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2018 年度 実績報告書

レーザーを使った新奇元素分離技術の開発および高レベル放射性廃液からの元素回収試験

研究課題

研究課題/領域番号 15H04248
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

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)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード廃棄物再資源化 / 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
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] レーザー微粒子化反応を利用した放射性廃液からの白金族元素分離法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯盛久、浅井志保、大場弘則
    • 雑誌名

      ぶんせき

      巻: 4 ページ: 138-143

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Determination of 107Pd in Pd purified by selective precipitation from spent nuclear fuel by laser ablation ICP-MS2018

    • 著者名/発表者名
      Asai Shiho、Ohata Masaki、Yomogida Takumi、Saeki Morihisa、Ohba Hironori、Hanzawa Yukiko、Horita Takuma、Kitatsuji Yoshihiro
    • 雑誌名

      Analytical and Bioanalytical Chemistry

      巻: 411 ページ: 973~983

    • DOI

      10.1007/s00216-018-1527-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In Situ Time-Resolved XAFS Studies on Laser-Induced Particle Formation of Palladium Metal in an Aqueous/EtOH Solution2018

    • 著者名/発表者名
      Saeki Morihisa、Matsumura Daiju、Yomogida Takumi、Taguchi Tomitsugu、Tsuji Takuya、Saitoh Hiroyuki、Ohba Hironori
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 817~824

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b09532

  • [学会発表] 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たその場・時間分解XAFS研究2019

    • 著者名/発表者名
      佐伯盛久、松村大樹、蓬田匠、田口富嗣、辻卓也、齋藤寛之、中西隆造、大場弘則
    • 学会等名
      QST放射光科学シンポジウム2019
    • 招待講演
  • [学会発表] 白金族元素イオン溶液におけるレーザー微粒子化反応のその場・時間分解XAFS研究2019

    • 著者名/発表者名
      佐伯盛久、松村大樹、蓬田匠、田口富嗣、辻卓也、齋藤寛之、中西隆造、大場弘則
    • 学会等名
      日本化学会 第99春季年会
  • [学会発表] レーザーを用いた光化学反応による 元素分離法開発2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯盛久
    • 学会等名
      日本原子力学会「将来原子力システムのための再処理技術」研究専門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー微粒子化反応を利用した 白金族元素分離法開発および 時間分解XAFSによる反応メカニズム解明2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯盛久
    • 学会等名
      第80回マテリアルズ・テーラリング研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 使用済燃料から回収した金属パラジウムの LA-ICP-MS による同位体測定2018

    • 著者名/発表者名
      浅井志保、大畑昌輝、蓬田匠、佐伯盛久、大場弘則、半澤有希子、堀田拓摩、北辻章浩
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] Separation of platinum-group metals from radioactive waste liquid by la-ser induced particle formation2018

    • 著者名/発表者名
      M. Saeki, S. Asai, T. Yomogida, Y. Hanzawa, T. Taguchi, T. Horita, Y. Kitatsuji, H. Ohba
    • 学会等名
      ADVANCED TECHNIQUES IN ACTINIDE SPECTROSCOPY
    • 国際学会
  • [備考] QST 東海量子ビーム応用研究センター元素分離・分析研究

    • URL

      https://www.qst.go.jp/uploaded/attachment/3117.pdf

  • [備考] 高崎研だより | 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

    • URL

      https://www.qst.go.jp/uploaded/attachment/10919.pdf

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公開日: 2019-12-27  

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