2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of elemental separation using laser induced reaction and its application to high-level radioactive waste
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15H04248
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐伯 盛久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (30370399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅井 志保 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (10370339)
松村 大樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, 研究主幹 (30425566)
田口 富嗣 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (50354832)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 反応・分離工学 / 原子力エネルギー / 廃棄物再資源化 / レーザープロセシング / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
報告者は、白金族イオンを含む複数元素イオン混合溶液にパルス発振紫外レーザーを照射し、白金族イオンだけを選択的に光還元・微粒子化して、ろ過により他の元素イオンと分離・回収する技術を考案した（レーザー微粒子化分離）。そこで本研究課題では、使用済核燃料溶解液（または高レベル放射性廃液）から２次放射性廃棄物の発生量を抑制しつつ、レーザー微粒子化分離法により白金族元素だけを選択的に分離・回収する技術を開発する。
平成２８年度までに、我々はパルス発振紫外レーザーを使った使用済核燃料溶解液からのレーザー微粒子化分離によるパラジウム回収試験を行い、２次放射性廃棄物の発生量を抑制しつつ、90%以上の効率でアクチノイドを含まないパラジウムを回収することに成功した。また、元素回収効率向上を目指し、レーザー微粒子化の反応メカニズムを時間分解X線吸収分光で調べる準備を進めてきた。
平成２９年度は、パラジウムイオン溶液中のレーザー微粒子化分離法において、どのようなメカニズムで化学反応が進行しているのかを解明するために、前年度に引き続き、放射光施設（SPring-8）において時間分解X線吸収分光測定を行った。そして、放射光ビームライン内で測定試料に遠隔でレーザー照射する装置を改良し（レーザーが不安定、設置に時間がかかるなどの問題があった）、時間分解X線吸収スペクトルをその場・実時間測定し、大量の測定データを解析する手法を考案した。その結果、パルス発振レーザーを用いた場合には通常光源（ランプなど）では起こらない特殊な反応メカニズムがパラジウム微粒子形成に寄与しており、それが反応効率を向上させていることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度までに、使用済核燃料溶解液からのレーザー微粒子化分離によるパラジウム回収試験に成功し、この手法の有用性を示せた。また、元素回収効率を高めるための反応メカニズム研究についても、時間分解X線吸収分光によるレーザー微粒子化反応測定法および測定データ解析法を確立した。これらのことより、目的にむかって着実に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度までは分離対象元素をパラジウムに絞って研究を進めてきた。今後は、対象元素をロジウムRhやルテニウムRuまで広げ、①Rh&Ru水溶液を対象とした時間分解X線吸収分光によるレーザー微粒子化反応の実時間観測を行い、②その結果を解析して高効率にRh&Ruを回収できるレーザー照射技術を考案し、③その技術により模擬高レベル放射性廃液を用いたRh&Ru分離試験を行う。
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