aの温度を塩化物支持塩
の融点以上に加熱して維持する。この加熱により反応室
15aに塩化物支持塩が溶融塩として貯留された後、更
に塩化物支持塩を供給口18から反応室15aに供給す
る。下部仕切板12を越えて溶融塩が次の反応室15b
に流入し、更に塩化物支持塩を供給し続けて加熱を続け
ると、やがて全ての反応室15a〜15eが溶融塩で満
たされる。次に使用済核燃料酸化物である原料とその還
元剤との混合物及び追加の塩化物支持塩を供給口18か
ら反応室15aに供給する。供給された原料は噴出部1
9aから噴出するガスにより最上位の反応室15aで溶
融塩中に撹拌混合される。原料中のウラン及びプルトニ
ウムは、前述した式(1)〜(4)に示すように、塩化
物溶融塩、導入ガス中の塩素ガス、還元剤の黒鉛粉末な
どと反応して原料中の二酸化ウラン、二酸化プルトニウ
ムがウランやプルトニウムのオキシクロライド又は塩化
物となる。反応時に発生する二酸化炭素ガスや酸素は廃
ガスとして廃ガス排出管26aにより外部に排出され
る。The operation of the thus configured device will be described. First, a predetermined amount of chloride supporting salt is supplied from the supply port 18 to the uppermost reaction chamber 15a. The controller 17 controls the heater 17a to heat and maintain the temperature of the reaction chamber 15a above the melting point of the chloride supporting salt. After this heating stores the chloride supporting salt as a molten salt in the reaction chamber 15a, the chloride supporting salt is further supplied to the reaction chamber 15a from the supply port 18. Molten salt is passed over the lower partition plate 12 to the next reaction chamber 15b.
When the heating is continued by further supplying the chloride supporting salt, all the reaction chambers 15a to 15e are eventually filled with the molten salt. Next, a mixture of the raw material which is the spent nuclear fuel oxide and its reducing agent and an additional chloride supporting salt are supplied from the supply port 18 to the reaction chamber 15a. The supplied raw material is the spout 1
The gas ejected from 9a is stirred and mixed into the molten salt in the uppermost reaction chamber 15a. The uranium and plutonium in the raw material react with chloride molten salt, chlorine gas in the introduced gas, graphite powder as a reducing agent, etc., as shown in the above-mentioned formulas (1) to (4), and uranium dioxide in the raw material In addition, plutonium dioxide becomes oxychloride or chloride of uranium or plutonium. The carbon dioxide gas and oxygen generated during the reaction are discharged to the outside as waste gas through a waste gas discharge pipe 26a.
【0026】転換を終えたウランやプルトニウムのオキ
シクロライド及び塩化物は溶融塩として反応室15aか
ら下部仕切板12を越えて上部仕切板16によりショー
トパスすることなく反応室15bに流入する。この反応
室15bでは、前述した式(5)に示すように主として
ウランのオキシクロライドが二酸化ウランに転換され陰
極21bに析出される。式(6)に示すようにプルトニ
ウムのオキシクロライドも二酸化プルトニウムに転換さ
れ陰極21bに析出され、特に原料中のウランはその全
量が回収される。反応室15bで反応時に発生する塩素
ガスは廃ガスとして廃ガス排出管26aにより外部に排
出される。The converted uranium and plutonium oxychlorides and chlorides pass through the lower partition plate 12 from the reaction chamber 15a as a molten salt and flow into the reaction chamber 15b without being short-passed by the upper partition plate 16. In the reaction chamber 15b, uranium oxychloride is mainly converted to uranium dioxide and deposited on the cathode 21b as shown in the above-mentioned formula (5). As shown in the formula (6), oxychloride of plutonium is also converted to plutonium dioxide and deposited on the cathode 21b, and in particular, the entire amount of uranium in the raw material is recovered. Chlorine gas generated during the reaction in the reaction chamber 15b is discharged to the outside as waste gas through a waste gas discharge pipe 26a.
【0027】ウランを回収した後の溶融塩は反応室15
bから下部仕切板12を越えて上部仕切板16によりシ
ョートパスすることなく反応室15cに流入する。この
反応室15cでは第2ガス供給手段22により塩素ガス
と一酸化炭素ガスを塩化物溶融塩に吹き込んで溶融塩中
に残存する酸化物イオンを金属イオン化する。即ち、未
だに塩化物に転換されていない酸化物は、この反応室1
5cに設けられた第2ガス導入手段22から導入される
塩素ガス及び一酸化炭素ガスにより前述した式(7)〜
(9)に示すように反応して全量塩化物に転換される。
この反応より発生する炭素ガスは廃ガスとして廃ガス排
出手段26により排出される。After the recovery of uranium, the molten salt is supplied to the reaction chamber 15.
From b, it passes through the lower partition plate 12 and flows into the reaction chamber 15c without being short-passed by the upper partition plate 16. In the reaction chamber 15c, the chlorine gas and the carbon monoxide gas are blown into the chloride molten salt by the second gas supply means 22 to metalize oxide ions remaining in the molten salt. That is, oxides that have not yet been converted to chlorides are supplied to the reaction chamber 1
5c, the chlorine gas and the carbon monoxide gas introduced from the second gas introduction means 22 provided in the above formula (7).
As shown in (9), the whole is converted to chloride.
The carbon gas generated from this reaction is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26.
【0028】金属イオン化した後の溶融塩は反応室15
cから下部仕切板12を越えて上部仕切板16によりシ
ョートパスすることなく反応室15dに流入する。この
反応室15dには第1溶融金属25aが貯留され、溶融
塩はその第1溶融金属25aの上に分離して貯留され
る。第1溶融金属25aは第2電極23bにより陰極と
して溶融塩を溶融塩電解することにより第1溶融金属2
5aに金属イオンを析出回収する。即ち、この反応室1
5dに設けられた一対の第2電極23a,23bにより
溶融塩中の金属イオンが反応室15dに貯留した第1溶
融金属25a中に、前述した式(10)及び(11)に
示すように反応して第1溶融金属25a中に回収され
る。この反応より発生する塩素ガスは廃ガスとして廃ガ
ス排出手段26により排出される。第1溶融金属25a
は第1金属導入口27から第1金属導入管27aを介し
て順次供給され、金属イオンが析出した第1溶融金属2
5aは第1金属排出口28から第1金属排出管28aを
介して回収槽11の外部に排出される。The molten salt after metal ionization is supplied to the reaction chamber 15.
From c, the flow passes through the lower partition plate 12 and into the reaction chamber 15d without being short-passed by the upper partition plate 16. The first molten metal 25a is stored in the reaction chamber 15d, and the molten salt is separated and stored on the first molten metal 25a. The first molten metal 25a is subjected to molten salt electrolysis of the molten salt as a cathode by the second electrode 23b, thereby forming the first molten metal 2a.
Precipitate and collect metal ions in 5a. That is, this reaction chamber 1
The metal ions in the molten salt react in the first molten metal 25a stored in the reaction chamber 15d by the pair of second electrodes 23a and 23b provided in 5d as shown in the above-described equations (10) and (11). Then, it is recovered in the first molten metal 25a. The chlorine gas generated from this reaction is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26. First molten metal 25a
Are sequentially supplied from the first metal inlet 27 through the first metal inlet tube 27a, and the first molten metal
5a is discharged from the first metal discharge port 28 to the outside of the recovery tank 11 via the first metal discharge pipe 28a.
【0029】第1溶融金属25aに析出回収した後の溶
融塩は反応室15dから下部仕切板12を越えて上部仕
切板16によりショートパスすることなく最下位の反応
室15eに流入する。この溶融塩には溶融塩電解でも析
出されなかった塩化物が残存する。この反応室15eに
は第2溶融金属25bが貯留され、溶融塩はその第2溶
融金属25bの上に分離して貯留される。この反応室で
は溶融塩中に還元剤を混合することにより、溶融塩中に
残存する塩化物を第2溶融金属25bに、前述した式
(12)に示すように還元抽出することにより回収す
る。即ち、この反応室に設けられた還元剤供給手段であ
る供給管24から供給された還元剤により溶融塩中に残
存する塩化物が全量第2溶融金属25b中に回収され
る。この反応より発生するガスは廃ガスとして廃ガス排
出手段26により排出される。第2溶融金属25bは第
2金属導入口31から図示しない第2金属導入管を介し
て順次供給され、金属が析出した第2溶融金属25bは
第2金属排出口32から第2金属排出管32aを介して
回収槽11の外部に排出される。塩化物が回収された後
の溶融塩は排出口14から排出され、塩化物支持塩とし
て再利用される。The molten salt deposited and recovered in the first molten metal 25a flows from the reaction chamber 15d through the lower partition plate 12 to the lowermost reaction chamber 15e without being short-passed by the upper partition plate 16. Chloride which has not been precipitated by the molten salt electrolysis remains in the molten salt. The second molten metal 25b is stored in the reaction chamber 15e, and the molten salt is separated and stored on the second molten metal 25b. In this reaction chamber, by mixing a reducing agent into the molten salt, the chloride remaining in the molten salt is recovered by reduction extraction into the second molten metal 25b as shown in the above-mentioned formula (12). That is, the entire amount of chloride remaining in the molten salt is recovered in the second molten metal 25b by the reducing agent supplied from the supply pipe 24 which is a reducing agent supplying means provided in the reaction chamber. The gas generated by this reaction is discharged as waste gas by the waste gas discharging means 26. The second molten metal 25b is sequentially supplied from the second metal inlet 31 through a second metal inlet tube (not shown), and the second molten metal 25b on which the metal is deposited is sent from the second metal outlet 32 to the second metal outlet tube 32a. Is discharged out of the recovery tank 11 through the After the chloride is recovered, the molten salt is discharged from the outlet 14 and reused as a chloride supporting salt.
【0030】[0030]
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。この例では
回収槽はガラス又は金属製であって5室の反応室からな
る。上位の反応室から第1塩化工程、電解回収工程、第
2塩化工程、電解還元工程、還元抽出工程にそれぞれ相
当する。電解回収工程である2段目の反応室にはウラン
回収用の一対の第1電極を設け、電解還元工程、還元抽
出工程における溶融金属にはカドミウムを使用した。回
収槽の厚さA(図2)は約5cm、高さB(図1)は約
40cm、長さC(図1)は約90cmであり、各反応
室は500ccの溶融塩を貯えるように仕切り板を配設
した。先ず上位の反応室に1kgの塩化ナトリウムと塩
化カリウムの混合塩(共晶塩)を供給し、700℃で溶
融させた。溶融後、徐々に同一の混合塩を追加補充し、
合計6kgの混合塩を供給して5室のすべてに溶融塩を
貯留した。次いで、上位、中位及び下位の3室について
ガス導入管よりArガスを約0.7リットル/分の割合
で溶融塩中に噴出させ溶融塩を撹拌した。Next, embodiments of the present invention will be described. In this example, the recovery tank is made of glass or metal and comprises five reaction chambers. The first reaction step corresponds to a first chlorination step, an electrolytic recovery step, a second chlorination step, an electrolytic reduction step, and a reduction extraction step, respectively. A pair of first electrodes for uranium recovery were provided in the second-stage reaction chamber in the electrolytic recovery step, and cadmium was used as the molten metal in the electrolytic reduction step and the reduction extraction step. The thickness A (FIG. 2) of the recovery tank is about 5 cm, the height B (FIG. 1) is about 40 cm, the length C (FIG. 1) is about 90 cm, and each reaction chamber stores 500 cc of molten salt. A partition plate was provided. First, 1 kg of a mixed salt (eutectic salt) of sodium chloride and potassium chloride was supplied to the upper reaction chamber and melted at 700 ° C. After melting, gradually replenish the same mixed salt,
A total of 6 kg of mixed salt was supplied to store molten salt in all five chambers. Next, Ar gas was spouted into the molten salt at a rate of about 0.7 liter / minute from the gas introduction pipes in the upper, middle, and lower chambers to stir the molten salt.
【0031】一方、使用済核燃料に模した二酸化ウラン
粉末500g(平均粒径100μm)、酸化ストロンチ
ウム粉末0.15g(平均粒径20μm)、酸化ランタ
ン粉末1g(平均粒径20μm)、酸化セシウム粉末2
g(平均粒径20μm)及び酸化セリウム5g(平均粒
径20μm)を用意した。酸化セリウム及び酸化ランタ
ンはTRU元素の代わりに用いた。次いで塩化ナトリウ
ムと塩化カリウムの混合塩(共晶塩)12,000g
と、上記模擬使用済核燃料を上位の反応室に間欠的に7
0g/分の速さで供給口より供給した。この供給と同時
に、10容積%の塩素ガスを含んだArガスを第1ガス
挿入手段であるガス導入管より約3リットル/分の割合
で上位の反応室に貯留された溶融塩中に噴出し、上位の
反応室で塩化反応を行った。塩素ガスの供給量は、ウラ
ンモル数とほぼ同じ量で停止させた。On the other hand, 500 g of uranium dioxide powder (average particle diameter 100 μm), strontium oxide powder 0.15 g (average particle diameter 20 μm), lanthanum oxide powder 1 g (average particle diameter 20 μm), cesium oxide powder 2
g (average particle diameter 20 μm) and cerium oxide 5 g (average particle diameter 20 μm) were prepared. Cerium oxide and lanthanum oxide were used instead of TRU elements. Then 12,000 g of a mixed salt (eutectic salt) of sodium chloride and potassium chloride
And the above-mentioned simulated nuclear fuel is intermittently transferred to the upper reaction chamber.
It was supplied from the supply port at a rate of 0 g / min. Simultaneously with this supply, Ar gas containing 10% by volume of chlorine gas is injected into the molten salt stored in the upper reaction chamber at a rate of about 3 liters / minute from a gas introduction pipe as the first gas insertion means. The salification reaction was performed in the upper reaction chamber. The supply of chlorine gas was stopped at an amount almost equal to the number of moles of uranium.
【0032】次の反応室では一対の第1電極に40Aの
定電流を印加した。上位の反応室で塩化反応を終了した
溶融塩は、中位の反応室で電解され、陰極に析出物を生
じた。その次の反応室では、第2ガス導入手段であるガ
ス導入管から5容積%の塩素ガス、5容積%の一酸化炭
素ガスを含んだArガスを約0.5リットル/分の割合
で反応室に貯留された溶融塩中に噴出し、塩化反応を行
った。塩素ガスの供給量は、試験が終了するまで供給し
た。その次の反応室では溶融金属であるカドミウムを陰
極とする一対の第2電極に電流1Aを印加した。上位の
反応室で塩化反応を終了した溶融塩中のセリウム及びラ
ンタンをこの反応室で電解還元回収した。最下位に位置
する反応室では、第3ガス導入手段であるガス導入管か
らArガスを反応室に貯留された溶融塩中に噴出して撹
拌するとともに、供給管から還元剤であるリチウムをこ
の反応室に5g供給し、他の物質の溶融金属中への還元
抽出を行った。In the next reaction chamber, a constant current of 40 A was applied to the pair of first electrodes. The molten salt that had completed the salification reaction in the upper reaction chamber was electrolyzed in the middle reaction chamber, and produced a deposit on the cathode. In the next reaction chamber, 5 volume% of chlorine gas and 5 volume% of Ar gas containing carbon monoxide gas were reacted at a rate of about 0.5 liter / minute from a gas introduction pipe as a second gas introduction means. The salt was spouted into the molten salt stored in the chamber to perform a salification reaction. The supply amount of chlorine gas was supplied until the test was completed. In the next reaction chamber, a current of 1 A was applied to a pair of second electrodes using cadmium as a molten metal as a cathode. Cerium and lanthanum in the molten salt which had completed the salification reaction in the upper reaction chamber were electrolytically reduced and recovered in this reaction chamber. In the lowermost reaction chamber, Ar gas is ejected from a gas introduction pipe, which is the third gas introduction means, into the molten salt stored in the reaction chamber and stirred, and lithium as a reducing agent is supplied from the supply pipe to the molten salt. 5 g was supplied to the reaction chamber, and reduction extraction of other substances into the molten metal was performed.
【0033】最上位の反応室における塩化反応の反応収
率及び最下位の反応室の排出口における塩化反応の反応
収率を未反応酸化ウラン量を測定することにより評価し
た。塩化反応条件を表1に示す。次に2段目に位置する
反応室の陰極に析出した物質をX線解析により測定した
結果、大部分の二酸化ウランと極一部のセリウムを析出
した。また4段目に位置する反応室の第1溶融金属に析
出した物質を溶解し、原子吸光法により測定した結果、
ランタンとセリウム及びウランを析出した。更に、最下
位の反応室の第2溶融塩中の物質を原子吸光法により測
定した結果、セシウムとストロンチウムの大部分が検出
された。The reaction yield of the chlorination reaction in the uppermost reaction chamber and the reaction yield of the chlorination reaction at the outlet of the lowermost reaction chamber were evaluated by measuring the amount of unreacted uranium oxide. Table 1 shows the salification reaction conditions. Next, the substance deposited on the cathode of the reaction chamber located in the second stage was measured by X-ray analysis, and as a result, most of uranium dioxide and a very small amount of cerium were deposited. Also, as a result of dissolving the substance precipitated in the first molten metal in the reaction chamber located at the fourth stage and measuring the substance by an atomic absorption method,
Lanthanum, cerium and uranium were deposited. Further, as a result of measuring the substance in the second molten salt in the lowermost reaction chamber by the atomic absorption method, most of cesium and strontium were detected.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、本発明は次の多くの
優れた効果を奏する。 供給した核燃料が上位の反応室から下位の反応室に
順次移動して回収されるため、塩素化、電解回収等の各
操作を同一の装置で行うことができ、簡単な工程で連続
してウラン及びプルトニウム等を回収することができ、
その安定処理と処理能力の向上を図ることができる。 回収槽が貯留する核燃料の臨界にならない平板状で
あるため、臨界安全管理上問題を生じない。As described above, the present invention has the following many excellent effects. Since the supplied nuclear fuel moves sequentially from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber and is recovered, each operation such as chlorination and electrolytic recovery can be performed by the same apparatus, and uranium can be continuously performed in a simple process. And plutonium can be recovered,
The stable processing and the improvement of the processing capability can be achieved. Since the recovery tank is in the form of a flat plate that does not become critical for the stored nuclear fuel, there is no problem in criticality safety management.
【0036】 回収槽の長さC(図1)を延長しても
その厚さA(図2)を変えなければ臨界安全性は保たれ
るため、回収槽の長さを変えて反応室を増減することに
より、回収に必要な滞留時間や処理能力に合致した連続
した回収装置を容易に製作でき、反応室を増加すること
により処理能力を向上することもできる。 上部仕切板により、溶融塩はショートパスすること
がない。このために下位の反応室に流れ落ちるまでの間
に各反応室内で十分な反応時間が与えられる。 各反応室に温度制御手段を設けたので、各反応室の
反応温度を制御することにより、各反応室における最適
な反応条件を容易に設定することができる。Even if the length C of the recovery tank (FIG. 1) is extended, the criticality safety is maintained unless the thickness A (FIG. 2) is changed. By increasing or decreasing the amount, it is possible to easily manufacture a continuous recovery apparatus that matches the residence time and processing capacity required for recovery, and it is also possible to improve the processing capacity by increasing the number of reaction chambers. Due to the upper partition plate, the molten salt does not short-pass. For this reason, a sufficient reaction time is given in each reaction chamber before it flows down to the lower reaction chamber. Since the temperature control means is provided in each reaction chamber, the optimum reaction conditions in each reaction chamber can be easily set by controlling the reaction temperature in each reaction chamber.
【図1】本発明の使用済核燃料の回収装置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a spent nuclear fuel recovery device of the present invention.
【図2】そのD−D線断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line DD.
11 回収槽 11a 底面 12 下部仕切板 14 排出口 15a〜15e 反応室 16 上部仕切板 17 コントローラ(温度制御手段) 17a ヒータ 18 供給口 19 第1ガス導入手段 19a,22a,29a ガス噴出部 19b,22b,29b ガス導入管 21a,21b 第1電極 22 第2ガス導入手段 23a,23b 第2電極 24 供給管(還元剤供給手段) 25a 第1溶融金属 25b 第2溶融金属 26 廃ガス排出管(廃ガス排出手段) 27 第1金属供給口 28 第1金属排出口 29 第3ガス導入手段 31 第2金属供給口 32 第2金属排出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Recovery tank 11a Bottom surface 12 Lower partition plate 14 Outlet 15a-15e Reaction chamber 16 Upper partition plate 17 Controller (temperature control means) 17a Heater 18 Supply port 19 1st gas introduction means 19a, 22a, 29a Gas ejection part 19b, 22b , 29b gas introduction pipes 21a, 21b first electrode 22 second gas introduction means 23a, 23b second electrode 24 supply pipe (reducing agent supply means) 25a first molten metal 25b second molten metal 26 waste gas discharge pipe (waste gas) Discharge means) 27 1st metal supply port 28 1st metal discharge port 29 3rd gas introduction means 31 2nd metal supply port 32 2nd metal discharge port
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山上 純夫 茨城県那珂郡那珂町大字向山字六人頭 1002番地の14 三菱マテリアル株式会社 那珂エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平6−265689(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 19/44 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Sumio Yamagami, Naka-cho, Naka-machi, Naka-gun, Ibaraki Pref. 1002, 1414 Mitsubishi Materials Corporation Naka Energy Research Laboratory (56) References JP-A-6-265689 ( JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G21C 19/44
Claims (7)
5室からなる反応室(15a,15b,15c,15d,15e)を有し貯え
た核燃料が臨界にならない厚さを有する平板状に密閉し
て形成された回収槽(11)に反応媒体である塩化物支持塩
を溶融塩として貯留し、 最上位に位置する反応室(15a)より使用済核燃料酸化物
を供給し、 前記最上位に位置する反応室(15a)を含む上位に位置す
る反応室(15a)で順次前記酸化物中の放射性金属を前記
塩化物溶融塩中に含まれる反応物質と反応させることに
より前記金属のオキシクロライドを含む塩化物に転換
し、 次に位置する反応室(15b)で前記オキシクロライドを溶
融塩電解することにより電極(21b)に放射性金属酸化物
を析出回収し、 次に位置する反応室(15c)で塩素ガスと一酸化炭素ガス
を塩化物溶融塩に吹き込んで前記溶融塩中に残存する酸
化物イオンを金属イオン化し、 次に位置する第1溶融金属(25a)を貯留する反応室(15d)
で前記溶融塩中の金属イオン化した放射性物質を前記第
1溶融金属(25a)を陰極として溶融塩電解することによ
り前記第1溶融金属(25a)に析出回収し、 最下位に位置する第2溶融金属(25b)を貯留する反応室
(15e)より前記溶融塩中に還元剤を混合することにより
前記溶融塩中に残存する塩化物を前記第2溶融金属(25
b)に抽出回収することを特徴とする核燃料物質の回収方
法。1. A flat plate having at least five reaction chambers (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) along an inclined bottom surface (11a) and having a thickness such that the stored nuclear fuel is not critical. The chloride support salt as a reaction medium is stored as a molten salt in the recovery tank (11) formed as a result, and the spent nuclear fuel oxide is supplied from the reaction chamber (15a) located at the highest level, The oxychloride of the metal is reacted by sequentially reacting the radioactive metal in the oxide with the reactant contained in the chloride molten salt in the upper reaction chamber (15a) including the reaction chamber (15a). The radioactive metal oxide is deposited and collected on the electrode (21b) by subjecting the oxychloride to molten salt electrolysis in the reaction chamber (15b) located next, and the reaction chamber (15c) located next. Blow chlorine gas and carbon monoxide gas into the molten chloride salt and remain in the molten salt That oxide ions was metal ionization, then the first molten metal (25a) a reaction chamber for storing the position (15d)
The metal ionized radioactive material in the molten salt is subjected to molten salt electrolysis using the first molten metal (25a) as a cathode to precipitate and collect the radioactive material in the first molten metal (25a). Reaction chamber for storing metal (25b)
By mixing a reducing agent into the molten salt from (15e), chloride remaining in the molten salt can be removed from the second molten metal (25
b) A method for recovering nuclear fuel material, wherein the method comprises extracting and recovering the nuclear fuel material.
が臨界にならない厚さを有する平板状に密閉して形成さ
れかつ反応媒体である塩化物支持塩を溶融塩として貯留
可能な回収槽(11)と、 前記回収槽(11)の内部に少なくとも5室からなる反応室
(15a,15b,15c,15d,15e)を形成しかつ上位の反応室から
下位の反応室に前記溶融塩が流れるように前記回収槽(1
1)の底面(11a)に上方に向けて設けられた下部仕切板(1
2)と、 最下位の反応室(15e)を除く前記反応室(15a,15b,15c,15
d)内に上方から下方に向けて設けられ上位の反応室から
下位の反応室への前記溶融塩のショートパスを防止する
上部仕切板(16)と、 前記塩化物支持塩の融点以上900℃以下の温度に加熱
して前記反応室(15a,15b,15c,15d,15e)の温度をそれぞ
れ制御する温度制御手段(17)と、 最上位に位置する反応室(15a)に設けられ前記塩化物支
持塩又は使用済核燃料酸化物と前記塩化物支持塩を供給
する供給口(18)と、 最下位に位置する反応室(15e)に設けられ液状の溶融塩
を排出する排出口(14)と、 前記最上位に位置する反応室(15a)を含む上位に位置す
る反応室(15a)に設けられ前記反応室(15a)に貯留された
溶融塩中に塩素ガスを導入する第1ガス導入手段(19)
と、 前記第1ガス導入手段(19)が設けられた反応室(15a)の
下位に位置する反応室(15b)に設けられ前記反応室(15b)
に貯留された溶融塩を電解する第1電極(21a,21b)と、 前記第1電極(21a,21b)が設けられた反応室(15b)の下位
に位置する反応室(15c)に設けられ前記反応室(15c)に貯
留された溶融塩中に塩素ガスと炭素ガスとを含むガスを
導入する第2ガス導入手段(22)と、 前記第2ガス導入手段(22)が設けられた反応室(15c)の
下位に位置する反応室(15d)に設けられ前記反応室(15d)
に貯留された溶融塩を電解する第2電極(23a,23b)と、 前記第2電極(23a,23b)が設けられた反応室(15d)の下位
に位置しかつ最下位の反応室を含む反応室(15e)に設け
られ前記溶融塩中に還元剤を供給する還元剤供給手段(2
4)と前記反応室(15a,15b,15c,15d,15e)の廃ガスを反応
室毎に排出する廃ガス排出手段(26)とを備えたことを特
徴とする核燃料物質の回収装置。2. A recovery having a slanted bottom surface (11a) in which the stored nuclear fuel is sealed in a flat plate shape having a thickness that does not become critical and capable of storing a chloride-supporting salt as a reaction medium as a molten salt. A tank (11), and a reaction chamber comprising at least five chambers inside the recovery tank (11)
(15a, 15b, 15c, 15d, 15e) and the recovery tank (1) so that the molten salt flows from the upper reaction chamber to the lower reaction chamber.
The lower partition plate (1) provided upward on the bottom surface (11a) of (1)
2) and the reaction chambers (15a, 15b, 15c, 15) except for the lowermost reaction chamber (15e).
d) an upper partition plate (16) provided downward from above in the upper reaction chamber to prevent a short path of the molten salt from an upper reaction chamber to a lower reaction chamber; Temperature control means (17) for controlling the temperatures of the reaction chambers (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) by heating to the following temperatures, and the chloride provided in the reaction chamber (15a) positioned at the highest level. A supply port (18) for supplying a material-supporting salt or spent nuclear fuel oxide and the chloride-supporting salt, and an outlet (14) provided in the lowermost reaction chamber (15e) for discharging a liquid molten salt A first gas introduction provided in the uppermost reaction chamber (15a) including the uppermost reaction chamber (15a) and introducing chlorine gas into the molten salt stored in the reaction chamber (15a). Means (19)
The reaction chamber (15b) provided in a reaction chamber (15b) located below the reaction chamber (15a) in which the first gas introduction means (19) is provided.
A first electrode (21a, 21b) for electrolyzing the molten salt stored in the first electrode (21a, 21b), and a reaction chamber (15c) located below the reaction chamber (15b) provided with the first electrode (21a, 21b). A second gas introduction unit (22) for introducing a gas containing chlorine gas and carbon gas into the molten salt stored in the reaction chamber (15c); and a reaction provided with the second gas introduction unit (22). The reaction chamber (15d) provided in the reaction chamber (15d) located below the chamber (15c)
A second electrode (23a, 23b) for electrolyzing the molten salt stored in the reaction chamber, and a lowermost reaction chamber located below the reaction chamber (15d) provided with the second electrode (23a, 23b). A reducing agent supply means (2) provided in the reaction chamber (15e) for supplying a reducing agent into the molten salt;
4) A nuclear fuel material recovery apparatus comprising: a waste gas discharging means (26) for discharging waste gas from the reaction chambers (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) for each reaction chamber.
(15d)に設けられこの反応室(15d)に第1溶融金属(25a)
を供給する第1金属供給口(27)と、 前記反応室(15d)に設けられこの反応室(15d)に貯留され
た第1溶融金属(25a)を排出する第1金属排出口
(28)とを備えた請求項2記載の核燃料物質の回収装
置。3. A reaction chamber provided with second electrodes (23a, 23b).
(15d) and the first molten metal (25a)
A first metal supply port (27) for supplying the first metal, and a first metal discharge port (28) provided in the reaction chamber (15d) and discharging the first molten metal (25a) stored in the reaction chamber (15d). The nuclear fuel material recovery device according to claim 2, comprising:
(15e)に設けられ前記反応室(15e)に貯留された第2溶融
金属(25b)中に不活性ガスを導入する第3ガス導入手段
(29)を備えた請求項2又は3記載の核燃料物質の回収装
置。4. A reaction chamber provided with a reducing agent supply means (24).
A third gas introducing means for introducing an inert gas into the second molten metal (25b) provided in the reaction chamber (15e) and provided in the reaction chamber (15e)
The nuclear fuel material recovery device according to claim 2 or 3, further comprising (29).
(15e)に設けられこの反応室(15e)に第2溶融金属(25b)
を供給する第2金属供給口(31)と、 前記反応室(15e)に設けられこの反応室(15e)に貯留され
た第2溶融金属(25b)を排出する第2金属排出口(32)と
を備えた請求項2ないし4いずれか記載の核燃料物質の
回収装置。5. A reaction chamber provided with a reducing agent supply means (24).
(15e) and a second molten metal (25b) in the reaction chamber (15e).
And a second metal outlet (32) provided in the reaction chamber (15e) for discharging the second molten metal (25b) stored in the reaction chamber (15e). The nuclear fuel material recovery device according to any one of claims 2 to 4, further comprising:
(15d)に貯留される第1溶融金属(25a)がカドミウム、マ
グネシウム又は亜鉛のいずれか又はその合金である請求
項2ないし5いずれか記載の核燃料物質の回収装置。6. A reaction chamber provided with second electrodes (23a, 23b).
The nuclear fuel material recovery device according to any one of claims 2 to 5, wherein the first molten metal (25a) stored in (15d) is one of cadmium, magnesium, and zinc or an alloy thereof.
2,29)が反応室(15a,15c,15e)の頂部を貫通して先端が前
記反応室(15a,15c,15e)の底部に伸び前記先端にガス噴
出部(19a,22a,29a)を有するガス導入管(19b,22b,29b)を
備えた請求項2または4記載の核燃料物質の回収装置。7. The first, second and third gas introducing means (19, 2).
2, 29) penetrates through the top of the reaction chamber (15a, 15c, 15e) and the tip extends to the bottom of the reaction chamber (15a, 15c, 15e), and the gas ejection part (19a, 22a, 29a) is provided at the tip. The nuclear fuel material recovery device according to claim 2 or 4, further comprising a gas introduction pipe (19b, 22b, 29b) having the same.
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