2019 Fiscal Year Final Research Report

Development of elemental separation using laser induced reaction and its application to high-level radioactive waste

Research Project

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Project/Area Number	15H04248
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Research Field	Nuclear engineering
Research Institution	National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2016-2019) Japan Atomic Energy Agency (2015)
Principal Investigator	Saeki Morihisa 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産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (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) 蓬田匠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, 研究職 (40743349)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2020-03-31
Keywords	レーザープロセシング / 反応・分離工学 / 使用済み核燃料 / パラジウム / 廃棄物再資源化 / X線吸収分光
Outline of Final Research Achievements	A big goal of this project is to achieve selective and effective recovery of a palladium (Pd) from a solution of spent nuclear fuel (SNF) using a laser-induced particle formation. For the big goal, we searched the separation condition that maximizes recovery efficiency of the Pd from the SNF solution, established the recovery procedure to decrease radiation exposure risk in treatment of the SNF solution, and performed verification test of the Pd recovery from the SNF solution. As the result of these efforts, we have succeeded (i) in increasing the Pd recovery efficiency by improvement of a laser irradiation condition, (ii) in optimizing the separation parameters that maximizes the Pd recovery efficiency, (iii) in elucidating reaction mechanism of the laser-induced particle formation in the Pd solution, and (iv) in recovering the Pd metal, which does not contain the radioactive actinide elements (<0.01 %), from the SNF solution with the efficiency of >90 %.
Free Research Field	レーザープロセシング
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	レーザー微粒子化分離は新しい概念に基づく元素回収法であり、非接触で遠隔操作による分離が可能なので、放射性廃液からの元素分離に適すると考えられていたが、本課題で使用済み核燃料溶解液からのパラジウム回収試験を行うことにより、そのことを初めて実証した。これは使用済み核燃料の処理・処分における負担軽減に資する成果である。また、時間分解XAFS測定でレーザー微粒子化の反応メカニズムを調べ、金属微粒子成長で重要な役割を果たす自己触媒反応が光吸収により促進されることを発見した。こちらもナノ科学などの観点から重要な知見である。