2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of elemental separation using laser induced reaction and its application to high-level radioactive waste
| Project/Area Number |
15H04248
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
|---|
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)
|
|---|
| 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 原子力科学研究所 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 廃棄物再資源化 / 原子力エネルギー / 反応・分離工学 / レーザープロセシング / 放射光 |
|---|
| 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３０年度までの研究実績は以下の通りである。
①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。
②レーザー微粒子化分離での元素回収効率向上に役立てるため、反応メカニズムをその場・時間分解X線吸収分光法で調べる測定装置および解析手法を開発した。そして放射光施設（SPring-8）において、パラジウムイオン溶液中でのレーザー微粒子化反応を対象として時間分解X線吸収分光測定を行った。その結果、照射強度が高い領域ではレーザー光がイオン還元だけでなく自己触媒的微粒子成長をも誘起し、サブミクロンサイズの大きな金属微粒子を生成することを明らかにした。これはレーザーが、ランプなどよりも、光微粒子化分離には適していることを意味する。
③レーザー微粒子化分離はパラジウムだけでなく、ロジウムにも適用できることを報告者らは明らかにしている（JAEA-Research 2012-030）。しかし、溶液中でのロジウムイオンの錯体構造はパラジウムイオンよりも複雑であり、溶液状態（酸や塩、添加アルコールの種類や濃度）に依存して変化する。そこで、ロジウム溶液中でもレーザー微粒子化の反応速度などを調べるために、時間分解XAFS測定を行った。詳細な情報は現在解析中である。
|
| 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した。また、平成３０年度までに、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、パラジウム溶液系において時間分解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、ランプなどでなく、レーザー光を用いて光反応を起こすことの優位性を証明した。さらに、平成３０年度からは、反応メカニズム研究では対象系をパラジウム溶液系からロジウム溶液系まで拡張している。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。
|
| Strategy for Future Research Activity |
使用済核燃料溶解液に含まれる白金族元素としてパラジウム、ロジウム、ルテニウムが挙げられる。平成２９年度までは対象元素をパラジウムに絞り、レーザー微粒子化の使用済核燃料溶解液からの元素回収での有用性を示すとともに、その反応メカニズムを解明するための基礎となる、測定手法および解析手法を開発してきた。そして平成３０年度からは対象元素をロジウムまで拡張した。今後はさらにルテニウム回収までを視野にいれ、時間分解X線吸収分光による反応メカニズム解明とともに、その知見を基にして改良した分離技術により模擬高レベル放射性廃液からの白金族元素回収試験を行う予定である。
|
