JP3519557B2 - 使用済み燃料の再処理方法 - Google Patents
使用済み燃料の再処理方法Info
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
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- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所から
発生する使用済み燃料中の二酸化ウラン（ＵＯ２）から
不要な核分裂生成物を分離し、且つ使用済み燃料中に含
まれる長寿命半減期の放射性物質の大半を占めるウラン
および超ウラン元素（ＴＲＵ）を分離・精製回収して、
燃料として再利用できるようにした使用済み燃料の再処
理方法に関する。
発生する使用済み燃料中の二酸化ウラン（ＵＯ２）から
不要な核分裂生成物を分離し、且つ使用済み燃料中に含
まれる長寿命半減期の放射性物質の大半を占めるウラン
および超ウラン元素（ＴＲＵ）を分離・精製回収して、
燃料として再利用できるようにした使用済み燃料の再処
理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、使用済み燃料の再処理方法として
は、O.V.Skiba らによる方法（BNWL-354,355,Pyroelect
orochemical Reprocessing of Irradeiate Uranium-Plu
toniumOxide Fuel For Fast Reactors.Global′93 Proc
eedings) がある。
は、O.V.Skiba らによる方法（BNWL-354,355,Pyroelect
orochemical Reprocessing of Irradeiate Uranium-Plu
toniumOxide Fuel For Fast Reactors.Global′93 Proc
eedings) がある。
【０００３】従来の使用済み燃料の再処理方法は、次の
各工程から構成されている。 （１）脱被覆後、溶融塩中で、使用済み酸化物燃料を陽
極とし、陰極との間に電圧をかけて電解を行い、陽極側
では前記使用済み酸化物燃料を前記溶融塩中に溶解（以
下、陽極溶解という）させ、一方陰極側では、電気的に
還元してＵＯ２を顆粒酸化物として回収する溶解及び電
解回収工程、（２）前記(1) 工程で残った溶液に塩素ガ
スと酸素ガスの混合ガスを吹き込みプルトニウムとネプ
ツウニムのイオンを酸化させて電解あるいは沈殿により
ＵＯ２、ＰｕＯ２およびＮｐＯ２を回収する工程、
（３）前記(2) 工程で残った溶液にリン酸ナトリウムを
添加して、溶融塩を再生させる工程
各工程から構成されている。 （１）脱被覆後、溶融塩中で、使用済み酸化物燃料を陽
極とし、陰極との間に電圧をかけて電解を行い、陽極側
では前記使用済み酸化物燃料を前記溶融塩中に溶解（以
下、陽極溶解という）させ、一方陰極側では、電気的に
還元してＵＯ２を顆粒酸化物として回収する溶解及び電
解回収工程、（２）前記(1) 工程で残った溶液に塩素ガ
スと酸素ガスの混合ガスを吹き込みプルトニウムとネプ
ツウニムのイオンを酸化させて電解あるいは沈殿により
ＵＯ２、ＰｕＯ２およびＮｐＯ２を回収する工程、
（３）前記(2) 工程で残った溶液にリン酸ナトリウムを
添加して、溶融塩を再生させる工程
【０００４】従来の使用済み燃料の再処理方法には、下
記の課題が残されている。 （１）陽極である使用済み燃料の電気的接触性が悪い場
合、ウラン酸化物が溶融塩中に溶解する際の処理時間が
長い。 （２）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解するとウラン酸化物
の溶融塩溶解時間が長い。 （３）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解の時間が長い。 （４）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解すると、電解の効率
が低下する。 （５）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解すると、電解析出す
るウラン酸化物のＯ／Ｍが高い。 （６）前記(2) 工程のイオンの酸化処理の時間がかか
る。 （７）電解析出の際、陽極側に向いた面に陰極に析出物
が偏析する。
記の課題が残されている。 （１）陽極である使用済み燃料の電気的接触性が悪い場
合、ウラン酸化物が溶融塩中に溶解する際の処理時間が
長い。 （２）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解するとウラン酸化物
の溶融塩溶解時間が長い。 （３）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解の時間が長い。 （４）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解すると、電解の効率
が低下する。 （５）ＦＰ酸化物が溶融塩中に溶解すると、電解析出す
るウラン酸化物のＯ／Ｍが高い。 （６）前記(2) 工程のイオンの酸化処理の時間がかか
る。 （７）電解析出の際、陽極側に向いた面に陰極に析出物
が偏析する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した従来技術の課題を解決するためのものであって、使
用済み燃料中に含まれるウランおよび超ウラン元素を分
離、精製回収して燃料として再利用する効率的方法を提
供することにある。
した従来技術の課題を解決するためのものであって、使
用済み燃料中に含まれるウランおよび超ウラン元素を分
離、精製回収して燃料として再利用する効率的方法を提
供することにある。
【０００６】また、本発明の目的は、簡素なプロセスで
再処理が行えるとともにＵ．Ｐｕと一緒にマイナーアク
チニド（Ｎｐ，Ａｍ，Ｃｍ）を一括して回収する技術を
提供するものである。
再処理が行えるとともにＵ．Ｐｕと一緒にマイナーアク
チニド（Ｎｐ，Ａｍ，Ｃｍ）を一括して回収する技術を
提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その特徴としている。
その特徴としている。
【０００８】(1) 使用済み酸化物燃料を陽極溶解さ
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に酸素ゲッターを混ぜて陽極として電解を行
うことを特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に酸素ゲッターを混ぜて陽極として電解を行
うことを特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。
【０００９】
【００１０】(2) 使用済み酸化物燃料を陽極溶解さ
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターと
を混ぜて、陽極として電解を行うことを特徴とする、使
用済み燃料の再処理方法。
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターと
を混ぜて、陽極として電解を行うことを特徴とする、使
用済み燃料の再処理方法。
【００１１】(3) 使用済み酸化物燃料を陽極溶解さ
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターを
混ぜて、容器に入れて、その容器を回転させながら陽極
として電解を行うと同時に、陰極を回転させながら電解
を行うことを特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。
せ、陰極側でウランとプルトニウムおよびネプツニウム
を回収する使用済み燃料の再処理方法において、前記使
用済み燃料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターを
混ぜて、容器に入れて、その容器を回転させながら陽極
として電解を行うと同時に、陰極を回転させながら電解
を行うことを特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】参考例１
図１に示すように、系の温度を例えば、６００〜７００
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み燃料６を、例えば、カーボンや金属
ウランなどの導電性の良い物質７と混ぜて陽極バスケッ
ト５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電解を行
う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物
燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。この
とき、陽極バスケット５に導電性の良い物質７を入れる
ことにより、陽極バスケット５の中の物質は電気的接触
性が良くなり、すなわち、導電性が向上し、陽極溶解の
速度が向上する。
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み燃料６を、例えば、カーボンや金属
ウランなどの導電性の良い物質７と混ぜて陽極バスケッ
ト５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電解を行
う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物
燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。この
とき、陽極バスケット５に導電性の良い物質７を入れる
ことにより、陽極バスケット５の中の物質は電気的接触
性が良くなり、すなわち、導電性が向上し、陽極溶解の
速度が向上する。
【００２０】参考例２
図２に示すように、系の温度を例えば、６００〜７００
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を、例えば、穴の開い
た陽極バスケット５に入れて、例えばモーター８のよう
なものでこの陽極バスケット５を回転させながら、電解
電源３により電場をかけ、電解を行う。陽極バスケット
５側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上では
ＵＯ２が析出する。このとき、陽極バスケット５を回転
させることにより、電気的接触面積（有効面積）が向上
し、陽極溶解の速度が向上する。また、表面の溶解成分
のバルクへの拡散が速くなるため、濃度分極が抑えられ
る（濃度分極が起きると、電気化学的な溶解が抑制され
る。）。
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を、例えば、穴の開い
た陽極バスケット５に入れて、例えばモーター８のよう
なものでこの陽極バスケット５を回転させながら、電解
電源３により電場をかけ、電解を行う。陽極バスケット
５側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上では
ＵＯ２が析出する。このとき、陽極バスケット５を回転
させることにより、電気的接触面積（有効面積）が向上
し、陽極溶解の速度が向上する。また、表面の溶解成分
のバルクへの拡散が速くなるため、濃度分極が抑えられ
る（濃度分極が起きると、電気化学的な溶解が抑制され
る。）。
【００２１】実施例１
図３に示すうよに、系の温度を、例えば６００〜７００
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を、例えば、カーボン
や金属ウランなどのような酸素ゲッター９を混ぜて陽極
バスケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、
電解を行う。陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃
料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。このと
き、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６の中
のＦＰ酸化物が溶解するときに生成する酸化物イオンあ
るいは酸素と溶解したウラン酸化物のイオンとの反応に
よるウラン酸化物としての沈殿がなく、陽極溶解ができ
て処理速度が向上する。また、陰極４側の電気化学反応
の中間生成物であるＵＯ２ + と前記酸化物イオンあるい
は酸素と反応して陰極５側に電着せずにウラン酸化物と
して沈殿することが防止され、電気化学的にＵＯ２ + が
還元されてＵＯ２として陰極５で付着回収できる量が増
加し、電流効率が向上する。
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を、例えば、カーボン
や金属ウランなどのような酸素ゲッター９を混ぜて陽極
バスケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、
電解を行う。陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃
料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。このと
き、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６の中
のＦＰ酸化物が溶解するときに生成する酸化物イオンあ
るいは酸素と溶解したウラン酸化物のイオンとの反応に
よるウラン酸化物としての沈殿がなく、陽極溶解ができ
て処理速度が向上する。また、陰極４側の電気化学反応
の中間生成物であるＵＯ２ + と前記酸化物イオンあるい
は酸素と反応して陰極５側に電着せずにウラン酸化物と
して沈殿することが防止され、電気化学的にＵＯ２ + が
還元されてＵＯ２として陰極５で付着回収できる量が増
加し、電流効率が向上する。
【００２２】参考例３
前記従来法の工程(1) の溶解及び電解回収工程の前に、
電極電位制御によりウランの４価のイオンＵ4+が生成す
る電位にして、Ｕ4+をある程度の濃度まで生成させた
後、通常の条件に戻して電解を行う。このとき、前記Ｕ
4+がＦＰ酸化物の溶解を促進させ、処理速度が向上す
る。また、このとき、ＦＰ酸化物が溶解するときに生成
する酸化物イオンあるいは酸素と溶解したウラン酸化物
のイオンとの反応によるウラン酸化物としての沈殿がな
く、溶融塩溶解ができて処理速度が向上する。また、こ
のとき、陰極側の電気化学反応の中間生成物であるＵＯ
２ + と前記酸化物イオンあるいは酸素と反応して陰極側
に電着せずにウラン酸化物として沈殿することが防止さ
れ、電気化学的にＵＯ２ + が還元されてＵＯ２として陰
極で付着回収できる量が増加し、電流効率が向上する。
電極電位制御によりウランの４価のイオンＵ4+が生成す
る電位にして、Ｕ4+をある程度の濃度まで生成させた
後、通常の条件に戻して電解を行う。このとき、前記Ｕ
4+がＦＰ酸化物の溶解を促進させ、処理速度が向上す
る。また、このとき、ＦＰ酸化物が溶解するときに生成
する酸化物イオンあるいは酸素と溶解したウラン酸化物
のイオンとの反応によるウラン酸化物としての沈殿がな
く、溶融塩溶解ができて処理速度が向上する。また、こ
のとき、陰極側の電気化学反応の中間生成物であるＵＯ
２ + と前記酸化物イオンあるいは酸素と反応して陰極側
に電着せずにウラン酸化物として沈殿することが防止さ
れ、電気化学的にＵＯ２ + が還元されてＵＯ２として陰
極で付着回収できる量が増加し、電流効率が向上する。
【００２３】参考例４
前記従来法の工程(1) の溶解及び電解回収工程の前に、
電極電位制御によりウランの４価のイオンＵ4+が生成す
る電位にして、Ｕ4+をある程度の濃度まで生成させた
後、陰極電流密度を高くし、陰極電位を下げ電解を行
う。このとき、例えばカーボンのような電極を用いると
陰極電位は上下の部位で異なるため、Ｕ4+がＵに還元さ
れる電位になる部位が出てくる。このため、回収される
析出酸化物は、ｘＵ＋ＵＯ２→ＵＯ2-x となるからＯ／
Ｍが下がる。
電極電位制御によりウランの４価のイオンＵ4+が生成す
る電位にして、Ｕ4+をある程度の濃度まで生成させた
後、陰極電流密度を高くし、陰極電位を下げ電解を行
う。このとき、例えばカーボンのような電極を用いると
陰極電位は上下の部位で異なるため、Ｕ4+がＵに還元さ
れる電位になる部位が出てくる。このため、回収される
析出酸化物は、ｘＵ＋ＵＯ２→ＵＯ2-x となるからＯ／
Ｍが下がる。
【００２４】参考例５
前記従来法の工程(1) の溶解及び電解回収工程の後に、
陰極に液体陰極を用いて電解する。このとき、酸化処理
することなく、直接ウラン、プルトニウムおよびネプツ
ニウム、アメリシウム、キュリウムなどのマイナーアク
チニドを一括して回収できるため、前記従来法の工程
(2) に比して処理速度が向上する。
陰極に液体陰極を用いて電解する。このとき、酸化処理
することなく、直接ウラン、プルトニウムおよびネプツ
ニウム、アメリシウム、キュリウムなどのマイナーアク
チニドを一括して回収できるため、前記従来法の工程
(2) に比して処理速度が向上する。
【００２５】参考例６
図４に示すように、系の温度を、例えば６００〜７００
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を陽極バスケット５に
入れ、また、例えばモーター９のようなもので陰極を回
転させながら電解電源３により電場をかけ、電解を行
う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物
燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。この
とき、陰極４上に偏析することなく均等の厚みに析出さ
れ、安定した電解が保たれる。
℃に保持し、るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、
粉砕された使用済み酸化物燃料６を陽極バスケット５に
入れ、また、例えばモーター９のようなもので陰極を回
転させながら電解電源３により電場をかけ、電解を行
う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物
燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。この
とき、陰極４上に偏析することなく均等の厚みに析出さ
れ、安定した電解が保たれる。
【００２６】実施例２
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６と、導電性の良い物質７、酸素ゲッター９を一緒
に混ぜて陽極バスケット５に入れ、これを混ぜて陽極バ
スケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電
解を行う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み
酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出す
る。このとき、陽極バスケット５に導電性の良い物質７
および酸素ゲッター９を入れることにより、陽極バスケ
ット５の中の物質は電気的接触性が良くなり、すなわ
ち、導電性が向上し、陽極溶解の速度が向上する。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６と、導電性の良い物質７、酸素ゲッター９を一緒
に混ぜて陽極バスケット５に入れ、これを混ぜて陽極バ
スケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電
解を行う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み
酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出す
る。このとき、陽極バスケット５に導電性の良い物質７
および酸素ゲッター９を入れることにより、陽極バスケ
ット５の中の物質は電気的接触性が良くなり、すなわ
ち、導電性が向上し、陽極溶解の速度が向上する。
【００２７】参考例７
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
酸化物燃料６を、例えば、穴の開いた陽極バスケット５
に入れて、例えばモーター８のようなものでこの陽極バ
スケット５を回転させ、また、同時に、例えばモーター
９のようなもので陰極を回転させながら電解電源３によ
り電場をかけ、電解を行う。陽極バスケット５側中の使
用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析
出する。このとき、陽極バスケット５を回転させること
により、電気的接触面積が向上し、陽極溶解の速度が向
上し、また、陰極４上には、偏析することなく均等の厚
みに析出物が付着され、安定した電解が保たれる。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
酸化物燃料６を、例えば、穴の開いた陽極バスケット５
に入れて、例えばモーター８のようなものでこの陽極バ
スケット５を回転させ、また、同時に、例えばモーター
９のようなもので陰極を回転させながら電解電源３によ
り電場をかけ、電解を行う。陽極バスケット５側中の使
用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析
出する。このとき、陽極バスケット５を回転させること
により、電気的接触面積が向上し、陽極溶解の速度が向
上し、また、陰極４上には、偏析することなく均等の厚
みに析出物が付着され、安定した電解が保たれる。
【００２８】実施例３
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６と、導電性の良い物質７、酸素ゲッター９を一緒
に混ぜて陽極バスケット５に入れ、これを混ぜて陽極バ
スケット５に入れ、また、同時に、例えばモーター９の
ようなもので陰極を回転させながら電解電源３により電
場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極バスケット５側
中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ
２が析出する。このとき、陽極バスケット５に導電性の
良い物質７および酸素ゲッター９を入れることにより、
陽極バスケット５の中の物質は電気的接触性が良くな
る。すなわち、導電性が向上し、陽極溶解の速度が向上
し、また、陰極４上には、偏析することなく均等の厚み
に析出物が付着され、安定した電解が保たれる。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６と、導電性の良い物質７、酸素ゲッター９を一緒
に混ぜて陽極バスケット５に入れ、これを混ぜて陽極バ
スケット５に入れ、また、同時に、例えばモーター９の
ようなもので陰極を回転させながら電解電源３により電
場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極バスケット５側
中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ
２が析出する。このとき、陽極バスケット５に導電性の
良い物質７および酸素ゲッター９を入れることにより、
陽極バスケット５の中の物質は電気的接触性が良くな
る。すなわち、導電性が向上し、陽極溶解の速度が向上
し、また、陰極４上には、偏析することなく均等の厚み
に析出物が付着され、安定した電解が保たれる。
【００２９】参考例８
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、例えば、カーボンや金属ウランなどの導電性
の良い物質７と、を混ぜて陽極バスケット５に入れる。
また、このとき、銀、ジルコニウム、イットリウム、等
の金属イオン、または酸化物イオンを共存させて、電解
電源３により電場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極
バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰
極４上ではＵＯ２が析出する。このとき、銀、ジルコニ
ウム、イットリウム、等の金属イオン、または酸化物イ
オンを共存させることにより、陰極４上で析出するＵＯ
２を主体とする酸化物の中に共析出するためＵＯ２単独
系の場合に比して電気抵抗が下がり、陰極４上に付着す
る析出物が多くなる、すなわち、回収量が多くなる。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、例えば、カーボンや金属ウランなどの導電性
の良い物質７と、を混ぜて陽極バスケット５に入れる。
また、このとき、銀、ジルコニウム、イットリウム、等
の金属イオン、または酸化物イオンを共存させて、電解
電源３により電場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極
バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰
極４上ではＵＯ２が析出する。このとき、銀、ジルコニ
ウム、イットリウム、等の金属イオン、または酸化物イ
オンを共存させることにより、陰極４上で析出するＵＯ
２を主体とする酸化物の中に共析出するためＵＯ２単独
系の場合に比して電気抵抗が下がり、陰極４上に付着す
る析出物が多くなる、すなわち、回収量が多くなる。
【００３０】参考例９
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、例えば、カーボンや金属ウランなどの導電性
の良い物質７と、を混ぜて陽極バスケット５に入れる。
また、このとき、例えばＮａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＳｒＯな
どの酸化物のような酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源（こ
こで、酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源とは、溶融塩中で
はイオン解離してＯ2-を発生させる物質を指す。）を共
存させ、電解電源３により電場をかけ、電解を行う。す
なわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６
は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。このとき、
酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源を共存させることによ
り、陰極４上で析出物は、ＵＯ2+x の不定比化合物を主
体とする酸化物となるため、電気抵抗が下がり、陰極４
上に付着する析出物が多くなる、すなわち、回収量が多
くなる。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、例えば、カーボンや金属ウランなどの導電性
の良い物質７と、を混ぜて陽極バスケット５に入れる。
また、このとき、例えばＮａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＳｒＯな
どの酸化物のような酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源（こ
こで、酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源とは、溶融塩中で
はイオン解離してＯ2-を発生させる物質を指す。）を共
存させ、電解電源３により電場をかけ、電解を行う。す
なわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸化物燃料６
は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。このとき、
酸化物イオン（Ｏ2-）の供給源を共存させることによ
り、陰極４上で析出物は、ＵＯ2+x の不定比化合物を主
体とする酸化物となるため、電気抵抗が下がり、陰極４
上に付着する析出物が多くなる、すなわち、回収量が多
くなる。
【００３１】参考例１０
系の温度を、例えば６００〜７００℃に保持し、るつぼ
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、使用済みのパイログラファイト製の坩堝を粉
砕したものを導電性の良い物質７として混ぜて陽極バス
ケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電解
を行う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸
化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。
このとき、導電性の良い物質７として、使用済みのパイ
ログラファイト製の坩堝を粉砕したものを使うことによ
り、従来廃棄物として処理しなくてはならない使用済み
の坩堝を反応材として使うので廃棄物の低減につなが
る。
１内に収納された溶融塩２の中で、粉砕された使用済み
燃料６を、使用済みのパイログラファイト製の坩堝を粉
砕したものを導電性の良い物質７として混ぜて陽極バス
ケット５に入れて、電解電源３により電場をかけ、電解
を行う。すなわち、陽極バスケット５側中の使用済み酸
化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵＯ２が析出する。
このとき、導電性の良い物質７として、使用済みのパイ
ログラファイト製の坩堝を粉砕したものを使うことによ
り、従来廃棄物として処理しなくてはならない使用済み
の坩堝を反応材として使うので廃棄物の低減につなが
る。
【００３２】参考例１１
るつぼ１内に収納された溶融塩２の中で、軽水炉燃料の
ジルカロイ被覆管付き燃料を陽極として電解を行い、ジ
ルカロイを溶解させてジルカロイの４価イオンを作り、
ジルカロイの４価イオン共存下で、粉砕された使用済み
燃料６を陽極バスケット５に入れて、電解電源３により
電場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極バスケット５
側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵ
Ｏ２が析出する。このとき、ジルカロイの４価イオン共
存下にあることにより、ジルコニウムイオンと酸化ウラ
ンとの化学的な交換反応を利用し、ウラン４価イオンＵ
4+を生成するため、このＵ4+がＦＰ酸化物の溶解を促進
させ、処理速度が向上する。また、ＦＰ酸化物が溶解す
るときに生成する酸化物イオンあるいは酸素と溶解した
ウラン酸化物のイオンとの反応によるウラン酸化物とし
ての沈殿がなく、溶融塩溶解ができて処理速度が向上す
る。また、このとき、陰極側の電気化学反応の中間生成
物であるＵＯ２ + と前記酸化物イオンあるいは酸素と反
応して陰極側に電着せずにウラン酸化物として沈殿する
ことが防止され、電気化学的にＵＯ２ + が還元されてＵ
Ｏ２として陰極で付着回収できる量が増加し、電流効率
が向上する。
ジルカロイ被覆管付き燃料を陽極として電解を行い、ジ
ルカロイを溶解させてジルカロイの４価イオンを作り、
ジルカロイの４価イオン共存下で、粉砕された使用済み
燃料６を陽極バスケット５に入れて、電解電源３により
電場をかけ、電解を行う。すなわち、陽極バスケット５
側中の使用済み酸化物燃料６は溶解し、陰極４上ではＵ
Ｏ２が析出する。このとき、ジルカロイの４価イオン共
存下にあることにより、ジルコニウムイオンと酸化ウラ
ンとの化学的な交換反応を利用し、ウラン４価イオンＵ
4+を生成するため、このＵ4+がＦＰ酸化物の溶解を促進
させ、処理速度が向上する。また、ＦＰ酸化物が溶解す
るときに生成する酸化物イオンあるいは酸素と溶解した
ウラン酸化物のイオンとの反応によるウラン酸化物とし
ての沈殿がなく、溶融塩溶解ができて処理速度が向上す
る。また、このとき、陰極側の電気化学反応の中間生成
物であるＵＯ２ + と前記酸化物イオンあるいは酸素と反
応して陰極側に電着せずにウラン酸化物として沈殿する
ことが防止され、電気化学的にＵＯ２ + が還元されてＵ
Ｏ２として陰極で付着回収できる量が増加し、電流効率
が向上する。
【００３３】参考例１２
使用済み燃料を塩素ガスまたは陽極溶解により溶融塩中
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トニウムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極に析出させ
る。これにより、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程
度まで減少させる。次に、パイログラファイト製のパイ
プを利用する等して、溶融塩中に塩素と酸素の混合ガス
を吹き込むと同時に電解を行うと生成したプルトニルイ
オンは、陰極でウラニルより優先的に還元されるので、
プルトニルの生成速度および電解電流の大きさを調整す
ることによりウランとプルトニウムの割合を一定に保ち
ながら溶融塩中のウラン濃度が５％程度になるまで電解
をすすめ、使用済み燃料中のプルトニウムを完全に陰極
に回収し、次の処理サイクルに戻る操作を繰り返す。な
お、この工程では、溶融塩としてＣｓの塩化物を含むも
のを用いプルトニルイオンを溶融塩中に存在しやすくす
る必要がある。
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トニウムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極に析出させ
る。これにより、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程
度まで減少させる。次に、パイログラファイト製のパイ
プを利用する等して、溶融塩中に塩素と酸素の混合ガス
を吹き込むと同時に電解を行うと生成したプルトニルイ
オンは、陰極でウラニルより優先的に還元されるので、
プルトニルの生成速度および電解電流の大きさを調整す
ることによりウランとプルトニウムの割合を一定に保ち
ながら溶融塩中のウラン濃度が５％程度になるまで電解
をすすめ、使用済み燃料中のプルトニウムを完全に陰極
に回収し、次の処理サイクルに戻る操作を繰り返す。な
お、この工程では、溶融塩としてＣｓの塩化物を含むも
のを用いプルトニルイオンを溶融塩中に存在しやすくす
る必要がある。
【００３４】参考例１３
同上プロセスにおいて、プルトニウムの他に存在するア
メリシウム、キュリウムを一括して回収する場合には、
以下のように行う。 使用済み燃料を塩素ガスまたは陽
極溶解により溶融塩中に溶解すると、プルトニウムは、
３価または４価のプルトニウムイオンとして存在する。
一方ウランは、５価または６価のウラニルイオンとして
溶融塩中に３０％程度の濃度で存在するので、両者が陰
極で還元される電位の差を利用してウラン酸化物を優先
的に陰極にさせる。これにより、溶融塩中のウラニルイ
オンを１０％程度まで減少させる。次に、溶融塩中にパ
イログラファイトの投入管を利用して、溶融塩中にＮａ
２Ｏ、Ｌｉ２ＯまたはＳｒＯなどの化合物を投入する。
溶融塩の組成にＮａＣｌが含まれる場合にはＮａ２Ｏが
よく、ＬｉＣｌが含まれる場合にはＬｉ２Ｏが溶解度の
点から好ましい。また、ＳｒＯはどちらの塩でも可能で
ある。投入量は使用済み燃料の量に応じて添加するが溶
融塩重量の約１％程度である。これらの化合物は溶解す
る際にＯ2-イオンを放出するので、プルトニウムイオン
と反応して、酸素ガスと同様にプルトニルイオンに酸化
できる。両者の反応は溶液中のイオン同士の反応であ
り、ガスと溶液の反応に比べ反応速度が大きくなる。
メリシウム、キュリウムを一括して回収する場合には、
以下のように行う。 使用済み燃料を塩素ガスまたは陽
極溶解により溶融塩中に溶解すると、プルトニウムは、
３価または４価のプルトニウムイオンとして存在する。
一方ウランは、５価または６価のウラニルイオンとして
溶融塩中に３０％程度の濃度で存在するので、両者が陰
極で還元される電位の差を利用してウラン酸化物を優先
的に陰極にさせる。これにより、溶融塩中のウラニルイ
オンを１０％程度まで減少させる。次に、溶融塩中にパ
イログラファイトの投入管を利用して、溶融塩中にＮａ
２Ｏ、Ｌｉ２ＯまたはＳｒＯなどの化合物を投入する。
溶融塩の組成にＮａＣｌが含まれる場合にはＮａ２Ｏが
よく、ＬｉＣｌが含まれる場合にはＬｉ２Ｏが溶解度の
点から好ましい。また、ＳｒＯはどちらの塩でも可能で
ある。投入量は使用済み燃料の量に応じて添加するが溶
融塩重量の約１％程度である。これらの化合物は溶解す
る際にＯ2-イオンを放出するので、プルトニウムイオン
と反応して、酸素ガスと同様にプルトニルイオンに酸化
できる。両者の反応は溶液中のイオン同士の反応であ
り、ガスと溶液の反応に比べ反応速度が大きくなる。
【００３５】この際、添加したＮａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓ
ｒＯなどは酸化力が強いので、従来酸化できなかったア
メリシウム、キュリウムなどの塩化物イオンをオキシ塩
化物などに酸化する。生成したプルトニルイオンは、陰
極でウラニルより優先的に還元されるので、プルトニル
の生成速度および電解電流の大きさを調整することによ
りウランとプルトニウムの割合を一定に保ちながら溶融
塩中のウラン濃度が５％程度になるまで電解をすすめ、
使用済み燃料中のプルトニウムを完全に陰極に回収し、
次の処理サイクルに戻る操作を繰り返す。さらに、残留
するプルトニルとそれより電位が低いアメリシウム、キ
ュリウムのオキシ塩化物を酸化物として回収する場合に
は、電位をさらに負の状態に保ち（塩素ガス基準電極で
−１．８Ｖ）電解を継続し、陰極上で酸化物として一括
して回収する。なお、この工程では、溶融塩としてＣｓ
の塩化物を含むものを用いプルトニルイオンを溶融塩中
に存在しやすくする必要がある。
ｒＯなどは酸化力が強いので、従来酸化できなかったア
メリシウム、キュリウムなどの塩化物イオンをオキシ塩
化物などに酸化する。生成したプルトニルイオンは、陰
極でウラニルより優先的に還元されるので、プルトニル
の生成速度および電解電流の大きさを調整することによ
りウランとプルトニウムの割合を一定に保ちながら溶融
塩中のウラン濃度が５％程度になるまで電解をすすめ、
使用済み燃料中のプルトニウムを完全に陰極に回収し、
次の処理サイクルに戻る操作を繰り返す。さらに、残留
するプルトニルとそれより電位が低いアメリシウム、キ
ュリウムのオキシ塩化物を酸化物として回収する場合に
は、電位をさらに負の状態に保ち（塩素ガス基準電極で
−１．８Ｖ）電解を継続し、陰極上で酸化物として一括
して回収する。なお、この工程では、溶融塩としてＣｓ
の塩化物を含むものを用いプルトニルイオンを溶融塩中
に存在しやすくする必要がある。
【００３６】参考例１４
使用済み燃料を塩素ガスまたは陽極溶解により溶融塩中
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トウニムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極にさせる。こ
こまでの工程は、５５０℃以上で実施する。これによ
り、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程度まで減少さ
せる。次に、反応温度を５００℃以下に低減しながらパ
イログラファイト製のパイプを利用する等して、溶融塩
中に塩素と酸素の混合ガスを吹き込み、溶融塩としてＣ
ｓ塩化物を含まない塩を用いると、プルトニウムを酸化
物の沈殿として分離回収することができる。
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トウニムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極にさせる。こ
こまでの工程は、５５０℃以上で実施する。これによ
り、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程度まで減少さ
せる。次に、反応温度を５００℃以下に低減しながらパ
イログラファイト製のパイプを利用する等して、溶融塩
中に塩素と酸素の混合ガスを吹き込み、溶融塩としてＣ
ｓ塩化物を含まない塩を用いると、プルトニウムを酸化
物の沈殿として分離回収することができる。
【００３７】参考例１５
使用済み燃料を塩素ガスまたは陽極溶解により溶融塩中
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トニウムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極にさせる。こ
こまでの工程は、５５０℃以上で実施する。これによ
り、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程度まで減少さ
せる。次に、反応温度を５００℃以下に低減しながらパ
イログラファイト製のパイプを利用する等して、溶融塩
中に塩素と酸素の混合ガスを吹き込み、溶融塩としてＣ
ｓ塩化物を含まない塩を用いると、プルトニウムを酸化
物の沈殿として分離回収することができる。前記工程で
は、溶融塩中にアメリシウム、キュリウムなどの超半減
期核種が含まれているが、操作温度が５００℃と低いの
で、Ｃｄなどの低融点金属を陰極としてこれらを一括し
て金属に還元して回収する。回収後、蒸留して、Ｃｄを
分離して金属状態のアメリシウム、キュリウムを回収す
る。これらは、酸化物にゲッターとして供給する金属ウ
ランなどと混合し、振動充填工程で燃料に混合して混ぜ
るか、あるいはマトリクスと呼ばれるアルミナなどの安
定酸化物と一緒に混合して燃料中に混合し、燃焼させ消
滅処理を図る。
に溶解すると、プルトニウムは、３価または４価のプル
トニウムイオンとして存在する。一方ウランは、５価ま
たは６価のウラニルイオンとして溶融塩中に３０％程度
の濃度で存在するので、両者が陰極で還元される電位の
差を利用してウラン酸化物を優先的に陰極にさせる。こ
こまでの工程は、５５０℃以上で実施する。これによ
り、溶融塩中のウラニルイオンを１０％程度まで減少さ
せる。次に、反応温度を５００℃以下に低減しながらパ
イログラファイト製のパイプを利用する等して、溶融塩
中に塩素と酸素の混合ガスを吹き込み、溶融塩としてＣ
ｓ塩化物を含まない塩を用いると、プルトニウムを酸化
物の沈殿として分離回収することができる。前記工程で
は、溶融塩中にアメリシウム、キュリウムなどの超半減
期核種が含まれているが、操作温度が５００℃と低いの
で、Ｃｄなどの低融点金属を陰極としてこれらを一括し
て金属に還元して回収する。回収後、蒸留して、Ｃｄを
分離して金属状態のアメリシウム、キュリウムを回収す
る。これらは、酸化物にゲッターとして供給する金属ウ
ランなどと混合し、振動充填工程で燃料に混合して混ぜ
るか、あるいはマトリクスと呼ばれるアルミナなどの安
定酸化物と一緒に混合して燃料中に混合し、燃焼させ消
滅処理を図る。
【００３８】参考例１６
使用済み酸化物燃料を溶融塩の電解法を用いて再処理す
るプロセスでは、はじめに全量を塩素ガスなどと反応さ
せ溶解し、ウラニルイオンで存在する大量のウランを陰
極で還元してＵＯ２として回収する。その際に、電位が
近い貴金属類（ジルコニウム、モリブデン、ルテニウ
ム、ロジウムなど）はＵＯ２と同時に析出する。両者は
電位差を利用した分離は難しいので、金属リチウムを用
いて、溶融塩中で還元する。操作温度は６００〜６５０
℃であり、ＬｉＣｌを含む溶融塩を使用する。この条件
で数時間反応を行い、酸化物から金属に１００％還元す
る。還元した物質は１ｍｍ程度の球状粒子であり、これ
をステンレス製のバスケットに入れて、溶融塩中で電解
する。金属ウランと貴金属では溶解、析出する電位がウ
ランの方が十分低いので、ウランが陽極で溶解し、陰極
に選択的に析出する。このため、ウランを選択的に分離
できる。貴金属は溶融塩とともに廃棄物として処理す
る。回収した金属ウランは樹脂状であり、溶融塩を蒸発
分離した後、酸化物燃料とともに被覆管に振動させなが
ら充填し、酸素ゲッター材として使用する。また、前記
では回収した球状金属をバスケットに入れて電解した
が、この金属を溶融カドミウムに投入し、溶解度の差を
利用して分離することも可能である。すなわち、金属ウ
ランはカドミウムに２．５ｗｔ％程度溶解するが、貴金
属類はほとんど溶解しない。このため、カドミウムの上
に溶融塩を入れて、２相の状態で溶融塩の電解を行う
と、カドミウムよりウランが３価のイオンとなって、溶
融塩中に移行し、陰極に金属ウランとして析出回収でき
る。
るプロセスでは、はじめに全量を塩素ガスなどと反応さ
せ溶解し、ウラニルイオンで存在する大量のウランを陰
極で還元してＵＯ２として回収する。その際に、電位が
近い貴金属類（ジルコニウム、モリブデン、ルテニウ
ム、ロジウムなど）はＵＯ２と同時に析出する。両者は
電位差を利用した分離は難しいので、金属リチウムを用
いて、溶融塩中で還元する。操作温度は６００〜６５０
℃であり、ＬｉＣｌを含む溶融塩を使用する。この条件
で数時間反応を行い、酸化物から金属に１００％還元す
る。還元した物質は１ｍｍ程度の球状粒子であり、これ
をステンレス製のバスケットに入れて、溶融塩中で電解
する。金属ウランと貴金属では溶解、析出する電位がウ
ランの方が十分低いので、ウランが陽極で溶解し、陰極
に選択的に析出する。このため、ウランを選択的に分離
できる。貴金属は溶融塩とともに廃棄物として処理す
る。回収した金属ウランは樹脂状であり、溶融塩を蒸発
分離した後、酸化物燃料とともに被覆管に振動させなが
ら充填し、酸素ゲッター材として使用する。また、前記
では回収した球状金属をバスケットに入れて電解した
が、この金属を溶融カドミウムに投入し、溶解度の差を
利用して分離することも可能である。すなわち、金属ウ
ランはカドミウムに２．５ｗｔ％程度溶解するが、貴金
属類はほとんど溶解しない。このため、カドミウムの上
に溶融塩を入れて、２相の状態で溶融塩の電解を行う
と、カドミウムよりウランが３価のイオンとなって、溶
融塩中に移行し、陰極に金属ウランとして析出回収でき
る。
【００３９】参考例１７
使用済み酸化物燃料を溶融塩の電解法を用いて再処理す
るプロセスでは、はじめに被覆管と内容物である酸化物
燃料を取り出し、脱被覆を行う。この工程では、被覆管
に付着した酸化物は機械的な操作では分離することが難
しい。この方法はその問題点を解決するものであり、表
面に付着した酸化物を被覆管と一緒に溶融塩中に入れ、
６００〜６５０℃程度の温度で、溶融した金属Ｌｉと反
応させ、いったん金属に還元する。この還元反応は燃料
成分である、ウラン、プルトニウムを還元するのに十分
である。その後、溶融塩中に塩化カドミウム（ＣｄＣｌ
２）を投入すると、 ２ＣｄＣｌ２＋Ｕ（又はＰｕ）＝ＵＣｌ４（またはＰｕＣｌ４）＋Ｃｄ の化学反応が生じ、ウランやプルトニウムは溶融塩中に
溶解する。しかる後、これらを電解等の方法で、陰極に
還元して回収する事で燃料成分を回収できる。
るプロセスでは、はじめに被覆管と内容物である酸化物
燃料を取り出し、脱被覆を行う。この工程では、被覆管
に付着した酸化物は機械的な操作では分離することが難
しい。この方法はその問題点を解決するものであり、表
面に付着した酸化物を被覆管と一緒に溶融塩中に入れ、
６００〜６５０℃程度の温度で、溶融した金属Ｌｉと反
応させ、いったん金属に還元する。この還元反応は燃料
成分である、ウラン、プルトニウムを還元するのに十分
である。その後、溶融塩中に塩化カドミウム（ＣｄＣｌ
２）を投入すると、 ２ＣｄＣｌ２＋Ｕ（又はＰｕ）＝ＵＣｌ４（またはＰｕＣｌ４）＋Ｃｄ の化学反応が生じ、ウランやプルトニウムは溶融塩中に
溶解する。しかる後、これらを電解等の方法で、陰極に
還元して回収する事で燃料成分を回収できる。
【００４０】参考例１８
使用済み酸化物燃料を溶融塩の電解法を用いて再処理す
るプロセスでは、酸化物を溶解する工程で貴金属元素が
揮発性の塩化物となり、反応容器より系外に揮発する。
このため、これらの物質を回収するためにフィルタを用
いるが、回収された塩化物は蒸気圧が高いために安定し
て廃棄物として保存することが困難であった。このた
め、塩化物を安定な貴金属に転換するが、これは溶融塩
中でカドミウムのように貴金属の塩化物よりも塩化物と
して安定な金属と反応させることで達成できる。また、
この際カドミウムは、次の反応 ２Ｃｄ＋ＺｒＣｌ４＝２ＣｄＣｌ２＋Ｚｒ で塩化カドミウムに変化するが、これは被覆管表面から
酸化物を金属に転換し、その後、塩化物として抽出する
ために用いた塩化カドミウムとしてリサイクル利用でき
る。
るプロセスでは、酸化物を溶解する工程で貴金属元素が
揮発性の塩化物となり、反応容器より系外に揮発する。
このため、これらの物質を回収するためにフィルタを用
いるが、回収された塩化物は蒸気圧が高いために安定し
て廃棄物として保存することが困難であった。このた
め、塩化物を安定な貴金属に転換するが、これは溶融塩
中でカドミウムのように貴金属の塩化物よりも塩化物と
して安定な金属と反応させることで達成できる。また、
この際カドミウムは、次の反応 ２Ｃｄ＋ＺｒＣｌ４＝２ＣｄＣｌ２＋Ｚｒ で塩化カドミウムに変化するが、これは被覆管表面から
酸化物を金属に転換し、その後、塩化物として抽出する
ために用いた塩化カドミウムとしてリサイクル利用でき
る。
【００４１】参考例１９
湿式再処理工程より発生した高レベル廃液は硝酸溶液で
あり、これをマイクロ波発生装置などを用いて脱硝し酸
化物とする。この酸化物中には超ウラン元素（ＴＲＵ：
プルトニウム、アメリシウム、キュリウム、ネプツニウ
ムなど）が含まれているため、これらを分離回収し、燃
料として使い、外界に出さない方法である。これらの酸
化物を塩化物の溶融塩（例えば、ＮａＣｌ−ＫＣｌ、Ｌ
ｉＣｌ−ＫＣｌなど）中に投入し、６００℃程度の温度
で塩素ガスを吹き込みながら溶解させる。 その際、る
つぼ容器をシリカなどのセラミクスで構成し、炭素など
の還元剤のない条件で保持すると、セシウムなどのアル
カリ金属、バリウムなどのアルカリ土類金属、ネオジ
ム、ガドリニウムなどの希土類元素、ジルコニウム、モ
リブデンなどの貴金属は塩化物になって溶融塩中に溶解
する。しかし、プルトニウム、ネプツニウム、アメリシ
ウム、キュリウムなどのＴＲＵは溶解時間が非常に長く
溶解しにくい。このため、２４時間程度反応させた後、
大部分のＴＲＵを未溶解分として分離できる。その後、
これらの未溶解分を別のカーボン製の反応容器に入れ
て、塩素ガスと接触させると、カーボンが還元剤として
作用し、溶融塩中に溶解する。その際、カーボンの代わ
りに金属ウランや金属ウランが溶けたＵＣｌ４を共存さ
せても、還元剤として作用し、溶解は進行する。 その
後、カドミウムなどの液体金属を陰極として電解を行
い、陰極中にＴＲＵを金属で回収する。または、溶解後
に酸素ガス、Ｎａ２Ｏなどの酸化物イオン（Ｏ2-）の供
給源を入れて酸化し、カーボン電極を溶融塩中に入れＴ
ＲＵを酸化物の形で一括して回収する。
あり、これをマイクロ波発生装置などを用いて脱硝し酸
化物とする。この酸化物中には超ウラン元素（ＴＲＵ：
プルトニウム、アメリシウム、キュリウム、ネプツニウ
ムなど）が含まれているため、これらを分離回収し、燃
料として使い、外界に出さない方法である。これらの酸
化物を塩化物の溶融塩（例えば、ＮａＣｌ−ＫＣｌ、Ｌ
ｉＣｌ−ＫＣｌなど）中に投入し、６００℃程度の温度
で塩素ガスを吹き込みながら溶解させる。 その際、る
つぼ容器をシリカなどのセラミクスで構成し、炭素など
の還元剤のない条件で保持すると、セシウムなどのアル
カリ金属、バリウムなどのアルカリ土類金属、ネオジ
ム、ガドリニウムなどの希土類元素、ジルコニウム、モ
リブデンなどの貴金属は塩化物になって溶融塩中に溶解
する。しかし、プルトニウム、ネプツニウム、アメリシ
ウム、キュリウムなどのＴＲＵは溶解時間が非常に長く
溶解しにくい。このため、２４時間程度反応させた後、
大部分のＴＲＵを未溶解分として分離できる。その後、
これらの未溶解分を別のカーボン製の反応容器に入れ
て、塩素ガスと接触させると、カーボンが還元剤として
作用し、溶融塩中に溶解する。その際、カーボンの代わ
りに金属ウランや金属ウランが溶けたＵＣｌ４を共存さ
せても、還元剤として作用し、溶解は進行する。 その
後、カドミウムなどの液体金属を陰極として電解を行
い、陰極中にＴＲＵを金属で回収する。または、溶解後
に酸素ガス、Ｎａ２Ｏなどの酸化物イオン（Ｏ2-）の供
給源を入れて酸化し、カーボン電極を溶融塩中に入れＴ
ＲＵを酸化物の形で一括して回収する。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、下記の通りの効果が得
られる。 （イ） 使用済み燃料を電気抵抗の小さいものや、酸素
ゲッター、を混ぜて、容器に入れ、この容器をモーター
等で回転しながら電解し、陽極溶解を行う。これにより
電気的接触面積が拡大し、陽極溶解の速度が向上する。
ＦＰ酸化物が溶解するときに生成する酸化物イオンある
いは酸素と、溶解したウラン酸化物のイオンとの反応に
よるウラン酸化物としての沈殿がなく、溶融塩溶解がで
きて処理速度が向上する。また、このとき、陰極を回転
しながら、電解を行うことにより、陰極上に析出物が均
等に付着するので実質上の電極面積が広がり、回収量が
多くなる。
られる。 （イ） 使用済み燃料を電気抵抗の小さいものや、酸素
ゲッター、を混ぜて、容器に入れ、この容器をモーター
等で回転しながら電解し、陽極溶解を行う。これにより
電気的接触面積が拡大し、陽極溶解の速度が向上する。
ＦＰ酸化物が溶解するときに生成する酸化物イオンある
いは酸素と、溶解したウラン酸化物のイオンとの反応に
よるウラン酸化物としての沈殿がなく、溶融塩溶解がで
きて処理速度が向上する。また、このとき、陰極を回転
しながら、電解を行うことにより、陰極上に析出物が均
等に付着するので実質上の電極面積が広がり、回収量が
多くなる。
【００４３】（ロ） 従来法では、回収される析出物の
Ｏ／Ｍ比が２以上と高いため、燃料として用いる場合、
酸素ゲッターを入れてＯ／Ｍ比を抑える必要があった。
本発明の再処理方法を用いれば、電位制御によりウラン
の４価のイオンＵ4+を生成させた後、電流密度を高く上
げ、陰極電位を低くさせて電解を行うことにより、陰極
で析出する析出物のＯ／Ｍが下げることができ、酸素ゲ
ッターを必要としない燃料を作ることができる。
Ｏ／Ｍ比が２以上と高いため、燃料として用いる場合、
酸素ゲッターを入れてＯ／Ｍ比を抑える必要があった。
本発明の再処理方法を用いれば、電位制御によりウラン
の４価のイオンＵ4+を生成させた後、電流密度を高く上
げ、陰極電位を低くさせて電解を行うことにより、陰極
で析出する析出物のＯ／Ｍが下げることができ、酸素ゲ
ッターを必要としない燃料を作ることができる。
【００４４】（ハ） 従来法では、工程(1) の溶解及び
電解回収工程の後に、工程(2) の中で酸化処理が必要で
あった。本発明では、液体陰極を用いた電解工程を加え
ることによって酸化処理することなく、直接ウラン、プ
ルトニウム、ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム
を析出回収することができ、前記従来法の(2) 工程に比
して処理速度が向上する。
電解回収工程の後に、工程(2) の中で酸化処理が必要で
あった。本発明では、液体陰極を用いた電解工程を加え
ることによって酸化処理することなく、直接ウラン、プ
ルトニウム、ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム
を析出回収することができ、前記従来法の(2) 工程に比
して処理速度が向上する。
【００４５】（ニ） 従来法では、使用済みのパイログ
ラファイト坩堝は廃棄物となるが、その量が多いため、
負担が大きいという問題があった。本発明では、この使
用済みのパイログラファイト坩堝を使用済みの燃料の溶
解につかい、パイログラファイト坩堝はＣＯｘのガスと
なって系外に逃げるため、廃棄物の負担が大幅に軽減さ
れる。
ラファイト坩堝は廃棄物となるが、その量が多いため、
負担が大きいという問題があった。本発明では、この使
用済みのパイログラファイト坩堝を使用済みの燃料の溶
解につかい、パイログラファイト坩堝はＣＯｘのガスと
なって系外に逃げるため、廃棄物の負担が大幅に軽減さ
れる。
【００４６】（ホ） 従来の再処理方法では、酸素と塩
素の混合ガスを溶融塩中に導入し、プルトニウムイオン
をプルトニルイオンに酸化する工程と、電解によりプル
トニルイオンをプルトニウム酸化物として陰極に析出さ
せる工程とを別々に実施していたが本発明では、これら
を同時に実施することで処理時間を短縮できる。従来の
再処理方法では、電解によりプルトニルイオンが減少す
るので定電流で電解すると陰極に析出するプルトニウム
酸化物とウラン酸化物の割合が大きく変化してしまう。
このため、両者の割合を一定にするためには電解による
プルトニルイオンの減少に伴い電流を減少させる必要が
あり、処理時間が長くなる。本発明によれば、プルトニ
ルイオンは、一定に制御できるので、定電流電解が可能
になり、処理速度を向上できる。
素の混合ガスを溶融塩中に導入し、プルトニウムイオン
をプルトニルイオンに酸化する工程と、電解によりプル
トニルイオンをプルトニウム酸化物として陰極に析出さ
せる工程とを別々に実施していたが本発明では、これら
を同時に実施することで処理時間を短縮できる。従来の
再処理方法では、電解によりプルトニルイオンが減少す
るので定電流で電解すると陰極に析出するプルトニウム
酸化物とウラン酸化物の割合が大きく変化してしまう。
このため、両者の割合を一定にするためには電解による
プルトニルイオンの減少に伴い電流を減少させる必要が
あり、処理時間が長くなる。本発明によれば、プルトニ
ルイオンは、一定に制御できるので、定電流電解が可能
になり、処理速度を向上できる。
【００４７】（ヘ） 本発明法によれば、これまで塩化
物イオンとして存在していたために回収が難しかった、
アメリシウム、キュリウムを酸化物として回収できるの
で、プルトニウム酸化物と一緒に燃料にし、これら超半
減期核種の消滅処理などができる。
物イオンとして存在していたために回収が難しかった、
アメリシウム、キュリウムを酸化物として回収できるの
で、プルトニウム酸化物と一緒に燃料にし、これら超半
減期核種の消滅処理などができる。
【００４８】（ト） 一般に、ルツボの温度は低い方が
腐食が少なく寿命が長くなるが、温度が５５０℃以下で
あると陰極に析出したウラン酸化物の電気伝導性が小さ
くなるため電気抵抗が大きくなり良好な析出物を得るこ
とが困難である。プルトニウム酸化物の沈殿は、電気伝
導度には無関係なので本発明法によれば温度を５５０℃
以下に下げることができるので、ルツボの腐食を著しく
低減することができる。
腐食が少なく寿命が長くなるが、温度が５５０℃以下で
あると陰極に析出したウラン酸化物の電気伝導性が小さ
くなるため電気抵抗が大きくなり良好な析出物を得るこ
とが困難である。プルトニウム酸化物の沈殿は、電気伝
導度には無関係なので本発明法によれば温度を５５０℃
以下に下げることができるので、ルツボの腐食を著しく
低減することができる。
【００４９】（チ） 本発明法によれば、温度を５００
℃程度に低下させ、Ｃｄなどの低融点金属を陰極として
用いることができることになったので、従来、炭素など
の固体陰極では腐食してしまうために回収できなかっ
た、アメリシウム、キュリウムなどの超半減期核種を金
属状態で回収することができ、かつ、超半減期核種の炉
心へのリサイクルと消滅処理が可能になる。
℃程度に低下させ、Ｃｄなどの低融点金属を陰極として
用いることができることになったので、従来、炭素など
の固体陰極では腐食してしまうために回収できなかっ
た、アメリシウム、キュリウムなどの超半減期核種を金
属状態で回収することができ、かつ、超半減期核種の炉
心へのリサイクルと消滅処理が可能になる。
【００５０】（リ） 従来法では、酸化物電解精製では
回収したＵＯ２には貴金属元素が含まれているため、放
射能の濃度が高く、再利用が難しく、これまでは廃棄物
として貯蔵していた。しかし、本発明方法を用いること
により、ＵＯ２から放射能源が除去でき、取扱いが容易
になった。また、分離したＵＯ２を金属に還元して酸化
物燃料とともに混合して振動充填する事ができ、酸素ゲ
ッター材として再利用が図れ、廃棄物の量が大幅に低減
する。
回収したＵＯ２には貴金属元素が含まれているため、放
射能の濃度が高く、再利用が難しく、これまでは廃棄物
として貯蔵していた。しかし、本発明方法を用いること
により、ＵＯ２から放射能源が除去でき、取扱いが容易
になった。また、分離したＵＯ２を金属に還元して酸化
物燃料とともに混合して振動充填する事ができ、酸素ゲ
ッター材として再利用が図れ、廃棄物の量が大幅に低減
する。
【００５１】（ヌ） 脱被覆の工程では燃料成分である
ウランやプルトニウムをほぼ１００％回収する必要があ
る。本発明方法を用いることで、被覆管表面に付着して
いた酸化物燃料をほぼ１００％完全に分離でき、プロセ
スの収率を向上させることができる。
ウランやプルトニウムをほぼ１００％回収する必要があ
る。本発明方法を用いることで、被覆管表面に付着して
いた酸化物燃料をほぼ１００％完全に分離でき、プロセ
スの収率を向上させることができる。
【００５２】（ル） 従来、塩化物は不安定な物質なの
で、廃棄物として長期的に保管することが困難であった
が、本発明により金属に容易に転換することができ、廃
棄物の長期的な安定保管が可能である。また、この際、
塩化カドミウムとカドミウムをリサイクル使用すること
で、反応プロセスで無駄な薬品の使用がなくなり、プロ
セス廃棄物の低減、簡素なプロセスが達成できる。
で、廃棄物として長期的に保管することが困難であった
が、本発明により金属に容易に転換することができ、廃
棄物の長期的な安定保管が可能である。また、この際、
塩化カドミウムとカドミウムをリサイクル使用すること
で、反応プロセスで無駄な薬品の使用がなくなり、プロ
セス廃棄物の低減、簡素なプロセスが達成できる。
【００５３】（オ） 従来、高レベル廃液中よりＴＲＵ
を回収するために、溶融塩電解法が用いられてきたが、
ＴＲＵと希土類元素の割合が１／１０と希土類元素の方
が多いので電解で回収する際に性質の似た希土類元素を
分離するには細かな電位制御などが必要であり、希土類
元素の混入が多くなった。本発明方法によれば、溶解し
やすいアルカリ金属、アルカリ土類金属、貴金属等が分
離でき、さらに希土類元素は還元剤の存在なしでも溶解
できるため、溶解の非常に遅いＴＲＵと分離することが
でき、工程が非常に簡素化でき、ＴＲＵと希土類元素の
分離効率も良くなる。
を回収するために、溶融塩電解法が用いられてきたが、
ＴＲＵと希土類元素の割合が１／１０と希土類元素の方
が多いので電解で回収する際に性質の似た希土類元素を
分離するには細かな電位制御などが必要であり、希土類
元素の混入が多くなった。本発明方法によれば、溶解し
やすいアルカリ金属、アルカリ土類金属、貴金属等が分
離でき、さらに希土類元素は還元剤の存在なしでも溶解
できるため、溶解の非常に遅いＴＲＵと分離することが
でき、工程が非常に簡素化でき、ＴＲＵと希土類元素の
分離効率も良くなる。
【図１】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の実施
例１を説明する図である。
例１を説明する図である。
【図２】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の実施
例２を説明する図である。
例２を説明する図である。
【図３】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の実施
例３を説明する図である。
例３を説明する図である。
【図４】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の実施
例７を説明する図である。
例７を説明する図である。
【図５】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法を示す
全体フロー図である。
全体フロー図である。
【図６】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の他の
例の全体フロー図である。
例の全体フロー図である。
１ るつぼ
２ 溶融塩
３ 電解電源
４ 陰極
５ 陽極バスケット
６ 使用済み酸化物燃料
７ 導電性物質
８ モーター
９ 酸素ゲッター
１０ 使用済み燃料
１１ せん断
１２ 脱被覆
１３ ＺｒＯ２
１４，２１，４５ 廃棄物処理
１５，１８，２４，４１ 電解精製
１６ 酸化ウラン＋貴金属
１７ Ｌｉ還元
１９ 金属ウラン
２０ 貴金属
２２ 金属ウラン微粒子
２３ 金属イオンへの還元
２５ ウラン、プルトニウム、マイナーアクチノイド
２６ 再利用
２７ 酸化剤による酸化と電解精製
２８ 酸化剤
２９ ウラン、ネプツニウム、プルトニウム酸化物
３０ 液体金属を使った電解精製
３１ アメリシウム、キュリウム、希土類金属
３２ 操作温度の制御
３３ 沈殿
３４ プルトニウム、マイナーアクチノイド酸化物
３５ ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム、希土
類金属 ３６ ピュレックス再処理工程 ３７ 高レベル廃液 ３８ 脱硝 ３９ ＴＲＵ酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属等の
ＦＰ ４０ ＴＵＲ酸化物 ４２ ＴＲＵ金属 ４３ 貴金属、希土類、アルカリ金属ＦＰ溶液 ４４ リン酸沈殿
類金属 ３６ ピュレックス再処理工程 ３７ 高レベル廃液 ３８ 脱硝 ３９ ＴＲＵ酸化物、希土類酸化物、アルカリ金属等の
ＦＰ ４０ ＴＵＲ酸化物 ４２ ＴＲＵ金属 ４３ 貴金属、希土類、アルカリ金属ＦＰ溶液 ４４ リン酸沈殿
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−369498（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−167985（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−273578（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−90089（ＪＰ，Ａ)
石原健彦、小泉忠義、坂下章、川口光
夫、中山康敬、江村悟、難波隆司、山村
修、堀田允之，第32回原子動力研究会年
会報告書 再処理・廃棄物管理グルー
プ，原子動力研究会年会報告書，日本,
日本原子力産業会議，1995年 ８月30
日，Ｖｏｌ．32，４−１乃至４−80
田中博，原子力の技術開発と安全、立
地対策 乾式再処理の技術開発、エネル
ギー，日本，株式会社日工フォーラム,
1995年10月 １日，Ｖｏｌ．28 Ｎｏ.
10，Ｐ67−70
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G21C 19/44
Claims (3)
- 【請求項１】使用済み酸化物燃料を陽極溶解させ、陰極
側でウランとプルトニウムおよびネプツニウムを回収す
る使用済み燃料の再処理方法において、前記使用済み燃
料に酸素ゲッターを混ぜて陽極として電解を行うことを
特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。 - 【請求項２】使用済み酸化物燃料を陽極溶解させ、陰極
側でウランとプルトニウムおよびネプツニウムを回収す
る使用済み燃料の再処理方法において、前記使用済み燃
料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターとを混ぜて
陽極として電解を行うことを特徴とする、使用済み燃料
の再処理方法。 - 【請求項３】使用済み酸化物燃料を陽極溶解させ、陰極
側でウランとプルトニウムおよびネプツニウムを回収す
る使用済み燃料の再処理方法において、前記使用済み燃
料に電気抵抗の小さい物質と、酸素ゲッターを混ぜて容
器に入れて、その容器を回転させながら陽極として電解
を行うと同時に、陰極を回転させながら電解を行うこと
を特徴とする、使用済み燃料の再処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26581396A JP3519557B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 使用済み燃料の再処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26581396A JP3519557B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 使用済み燃料の再処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10111388A JPH10111388A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3519557B2 true JP3519557B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17422416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26581396A Expired - Lifetime JP3519557B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 使用済み燃料の再処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519557B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11894154B2 (en) | 2022-02-02 | 2024-02-06 | Curio Solutions Llc | Modular, integrated, automated, compact, and proliferation-hardened method to chemically recycle used nuclear fuel (UNF) originating from nuclear reactors to recover a mixture of transuranic (TRU) elements for advanced reactor fuel to recycle uranium and zirconium |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3763980B2 (ja) * | 1998-10-29 | 2006-04-05 | 株式会社東芝 | 使用済み酸化物燃料の還元装置およびその還元方法 |
| AU2003273024A1 (en) * | 2002-10-16 | 2004-05-04 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Method and apparatus for reprocessing spent fuel from light-water reactor |
| JP4504247B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2010-07-14 | 株式会社東芝 | マイナーアクチニドリサイクル方法 |
| JP5710442B2 (ja) * | 2011-10-13 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | 炉心溶融物の処理方法 |
| JP6862313B2 (ja) * | 2017-08-25 | 2021-04-21 | 株式会社東芝 | Ｚｒ含有混合物の電解回収方法及びＺｒ含有混合物の電解回収装置 |
| CN114507786B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-06-09 | 中国科学院广州能源研究所 | 利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04369498A (ja) * | 1991-06-17 | 1992-12-22 | Toshiba Corp | 使用済燃料の再処理方法 |
| JP3172316B2 (ja) * | 1993-03-24 | 2001-06-04 | 財団法人電力中央研究所 | 溶融塩電解精製法 |
| JP3199937B2 (ja) * | 1993-12-16 | 2001-08-20 | 株式会社東芝 | 溶融塩電解精製装置 |
| JP3524234B2 (ja) * | 1995-09-20 | 2004-05-10 | 株式会社東芝 | 使用済み酸化物燃料の再処理方法および再処理装置 |
-
1996
- 1996-10-07 JP JP26581396A patent/JP3519557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 田中博，原子力の技術開発と安全、立地対策 乾式再処理の技術開発、エネルギー，日本，株式会社日工フォーラム，１９９５年１０月 １日，Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１０，Ｐ６７−７０ |
| 石原健彦、小泉忠義、坂下章、川口光夫、中山康敬、江村悟、難波隆司、山村修、堀田允之，第３２回原子動力研究会年会報告書 再処理・廃棄物管理グループ，原子動力研究会年会報告書，日本，日本原子力産業会議，１９９５年 ８月３０日，Ｖｏｌ．３２，４−１乃至４−８０ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11894154B2 (en) | 2022-02-02 | 2024-02-06 | Curio Solutions Llc | Modular, integrated, automated, compact, and proliferation-hardened method to chemically recycle used nuclear fuel (UNF) originating from nuclear reactors to recover a mixture of transuranic (TRU) elements for advanced reactor fuel to recycle uranium and zirconium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10111388A (ja) | 1998-04-28 |
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