報告書番号

T01061

タイトル（和文）

溶融塩電解による超ウラン元素分離技術の開発 -ネオジムの還元反応によるプルトニウム回収効率の低下-

タイトル（英文）

Development of Molten Salt Electrorefining for Separating Transuranium Elements- Plutonium Collection Efficiency Lowered by Neodymium Reduction -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

希土類元素の分離係数が大きいことに特長を持つ固体陰極を用いた電解で、溶融塩中からプルトニウム (Pu) を回収する研究を行った。実験では、Puの模擬物質としてスカンジウム (Sc) を、希土類元素の中からネオジム (Nd) を使用した。Sc/Sc(III)とPu/Pu(III)との標準電極電位の差は500℃において僅か0.025Vで、塩中の拡散係数も同程度であることから、Scは適当なPu模擬元素である。Ndは陰極で３価から２価に還元されるため、電流効率低下の原因となる。NdCl3とScCl3を含むLiCl-KCl共晶塩中から、電解で固体陰極上にSc金属を回収したところ、電流効率はScCl3濃度が高い時には70%以上であったが、濃度低下につれて5%以下まで悪化した。Ndの分離係数は、10^2～10^4であった。それらの値は、定常電流の実験式等を用いた計算値と一致した。Scでの結果に基づいて、実際の電解精製槽から固体陰極を用いた電解でPuとウランを回収する場合の予備的評価を行った。

概要 （英文）

Molten salt electrorefining using a solid cathode has been studied for collecting plutonium with rare-earth elements remaining in the salt. Scandium, a surrogate for plutonium, and neodymium were used for the experiments. The difference in the standard potential between the Sc/Sc(III) and the Pu/Pu(III) couples was no more than 0.025 volts at 500℃, and the diffusion coefficient of Sc(III) ions appeared to be nearly equal to that of Pu(III) ions. Neodymium could decrease the current efficiency of plutonium collection due to the reduction of Nd(III) to Nd(II) at the cathode. The electrodeposition tests for collecting scandium metal onto solid cathodes were carried out in LiCl-KCl eutectic melt containing ScCl3 and NdCl3. The current efficiency was more than 70% when the concentration of ScCl3 was higher, and then decreased to less than 5% as the concentration decreased. The separation factor of scandium from neodymium varied between 10^2 and 10^4. The experimental results were consistent with the calculated results obtained by using the data for a stationary current and the Nernst equation. Preliminary estimations of the electrowinning process to collect plutonium and uranium was carried out based on the Sc/Nd separation studies.

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