JP4381179B2 - 使用済原子燃料の富化度調節方法、富化度調節装置および再処理施設 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉で使用するウラン酸化物、プルトニウム酸化物混合燃料（以下、「ＭＯＸ燃料」と称する）に必要な燃料成分を、原子炉、特にプルトニウム酸化物の少ない軽水炉で使用された使用済原子燃料（以下「使用済燃料」という）から、ウラン酸化物及びプルトニウム酸化物を回収し、プルトニウム成分の富化度（以下「Ｐｕ富化度」という）を調整してリサイクルする富化度調節方法、富化度調節装置および再処理施設に関する。
また、リサイクル可能な燃料成分としては、ウラン及びプルトニウムが主な対象となるが、極めて長い放射線半減期を有するＮｐ、Ａｍ、Ｃｍなどのマイナーアクチニドも対象とする。

従来、使用済燃料の再処理技術として唯一実用化されたプロセスとして、ＰＵＲＥＸ法と呼ばれるものがある。
図１０に、その従来のＰＵＲＥＸ法の再処理プロセスを示す。
図１０に示すように、軽水炉（以下「ＬＷＲ」という）使用済燃料ピンは、ＬＷＲ使用済燃料受入れ・貯蔵の工程から、せん断工程に移送され、このせん断工程で使用済燃料ピンは機械的にせん断される。

そして、使用済燃料ピン中のウラン及びプルトニウム酸化物成分は溶解工程において硝酸中に溶解され、溶解液からは固形分が除去される。
次いで、溶解液中の硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウムは、共除染工程、分配逆抽出工程において抽出剤であるリン酸トリブチルによりそれぞれ抽出回収される。
回収された硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウムは、精製工程、濃縮工程、脱硝工程を経て、酸化物に転換され、原子炉の燃料として加工されるまでの間貯蔵される。
なお、再処理施設の核拡散抵抗性を増すために、硝酸プルトニウムは硝酸ウラニルとの混合状態で、ウラン／プルトニウム脱硝工程で脱硝される。

また、従来、高速増殖炉（以下「ＦＢＲ」という）の使用済燃料の再処理施設として、図１１に示すものが提案されている。
この図１１に示す従来のＦＢＲ使用済燃料の再処理プロセスは、ＰＵＲＥＸ法をベースにしつつ、溶解工程で得られた溶解液を晶析工程において、冷却し、析出した硝酸ウラニル結晶を除去することで、ウラン／プルトニウム溶液中のＰｕ富化度を高めるとともに、共除染工程以降の工程で処理すべきウラン／プルトニウム量を減らすことによって、設備の小型化をはかることを特徴とするものである。（例えば、非特許文献１）

上述した従来のＰＵＲＥＸ法は、既にＬＷＲの使用済燃料やＦＢＲの使用済燃料の再処理に適用されている。
この場合、ＬＷＲの使用済燃料には約１％のプルトニウム酸化物が含まれている。
また、ＦＢＲの使用済燃料には平均して１０％程度のプルトニウム酸化物が含まれている。
ＦＢＲの使用済燃料に含まれるプルトニウム酸化物の濃度が、ＬＷＲの使用済燃料に含まれるプルトニウム酸化物の濃度に比較して１０倍程度高いため、ＦＢＲの再処理施設においては、臨界量の問題への配慮がより必要となる。そのため、従来では通常、ＦＢＲの再処理施設はＬＷＲの再処理施設と別の施設として計画されている。

また、図１２に示す従来例では、これら別々の施設として計画されてきたＬＷＲの使用済燃料の再処理施設とＦＢＲの使用済燃料の再処理施設とのラインを、一部共用した同一の再処理施設として考えられたものである。（例えば、特許文献１）

図１２に図示の従来例では、ＬＷＲからＦＢＲへの移行期間においては、ＬＷＲの使用済燃料の再処理とＦＢＲの使用済燃料の再処理が並行して進められることになる。
即ち、ＬＷＲで生成したプルトニウムをＦＢＲに継続して投入してゆくとともに、ＦＢＲで生成したプルトニウムをなるべく速やかにＦＢＲにリサイクルしてやる必要がある、との認識の下、燃料仕様の異なる燃料集合体であるＦＢＲ仕様の使用済燃料とＬＷＲ仕様の使用済燃料の両者をコンパクトな設備で、かつ効率的に処理できる再処理施設および再処理方法を提供する目的で提案されたものである。

図１３は、ＬＷＲからＦＢＲへの移行期間において、六ヶ所再処理工場においてＬＷＲで生成したプルトニウムを回収し、また新たに２００ｔＨＭ／ｙ規模のＦＢＲ使用済燃料の再処理施設（以下「ＦＢＲ専用プラント」）を建設してＦＢＲで生成したプルトニウムをなるべく速やかにＦＢＲにリサイクルするとした場合のＰｕ需給バランスを示したものである。
図１３において、横軸は、１５０万ｋＷ級のＦＢＲの基数とし、縦軸はプルトニウム量である。
なお、５０年かけてＬＷＲ（７０ＧＷ相当）をＦＢＲにリプレースする場合、１５０万ｋＷ級のＦＢＲを毎年平均１基近く建設することに相当する。

プルトニウム需要は初期装荷の有無とＦＢＲ基数の増加の両面から変動し、ＦＢＲ６基目からプルトニウム供給は不足し始める。
それらに対応するため、図１３では、ＦＢＲ６基目からＦＢＲ専用プラントを運開させ、その時に存在する基数分の使用済燃料を処理するとしているが、施設の運開後しばらくは設備の稼働率は低い。

また、この場合、図１４に示すように、毎年５〜１０ｔの余剰プルトニウムを出し続ける。
余剰プルトニウムを出さないためには、再処理の運転を止めることしかない。
これらのことから、ＦＢＲ導入時期においてＦＢＲ専用プラントを建設してもプルトニウム余剰量ゼロ化と稼働率１００％の両立は不可能である。

このことはより小型の施設を建設するとした場合も同様である。
また、ＰＵＲＥＸ法以外の再処理方法の再処理施設を建設した場合も同様である。

また、このことは、ＬＷＲで生成したプルトニウムをＦＢＲに継続して投入してゆくとともに、ＦＢＲで生成したプルトニウムをなるべく速やかにＦＢＲにリサイクルしてやる必要がある、との認識の下、単にコンパクトな設備で、かつ効率的に処理できることを目的として考えられたＬＷＲの使用済燃料の再処理施設とＦＢＲの使用済燃料の再処理施設とのラインを一部共用した同一の再処理施設の場合も同様である。

図１４に示すように、余剰プルトニウムを出し続けることは、使用目的のないプルトニウムを蓄積し続けることを意味する。
従って、これらは、ＬＷＲ用のＭＯＸ燃料（プルサーマル燃料）として加工され、ＬＷＲで燃やされることになる。

ＦＢＲで使用するＭＯＸ燃料とＬＷＲで使用するＭＯＸ燃料は、Ｐｕ富化度（プルトニウム成分量／（ウラン成分量＋プルトニウム成分量））が異なり、例えば、それぞれ２２〜２５％、及び６〜１０％程度である。
さらに、同じＬＷＲやＦＢＲでも、それぞれの炉型の違いによって必要なＰｕ富化度は異なる。
従って、再処理施設ではそれらの需要に応じて、生産されるＭＯＸのＰｕ富化度および量を柔軟に変更できることが求められる。

図１０に示す従来技術では、分配逆抽出工程において、一度、硝酸ウラニルと硝酸プルトニウムとを完全に分離し、精製、濃縮した後に、一度混合し、脱硝して各々酸化物粉末にし、更に、燃料製造工程において需要に応じたＰｕ富化度に混合、調整するといった複数のプロセスを踏んでいる。
また、ＦＢＲの再処理施設用に考えられている図１１の従来技術では、粉末での混合は行わないものの、晶析工程において、一度、硝酸ウラニルを晶析粗分離し、Ｐｕ富化度が３０％程度の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を作り、共除染、混合逆抽出、濃縮の後、それを再度、硝酸ウラニルで薄めることで、需要に応じたＰｕ富化度に混合、調整している。

分配逆抽出や晶析、富化度調整といったＰｕ富化度を変化させる工程より下流側の工程にあっては、プルトニウム需要に応じて、硝酸ウラニルと硝酸プルトニウムの混合溶液の流量及びプルトニウム成分の濃度が変動し、その変動幅は流量で１０倍程度、プルトニウム成分濃度で数倍程度に及ぶ。

共除染、混合逆抽出、ウラン／プルトニウム精製等の定常的な連続運転を行う工程においては、そのような大きな変動に対応するためには、通常、設備能力を要求される上限の流量に対応するような設計を行う。
しかし、そのような設備に対して要求される下限の流量で運転することは、単に効率が悪いだけでなく連続運転そのものができない場合がある。

そのような工程に対しては、工程の前段階に溶液を一時的に貯蔵する設備を設けて、ある程度の溶液がたまるまで、その工程の運転を止めておき、ある程度たまってから定格の設備能力での運転を行う方法をとる。
その場合、設備の稼働率が下がるだけでなく、前段階に連続的な運転を目的とした溶液を一時貯蔵する設備が必要となる。

しかるに従来技術においては、Ｐｕ富化度の最終調整を行う富化度調整設備以外にウラン成分とプルトニウム成分との比率を変える設備（分配逆抽出、晶析）を、他の定常的な連続運転を行う工程の上流側に持ってきている。
従って、従来技術のプラントではＰｕ富化度が極端に異なる燃料を受け入れ、処理する場合に、連続的な運転を目的とした一時貯蔵設備を持つことなく、安定した運転を行うことは実際的には不可能であった。

上述の図１１および図１２の従来技術においては、原料液のウラン濃度、硝酸濃度を調整後、晶析装置にて冷却し、溶解度を越える硝酸ウラニルを結晶として析出させ、分離することによって、Ｐｕ富化度を高めるものである。
晶析操作によって得られる晶析母液（残留溶液）中のＰｕ富化度には、硝酸プルトニウム溶液等の溶解度によって決まる原理的限界があるが、従来の技術では、１回の晶析操作では、ウランの濃度、硝酸濃度、冷却温度等の制限から、原理的限界以下のＰｕ富化度であっても、晶析母液のＰｕ富化度は原料液の３倍程度までしか上げられなかった。

そのため、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済燃料を、ＦＢＲ用として必要なレベルまで、Ｐｕ富化度を高めようとしても、１回の操作では必要なＰｕ富化度を得ることが困難であり、晶析、濃縮等の工程を多数段設ける必要があった。
また、晶析母液のＰｕ富化度を正確に制御することができなかったため、別に富化度調整設備を必要としていた。

特開平９−１３８２９６号公報（図１） サイクル機構技報 Ｎｏ．１２別冊 ２００１．９、８３〜９２頁

本発明はこれを鑑みてなされたもので、簡素な方法或いは装置により、ＬＷＲ使用済燃料のようなプルトニウム成分の少ない使用済燃料を効率よく、かつ、ＦＢＲ燃料のような高いＰｕ富化度の燃料でも対応できるよう、任意のＰｕ富化度の酸化物燃料に再処理できる富化度調節方法、富化度調節装置を提供することを課題とする。
更には、従来の「ＬＷＲで生成したプルトニウムをＦＢＲに継続して投入してゆくと共に、ＦＢＲで生成したプルトニウムをなるべく速やかにＦＢＲにリサイクルしてやる必要がある」との認識から離れ、需要に応じたＰｕ富化度と量のＭＯＸ燃料を、余剰プルトニウムの実質ゼロ化と稼働率１００％とを両立しつつ、簡素で安定した運転を行うことのできる富化度調節方法、富化度調節装置、あるいは再処理施設を提供することを課題とする。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、富化度調節装置、再処理施設及び富化度調節方法として、それぞれ以下の（１）〜（１０）に述べる各手段を採用したものである。

（１）第１の手段に係る富化度調節装置は、
使用済燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合し貯留する混合供給槽と、該混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置内の濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する晶析装置と、上記晶析装置にて晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度を定期的に計測するサンプリング装置を備えた母液分流槽と、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を循環液として上記混合供給槽に循環させる循環液搬送手段と、上記母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を取出す溶液取出手段とを備え、前記サンプリング装置によって計測された前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで、前記循環液搬送手段により前記循環液を前記混合供給槽へ戻し、前記濃縮装置及び前記晶析装置での処理を繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達したときに、前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を前記溶液取出手段により取出すように構成したことを特徴とする。

（２）第２の手段に係る富化度調節装置は、
使用済燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合し貯留する混合供給槽と、該混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する濃縮装置と、該濃縮装置内の濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する晶析装置と、該晶析装置より排出された晶析した硝酸ウラニルを硝酸に溶解して貯蔵するウラン溶解槽と、上記晶析装置にて晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度を定期的に計測するサンプリング装置を備えた母液分流槽と、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を循環液として上記混合供給槽に循環させる循環液搬送手段と、上記母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を抽出し貯留する富化度微調整槽と、上記ウラン溶解槽内の硝酸ウラニル溶液を所定量貯留して上記富化度微調整槽に排出する富化度微調整ポットと、備え、前記サンプリング装置によって計測された前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで、前記循環液搬送手段により前記循環液を前記混合供給槽へ戻し、前記濃縮装置及び前記晶析装置での処理を繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達したときに、前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を前記富化度微調整槽に抽出し、前記富化度微調整槽に貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液に、前記富化度微調整ポットから排出される硝酸ウラニル溶液を混合することにより、前記プルトニウム成分の富化度を公差内の値に微調整するように構成したことを特徴とする。

（３）第３の手段は、第１又は２の手段を採用した富化度調節装置において、
上記使用済燃料は、軽水炉からの使用済燃料を含むＰｕ含有率の低い使用済燃料であることを特徴とする。

（４）第４の手段は、第１又は２の手段を採用した富化度調節装置において、
上記使用済燃料は、軽水炉及び高速増殖炉からの使用済燃料を含むＰｕ含有率の異なる複数の使用済燃料であることを特徴とする。

（５）第５の手段に係る再処理施設は、
ウラン及びプルトニウムを含有する使用済燃料を受入れ貯蔵する貯蔵庫と、
該貯蔵手段内の使用済燃料を解体、せん断、または粉砕する前処理装置と、
該前処理装置内の使用済燃料を硝酸に溶解させ、燃料溶解液とする溶解装置と、
該溶解装置にて生成された燃料溶解液からウランおよびプルトニウムを、リン酸トリブチルを含む溶媒によって抽出する共除染装置と、
該共除染装置にて生成されたウランおよびプルトニウムを含む溶媒から、ウランおよびプルトニウムを硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウム混合溶液として逆抽出する混合逆抽出装置と、
該硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液から硝酸ウラニルを除去し、Ｐｕ富化度を調節する、第１〜４のいずれかの手段に記載された富化度調節装置と、
該富化度調節装置内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を脱硝し酸化ウラン及び酸化プルトニウムを生成するウラン及びプルトニウム脱硝装置と、
該富化度調節装置内の硝酸ウラニルを脱硝し酸化ウランを生成するウラン脱硝装置と、
を備えたことを特徴とする。

（６）第６の手段に係る再処理施設は、
ウラン及びプルトニウムを含有する使用済燃料を受入れ貯蔵する貯蔵庫と、
該貯蔵手段内の使用済燃料を解体、せん断、または粉砕する前処理装置と、
該前処理装置内の使用済燃料を硝酸に溶解させ、燃料溶解液とする溶解装置と、
該燃料溶解液から硝酸ウラニルを除去し、Ｐｕ富化度を調節する、第１〜４のいずれかの手段に記載された富化度調節装置と、
該富化度調節装置にてＰｕ富化度を調節された燃料溶解液からウランおよびプルトニウムを、リン酸トリブチルを含む溶媒によって抽出する共除染装置と、
該共除染装置にて生成されたウランおよびプルトニウムを含む溶媒から、ウランおよびプルトニウムを硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウム混合溶液として逆抽出する混合逆抽出装置と、
該混合逆抽出装置内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を脱硝し酸化ウラン及び酸化プルトニウムを生成するウラン及びプルトニウム脱硝装置と、
該富化度調節装置内の硝酸ウラニルを脱硝し酸化ウランを生成するウラン脱硝装置と、
を備えたことを特徴とする。

（７）第７の手段は、第５の手段を採用した再処理装置において、
上記溶解装置、共除染装置および混合逆抽出装置に代えて、超臨界直接抽出装置
を備えたことを特徴とする。

（８）第８の手段は、第５〜７のいずれかの手段を採用した再処理装置において、
上記使用済燃料は、軽水炉からの使用済燃料を含むＰｕ含有率の低い使用済燃料であることを特徴とする。

（９）第９の手段は、第５〜７のいずれかの手段を採用した再処理装置において、
上記使用済燃料は、軽水炉及び高速増殖炉からの使用済燃料を含むＰｕ含有率の異なる複数の使用済燃料であることを特徴とする。

（１０）第１０の手段に係る富化度調節方法は、
使用済燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合供給槽にて混合し貯留する第１工程と、上記混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する第２工程と、濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する第３工程と、上記晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し母液分流槽に貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度をサンプリング計測する第４工程と、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部を循環液として上記混合供給槽に循環させる第５工程と、前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウムの混合溶液を取出す第６工程と、を有し、前記第４工程においてサンプリング計測される前記プルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで前記第１工程から前記第５工程までを繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、前記第４工程において前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達した場合に前記第６工程を行うことを特徴とする。

特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、上記の（１）〜（１０）に記載の各手段を採用しているので、それぞれ以下のような効果を有する。

（１）請求項１又は３に係る発明は上記第１又は３の手段を採用しているので、従来の装置では、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済燃料の処理の場合、ウラン濃度、硝酸濃度、冷却温度の制限から必要とするＰｕ富化度を得るためには数段の濃縮、晶析装置が必要であったが、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を上記混合供給槽に循環させつつ濃縮、晶析を行っているので、１段の濃縮、晶析装置により所望のＰｕ富化度を得ることができる。

（２）請求項２に係る発明は上記第２の手段を採用しているので、従来の装置では、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済燃料の処理の場合、ウラン濃度、硝酸濃度、冷却温度の制限から必要とするＰｕ富化度を得るためには数段の濃縮、晶析装置が必要であったが、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を上記混合供給槽に循環させつつ濃縮、晶析を行っているので、１段の濃縮、晶析装置により所望のＰｕ富化度を得ることができると共に、富化度微調整槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液に、容量の小さい富化度微調整ポット内の硝酸ウラニル溶液で薄めることにより、Ｐｕ富化度を微調整できる。

（３）請求項４に係る発明は上記第４の手段を採用しているので、請求項１又は２に係る発明の効果に加え、
プルトニウムの需要が多いときにはプルトニウム含有量の多いＦＢＲの使用済炉心燃料を処理し、プルトニウムの需要が少ないときにはＬＷＲの使用済燃料やＦＢＲのブランケット燃料、新型転換炉等のプルトニウム含有量の少ない使用済燃料を処理することによって、装置の稼働率を下げることなく、プルトニウム需要の変動に対応して、余剰プルトニウムの発生を抑えることができる。
また、ＦＢＲ対応のＭＯＸ燃料、ＬＷＲ用のＭＯＸ燃料等Ｐｕ富化度の異なる燃料に対しても需要に応じた柔軟なＰｕ富化度の変更が可能となる。

（４）請求項５又は８に係る発明は上記第５又は８の手段を採用しているので、請求項１〜４に係る発明の効果に加え、
簡素な設備構成の再処理施設でありながら、プルトニウムをウランと完全に分離することなく、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済を再処理して、高いＰｕ富化度を含む所望のＰｕ富化度のＭＯＸ燃料を製造できる。

（５）請求項６又は８に係る発明は上記第６又は８の手段を採用しているので、請求項１〜４に係る発明の効果に加え、
簡素な設備構成の再処理施設でありながら、プルトニウムをウランと完全に分離することなく、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済を再処理して、高いＰｕ富化度を含む所望のＰｕ富化度のＭＯＸ燃料を製造できる。
さらに、共除染装置の前に富化度調節装置を設置してウランを除去しているので、共除染装置および混合逆抽出装置を小型化できる。
また、富化度調節装置によって所望の富化度に調節されているため、共除染装置を経由しない低ＤＦのウランを、共除染装置を経由した中ＤＦ以上のウラン、プルトニウムとを混合する必要がなく、ＭＯＸ燃料の除染係数（ＤＦ）を高く保つことができる。

（６）請求項７又は８に係る発明は上記第７又は８の手段を採用しているので、請求項５又は８に係る発明に加えて、使用済燃料を超臨界直接抽出装置にて、リン酸トリブチルなどの有機溶媒と硝酸との錯体をとけ込ませた超臨界二酸化炭素流体に接触させ、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を直接抽出することができ、簡素な再処理施設を得ることができる。

（７）請求項５又は９に係る発明は上記第５又は９の手段を採用しているので、請求項５又は８に係る発明の効果に加え、
プルトニウム含有量の異なる２種類以上の使用済原子燃料を、原料として受け入れ、再処理することが可能となる。
その結果、プルトニウムの需要が多いときにはプルトニウム含有量の多い高速炉の使用済炉心燃料を処理し、プルトニウムの需要が少ないときには軽水炉の使用済燃料や高速炉のブランケット燃料、新型転換炉等のプルトニウム含有量の少ない使用済燃料を処理することによって、施設の稼働率を下げることなく、プルトニウム需要の変動に対応して、余剰プルトニウムの発生を抑えることができる。
再処理施設の製品であるＭＯＸ燃料の量及びＰｕ富化度を需要に応じて柔軟に変更させることができるとともに、従来よりも簡素な設備構成で、かつ、連続運転を行うことができ、一時貯蔵のための設備を必要とすることなく安定した運転が可能な再処理施設を得ることができる。

（８）請求項６又は９に係る発明は上記第６又は９の手段を採用しているので、請求項６又は８に係る発明の効果に加え、
プルトニウム含有量の異なる２種類以上の使用済原子燃料を、原料として受け入れ、再処理することが可能となる。
その結果、プルトニウムの需要が多いときにはプルトニウム含有量の多い高速炉の使用済炉心燃料を処理し、プルトニウムの需要が少ないときには軽水炉の使用済燃料や高速炉のブランケット燃料、新型転換炉等のプルトニウム含有量の少ない使用済燃料を処理することによって、施設の稼働率を下げることなく、プルトニウム需要の変動に対応して、余剰プルトニウムの発生を抑えることができる。
再処理施設の製品であるＭＯＸ燃料の量及びＰｕ富化度を需要に応じて柔軟に変更させることができるとともに、従来よりも簡素な設備構成の再処理施設を得ることができる。

（９）請求項７又は９に係る発明は上記第７又は９の手段を採用しているので、請求項５又は９に係る発明の効果に加え、使用済燃料を超臨界直接抽出装置にて、リン酸トリブチルなどの有機溶媒と硝酸との錯体をとけ込ませた超臨界二酸化炭素流体に接触させ、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を直接抽出することができ、簡素な再処理施設を得ることができる。

（１０）請求項１０に係る発明は上記第１０の手段を採用しているので、従来の方法では、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済燃料の処理の場合、ウラン濃度、硝酸濃度、冷却温度の制限から必要とするＰｕ富化度を得るためには数段の濃縮、晶析工程が必要であったが、該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を上記混合供給槽に循環させつつ濃縮、晶析を行っているので、１段の濃縮、晶析工程により所望のＰｕ富化度を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例１〜実施例６に基き説明する。
先ず、図２を参照して、本発明を実施するための最良の形態に係る富化度調節装置の原理について説明する。
なお、物質名を例えば「ウラン」又は「Ｕ」と記載した場合には、純粋なウラン元素だけでなく、ウランの酸化物、化合物、錯体も広く含まれるものとする。これは、「プルトニウム」又は「Ｐｕ」と記載した場合も同様である。

本発明を実施するための最良の形態の最大の特徴は、晶析操作で得られた母液分流槽１３中の母液の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部、または全部を、混合供給槽１０に戻すことにより循環流を生じさせ、その中で晶析操作における原理的限界以下の任意の値にＰｕ富化度を高めるともに、調整できることにある。
また、母液を分流し循環させる場合、母液分流槽１３中の混合溶液をサンプリング、分析し、Ｐｕ富化度の確認を行いながら運転を行うので、従来の晶析前の調整作業が不要となり、濃縮装置１１から直接、晶析装置１２に液を供給できるため、再処理施設が簡素になることが特徴である。

本発明を実施するための最良の形態において、図２に基づき、ウラン、プルトニウムの収支を説明する。
なお、ｎは、液の種類（ｎ＝０；原料液、ｎ＝１；供給液、濃縮液、ｎ＝２；ウランＮＨ結晶、ｎ＝３；母液、ｎ＝４；循環液、ｎ＝５；製品溶液）、
Ｕ_ｎは、ウラン流量（ｋｇ／ｈ）、
Ｐ_ｎは、プルトニウム流量（ｋｇ／ｈ）、
Ｘ_ｎは、プルトニウム富化度（％）、
Ｘは、製品溶液のプルトニウム富化度の設定値（％）、
αは、母液と濃縮液（供給液）の間のプルトニウム富化度の増倍率、
ｙは、製品溶液に対する循環液の比、
Ｋは、原料液に対する循環液の比、
とする。

先ず、ウラン流量（Ｕ_ｎ）、プルトニウム富化度（Ｘ_ｎ）について次の式が成り立つ。
Ｘ_ｎ／１００＝Ｐ_ｎ／（Ｕ_ｎ＋Ｐ_ｎ） （１式）
Ｕ_ｎ＝（１００−Ｘ_ｎ）／Ｘ_ｎ・Ｐ_ｎ （２式）

そして、混合供給槽１０から搬送される混合液中のウラン流量（Ｕ_１）、プルトニウム流量（Ｐ_１）は、次式のとおりとなる。
Ｕ_１＝Ｕ_０＋Ｕ_４ （３式）
Ｐ_１＝Ｐ_０＋Ｐ_４ （４式）
また、濃縮装置１１及び晶析装置１２から晶析された物質中のウラン流量（Ｕ_２）、プルトニウム流量（Ｐ_２）は、次のとおりとなる。
Ｕ_２＋Ｕ_３＝Ｕ_１ （５式）
Ｐ_２＝０より、Ｐ_３＝Ｐ_１ （６式）

このとき、晶析装置１２後の母液のＰｕ富化度（Ｘ_３）は、母液と濃縮装置１１後の濃縮液（晶析装置１２前の供給液）の間のＰｕ富化度の増倍率をαとすれば、次のとおりとなる。
Ｘ_３＝αＸ_１ （７式）
ここで、増倍率（α）はウラン（ＨＭ）濃度、硝酸濃度、運転温度等に依存し、α＞１である。

一方、母液分流槽１３におけるウラン流量（Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５）、プルトニウム流量（Ｐ_３、Ｐ_４、Ｐ_５）の収支は、次のとおりとなる。
Ｕ_４＋Ｕ_５＝Ｕ_３ （８式）
Ｐ_４＋Ｐ_５＝Ｐ_３ （９式）
また、製品溶液に対する循環液の比を循環率ｙとすると、ウラン流量（Ｕ_４）、プルトニウム流量（Ｐ_４）は、次式で表せる。
Ｕ_４＝ｙＵ_５ （１０式）
Ｐ_４＝ｙＰ_５ （１１式）

次に、母液分流槽１３でのＰｕ富化度（Ｘ_ｎ）が設定値に達した時（定常状態）の、富化度調節装置４全体に対するウラン及びプルトニウム量の収支について説明する。
本状態においては、原料液に含まれるウラン及びプルトニウムの系全体の物質収支はつりあうため、以下の式が成立する。
Ｕ_２＋Ｕ_５＝Ｕ_０ （１２式）
Ｐ_２＝０より、Ｐ_５＝Ｐ_０ （１３式）
そして、（２）、（１３）式より、Ｐｕ富化度の設定値Ｘ（＝Ｘ_５）として、母液分流槽から排出される製品溶液中のウラン流量（Ｕ_５）は、次式のとおりとなる。
Ｕ_５＝（１００−Ｘ）／Ｘ・Ｐ_０ （１４式）

更に、（１２）式より、ＵＨＮ溶解槽１４へ搬送されるＵＨＮ結晶中のウラン流量（Ｕ_２）は以下で与えられる。
Ｕ_２＝Ｕ_０−Ｕ_５
＝（１００−Ｘ_０）／Ｘ_０・Ｐ_０−（１００−Ｘ）／Ｘ・Ｐ_０
＝１００・（Ｘ−Ｘ_０）／（Ｘ_０・Ｘ）・Ｐ_０ （１５式）

一方、富化度調節装置４内における循環液中のウラン流量（Ｕ_４）及びプルトニウム流量（Ｐ_４）、は、（１０）、（１４）式及び（１１）、（１３）式より、次式のとおりとなる。
Ｕ_４＝ｙ・（１００−Ｘ）／Ｘ・Ｐ_０ （１６式）
Ｐ_４＝ｙＰ_０ （１７式）

この時、混合供給槽１０から濃縮装置１１へ搬送されるウラン流量（Ｕ_１）、プルトニウム流量（Ｐ_１）は、（２）、（３）、（４）式より下記となる。
Ｕ_１＝（１００−Ｘ_０）／Ｘ_０・Ｐ_０＋ｙ・（１００−Ｘ）／Ｘ・Ｐ_０
＝（１００・（Ｘ＋ｙＸ_０）−Ｘ_０Ｘ（１＋ｙ））／（Ｘ_０Ｘ）・Ｐ_０ （１８式）
Ｐ_１＝Ｐ_０＋ｙＰ_０＝（１＋ｙ）・Ｐ_０ （１９式）

これを（７）、（１）式へ入力すると、晶析装置１２から母液分流槽１３へ搬送される溶液中のＰｕ富化度（Ｘ_３）は、次のとおりとなる。
Ｘ_３／１００＝α・Ｐ_１／（Ｕ_１＋Ｐ_１）
＝α・（（１＋ｙ）Ｐ_０）／（（１００（Ｘ＋ｙＸ_０）−Ｘ_０Ｘ（１＋ｙ））／（Ｘ_０Ｘ）・Ｐ_０＋（１＋ｙ）Ｐ_０）
＝α・（Ｘ_０Ｘ・（１＋ｙ））／（１００（Ｘ＋ｙＸ_０））

ここで、母液分流層１３中の母液のＰｕ富化度（Ｘ_３）は、Ｐｕ富化度の設定値（Ｘ）に等しいので、
Ｘ／１００＝α・（Ｘ_０Ｘ・（１＋ｙ））／（１００（Ｘ＋ｙＸ_０））、
となり、これより、
ｙ＝（（Ｘ／Ｘ_０）−α）／（α−１） （２０式）
となり、循環液中のウラン、プルトニウムの量を決める循環率（ｙ）は、原料液及び製品溶液のＰｕ富化度、並びに定常状態における晶析前後のＰｕ富化度の増倍率で決まる。
また、（１６）〜（２０）式より系内の物質収支Ｕ_１、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｐ_１、Ｐ_３、Ｐ_４が全て求まる

更に、この時、原料液に対する循環液の比（Ｋ）は、以下で与えられる。
Ｋ＝（Ｕ_４＋Ｐ_４）／（Ｕ_０＋Ｐ_０）
＝（ｙ（１００−Ｘ）／Ｘ・Ｐ_０＋ｙＰ_０）／（（１００−Ｘ_０）／Ｘ_０・Ｐ_０＋Ｐ_０）
＝（ｙ（１００−Ｘ）／Ｘ＋１）／（（１００−Ｘ_０）／Ｘ_０＋１）
＝ｙ（Ｘ_０／Ｘ）、
そして、（２０）式より、原料液に対する循環液の比（Ｋ）は、次式のとおりとなる。
Ｋ＝（１−Ｘ_０／Ｘ・α）／（α−１） （２１式）

ここで、母液と濃縮液（供給液）の間のＰｕ富化度の増倍率（α）は、一般に原料液に対する循環液の比（Ｋ）が大きくなると１に近づく傾向があるが、製品溶液のＰｕ富化度の設定値（Ｘ）が３０％程度では、α＝３前後の値をもつため、原料液、製品液のＰｕ富化度により循環液の比（Ｋ）は、例えば次の値となる。
ケース１；ＦＢＲ（高速増殖炉）炉心→ＦＢＲ（高速増殖炉）炉心の想定の時、
Ｘ_０＝１２％、Ｘ＝３０％、Ｋ＝−０．１、ｙ＝（０）
ケース２；ＬＷＲ（軽水炉）→Ｌ−ＭＯＸの時、
Ｘ_０＝ １％、Ｘ＝１０％、Ｋ＝０．３５、ｙ＝３．５
ケース３；ＬＷＲ→ＦＢＲ炉心の時、
Ｘ_０＝ １％、Ｘ＝３０％、Ｋ＝０．４５、ｙ＝１３．５
ケース４；Ｌ−ＭＯＸ→ＦＢＲ炉心の時、
Ｘ_０＝ ４％、Ｘ＝３０％、Ｋ＝０．３、 ｙ＝２．２５

ケース３のように、ＬＷＲの使用済燃料からＦＢＲ炉心の高Ｐｕ富化度をつくる場合にも、循環により、増加した系内のウラン流量、プルトニウム流量の合計は、高々４５％程度で済むこととなり、本富化度調節装置４は充分成立する。
なお、ここでケース１では、Ｋ＜０即ち循環流がなくても良いことになり、添付図１で示す従来の方式で対応可能であることを意味する。

次に、母液分流槽１３中混合溶液のＰｕ富化度が設定値に達しない時（立上げ時）の物質収支について説明する。
この時は、母液分流槽１３中の全量が混合供給槽１０に循環されるため、製品溶液中のウラン流量（Ｕ_５）及びプルトニウム流量（Ｐ_５）はゼロである。
また、晶析装置１２からの硝酸ウラニルの結晶中のウラン流量（Ｕ_２）は、供給液（濃縮液）の変化に合わせて、成り行きとなる。

さらに、系内の循環液に含まれるウラン流量（Ｕ_５）、プルトニウム流量（Ｐ_５）は母液分流槽１３中の全量が循環されるため、徐々に増加する。
しかし、循環液中のウラン量の増加に合わせて晶析装置１２にて晶析するウラン流量（Ｕ_２）が大きくなるために、やがて富化度調節装置４に流入するウラン流量（Ｕ_０）と晶析するウラン流量（Ｕ_２）がつり合い、循環液ではウラン流量（Ｕ_４）は一定となり、プルトニウム流量（Ｐ_４）のみが増加する。

そして、Ｐｕ富化度が要求値（Ｘ）に達した時、製品溶液の分流が始まり、混合供給槽１０へ循環されるウラン流量（Ｕ_４）とプルトニウム流量（Ｐ_４）が若干少なくなって、晶析されるウラン流量（Ｕ_２）も若干小さくなり、定常状態に落ち着くこととなる。
以上より、本富化度調節装置４は定常時においても、立ち上げ時においても、充分成立する。

濃縮装置１１では、硝酸プルトニウム溶液を含む硝酸溶液を加熱するため、
Ｐｕ^４＋＋Ｈ_２Ｏ＋ＮＯ_３ ⁻＝ＰｕＯ_２ ^２＋＋ＨＮＯ_２＋Ｈ^＋ （２２式）
（２２）式の反応に従って、プルトニルイオンが発生する。このプルトニルイオンは次工程の晶析装置１２により硝酸プルトニウム、硝酸ウラニルとして共晶析をおこす可能性があるため、（２２）式の反応を極力押える必要がある。

そのため、濃縮装置１１では、定常状態において、運転温度を８０℃〜沸点の範囲で、また、硝酸濃度が６ｍｏｌ／Ｌ以上となる様に運転する。硝酸濃度は、混合供給槽１０へ流入する原料液に含まれる硝酸および晶析装置１２で使用する試薬に含まれる硝酸の量で制御が可能である。
この濃縮装置１１を上記の運転温度、硝酸濃度で運転するために、減圧下において、運転を行っても良い。
さらに（２２）式の逆反応を抑えるため、混合供給槽１０または濃縮装置１１にＮＯｘガス（窒素酸化物ガス）を投入しながら運転を行っても良い。

以下、図１〜３を参照して、本発明の実施例１につき説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。
図２は、実施例１に適用される富化度調節装置の概略原理図である。
図３は、実施例１に適用される富化度調節装置の詳細構成図である。

図１に示すように、酸化ウラン及び酸化プルトニウムを含有するＬＷＲ使用済燃料は、使用済燃料の受入・貯蔵装置（又は工程）Ａ１において一時貯蔵され、半減期の比較的短い放射性核種と崩壊熱が低減される。
なお、ＦＢＲ使用済燃料も合わせて処理する場合には、使用済燃料の受入・貯蔵装置（又は工程）Ａ２において一時貯蔵され、半減期の比較的短い放射性核種と崩壊熱が低減される。

そして、次の前処理装置（又は工程）１ａにおいて、一時貯蔵後の燃料ピンは、脱被覆、せん断または破砕され燃料成分は開封される。
なお、ＦＢＲ使用済燃料等も合わせて処理する場合には、前処理装置（又は工程）１ｂにおいて、外側を覆うラッパ管を解体、除去して、燃料ピンをむき出した後に、せん断または破砕され燃料成分は開封される。

開封されたＬＷＲ使用済燃料（及び／又は、ＦＢＲ使用済燃料）は、また、溶解装置（又は工程）２において、７０℃〜沸点、３〜８ｍｏｌ／Ｌの硝酸に溶解される。
なお、溶解液中に残留する固形分は、図示略のフィルタまたは遠心分離機により除去される。

溶解液中の未燃性の燃料成分は、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウムとして存在している。
その後、共除染装置（又は工程）６において、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、リン酸トリブチルを含む有機溶媒に抽出され、放射性廃棄物Ｄから分離される。
なお、放射性廃棄物Ｄは、核分裂生成物（ＦＰ）Ｄ１、及びマイナーアクチニド（ＭＡ）Ｄ２からなる。
放射性廃棄物Ｄは、ホウ珪酸ガラスなどの安定な物質中に分散固化される。

有機溶媒に抽出された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、混合逆抽出装置（又は工程）３において水相側に移される。
なお、従来技術（図１０）のように、逆抽出においてウラナス等の還元剤を加えて硝酸プルトニウムの全部と硝酸ウラニルの一部のみ水相側に移行させ、硝酸ウラニルの一部を有機相に残すことで、プルトニウム濃度を上げる分配を行う方式（分配逆抽出）もあるが、このような工程で得られたウラン／プルトニウム溶液のＰｕ富化度は逆抽出前の有機相中のプルトニウム濃度、硝酸ウラニル濃度の変動の影響をうけやすい。
しかし、本実施例１では、混合逆抽出装置３の後に、硝酸ウラニルの除去を伴う富化度調節装置４を配設しているために、そのような分配操作が不要であり、使用済燃料中のプルトニウム濃度の変動の影響を受けにくい。

混合逆抽出装置３において水相側に移行した硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウム混合溶液は、後述する富化度調節装置（又は工程）４において、所定のＰｕ富化度になるまで連続的にウランが除去される。

富化度調節装置４において、所定のＰｕ富化度となった硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は、ウラン／プルトニウム脱硝装置（又は工程）８ａにおいて、マイクロ波の照射を受け蒸発、濃縮、脱硝されて、所定のＰｕ富化度のウラン・プルトニウムＭＯＸ燃料Ｃ（Ｆ−ＭＯＸ燃料、Ｌ−ＭＯＸ燃料）が得られる。
なお、ＭＯＸ燃料Ｃは、高速増殖炉炉心燃料（Ｆ−ＭＯＸ）Ｃ１、及び高速増殖炉炉心燃料（Ｆ−ＭＯＸ）Ｃ２からなる。
ウラン・プルトニウムＭＯＸ燃料Ｃは必要に応じて、一時貯蔵された後、高速炉炉心燃料、軽水炉ＭＯＸ燃料等の燃料加工装置（又は工程）に送られる。
本実施例１の場合、得られたＭＯＸ燃料Ｃの除染係数（ＤＦ）は、中程度（１０^４〜１０^６）である。

一方、富化度調節装置４で除去された硝酸ウラニル溶液は、ウラン脱硝装置（又は工程）８ｂにおいて、約３００℃に加熱、熱分解されて、ウラン酸化物燃料（Ｆ−ＲＢ、ＡＢ）Ｂの粉末が得られる。
ウラン酸化物燃料Ｂは必要に応じて一時貯蔵された後、高速炉ブランケット燃料、軽水炉ウラン燃料等の燃料加工施設（又は工程）に送られる。
なお、ウランの濃縮度を変更する必要のある場合には、一時貯蔵の後、フッ化物に転換し、濃縮後、ウラン酸化物に再転換してから燃料加工施設に送っても良い。
本実施例１の場合、得られたウラン酸化物の除染係数（ＤＦ）は中程度（１０^４〜１０^６）である。

次に、図２に基づき、富化度調節装置４の構成（又は工程）の概略について説明する。
混合逆抽出装置３から原料液搬送管５２内を流れて搬送されてきた硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は、混合供給槽１０に貯留される。
混合供給槽１０内の硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は、混合液搬送管５４内を流れて濃縮装置（又は工程）１１に搬送される。
濃縮装置１１において、硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は、加熱により水分が除去され濃縮される。
そして、濃縮された硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は、濃縮液搬送管５７内を流れて晶析装置（又は工程）１２に送付される。

晶析装置１２では、濃縮された硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液は冷却されて、硝酸ウラニル塩が晶析される。
晶析された硝酸ウラニル塩は、ＵＮＨ結晶体搬送管６８内を経由して、ＵＨＮ溶解槽（ウラン溶解槽）１４に搬送される。
一方、残りの硝酸ウラニル／硝酸プルトニウム混合溶液（以下「母液」という）は、母液搬送管６２内を流れて母液分流槽１３に搬送される。

ＵＨＮ溶解槽１４においては、搬送された硝酸ウラニル塩は、水溶液に溶解された後、ＵＮＨ溶解液搬送管７２にて図１に図示のウラン脱硝装置８ｂに搬送され、脱硝処理が行われ、ウラン酸化物燃料Ｂとして使用される。

母液分流槽１３では、搬送されてきた母液のＰｕ富化度（プルトニウム含有量／（ウラン含有量＋プルトニウム含有量）が、サンプリング計測されている。
そして、Ｐｕ富化度が設定値に達する迄は、循環液搬送管５０を介して、母液分流槽１３中の母液の一部又は全部は混合供給槽１０に還流される。
母液分流槽１３中の母液のＰｕ富化度が設定値に達すると、母液分流槽１３中の母液は、製品溶液搬送管７１内を流れて図１に示すウラン／プルトニウム脱硝装置８ａに搬送される。

なお、Ｐｕ富化度に対する要求精度が厳しく、Ｐｕ富化度を公差内の値にする必要がある場合には、母液分流槽１３中の母液は、富化度微調整槽１５に搬送される。
富化度微調整槽１５では、母液分流槽１３からの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウムを含有する母液と、ＵＨＮ溶解槽１４から微調整液供給管７３を介して搬送された硝酸ウラニル溶液とを混合して、Ｐｕ富化度を公差内の値に微調整する。
Ｐｕ富化度が微調整された溶液は、図１に示すウラン／プルトニウム脱硝装置８ａに搬送される。

次に、図３に基づき、富化度調節装置４の詳細構成につき説明する。
（混合分流槽）
図１に図示の混合逆抽出装置３から原料液搬送管５２内を流れてきた硝酸ウラン及び硝酸プルトニウム混合溶液Ａは、混合供給槽１０に貯留される。
混合供給槽１０の底部には、複数本の攪拌空気吐出管３１が配設されている。
この攪拌空気吐出管３１は、圧縮空気供給管５３により、圧縮空気供給設備４１に接続されている。
圧縮空気供給設備４１より供給された圧縮空気は、攪拌空気吐出管３１の下部に穿設された多数の吐出口から吐出され、混合供給槽１０内を攪拌する。

また、混合供給槽１０内には、エアリフト３２も配設されている。
エアリフト３２の作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２の搬出口は、混合液搬送管５４により、濃縮装置１１の加熱部２０の下部に接続されている。

上述の構成において、混合供給槽１０内の硝酸ウラン及び硝酸プルトニウム混合溶液である母液は、エアリフト３２の吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、混合液搬送管５４内を上昇して、濃縮装置１１の加熱部２０に搬送される。

（濃縮装置）
濃縮装置１１の加熱部２０内には、加熱コイルが内蔵されており、加熱コイルは、約１５０度の蒸気を発生させる蒸気設備４２と、蒸気供給管５５及び凝縮水戻管５６により接続されている。
加熱部２０の上部は、気液分離部２１の中央部に接続され、加熱部２０の下部は、気液分離部２１の下部に接続されている。
気液分離部２１内の上部には、スクラバー３４が配設されている。
このスクラバー３４は、試薬調整設備４３ａと試薬供給管６５により接続されると共に、後述するオフガスの冷却器１７と凝縮水戻管６６により接続されている。
また、気液分離部２１の下部は、晶析装置１２の回転筒２２の下部と濃縮液搬送管５７により接続されている。

上述の構成において、混合供給槽１０から搬送されてきた硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液である母液は、加熱部２０内において加熱コイルに導入された蒸気により加熱される。
蒸発した水蒸気は加熱部２０の上部から気液分離部２１に導入される。
そして、気液分離部２１に導入された水蒸気は、スクラバー３４から噴霧される試薬調整設備４３ａから送付された硝酸水溶液又は、凝縮水戻管６６からの凝縮水により洗浄されて、オフガス排出管５８から排出される。
一方、水分が蒸発して濃縮された母液は、加熱部２０の下部から気液分離部２１に導入される。
そして、気液分離部２１内の濃縮された母液は、濃縮液搬送管５７内を通り晶析装置１２の回転筒２２の下部に落下する。

（晶析装置）
晶析装置１２は、硝酸ウラニルを晶析する回転筒２２と、晶析された結晶に付着している硝酸プルトニウム溶液等を除去する結晶分離機２７等から構成されている。
回転筒２２は、斜めに設置されており、その外筒内面には、螺旋状の板が取付けられている。
この回転筒２２は、駆動モータ２４により低速で回転するようになっており、回転することにより、回転筒２２内の結晶体は、螺旋状の板に沿って回転筒２２の下部から上部へ徐々に移動する。

そして、回転筒２２の下部は、濃縮された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を、気液分離部２１から搬入するための濃縮液搬送管５７が接続されている。
回転筒２２の中央部は、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を、母液分流槽１３に排出するための母液搬送管６２が接続されている。

更に、回転筒２２の上部は、晶析された硝酸ウラニルの結晶を、結晶分離機２７に排出するためのＵＮＨ結晶体搬送管６３が接続されている。
また、回転筒２２の外筒の外面周囲には、冷却器２３が配設されている。
この冷却器２３の上部又は下部は、冷却水供給管６０及び冷却水戻管６１を介して冷却設備４４が接続されている。
冷却設備４４からは、約１０度以下の冷媒が送付される。

ＵＮＨ結晶体搬送管６３は、概ね水平に設置され駆動モータ２６により駆動するフィーダ３０に連結されている。
フィーダ３０は、ＵＮＨ結晶体移送管６４を介して結晶分離機２７に連結されている。

結晶分離機２７内には、回転筒２２から搬送された硝酸ウラニル結晶体を収容する脱水機２８が内蔵されている。
この脱水機２８は、駆動モータ２９により高速で回転する。
また、結晶分離機２７には、試薬調整設備４３ｂから洗浄用の硝酸溶液を導入するための試薬供給管６５が接続されている。
試薬供給管６５には、洗浄液を冷却するための冷却器２５が介装されている。
冷却器２５には、冷却設備４４からの冷却水を導入、排出するための冷却水供給管６０及び冷却水戻管６１が接続されている。

更に、脱水機２８には、硝酸ウラニル結晶体をＵＮＨ溶解槽（ウラン溶解槽）１４ａ、１４ｂに排出するためのＵＮＨ結晶体搬送管６８が接続されている。
また、結晶分離機２７の下部は、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を母液分流槽１３へ排出するための洗浄廃液回収管６９が接続されている。

上述の構成において、気液分離部２１で熱せられた硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、濃縮液搬送管５７を介して回転筒２２内に導入される。
回転筒２２内において、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、冷却器２３により約１０度迄冷却させられる。
このとき、硝酸ウラニルの溶解度が下がるので、飽和した硝酸ウラニルが晶析する。
晶析した硝酸ウラニルは、回転筒２２内の螺旋状の板に沿って回転筒２２の回転と共に、上方に移動し、ＵＮＨ結晶体搬送管６３を介して、フィーダ３０上に落下する。

落下した硝酸ウラニルの結晶体は、フィーダ３０及びＵＮＨ結晶体移送管６４により、結晶分離機２７内の脱水機２８に投入される。
そこで、硝酸ウラニルの結晶は、試薬調整設備４３ｂからの洗浄液により付着している硝酸プルトニウム溶液等が洗浄されると共に、脱水機２８により脱水させられる。
脱水された硝酸ウラニルの結晶体は、ＵＮＨ結晶体搬送管６８内を落下して、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂに排出される。

一方、回転筒２２内の硝酸プルトニウムが含有された硝酸ウラニル飽和水溶液、及び結晶分離機２７内の洗浄液等は、それぞれ母液搬送管６２、洗浄廃液回収管６９を介して母液分流槽１３へ回収される。
このとき、母液分流槽１３へ排出される硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、脱水機２８にて硝酸ウラニルが除去されているので、相対的に硝酸プルトニウムの割合が増加したものとなっている。

（母液分流槽）
母液分流槽１３の底部には、複数本の攪拌空気吐出管３１が配設されている。
この攪拌空気吐出管３１は、圧縮空気供給設備４１と圧縮空気供給管５３により接続されている。
圧縮空気供給設備４１から供給された圧縮空気は、攪拌空気吐出管３１の下部に穿設された多数の吐出口から吐出され、母液分流槽１３内を攪拌する。
また、母液分流槽１３内には、循環液搬送手段としてのエアリフト３２ａも配設されている。

エアリフト３２ａの作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２ａの搬出口は、循環液搬送管５０により、混合供給槽１０に接続されている。
そして、このエアリフト３２ａ及び循環液搬送管５０により、循環液搬送手段が形成されている。

上述の構成において、母液分流槽１３内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液（母液）は、エアリフト３２ａの吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、循環液搬送管５０内を上昇して、混合供給槽１０に搬送される。

更に、母液分流槽１３内には、溶液取出手段としてのエアリフト３２ｂも配設されている。
エアリフト３２ｂの作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２ａの搬出口には、製品溶液搬送管７１が接続されている。
なお、母液分流槽１３には、母液分流槽１３内のウラン成分及びプルトニウム成分の含有量、即ちＰｕ富化度を計測するための図示略のサンプリング装置が接続されている。

上述の構成において、回転筒２２から母液搬送管６２内を落下して搬送されてきた硝酸プルトニウムを含有する硝酸ウラニル飽和水溶液、及び結晶分離機２７から洗浄廃液回収管６９を介して搬送されてきた洗浄液廃液は、母液分流槽１３へ貯留される。
このとき、母液分流槽１３内のＰｕ富化度（プルトニウム成分量／（ウラン成分量＋プルトニウム成分量））は、混合供給槽１０より濃くなっている、

この母液分流槽１３内の濃度は、サンプリング装置により、定期的にサンプリング、分析されている。
そして、Ｐｕ富化度が所定の値に達する迄、母液分流槽１３の硝酸プルトニウム及び硝酸ウラニル混合溶液は、エアリフト３２ａの吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、循環液搬送管５０内を上昇して、母液分流槽１３に還流される。

このようにして、母液分流槽１３内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を混合供給槽１０に還流し、濃縮装置１１、晶析装置１２により硝酸ウラニルのみを晶析、排出する作業を繰返すことにより、母液分流槽１３内のＰｕ富化度は次第に増加する。
この還流、濃縮、晶析の１サイクルに要する時間は、約１５時間掛かる。
一方、サンプリング分析には、約３時間要する。
そこで、定期的に、サンプリング分析を行い、Ｐｕ富化度の増加状況を記録しておくことにより、Ｐｕ富化度が所定の値に達する時刻を予測できる。
その時刻になったとき、製品溶液搬送管７１を介して、母液分流槽１３内の製品溶液の払い出しを開始することによって、Ｐｕ富化度を増加する作業を停止する。

そして、母液分流槽１３内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、エアリフト３２ｂの吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、製品溶液搬送管７１を介して、図１に示すウラン／プルトニウム脱硝装置８ａに搬送される。
なお、製品におけるＰｕ富化度の精度が要求される場合には、一旦、富化度微調整槽１５に送付される。

（ＵＮＨ溶解槽）
結晶分離機２７の脱水機２８からＵＮＨ結晶体搬送管６８内を介して搬送されてきた硝酸ウラニルは、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂに貯留される。
ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂの底部には、複数本の攪拌空気吐出管３１が配設されている。
この攪拌空気吐出管３１は、圧縮空気供給管５３により、圧縮空気供給設備４１に接続されている。
圧縮空気供給設備４１より供給された圧縮空気は、攪拌空気吐出管３１の下部に穿設された多数の吐出口から吐出され、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂを攪拌する。

試薬調整設備４３ｄとは、試薬供給管６５により接続され、試薬調整設備４３ｄから硝酸水溶液が導入されるようになっている。
また、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂ内には、エアリフト３２、３２ａも配設されている。
エアリフト３２、３２ａの作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２、３２ａの搬出口は、ＵＮＨ溶解液搬送管７２が接続されており、硝酸ウラニルは、図１に図示のウラン脱硝装置８ｂにウラン酸化物燃料Ｂとして搬出される。

なお、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂを２槽設けているのは、一方を結晶分離機２７から硝酸ウラニルの回収貯留用に、他方を製品払出し前に有意な量のプルトニウムが含まれていないことを確認するための分析待ち時間のための滞留用として交互に使用するためである。
そして、ＵＮＨ溶解槽１４ａ、１４ｂへの各種の配管、即ち、ＵＮＨ結晶体搬送管６８には三方弁等の切換弁３５ｃ、ＵＮＨ溶解液搬送管７２には同様の切換弁３５ｄ、その他、圧縮空気供給管５１、圧縮空気供給管５３、試薬供給管６５にも図示略の切換弁が介装されている。

更に、一方のＵＮＨ溶解槽１４ｂには、エアリフト３２ｂも配設されている。
エアリフト３２ｂの作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２ｂの搬出口は、微調整液供給管７３を介して、富化度微調整ポット３３に接続されている。
更に、富化度微調整ポット３３とは、微調整液戻管７４も接続されている。

上述の構成において、結晶分離機２７にて水分が除去された硝酸ウラニルの結晶は、ＵＮＨ結晶体搬送管６８を落下して一方のＵＮＨ溶解槽１４ａに貯留される。
なお、他方のＵＮＨ溶解槽１４ａは、ウラン酸化物燃料Ｂを搬出中である。
一方、試薬調整設備４３ｄから、試薬供給管６５を介して硝酸水溶液が注入される。
そして、適度な貯留量になったとき、各種の切換弁を切換えて、ＵＮＨ溶解槽１４ａをウラン酸化物燃料Ｂの搬出状態にすると共に、ＵＮＨ溶解槽１４ｂを回収、貯留状態にする。

そして、ＵＮＨ溶解槽１４ａ内の硝酸ウラニル溶液は、サンプリング、分析によって、有意な量のプルトニウムが含まれていないことを確認した後、エアリフト３２の吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、ウラン酸化物燃料ＢとしてＵＮＨ溶解液搬送管７２内を流れて、ウラン脱硝装置８ｂに搬出される。

（富化度微調整槽）
富化度微調整槽１５は、正確なＰｕ富化度の製品を搬出する場合に使用される。
富化度微調整槽１５には、前述のごとく母液分流槽１３からの製品溶液搬送管７１が接続されている。
また、富化度微調整槽１５内には、エアリフト３２も配設されている。
エアリフト３２の作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２の搬出口は、製品溶液搬送管７９が接続されており、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、需要に応じたＰｕ富化度を持つＭＯＸ燃料Ｃ用として、図１に図示のウラン／プルトニウム脱硝装置８ｂに搬出されようになっている。
富化度微調整槽１５には、図示略のサンプリング装置も取付けられている。

更に、富化度微調整槽１５の上方には、小容量の富化度微調整ポット３３が配設されている。
この富化度微調整ポット３３は、前述のごとく、微調整液供給管７３及び微調整液戻管７４により、ＵＮＨ溶解槽１４ｂと接続されている。
なお、微調整液戻管７４は、富化度微調整ポット３３の上下高さの中央部に接続されており、富化度微調整ポット３３に所定量の硝酸ウラニル溶液が溜まると、それ以上の硝酸ウラニル溶液はオーバーフローして、微調整液戻管７４内を落下してＵＮＨ溶解槽１４ｂに戻るようになっている。
富化度微調整ポット３３の下端と富化度微調整槽１５とは、微調整液排出弁７６が介装された微調整液排出管７５により接続されている。

上述の構成において、母液分流槽１３から製品溶液搬送管７１内を流れて、富化度微調整槽１５に、Ｐｕ富化度が調整された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液が搬送されてくる。
一方、富化度微調整ポット３３には、ＵＮＨ溶解槽１４ｂより微調整液供給管７３内を流れて硝酸ウラニル溶液が搬送されてくる。
なお、余分の硝酸ウラニル溶液は、微調整液戻管７４を介してＵＮＨ溶解槽１４ｂに戻される。

そして、サンプリング装置により、富化度微調整槽１５内のウラン及びプルトニウムの分量がサンプリング分析によって測定される。
また、富化度微調整ポット３３内のウランの濃度は、ＵＮＨ溶解槽１４ｂでのサンプリング、分析によって既知である。
このとき、富化度微調整槽１５及び富化度微調整ポット３３に溜まる容積は既知であり、上述の各サンプリング装置によるサンプリング、分析結果に基づき、富化度微調整ポット３３から富化度微調整槽１５に搬送する必要回数を算出できる。
そして、富化度微調整ポット３３に硝酸ウラニル溶液が溜まる毎に、微調整液排出弁７６を開く。

例えば、Ｐｕ富化度、富化度微調整槽１５のウラン濃度とプルトニウム濃度の和と、富化度微調整ポット３３内のウラン溶液の濃度が、ほぼ等しいとした場合、富化度微調整槽１５と富化度微調整ポット３３との容積比が、１０００：１の場合、０．１％単位でＰｕ富化度を微調整できる。
また、容積比が１００：１の場合は、１％単位でＰｕ富化度を微調整できる。
このようにして、Ｐｕ富化度が微調整された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、エアリフト３２の吸込口から吸込まれ、圧縮空気供給管５１を介して圧縮空気供給設備４０から送付されてきた作動流体（圧縮空気）の作用により、製品溶液搬送管７９を介して、正確なＰｕ富化度のＭＯＸ燃料Ｃ用として図１に示すウラン／プルトニウム脱硝装置８ａに搬送される。

（オフガス浄化装置）
スクラバー３４からのオフガスは、オフガス排出管５８を介して排出される。
このオフガス排出管５８には、冷却器１７が介装されている。
冷却器１７には、冷却設備４５からの冷却水供給管５９及び冷却水供給管６０が接続されている。
そして、オフガス排出管５８の下流側は、洗浄塔１８の下部に接続されている。
この洗浄塔１８の上部付近には、試薬調整設備４３ｃからの試薬供給管６５が接続されている。

更に、洗浄塔１８の上部付近には、洗浄液受槽１９からの洗浄液供給ポンプ３７が介装された洗浄液供給管７０が接続されている。
この洗浄塔１８の下端には、洗浄済液を洗浄液受槽１９に戻す洗浄液戻管７８が接続されている。
洗浄塔１８の上端は、オフガス処理設備４６にオフガスを送付するオフガス排出管８１が接続されている。

一方、冷却器１７にて凝縮された凝縮水は、凝縮水回収管６７、切換弁３５ａを介して凝縮液受槽１６ａ、１６ｂに送付される。
凝縮液受槽１６ａ、１６ｂの底部には、複数本の攪拌空気吐出管３１が配設されている。
この攪拌空気吐出管３１は、圧縮空気供給管５３により、圧縮空気供給設備４１に接続されている。
圧縮空気供給設備４１より供給された圧縮空気は、攪拌空気吐出管３１の下部に穿設された多数の吐出口から吐出され、凝縮液受槽１６ａ、１６ｂ内を攪拌する。

また、凝縮液受槽１６ａ、１６ｂ内には、エアリフト３２も配設されている。
エアリフト３２の作動流体投入口は、圧縮空気供給管５１により圧縮空気供給設備４０に接続されている。
また、エアリフト３２の搬出口は、酸回収管７７、切換弁３５ｂを介して酸回収設備４７に接続されている。

上述の構成において、オフガス排出管５８により排出されたオフガスは、冷却器１７により冷却され、水分、硝酸等が除去される。
その後、オフガスは、洗浄塔１８において、試薬調整設備４３ｃからの試薬及び洗浄液受槽１９からの洗浄液により洗浄されて、オフガス処理設備４６に送付される。
一方、冷却器１７にて除去された水分、硝酸等は、凝縮液受槽１６ａ、１６ｂに搬送された後、エアリフト３２により酸回収設備４７へ搬送される。

従来の装置では、Ｐｕ富化度の低いＬＷＲ使用済燃料の処理の場合、ウラン濃度、硝酸濃度、冷却温度の制限から必要とするＰｕ富化度を得るためには、混合供給槽１０、濃縮装置１１、晶析装置１２、母液分流槽１３、ＵＮＨ溶解槽１４、等からなる工程を複数段設ける必要があった。しかしながら、本実施例１の使用済原子燃料の富化度調節装置、及び富化度調節方法によれば、母液分流槽１３内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を混合供給槽１０に循環させつつ濃縮装置１１及び晶析装置１２で濃縮、晶析を行っているので、１段（１組）の富化度調節装置４により所望のＰｕ富化度を得ることができる。

ＬＷＲ燃料受入れ・貯蔵装置Ａ１、前処理装置１ａのみならず、ＦＢＲ燃料受入れ・貯蔵装置Ａ２、前処理装置１ｂをも備えることにより、プルトニウムの需要が多いときにはプルトニウム含有量の多いＦＢＲ（高速炉）使用済炉心燃料を処理し、プルトニウムの需要が少ないときにはＬＷＲ（軽水炉）使用済燃料やＦＢＲのブランケット燃料、新型転換炉等のプルトニウム含有量の少ない使用済燃料を処理することによって、装置の稼働率を下げることなく、プルトニウム需要の変動に対応して、余剰プルトニウムの発生を抑えることができる。
また、ＦＢＲ対応のＭＯＸ燃料、ＬＷＲのＭＯＸ燃料等のＰｕ富化度の異なる燃料に対しても需要に応じた柔軟な製造が可能となる。
しかも、これらの効果を従来の再処理施設に比較して、簡素な設備構成で実現でき、かつ、受け入れる使用済燃料、払い出す酸化物燃料の仕様の変動にも関わらず、安定した運転が可能な再処理施設を実現できる。

また、富化度微調整槽１５内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を、十分に容量の小さい富化度微調整ポット３３内の硝酸ウラニル溶液で所定回数薄めることにより、Ｐｕ富化度を微調整できる。

次に、図４に基づき、本発明の実施例２につき説明する。
図４は、本発明の実施例２に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。
なお、図４においては、実施例１と同一の部位については同一の符号を付して示している。
そこで、実施例１と異なる点を主に説明する。
実施例２においては、ＬＷＲ又は及びＦＢＲ燃料の受入れ・貯蔵Ａ１、Ａ２から混合逆抽出装置（又は工程）３までは、図１、２、３に示した本発明の実施例１と変わるところはない。
実施例１（図１、２、３）と異なる点は、混合逆抽出装置（又は工程）３と富化度調節装置（又は工程）４との間に、精製工程（装置）５を配設した点にある。

即ち、図４に示すように、混合逆抽出装置３において水相側に移された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウムは、精製装置（又は工程）５に送られる。
そして、精製装置５において、リン酸トリブチルを含む有機溶媒中へ抽出され、溶液中に含まれる核分裂生成物などの微量な残滓が洗浄除去される。
その後、実施例１と同様に富化度調節装置４等において同様の処理が行われる。
この実施例２の使用済燃料の富化度調節装置、富化度調節方法或いは再処理施設によれば、実施例１と同様の作用、効果を奏することができる。
本実施例２の場合、得られたＭＯＸ燃料Ｃの除染係数（ＤＦ）は、１０^６〜１０^８と高くなり、取り扱いは容易となる。

次に、図５に基づき、本発明の実施例３につき説明する。
図５は、本発明の実施例３に係る使用済燃料の再処理プラントの概略図、図６は、本発明の実施例３に適用される超臨界直接抽出装置の処理内容を示すフローチャートである。
なお、図５においては、実施例１と同一の部位については同一の符号を付して示している。
そこで、実施例１と異なる点を主に説明する。
実施例３においては、ＬＷＲ又は及びＦＢＲ燃料の受入れ・貯蔵Ａ１、Ａ２、及び前処理装置（又は工程）１ａ、１ｂについては、本発明の実施例１と変わるところはない。

前処理装置（又は工程）１ａ、１ｂで解体またはせん断、粉砕された使用済燃料等を、後述する超臨界直接抽出装置（又は工程）９において、リン酸トリブチルと硝酸との錯体をとけ込ませた４０〜７０℃、１０〜３０ＭＰａの超臨界二酸化炭素流体と接触させ、ウランおよびプルトニウムを直接抽出する。
ウランおよびプルトニウムはそれぞれ、リン酸トリブチル−硝酸ウラニル錯体、リン酸トリブチル−硝酸プルトニウム錯体となって、超臨界二酸化炭素に溶解し、被覆管および核分裂生成物から分離される。

超臨界直接抽出装置（又は工程）９では、更にリン酸トリブチル−硝酸ウラニル錯体、リン酸トリブチル−硝酸プルトニウム錯体がとけ込んだ超臨界二酸化炭素流体を硝酸溶液と接触させることで、水相側に逆抽出し、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を得て、富化度調節装置（又は工程）４に送られる。
その後、実施例１と同様に富化度調節装置４等において同様の処理が行われる。
本実施例３の場合、得られたＭＯＸ燃料、およびウラン酸化物燃料の除染係数（ＤＦ）は低い（１０^２〜１０^３）が、工程は簡素となる。

次に、図６に基づき、超臨界直接抽出装置９につき詳細に説明する。
図６に示すように、前処理装置１ａ、１ｂにて得られた使用済燃料は、超臨界直接抽出装置９にて、以下の処理が行われる。
即ち、使用済燃料は、直接抽出塔Ｓ１に投入され、リン酸トリブチル−硝酸錯体Ａ０３が溶け込んだ超臨界二酸化炭素流体と接触する。
使用済燃料中のウランおよびプルトニウムは、それぞれ超臨界二酸化炭素に溶解したリン酸トリブチル−硝酸ウラニル錯体、リン酸トリブチル−硝酸プルトニウム錯体Ａ０７となって、被覆管および核分裂生成物Ａ０２から分離される。

しかる後、超臨界二酸化炭素に溶解したリン酸トリブチル−硝酸ウラニル錯体、リン酸トリブチル−硝酸プルトニウム錯体Ａ０７を硝酸水溶液（水相）Ａ０５と接触させる逆抽出塔Ｓ３により、水相にウラン、プルトニウムを逆抽出し、硝酸ウラニル溶液および硝酸プルトニウム混合溶液Ａ０８を得る。
硝酸水溶液Ａ０５の硝酸濃度は、０．０２ｍｏｌ／Ｌ程度である。

逆抽出された残りのリン酸トリブチルを含む超臨界二酸化炭素を減圧することにより超臨界状態をブレークすると、炭酸ガスＡ０６からリン酸トリブチルＡ０９が分離され、再使用される。リン酸トリブチルＡ０９は硝酸Ａ０１と接触後、ＴＢＰ−硝酸錯体Ａ０３とに戻る。
逆抽出された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液Ａ０８は、実施例１、２、３と同様に、富化度調節装置４等において同様の処理が行われる。

本願の実施例３の使用済燃料の再処理施設によれば、上述の本発明の実施例１の作用、効果に加えて、使用済燃料を超臨界直接抽出装置９にて、リン酸トリブチルなどの有機溶媒と硝酸との錯体をとけ込ませた超臨界二酸化炭素流体に接触させ、硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を直接抽出することによって、実施例１よりもさらに簡素な再処理施設を得ることができる。

次に、図７に基づき、本発明の実施例４につき説明する。
図７は、本発明の実施例４に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。
実施例４は、実施例１（図１）における富化度調節装置（又は工程）４での処理の後、ウラン／プルトニウム精製装置（又は工程）５ａ及びウラン／プルトニウム濃縮装置（又は工程）７ａ、並びにウラン精製装置（又は工程）５ｂ及びウラン濃縮装置（又は工程）７ｂを追加したものである。
なお、図７において、実施例１（図１）と同一の部位については同一の符号を付して示している。
そこで、実施例１と異なる点を主に説明する。

富化度調節装置（又は工程）４において、所定のＰｕ富化度となった硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、ウラン／プルトニウム精製装置（又は工程）５ａにおいて、リン酸トリブチルを含む有機溶媒中へ抽出され、溶液中に含まれる核分裂生成物などの微量な残滓が洗浄除去される。
さらに有機溶媒から硝酸溶液への逆抽出により、精製された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液が得られる。

精製された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、ウラン／プルトニウム濃縮装置（又は工程）７ａにおいて濃縮された後、ウラン／プルトニウム脱硝装置（又は工程）８ａに送られ、酸化ウラン及び酸化プルトニウム混合物が得られる。
本実施例４の場合、得られた酸化ウラン及び酸化プルトニウム混合物の除染係数（ＤＦ）は高くなる（１０^７〜１０^８）。

一方、富化度調節装置（又は工程）４で除去されたウランは、硝酸ウラニル溶液としてウラン精製装置（又は工程）５ｂにおいて、リン酸トリブチルを含む有機溶媒中へ抽出され、溶液中に含まれる核分裂生成物などの微量な残滓が洗浄除去される。
さらに有機溶媒から硝酸溶液への逆抽出により、精製された硝酸ウラニル溶液が得られる。
精製された硝酸ウラニル溶液は、ウラン濃縮装置（又は工程）７ｂにおいて濃縮された後、ウラン脱硝装置（又は工程）８ｂに送られ、ウラン酸化物が得られる。
本実施例４の場合、得られたウラン酸化物の除染係数（ＤＦ）も高くなる（１０^７〜１０^８）。

次に、図８に基づき、本発明の実施例５につき説明する。
図８は、本発明の実施例５に係る使用済燃料の再処理プラントの概略図である。
なお、図８においては、実施例４（図７）と同一の部位については同一の符号を付して示している。
そこで、実施例４と異なる点を主に説明する。
実施例５においては、ＬＷＲ又は及びＦＢＲ燃料の受入れ・貯蔵Ａ１、Ａ２から溶解装置（又は工程）２までは、図７に示した本発明の実施例４と変わるところはない。

実施例４（図７）と異なる点は、共除染装置（又は工程）６、混合逆抽出装置（又は工程）３、ウラン／プルトニウム精製装置（又は工程）５ａ、及びウラン精製装置（又は工程）５ｂを富化度調節装置（又は工程）４の後流側に配置した点にある。

このように、共除染装置（又は工程）６、混合逆抽出装置（又は工程）３の設置位置を変えても、実施例４と同様の作用、効果を奏する。
本発明の実施例５の場合、得られたＭＯＸ燃料Ｃの除染係数（ＤＦ）は高い（１０^６〜１０^８）が、ウラン酸化物の除染係数（ＤＦ）は中段階（１０^４〜１０^６）である。

次に、図９に基づき、本発明の実施例６につき説明する。
図９は、本発明の実施例６に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。
実施例６のものにおいて、燃料貯蔵から溶解までは、実施例１（図１）変わるところはない。
なお、図９においては、実施例１（図１）と同一の部位については同一の符号を付して示している。
溶解装置（又は工程）２で得られた硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶解液は、富化度調節装置（又は工程）４送られ、硝酸ウラニルを除去して、Ｐｕ富化度が調節される。

そして、除去された硝酸ウラニルは、ウラン脱硝装置（又は工程）８ｂにおいてウラン酸化物に転換される。
一方、Ｐｕ富化度を調節された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液は、共除染装置（又は工程）６において、放射性廃棄物Ｄを除去される。
その後、混合逆抽出装置（又は工程）３、ウラン／プルトニウム濃縮装置（又は工程）７ａ、ウラン／プルトニウム脱硝装置（又は工程）を経て、混合酸化物に転換される。
各装置（又は工程）の処理内容は、実施例１（図１）又は実施例５（図８）と変わるところはない。
本発明の実施例６の場合、得られたウラン酸化物の除染係数（ＤＦ）は低い（〜１０^２）が、混合酸化物の除染係数（ＤＦ）は中程度（１０^４〜１０^６）である。

本実施例６は、実施例１（図１）に比較して、富化度調節装置（又は工程）４でウラン成分が除去されている分、共除染装置（又は工程）６、混合逆抽出装置（又は工程）３での処理量が小さくなる反面、ウラン／プルトニウム濃縮装置（又は工程）７ａが追加されている。
更に、プルトニウム需要に応じて、共除染装置（又は工程）６、混合逆抽出装置（又は工程）３、ウラン／プルトニウム濃縮装置（又は工程）７ａの連続処理を行う部分の処理負荷が変動するため、一時貯蔵を目的とする設備が増加する。

なお、図１１の従来技術では、共除染工程で中程度のＤＦまで除染していたウラン／プルトニウム溶液を、除染係数の低いウラン溶液を用いて富化度調整を行うため、混合酸化物の除染係数が低いものとなっていたのに対し、本実施例６では低いＤＦの硝酸ウラニル溶液を用いた富化度調整は必要なくなるため、比較的高い除染係数の混合酸化物が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。

本発明の実施例１に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 実施例１に適用される富化度調節装置の概略原理図である。 実施例１に適用される富化度調節装置の詳細構成図である。 本発明の実施例２に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 本発明の実施例３に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 本発明の実施例３に適用される超臨界直接抽出装置の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の実施例４に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 本発明の実施例５に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 本発明の実施例６に係る使用済燃料の再処理施設の概略図である。 従来の軽水炉使用済燃料の再処理施設の概略図である。 従来の高速増殖炉使用済燃料の再処理施設の概略図である。 従来の軽水炉使用済燃料及び高速増殖炉使用済燃料の再処理施設の概略図である。 高速増殖炉（ＦＢＲ）導入期におけるプルトニウム需給バランスの説明図である。 高速増殖炉（ＦＢＲ）導入期におけるプルトニウム余剰量の説明図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 前処理装置
２ 溶解装置
３ 混合逆抽出装置
４ 富化度調節装置
５ 精製装置
５ａ ウラン／プルトニウム精製装置
５ｂ ウラン精製装置
６ 共除染装置
７ａ ウラン／プルトニウム濃縮装置
７ｂ ウラン濃縮装置
８ａ ウラン／プルトニウム脱硝装置
８ｂ ウラン脱硝装置
９ 超臨界直接抽出装置
１０ 混合供給槽
１１ 濃縮装置
１２ 晶析装置
１３ 母液分流槽
１４、１４ａ、１４ｂ ＵＮＨ溶解槽
１５ 富化度微調整槽
１６ａ、１６ｂ 凝縮液受槽
Ａ１ 軽水炉使用済燃料
Ａ２ 高速増殖炉使用済燃料
Ｂ ウラン酸化物燃料（Ｆ−ＲＢ、ＡＢ）
Ｃ ＭＯＸ燃料
Ｃ１ 高速増殖炉炉心燃料（Ｆ−ＭＯＸ）
Ｃ２ 高速増殖炉炉心燃料（Ｆ−ＭＯＸ）
Ｄ 放射性廃棄物
Ｄ１ 核分裂生成物（ＦＰ）
Ｄ２ マイナーアクチニド（ＭＡ）
１７ 冷却器
１８ 洗浄塔
１９ 洗浄液受槽
２０ 加熱部
２１ 気液分離部
２２ 回転筒
２３ 冷却器
２４ 駆動モータ
２５ 冷却器
２６ 駆動モータ
２７ 結晶分離機
２８ 脱水機
２９ 駆動モータ
３０ フィーダ
３１ 攪拌空気吐出管
３２、３２ａ、３２ｂ エアリフト
３３ 富化度微調整ポット
３４ スクラバー
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 切換弁
３７ 洗浄液供給ポンプ
４０ 圧縮空気供給設備
４１ 圧縮空気供給設備
４２ 蒸気設備
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ 試薬調整設備
４４ 冷却設備
４５ 冷却設備
４６ オフガス処理設備
４７ 酸回収設備
５０ 循環液搬送管
５１ 圧縮空気供給管
５２ 原料液搬送管
５３ 圧縮空気供給管
５４ 混合液搬送管
５５ 蒸気供給管
５６ 凝縮水戻管
５７ 濃縮液搬送管
５８ オフガス排出管
５９ 冷却水供給管
６０ 冷却水供給管
６１ 冷却水戻管
６２ 母液搬送管
６３ ＵＮＨ結晶体搬送管
６４ ＵＮＨ結晶体移送管
６５ 試薬供給管
６６ 凝縮水戻管
６７ 凝縮水回収管
６８ ＵＮＨ結晶体搬送管
６９ 洗浄廃液回収管
７０ 洗浄液供給管
７１ 製品溶液搬送管
７２ ＵＮＨ溶解液搬送管
７３ 微調整液供給管
７４ 微調整液戻管
７５ 微調整液排出管
７６ 微調整液排出弁
７７ 酸回収管
７８ 洗浄液戻管
７９ 製品溶液搬送管
８１ オフガス排出管

Claims (10)

1. 使用済原子燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合し貯留する混合供給槽と、
   該混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する濃縮装置と、
   該濃縮装置内の濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する晶析装置と、
   上記晶析装置にて晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度を定期的に計測するサンプリング装置を備えた母液分流槽と、
   該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を循環液として上記混合供給槽に循環させる循環液搬送手段と、
   上記母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を取出す溶液取出手段とを備え、
   前記サンプリング装置によって計測された前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで、前記循環液搬送手段により前記循環液を前記混合供給槽へ戻し、前記濃縮装置及び前記晶析装置での処理を繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、
   前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達したときに、前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を前記溶液取出手段により取出すように構成したことを特徴とする富化度調節装置。
2. 使用済原子燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合し貯留する混合供給槽と、
   該混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する濃縮装置と、
   該濃縮装置内の濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する晶析装置と、
   該晶析装置より排出された晶析した硝酸ウラニルを硝酸に溶解して貯蔵するウラン溶解槽と、
   上記晶析装置にて晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度を定期的に計測するサンプリング装置を備えた母液分流槽と、
   該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を循環液として上記混合供給槽に循環させる循環液搬送手段と、
   上記母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を抽出し貯留する富化度微調整槽と、
   上記ウラン溶解槽内の硝酸ウラニル溶液を所定量貯留して上記富化度微調整槽に排出する富化度微調整ポットと、備え、
   前記サンプリング装置によって計測された前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで、前記循環液搬送手段により前記循環液を前記混合供給槽へ戻し、前記濃縮装置及び前記晶析装置での処理を繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、
   前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達したときに、前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を前記富化度微調整槽に抽出し、
   前記富化度微調整槽に貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液に、前記富化度微調整ポットから排出される硝酸ウラニル溶液を混合することにより、前記プルトニウム成分の富化度を公差内の値に微調整するように構成したことを特徴とする富化度調節装置。
3. 上記使用済原子燃料は、軽水炉からの使用済原子燃料を含むＰｕ含有率の低い使用済原子燃料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の富化度調節装置。
4. 上記使用済原子燃料は、軽水炉及び高速増殖炉からの使用済原子燃料を含むＰｕ含有率の異なる複数の使用済原子燃料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の富化度調節装置。
5. ウラン及びプルトニウムを含有する使用済原子燃料を受入れ貯蔵する貯蔵庫と、
   該貯蔵手段内の使用済原子燃料を解体、せん断、または粉砕する前処理装置と、
   該前処理装置内の使用済原子燃料を硝酸に溶解させ、燃料溶解液とする溶解装置と、
   該溶解装置にて生成された燃料溶解液からウランおよびプルトニウムを、リン酸トリブチルを含む溶媒によって抽出する共除染装置と、
   該共除染装置にて生成されたウランおよびプルトニウムを含む溶媒から、ウランおよびプルトニウムを硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウム混合溶液として逆抽出する混合逆抽出装置と、
   該硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液から硝酸ウラニルを除去し、Ｐｕ富化度を調節する、請求項１〜４のいずれかに記載された富化度調節装置と、
   該富化度調節装置内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を脱硝し酸化ウラン及び酸化プルトニウムを生成するウラン及びプルトニウム脱硝装置と、
   該富化度調節装置内の硝酸ウラニルを脱硝し酸化ウランを生成するウラン脱硝装置と、
   を備えたことを特徴とする再処理施設。
6. ウラン及びプルトニウムを含有する使用済原子燃料を受入れ貯蔵する貯蔵庫と、
   該貯蔵手段内の使用済原子燃料を解体、せん断、または粉砕する前処理装置と、
   該前処理装置内の使用済原子燃料を硝酸に溶解させ、燃料溶解液とする溶解装置と、
   該燃料溶解液から硝酸ウラニルを除去し、Ｐｕ富化度を調節する、請求項１〜４のいずれかに記載された富化度調節装置と、
   該富化度調節装置にてＰｕ富化度を調節された燃料溶解液からウランおよびプルトニウムを、リン酸トリブチルを含む溶媒によって抽出する共除染装置と、
   該共除染装置にて生成されたウランおよびプルトニウムを含む溶媒から、ウランおよびプルトニウムを硝酸ウラニルおよび硝酸プルトニウム混合溶液として逆抽出する混合逆抽出装置と、
   該混合逆抽出装置内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を脱硝し酸化ウラン及び酸化プルトニウムを生成するウラン及びプルトニウム脱硝装置と、
   該富化度調節装置内の硝酸ウラニルを脱硝し酸化ウランを生成するウラン脱硝装置と、
   を備えたことを特徴とする再処理施設。
7. 上記溶解装置、共除染装置および混合逆抽出装置に代えて、超臨界直接抽出装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載の再処理施設。
8. 上記使用済原子燃料は、軽水炉からの使用済原子燃料を含むＰｕ含有率の低い使用済原子燃料であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の再処理施設。
9. 上記使用済原子燃料は、軽水炉及び高速増殖炉からの使用済原子燃料を含むＰｕ含有率の異なる複数の使用済原子燃料であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の再処理施設。
10. 使用済原子燃料を硝酸により溶解した燃料溶解液を起源とする硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液と下記母液分流槽からの循環液とを混合供給槽にて混合し貯留する第１工程と、
    上記混合供給槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を濃縮する第２工程と、
    濃縮された上記硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を冷却して硝酸ウラニルの一部を晶析し排出する第３工程と、
    上記晶析された硝酸ウラニルが除かれた残りの硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液を回収し母液分流槽に貯留するとともに、貯留された硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液のプルトニウム成分の富化度をサンプリング計測する第４工程と、
    該母液分流槽内の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム混合溶液の一部又は全部を循環液として上記混合供給槽に循環させる第５工程と、
    前記母液分流槽中の硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウムの混合溶液を取出す第６工程と、を有し、
    前記第４工程においてサンプリング計測される前記プルトニウム成分の富化度が設定値に達するまで前記第１工程から前記第５工程までを繰り返すことにより前記プルトニウム成分の富化度を増加させていき、
    前記第４工程において前記プルトニウム成分の富化度が前記設定値に達した場合に前記第６工程を行うことを特徴とする富化度調節方法。

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