JPH02226098A - 使用済み燃料要素用硝酸溶解溶液に含有される放射性ヨウ素の補助的脱着用装置の調節方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、核分野における燃料要素（ｆｕｅｌｅｌｅｍ
ｅｎｔｓ）の再処理として知らている方法に関するもの
である。

また、本発明は原子炉の炉心においである使用済みとな
った燃料要素（ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ　ｆｕｅｌｅｌｅ
ｍｅｎｔｓ）の特殊処理を含むもので、分裂産物、劣化
ウランおよびプルトニウムを分離抽出することを目的と
し、かつ該劣化ウランおよびプルトニウムは再利用可能
な再処理産物を溝底する。

「従来の技術」 従来から前記燃料再処理方法としてビューレックス法が
知られており、この方法はＨＮＯ３硝酸槽（ｎｉｔｒｉ
ｃ　ａｃｉｄ　ｂａｔｈ）に使用済み燃料要素を溶解し
、分裂産物、劣化ウランおよびプルトニウムを抽出する
ために前記溶液を化学処理する方法からなる。

［発明が解決しようとする課題」 しかし、使用済み燃料要素に含まれ、かつ溶解タンク（
ｃｌｉｓｓｏｌｖｉｎｇ　ｔａｎｋ）からの排出の際に
問題となる化学物質が存在し、例えば、異なる核種のヨ
ウ素がある。

このヨウ素は２つの異なる理由から特に問題となる。す
なわち、第１の理由として、このヨウ素は放射性を有す
るものであり、もし抽出されたウラニウムまたはプロト
ニウム中に紛れ込んだとしたら、ウラニウムまたはプロ
トニウムの取り扱いが難しくなる。また第２の理由は、
再処理の同行なわれる最終力焼操作（ｆｉｎａｌ　ｃａ
ｌｃｉｎａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ　）において、
前記ヨウ素がガス状化合物に転換することであり、この
ガス状化合物が存在することは好ましいものではない。

これまでは、前記ビューレックス法において使用済み燃
料集合体（ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ　ｆｕｅｌ　ａｓｓｅ
ｍｂｌｉｅｓ）を硝酸処理することによって前記ヨウ素
の約９５％が幸いにも消えてなくなり、抽出段階におい
て用いられかつ燃料要素に当初含まれていたヨウ素の５
％未満を含有するリカー（ｌｉｑｕｏｒ）の抽出が可能
であったが、前記ヨウ素残滓が５％では再処理操作にお
ける前記問題の解決には至らなかった。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、本発明にお
ける目的は溶解溶液（ｄ　ｉｓ　ｓ　ｏ　ｌｖ　ｉｎ　
ｇｓｏｌｕｔｉｏｎ）に含まれるヨウ素の補助的脱着（
ｃｏｍｐｌｉｔｎｅｎｔａｒｙ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
）を可能とする方法を示すことであり、該方法によって
該溶解溶液に含まれるヨウ素を当初、燃料要素に企まれ
ていた全ヨウ素のうちの１％以下、可能とならば０．６
％にすることである。

この方法は分裂産物、劣化ウランおよびプルトニウムの
抽出と分離のための再生を目的として、硝酸槽中におい
て使用済み燃料要素を溶解するための装置から送られた
溶液中に含まれる放射性ヨウ素の補助的脱着方法に関す
るもので、前記溶液は脱着タンク（ｄｅｓｏｒｐｔｊｏ
ｎ　ｔａｎｋ）の導入部と排出部との間を循環する。こ
の脱着タンクは連通した複数のコンパートメントからな
り、それぞれの連続して設けられたコンパートメント間
を液相が流動することを特徴とする。導入および排出コ
ンパートメントを除く中央部の各コンパートメントには
、含有液相亜硝酸ＨＮＯ２濃度を測定するためのレドッ
クス電位測定用電極が設けられ、かつ該コンパートメン
トの下部にオリフエス（複数の穴部）を有する管が配設
されて管列システムを形成しており、ヨウ素の脱着と前
記タンクからの蒸気相を伴う前記ヨウ素の排出後、該オ
リフエスを介して一般式ＮＯ８として表される蒸気を連
続的に溶液中に吹き込んで前記亜硝酸酸化物蒸気（ｎｉ
ｔｒｏｕｓ　ｇａｓ）の気泡を生じさせることによって
、亜硝酸ＨＮＯｘを生じさせることができる。溶液の温
度を沸騰温度に保つように保温するための装置は中央コ
ンパートメントの外側に設けられている。

残滓ヨウ素含有量は亜硝酸含有量を反映するものである
。すなわち、高いヨウ素除染係数を望むとすればするほ
ど、溶解溶液における亜硝酸濃度が高くならなければな
らない。

亜硝酸は泡立てシステムから連続的に窒素酸化物を供給
された脱着タンクにおいて生産され、該酸化窒素は液状
の硝酸ウラン溶液と反応して以下の化学式に従って亜硝
酸を作る。

Ｎｏ　＋　Ｎｏ２＋　＋（２０→２１（ＮＯ２溶解溶液
は加熱によって沸点に保たれているという事実から、）
（ＮＯｘは化学式： このような条件下では、特に亜硝酸含有量を知らべて常
時記録することがＴｉ要であり、また溶解溶液における
発生も確認することも重要である。

なぜなら、発明の実施のために維持された除染係数は溶
液中における前記酸の含有量に直接的に依存する。さら
に、脱着タンク処理における前記酸含有量を正確に把握
することもまた重要なことである。なぜなら、脱着タン
クからの溶液を供給するために実際の抽出装置を満足に
操作する上で必要で、このことは脱着タンク処理におけ
る亜硝酸レベルを可能なかぎり低く抑えるために必要で
あるからである。

この目的のために、本発明の予想もつかなかった重要な
知見からつぎのような電気化学反応式：％式％ に従って急激に分解する（溶液がＮＯｏがもはや供　　
による　ＮＯｊ／ＨＮＯ２によって示される各コンバー
ト給されない場合、数分で分解される。亜硝酸濃度　　
メントのレッドクズ電位を測定することによっては係数
１０で割り切れる）。　　　　　　　　　　　　脱着タ
ンクに含まれる沸騰溶液の北硝酸ＨＮＯ，濃度の常時測
定を可能とすることができることがわかった。

レドックス電位はネルンストの法則によって求められる
。すなわち Ｅ６はＨＮＯ，／ＨＮＯ２混合物として知られており、
Ａ＝２５Ｃ’、Ｅ”＝０．９３４Ｖである。

しかし、溶解溶液は他の化学因子を含んでおり、そのな
かで特に重要なものはウラニウム（約２５５ｇ、ｒ−’
　）である。

よって、測定は亜硝酸濃度と沸点における硝酸ウランの
レッドクズ電位とによって置き換えられ、そこではウラ
ニウム、硝酸およびプロトン濃度は一定である。

レドックス電位は高温および沸騰した硝酸の抵抗を考慮
して電極を組み合わせることによって測定した。この電
極によって測定された電位はＡｇ／ＡｇＣ１対照電極に
よるものと比較して求められた。

電位Ｅを示すものとして’［ＨＮＯ２１濃度を片対数曲
線としてプロットすると直線となり、このことはネルン
ストの法則を示している。この測定はＨＮＯ２濃度が５
．　１０−’ｍｏ１．１−’から２、ｌＯ〜”ｍｏｌ、
ｌ−’までの範囲内においてなされた。

操作条件は以下のとおりである。

（Ｈ“）−３Ｎ Ｔ緯１０６°Ｃ 理論的には、前記実験条件下とＨＮＯ３およびＨＮＯ２
のみを含む溶液を用いることによって、εと［ＨＮＯｘ
１との関係は以下のようになる。すなわち、 （ｍ”Ｊ　ｌＮｏ７Ｊ）　−１，０３４Ｖ。

実験的には、以下のような等式が得られた。すなわち、 ｖ、　＝　１．００９−０．０３７７　ｌｏｇ　（ＩＩ
Ｈ）ＪＯ，）　）よって、ウランの存在はＥ０゛値を限
定するだけである。しかし、ネルンストの法則に従った
関数Ｅ＝ｆ（［ＨＮＯ２］）で表される直線の傾きは溶
液中におけるウラニウムの存在によっては影響されない
。

つづいて、（Ｈ＋）、（Ｕ）および必然的に（ＮＯ゛）
は一定であるという事実から、その場（ｉｎ　５ｉｔｕ
）における溶液の［ＨＮＯ２］含有量を継続的に得るこ
とが可能であり、かつこの方法をヨウ素脱着タンクにお
ける亜硝酸濃度を常時測定することに関する本発明に従
って適用した。

したがって、脱着タンクの各コンパートメントに電極を
置くことによって、そのレツドクス電位が得られ、そし
て各コンパートメントにおける亜硝酸量を減少させるこ
とができる。　このことによって、ＮＯｘを脱着タンク
に送り込むことを可能し、そのことによって要求ヨウ素
除染係数の確保するために要求される亜硝酸量を得るこ
とが可能となる。

さらに、同様な方法によって、溶解溶液のＨＮＯ，含有
量に関する情報を得るために脱着タンクに電極を置くこ
とができる。

「実施例」 ｍ１図は上記の点を要約したもので、Ａ、ｇ／ＡｇＣ１
電極よって測定されたレッドクズ電位（Ｖ）に対応する
硝酸濃度（ｍｏｌｅ／Ｉ）を示す関数を与えるものであ
る。

添付された第２図を参照して、本発明にもとづく方法の
実施形態を述べる。吸着タンク１は、硝酸中に含まれる
使用済み燃料要素を溶解するためのタンクから溶液を導
入するためのバイブ３と、ヨウ素除去硝酸溶液を実存す
るが図示されていない再処理装置に送る排出バイブ５と
を有する。

本発明によれば、タンク１は複数のコンパートメントを
有し、そして記載された実施例において特有な、かつ限
定されない５つのコンパートメントが記載されており、
それらはそれぞれ導入部から排出部に向けて７．９．１
１．１３．１５と番号付けられている。　両端にあるコ
ンパートメント７および１５は脱着方法に関して何ら特
別な機能を有するものではなく、タンクｌにおける硝酸
溶液の滞留時間増加にほんの少しだけ貢献するだけであ
る。　液体導入口１９の存在によって硝酸溶液は番号１
７で示した位置よりも上には上昇せず、液体導入口１９
から排出口５へと流されていく。

本発明によれば、中央コンパートメント９．１１．１３
はいくつかの段階、例えば２１，２３．２５．２７．２
９．３１．３３．３５、に設けられた連通部を有する複
数の壁によって仕切られている。これらの異なる連通部
によって、導入口３から排出口５に向けて液相を矢印方
向に自然循環させることが可能となる。

脱着現象に関係する各中央コンパートメント９．１１．
１３の下部にはタンク１外側に備えられたバイブ３９に
よってガスを供給し、かつオリフィスを有する管配列シ
ステム３７が設けられている。バイブ３５とシステム３
７は必然的にヨウ素脱着された窒素溶液を一般式ＮＯｘ
の亜硝酸酸化物蒸気の気泡にさらすことを可能とするの
で、亜硝酸ＨＮＯ２の形成および蒸気相のタンクｌから
ガス排出口４１を経ての排出される蒸気相の排出および
要求される補助的ヨウ素脱着を各タンク９．１１．１３
において確実なものとする。

各活性コンパートメント９．１１．１３に存在する亜硝
酸量を常時モニターするために、各コンパートメント９
．１１．１３にはレッドクズ電位測定用電極４３．４５
．４７が設けられている。

各電極４３．４５．４７の下端部は水位が１７よりも下
に位置する硝酸溶液に浸されており、異なるコンパート
メント９．１１１．１３間を連続的に流動する液相の濃
度を正確に測定することができる。

最後に、少なくとも３つの中央コンパートメント９．１
１．１３の底部にはヒーター（加熱装置）４９が設けら
れており、例えば該ヒーターは電気抵抗または加熱蒸気
によって加熱する包装材からなり、これによって、前記
コンパートメント９．１１．１３中の硝酸溶液の温度を
硝酸溶液の沸点温度に保つことができる。

作動条件において、各コンパートメント９．１１．１３
は脱着段階を示し、タンク１における溶液の滞留時間の
ために、ヨウ素は気相と液相との平衡関係にある。

供給システム３７は中央活性コンパートメント９．１１
．１３のためのもので、端部コンパートメント特に排出
口コンパートメント１５には関係しない。なぜなら、排
出口コンパートメント１５は排出バイブ５によって抽出
装置に回される液相の滞留時間を確保する場所とならな
ければならず、液体にとって好ましくない亜硝酸を最大
限排除するためのものである。

この目的のために本発明によれば、タンクｌから抽出装
置へ送られる溶解溶液中の亜硝酸濃度を測定するために
レッドクズ電位測定用補助電極をコンパートメント１５
またはコンパートメント１５から排出口５にかけての図
中符号４８で示した部位に設置することもできる。

さらに、特記すべきこととして本発明によれば、排出口
において目的とする残滓ヨウ素量を確保するためにタン
クｌのような脱着タンクを１つまたは２つつなげてもよ
い。

溶解溶液中における最終ヨウ素含有量が燃料におけるヨ
ウ素含有量の１％もしくはそれ以下になるようにするた
めに、全コンパートメントにおける平均ＨＮＯ，含有症
を１０−３ｍｏ！ｅ、Ｉ−’もしくはそれ以上となるよ
うにし、かつ実質水蒸発値（ｒｅａｌ　ｗａｔｅｒ　ｖ
ａｐｏｕｒ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ）が４
０ｋｇ、ｈ−’となるように脱着タンク１を溶解タンク
の排出口に設置する。

同様な操作条件において、残滓ヨウ素含有量を０．５％
もしくはそれ以下にするためには、タンクｌのような脱
着タンク２つを溶解タンクの排出口に設置する必要があ
る。

工業的規模の脱着タンクで試験したところ、電極によっ
てＨＮ０２含有量を常時モニターすることが可能である
ことおよびヨウ素脱着に関与した装置に注入される亜硝
酸酸化物蒸気の流動値を調製することが可能であること
がわかった。中央コンパートメントにおけるＨＮＯｘ含
有量が約５．１．０”−３の場合は除染係数は１８であ
り、一方亜硝酸が脱着タンクに注入されない場合の除染
係数は１３である。

第１図に示した曲線によると、レッドクズ電位Ｅは亜硝
酸濃度が減少すると増加する。すなわち、ＨＮ０２含有
口を一定に保とうとする場合、ＮＯ８フローの減少が必
要である。ヨウ素除染係数をもっとも要求される値の１
６．７もしくはそれ以上にする場合、濃度（ＨＮ　Ｏ２
）　　１０−　’　ｍｏｌｅ、　１−　’に設定する必
要があり、この場合１０６°Ｃ（溶液量ａ）においてレ
ツドクス電位Ｅは０．９５Ｖである。

ウランを含有し、かつ下記の特徴を有する硝酸溶液につ
いての実験を研究室で行なった。

溶液温度：１０６．５°Ｃ 溶液量：１．５１ ウラン濃度：２５５ｇ／ｌ 初期ヨウ素濃度：　７．２ｍｇ／ｌ 濃縮率：８６ｒｒ＋ｌ／ｈ 実質蒸発率：　ｌ　２６ｍｉ／ｈ この溶液を用いて該溶液の亜硝酸濃度の上昇および下記
の様な結果を引き越す除染係数の累積について調べるる
ための実験が行なわれた。ＨＮＯｘを発生させるだの硝
酸ナトリウムＮａＮＯ２流動の非存在２時間後において
、除染係数は１４．６であった。５ｍｏｌｅ／ｈ、のＮ
ａＮＯ２存在下で実験すると、前記と同じ２時間後にお
いてヨウ素に関する累積除染係数は９１．５であった。

「発明の効果」 本発明はヨウ素の脱着に影響を及ぼす主化学的因子は溶
液中に常に存在している亜硝酸ＨＮＯ２であることを明
らかにした。よって、本発明の方法は特に亜硝酸大気に
前記溶液をさらすこと、またその場（ｉｎ　５ｉｔｕ）
における前記酸の溶液中濃度をレッドクズ電位測定用電
極を用いて常時測定することからなる。

本発明によれば、ヨウ素の補助的脱着方法は溶解タンク
を通過した硝酸酸化物溶液（ｎｉｔｒｉｃｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ）を脱着タンクへ連続的に供給する方法と、液相表
面の下方に位置したオリフエスによって連通されたいく
つかのコンパートメントを経ることによって前記亜硝酸
溶液を系統的に前記脱着タンクに通すことからなり、こ
の脱着タンクにおける唾硝酸酸化物蒸気の吹き込みによ
る泡立てによって亜硝酸が作られことによって、完全な
ヨウ素脱着が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレッドクズ電位と亜硝酸濃度との関係を示す片
対数グラフである。 第２図は本発明にもとづぐ脱着タンクの概略説明図であ
る。 １５９．脱着タンク、３１１．導入口、５０３．排出口
、 ７．９、ＩＩ、１３．１５．、、コンパートメント、 ２１．３５．、、連絡通路、 ３７、、、管列システム、 ４９、、、加熱装置。 出Ｊｌｆｆｉ人　　コミッサリア　ア　レネジイアトミ
ック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分裂産物、劣化ウラニウムおよびプロトニウムを
   分離および抽出するための再処理を目的として硝酸槽に
   使用済み燃料要素を溶解するための装置から排出される
   溶液中に含まれる放射性ヨウ素の補助的脱着用装置の調
   節方法において、タンク内に一列に並ぶようにして配列
   された各コンパートメント間に液相が連続して流動可能
   となる連絡通路を設け、全コンパートメントのうち、導
   入コンパートメントおよび排出コンパートメントを除く
   各コンパートメント（中央コンパートメント）にレッド
   クズ電位測定用電極を内蔵し、中央コンパートメント下
   端部に亜硝酸ＨＮＯ＿２を発生させることを目的として
   前記溶液に亜硝酸酸化物蒸気（一般式ＮＯ＿ｘ）を注入
   して泡立たせるためのオリフィスを有する管列システム
   を具備し、さらに前記タンク外側に具備された加熱装置
   によって前記中央コンパートメントにおいて前記溶液を
   加熱して前記溶液の温度を前記溶液の沸点に維持できる
   ようにし、前記タンクの導入部と排出部との間に前記溶
   液を循環させ、前記レッドクズ電位測定用電極によって
   各コンパートメントにおける前記液相のＨＮＯ＿２含有
   量を継続的に調べ、かつ前記コンパートメントからの要
   求されたヨウ素補助的脱着および前記タンクからの蒸気
   相を伴った前記ヨウ素排出をおこなうことを特徴とする
   使用済み燃料要素用硝酸溶解溶液に含有される放射性ヨ
   ウ素の補助的脱着用装置の調節方法。
2. （２）請求項（１）にもとづく方法において、ヨウ素除
   染係数が１６．７もしくはそれ以上で、ＨＮＯ＿２濃度
   が５．１０＾−＾３ｍｏｌｅ．ｌ＾−＾１にもしくはそ
   れ以上に設定され、該濃度はＡｇ／ＡｇＣｌ電極におい
   てレッドクズ電位０．９５Ｖもしくはそれ以下に一致す
   ることを特徴とする使用済み燃料要素用硝酸溶解溶液に
   含有される放射性ヨウ素の補助的脱着用装置の調節方法
   。