Treatment of fuel debris using molten fluorides

• Project/Area Number: 15K06665
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: Matsuura Haruaki 東京都市大学, 工学部, 准教授 (70262326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 修彰 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70154078)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): UEHARA Akihiro 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (30402952)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 燃料デブリ / フッ化 / 溶融塩電解 / ウラン / ジルコニウム / 熱重量測定 / 固溶体 / 不均化 / 溶融塩 / 溶解 / 電解 / フッ化物 / 塩化物 / 選択フッ化 / 酸化ウラン / 酸化ジルコニウム

Outline of Final Research Achievements

The basic studies for optimization of process for pyroprocess constructed by selective fluorination and molten salt electrolysis have been carried out for the treatment of fuel debris caused by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Novel knowledge by this study is shown as follows: By using hydrogen fluoride gas, fluorination rate of the fuel debris produced in reductive atmosphere is more rapid than that produced in oxidative atmosphere. Even zirconium floride cannot be dissolved into molten fluoride at low temperature. Zirconium fluoride can be dissolved into molten chloride for electrolysis. These results can be contributed to the optimum of process design for uranium extraction selectively from fuel debris.

Research Products

• [Journal Article] Fluorination Behavior of Uranium-Zirconium Mixture by Hydrogen Fluoride (2016)
  • Author(s): Takahiro Ono, Nobuaki Sato, Atsushi Nezu, Takafumi Uchiyama, Haruaki Matsuura
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 75 Issue: 15 Pages: 87-93
  • DOI: 10.1149/07515.0087ecst
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 燃料デブリ処理のためのウラン-ジルコニウム酸化物の相関係とフッ化水素によるフッ化挙動 (2017)
  • Author(s): 大野 貴裕，内山 孝文,根津 篤, 佐藤 修彰，松浦 治明
  • Organizer: 日本原子力学会春の年会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] Fluorination of Uranium-Zirconium Mixture by Hydrogen Fluoride (2017)
  • Author(s): Haruaki Matsuura,Takahiro Ono, Takafumi Uchiyama, Atsushi Nezu, Nobuaki Sato
  • Organizer: The 6th Asian Symposium of Molten Salt Chemistry and Technology, Gyeongju, Korea, 13-16, June 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Redox behavior of zirconium in molten LiCl-KCl coexisting oxide (2017)
  • Author(s): Tatsuya Emori, Yukiko Okada, Takafumi Uchiyama, Haruaki Matsuura
  • Organizer: The 6th Asian Symposium of Molten Salt Chemistry and Technology, Gyeongju, Korea, 13-16, June 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 選択フッ化と溶融塩電解による燃料デブリの処理 (1)選択フッ化プロセス (2017)
  • Author(s): 松浦治明、内山孝文、根津篤、佐藤修彰
  • Organizer: 日本原子力学会秋の大会、札幌、2017年9月
• [Presentation] 選択フッ化と溶融塩電解による燃料デブリの処理(2)フッ化物溶融塩へのフッ化ジルコニウムの溶解挙動 (2017)
  • Author(s): 佐藤忠義、内山孝文、佐藤修彰、松浦治明
  • Organizer: 日本原子力学会秋の大会、札幌、2017年9月
• [Presentation] 選択フッ化と溶融塩電解による燃料デブリの処理(3)溶融塩化物浴中におけるフッ化物イオン共存下でのジルコニウムの電気化学的挙動 (2017)
  • Author(s): 江森達也、内山孝文、松浦治明
  • Organizer: 日本原子力学会秋の大会、札幌、2017年9月
• [Presentation] Selective fluorination and molten salt electrolysis for fuel debris; HF fluorination of UO2 and ZrO2 (2017)
  • Author(s): H.Matsuura, T.Ono,T.Uchiyama, A.Nezu, N.Sato
  • Organizer: Asian Nuclear Fuel Conference 2017 (2017 Sep. 8-9, Jeju, Korea)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrochemical Behavior of Zirconium in Molten Chloride - Coexisting Fluoride for Fuel Debris Treatment (2017)
  • Author(s): Tatsuya Emori, Takafumi Uchiyama, Haruaki Matsuura
  • Organizer: Asian Nuclear Fuel Conference 2017 (2017 Sep. 8-9, Jeju, Korea)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 溶融 LiCl-KCl 中に存在する酸化物イオン及びフッ化物イオンが及ぼす ジルコニウムの酸化還元挙動への影響 (2017)
  • Author(s): 江森達也、内山孝文、松浦治明
  • Organizer: 第49回溶融塩化学討論会、2017.11.30-12.1、吹田
• [Presentation] 酸化物が共存したフッ化ジルコニウムのフッ化物溶融塩への溶解挙動 (2017)
  • Author(s): 佐藤忠義、内山孝文、松浦治明
  • Organizer: 日本原子力学会関東・甲越支部学生研究発表会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学豊洲キャンパス（東京都）
• [Presentation] LiCl-KCl共晶溶融塩中における酸化物共存下でのジルコニウムの電気化学的挙動 (2016)
  • Author(s): 江森達也、岡田往子、松浦治明、内山孝文、井﨑恭子
  • Organizer: 溶融塩化学討論会
  • Place of Presentation: 新潟大学駅南キャンパスときめいと（新潟県）
  • Year and Date: 2016-11-24
• [Presentation] Fluorination Behavior of Uranium-Zirconium Mixture by Hydrogen Fluoride (2016)
  • Author(s): Takahiro Ono, Nobuaki Sato, Atsushi Nezu, Takafumi Uchiyama, Haruaki Matsuura
  • Organizer: PRiME2016
  • Place of Presentation: ホノルル（アメリカ合衆国）
  • Year and Date: 2016-10-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フッ化水素によるウラン-ジルコニウム混合試料のフッ化挙動 (2016)
  • Author(s): 大野 貴裕，佐藤 修彰，根津 篤, 内山 孝文, 松浦 治明
  • Organizer: 日本原子力学会秋の大会
  • Place of Presentation: 久留米シティプラザ（福岡県）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] フッ化水素によるウラン-ジルコニウム混合試料のフッ化挙動 (2016)
  • Author(s): 大野貴裕、佐藤修彰、根津篤、内山孝文、松浦治明
  • Organizer: 日本原子力学会春の年会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス（宮城県）
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] 選択フッ化および溶融塩電解法を用いた燃料デブリの処理―（４）種々の組成の酸化ウランージルコニウム混合物のフッ化挙動 (2015)
  • Author(s): 松浦治明、根津篤、赤塚洋、佐藤修彰
  • Organizer: 日本原子力学会秋の大会
  • Place of Presentation: 静岡大学静岡キャンパス（静岡県）
  • Year and Date: 2015-09-09