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JP2023119380A - Method for reducing load of processing high-level radioactive waste and fuel of fast reactor - Google Patents

Method for reducing load of processing high-level radioactive waste and fuel of fast reactor Download PDF

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JP2023119380A JP2022022260A JP2022022260A JP2023119380A JP 2023119380 A JP2023119380 A JP 2023119380A JP 2022022260 A JP2022022260 A JP 2022022260A JP 2022022260 A JP2022022260 A JP 2022022260A JP 2023119380 A JP2023119380 A JP 2023119380A
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Abstract

To provide a method for reducing the load of processing a high-level radioactive waste with an excellent effect of suppressing a waste liquid amount.SOLUTION: The method for reducing the load of processing a high-level radioactive waste includes the steps of: collecting minor actinoid (MA) and lanthanoid (Ln) from a high-level radioactive waste which is a waste liquid of which U and Pu are separated from a solution of a used nuclear fuel so that the decontamination factor of the Ln is at least 1 and less than 100, and obtaining a radioactive composition including MA and Ln; manufacturing a fuel of a fast reactor by using the radioactive composition; and loading the fuel into the fast reactor and fuel-converting the minor actinoid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高レベル放射性廃棄物の処分負荷低減方法、及び高速炉の燃料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for reducing the disposal load of high-level radioactive waste and a fuel for a fast reactor.

軽水炉等から発生する使用済み核燃料の再処理においては、使用済み核燃料の溶液からU(ウラン)及びPu(プルトニウム)が回収される。U及びPuを回収した後に残る高レベル放射性廃棄物(Highly Active Liquid Waste)(以下、HALWとも記す。)には、核分裂生成物(Fission Products)(以下、FPとも記す。)のほか、Np(ネプツニウム)、Am(アメリシウム)、Cm(キュリウム)等のマイナーアクチノイド(Minor Actinide)(以下、MAとも記す。)が含まれる。HALWは、濃縮工程を経てガラス固化体とされ、地層処分される計画となっている。 In the reprocessing of spent nuclear fuel generated from a light water reactor or the like, U (uranium) and Pu (plutonium) are recovered from the spent nuclear fuel solution. Highly Active Liquid Waste (hereinafter also referred to as HALW) remaining after recovery of U and Pu includes fission products (hereinafter also referred to as FP) and Np ( neptunium), Am (americium), Cm (curium), and other minor actinides (hereinafter also referred to as MA). HALW is planned to be vitrified through a concentration process and disposed of in a geological layer.

MAは、1万年オーダの長半減期を持つ核種があり、HALWの処分における負荷増大の要因となっている。そこで、HALWからMAを回収し、回収したMAを、高速炉や加速器(ADS)を用い、異なる元素に変換する核変換技術が検討されている。
HALW中のFPには、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Eu(ユウロピウム)等のランタノイド(以下、Lnとも記す。)が含まれる。LnはMAと化学的性質が似ていることから、HALWからMAを回収する際にLnが同伴しやすい。そのため、MA回収工程後に、MAとLnとを分離するMA精製工程が行われる。MA回収工程及びMA精製工程の代表的な方法として、MAを抽出するための溶媒(抽出剤溶液)を用いた溶媒抽出法及び抽出クロマト法が知られている。
MA has nuclides with long half-lives on the order of 10,000 years, and is a factor in increasing the load in disposal of HALW. Therefore, a nuclear transmutation technology is being studied that recovers MA from HALW and converts the recovered MA into different elements using a fast reactor or an accelerator (ADS).
FPs in HALW include lanthanoids (hereinafter also referred to as Ln) such as La (lanthanum), Ce (cerium), and Eu (europium). Since Ln has similar chemical properties to MA, Ln tends to accompany the recovery of MA from HALW. Therefore, after the MA recovery step, an MA purification step for separating MA and Ln is performed. Solvent extraction and extraction chromatography using a solvent (extractant solution) for extracting MA are known as representative methods of the MA recovery step and MA purification step.

図8に、MAの回収から核変換までのプロセスの一例を示す。この例では、まず、HALWからMAを分離する(MA分離工程)。MA分離工程では、HALWからMAを溶媒抽出し、抽出液からMAを逆抽出する。MA分離工程ではLnがMAに同伴するので、MA分離工程後、逆抽出液を濃縮し、MAとLnとを分離する(MA精製工程)。MA精製工程では、濃縮液からMAを溶媒抽出し、抽出液からMAを水相へ逆抽出することで、Lnが分離されたMA含有溶液を得る。その後、得られたMA含有溶液を濃縮し、MA燃料を製造し、高速炉で核変換(燃焼)を行う。MA分離工程の廃液(FP含有)は、濃縮し、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。MA精製工程の廃液(Ln含有)は、濃縮し、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。 FIG. 8 shows an example of the process from recovery of MA to nuclear transmutation. In this example, first, MA is separated from HALW (MA separation step). In the MA separation step, MA is solvent extracted from HALW and back extracted from the extract. Since Ln accompanies MA in the MA separation step, after the MA separation step, the reverse extract is concentrated to separate MA and Ln (MA purification step). In the MA purification step, MA is solvent-extracted from the concentrate, and MA is back-extracted from the extract into the aqueous phase to obtain a MA-containing solution from which Ln has been separated. After that, the obtained MA-containing solution is concentrated to produce MA fuel, which is then transmuted (combusted) in a fast reactor. The effluent (containing FP) from the MA separation process is concentrated, vitrified, stored, and then geologically disposed. The waste liquid (containing Ln) from the MA purification process is concentrated, vitrified, stored, and then geologically disposed.

従来技術では、Lnを含有しないMA燃料を製造するため、MA精製において極めて高い精製度が要求される。そのため、MA精製においては通常、目的の精製度になるまで抽出-逆抽出の操作が繰り返される。工程数が増えることで、廃液量が増え、設備コストも増える。
このような問題に対し、特許文献1には、HALWからMA回収工程及びMA精製工程を経て得られたMA、Ln及び液状媒体を含む液状媒体を固化し、その固化体を保管する方法が提案されている。
In the prior art, an extremely high degree of purification is required in MA refining in order to produce MA fuel that does not contain Ln. Therefore, in MA purification, extraction-back extraction operations are usually repeated until the desired degree of purification is achieved. As the number of processes increases, the amount of waste liquid increases and the equipment cost also increases.
To address this problem, Patent Document 1 proposes a method of solidifying a liquid medium containing MA, Ln, and a liquid medium obtained from HALW through the MA recovery process and MA purification process, and storing the solidified product. It is

特開2020-125989号公報JP 2020-125989 A

しかし、特許文献1の方法は、廃液量の抑制効果が未だ充分ではない。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、廃液量の抑制効果に優れるHALWの処分負荷低減方法及び高速炉の燃料を提供することを目的とする。
However, the method of Patent Document 1 is still insufficient in the effect of suppressing the amount of waste liquid.
The present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a HALW disposal load reduction method and a fast reactor fuel that are excellent in the effect of suppressing the amount of waste liquid.

上記課題を解決するために、本開示に係るHALWの処分負荷低減方法は、使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液であるHALWからMA及びLnを、前記Lnの除染係数が1以上100未満となるように回収し、前記MA及び前記Lnを含む放射性組成物を得るステップと、前記放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップと、前記燃料を高速炉に装荷し、前記MAの核変換を行うステップと、を有する。
また、本開示に係る高速炉の燃料は、MA及びLnを含む。
In order to solve the above problems, the HALW disposal load reduction method according to the present disclosure removes MA and Ln from HALW, which is a waste liquid obtained by separating U and Pu from a solution of spent nuclear fuel, and recovering to be less than 100 to obtain a radioactive composition containing the MA and the Ln; using the radioactive composition to produce fuel for a fast reactor; and loading the fuel into the fast reactor. and transmuting the MA.
Also, the fast reactor fuel according to the present disclosure includes MA and Ln.

本開示のHALWの処分負荷低減方法及び高速炉の燃料は、廃液量の抑制効果に優れる。 The HALW disposal load reduction method and fast reactor fuel of the present disclosure are excellent in the effect of suppressing the amount of waste liquid.

本開示の第一実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法を説明するフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating a method for reducing the HALW disposal load according to the first embodiment of the present disclosure; 高速炉の構成を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a fast reactor; FIG. 炉心の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the structure of a core; 炉心燃料集合体の構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the structure of a core fuel assembly; 炉心燃料要素の構成を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a core fuel element; 本開示の第二実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法を説明するフロー図である。FIG. 10 is a flow diagram illustrating a method for reducing the HALW disposal load according to the second embodiment of the present disclosure; 本開示の第二実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法を説明するフロー図である。FIG. 10 is a flow diagram illustrating a method for reducing the HALW disposal load according to the second embodiment of the present disclosure; 比較例に係るプロセスを説明するフロー図である。FIG. 10 is a flow chart explaining a process according to a comparative example;

本明細書において、MA(マイナーアクチノイド)は、アクチノイドに属する超ウラン元素のうちPuを除いた元素である。
アクチノイドは、原子番号89から103までの元素の総称である。
Ln(ランタノイド)は、原子番号57から71までの元素の総称である。
放射性組成物におけるLnの除染係数(以下、DFLnとも記す。)は、HALW中のLn量(質量)を抽出・精製後のLn量(質量)で割った値であり、下記式で表される。Ln量として、質量の代わりに放射能濃度を用いてもよい。
DFLn=HALW中のLn量/抽出・精製後のLn量
In this specification, MA (minor actinide) is an element other than Pu among transuranic elements belonging to actinide.
Actinide is a generic term for elements with atomic numbers from 89 to 103.
Ln (lanthanoid) is a general term for elements with atomic numbers from 57 to 71.
The decontamination factor for Ln in a radioactive composition (hereinafter also referred to as DF Ln ) is the value obtained by dividing the amount (mass) of Ln in HALW by the amount (mass) of Ln after extraction and purification, and is expressed by the following formula. be done. As the Ln amount, radioactivity concentration may be used instead of mass.
DF Ln = Ln amount in HALW/Ln amount after extraction and purification

<第一実施形態>
図1に示すように、本開示の第一実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法は、
使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液であるHALWからMAをLnとともに分離する処理(MA分離)を行うことで、MA及びLnを含む第1の放射性組成物を得るステップS1-1と、
ステップS1-1によって得た第1の放射性組成物に対して、Lnの除染係数が1超100未満となるようにMAの精製処理(MA精製)を行うことで、MA及びLnを含む第2の放射性組成物を得るステップS1-2と、
ステップS1-2によって得た第2の放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップS1-3と、
ステップS1-3によって得た燃料を高速炉に装荷し、MAの核変換を行うステップS1-4と、を有する。
ステップS1-1によってMA及びLnを分離した廃液(FP含有)は、例えば、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。
ステップS1-2によって分離したLnを含む廃液は、例えば、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the HALW disposal load reduction method according to the first embodiment of the present disclosure includes:
Step S1-1 of obtaining a first radioactive composition containing MA and Ln by performing a treatment (MA separation) for separating MA and Ln from HALW, which is a waste liquid obtained by separating U and Pu from a solution of spent nuclear fuel. and,
The first radioactive composition obtained in step S1-1 is subjected to MA purification treatment (MA purification) so that the decontamination coefficient of Ln is greater than 1 and less than 100, so that the first radioactive composition containing MA and Ln Step S1-2 of obtaining the radioactive composition of 2;
a step S1-3 of producing fast reactor fuel using the second radioactive composition obtained in step S1-2;
and a step S1-4 of loading the fuel obtained in step S1-3 into the fast reactor and transmuting the MA.
The waste liquid (containing FP) from which MA and Ln have been separated in step S1-1 is, for example, vitrified, stored, and then geologically disposed.
The waste liquid containing Ln separated in step S1-2 is, for example, vitrified, stored, and then geologically disposed.

(HALW)
HALWは、使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液である。HALWは、FP、MA、Ln等を含み、U及びPuを含まない。HALWは、典型的には、MAとして少なくとも、Np、Am及びCmを含み、Lnとして少なくとも、La及びCeを含む。
使用済み核燃料の種類(加圧水型炉(PWR)燃料、沸騰水型炉(BWR)燃料、MOX燃料、燃焼度、冷却期間等)によって、使用済み核燃料及びHALWに含まれるMA及びLnの量及び比率は異なる。
(HALW)
HALW is the effluent from which U and Pu are separated from the solution of spent nuclear fuel. HALW includes FP, MA, Ln, etc. and excludes U and Pu. HALW typically contains at least Np, Am and Cm as MA, and at least La and Ce as Ln.
The amount and ratio of MA and Ln contained in spent nuclear fuel and HALW, depending on the type of spent nuclear fuel (pressurized water reactor (PWR) fuel, boiling water reactor (BWR) fuel, MOX fuel, burnup, cooling period, etc.) is different.

HALWは、例えば、使用済み核燃料の再処理で生成する。使用済み核燃料の再処理において、原子炉から取り出された使用済み核燃料は、例えば、せん断、溶解、清澄、計量・調整、抽出・分離、精製、脱硝を経て、U及びPuを含む粉末製品とされる。抽出・分離において、使用済み核燃料の溶液からU及びPuが分離される。抽出・分離は、例えば、ピューレックス(PUREX:Plutonium Uranium Redox EXtraction)法により行われる。ピューレックス法では、使用済み核燃料の硝酸溶液と、トリブチルリン酸(TBP)と、ドデカン等の有機溶媒とを接触混合する。これにより、硝酸溶液中のUやPuがTBPと錯体を形成して有機溶媒側へ移動する。一方、FP、MA、Lnは硝酸溶液(廃液)側に残る。 HALW is produced, for example, by reprocessing spent nuclear fuel. In the reprocessing of spent nuclear fuel, the spent nuclear fuel removed from the reactor is subjected to, for example, shearing, dissolution, clarification, weighing/adjustment, extraction/separation, refining, and denitrification, and is turned into a powder product containing U and Pu. be. In the extraction/separation, U and Pu are separated from the spent nuclear fuel solution. Extraction and separation are performed, for example, by a PUREX (Plutonium Uranium Redox EXtraction) method. In the Purex method, a nitric acid solution of spent nuclear fuel, tributyl phosphate (TBP), and an organic solvent such as dodecane are contacted and mixed. As a result, U and Pu in the nitric acid solution form a complex with TBP and move to the organic solvent side. On the other hand, FP, MA, and Ln remain on the nitric acid solution (waste liquid) side.

使用済み核燃料は、再処理において中間貯蔵されたものであってもよい。
ステップS1-3によって得る燃料がブランケット燃料である場合には、使用済み核燃料が、再処理において中間貯蔵された使用済み核燃料であることが好ましい。
原子炉から取り出された直後の使用済み燃料のMAには、高発熱性の核種(Cm243、Cm244等)が含まれている。このようなMAを用いてブランケット燃料を製造すると、発熱量が高くなりすぎるおそれがあるので、従来は、MA精製の際に高発熱性の核種を分離していた。
再処理において中間貯蔵された使用済み核燃料においては、中間貯蔵によって高発熱性の核種の崩壊熱が低減されているので、HALWからのMA分離後、高発熱性の核種の分離処理を行わずに、ブランケット燃料製造に供することができる。
再処理において、使用済み核燃料の中間貯蔵の期間は、例えば50~60年程度である。
なお、ステップS1-2において高発熱性の核種を分離する場合や、後述する第三実施形態のように、燃料製造の前に放射性組成物を保管するステップを行う場合には、使用済み核燃料は中間貯蔵されたものでなくてもよい。
ステップS1-3によって得る燃料が炉心燃料である場合には、高発熱性の核種が含まれていても問題はない。
The spent nuclear fuel may have been intermediately stored during reprocessing.
If the fuel obtained by step S1-3 is blanket fuel, the spent nuclear fuel is preferably spent nuclear fuel interimly stored in reprocessing.
The MA of the spent fuel immediately after being removed from the nuclear reactor contains highly exothermic nuclides (Cm 243 , Cm 244, etc.). If such MA is used to produce blanket fuel, the calorific value may become too high, so conventionally, highly exothermic nuclides were separated during MA refining.
In the spent nuclear fuel that has been interimly stored during reprocessing, the decay heat of highly exothermic nuclides has been reduced by interim storage. , can be used for blanket fuel production.
In reprocessing, the period of interim storage of spent nuclear fuel is, for example, about 50 to 60 years.
It should be noted that when separating the highly exothermic nuclides in step S1-2, or when performing a step of storing the radioactive composition before fuel production as in the third embodiment described later, the spent nuclear fuel It does not have to be intermediately stored.
If the fuel obtained in step S1-3 is core fuel, there is no problem even if it contains highly exothermic nuclides.

(ステップS1-1:MA分離)
分離処理は、公知の方法により実施できる。
分離処理としては、例えば、HALWからMAをLnとともに溶媒抽出法により抽出する処理(以下、MA抽出処理とも記す。)を含む処理、又はHALWのMA及びLnを吸着剤に吸着させ、前記吸着剤に吸着したMA及びLnを溶離させる処理(以下、MA吸着-溶離処理とも記す。)を含む処理が挙げられる。
分離処理が抽出処理を含む場合、抽出処理の後に、抽出処理により得られた抽出液からMA及びLnを逆抽出する処理(以下、MA逆抽出処理とも記す。)を更に含んでいてもよい。
(Step S1-1: MA separation)
Separation treatment can be carried out by a known method.
The separation treatment includes, for example, a treatment of extracting MA from HALW together with Ln by a solvent extraction method (hereinafter also referred to as MA extraction treatment), or a treatment in which MA and Ln of HALW are adsorbed on an adsorbent, and A treatment including a treatment for eluting MA and Ln adsorbed to (hereinafter also referred to as MA adsorption-elution treatment).
When the separation process includes an extraction process, it may further include a process of back-extracting MA and Ln from the extract obtained by the extraction process (hereinafter also referred to as MA back-extraction process) after the extraction process.

MA抽出処理では、例えば、HALWと、抽出剤を含む有機溶媒溶液(抽出剤溶液)とを接触させる。HALWと抽出剤溶液とを接触させると、MAやLnが抽出剤溶液側に移行する。 In the MA extraction treatment, for example, HALW is brought into contact with an organic solvent solution containing an extractant (extractant solution). When HALW is brought into contact with the extractant solution, MA and Ln migrate to the extractant solution.

抽出剤としては、例えば、MA及びLnと錯体を形成する錯化剤が挙げられる。かかる錯化剤は、選択的にMAと錯体を形成する錯化剤に比べて安価であることから好ましい。錯化剤の具体例としては、n-オクチル(フェニル)-N,N’-ジイソブチルカルバモイルメチルフォスフィンオキシド-トリブチルリン酸混合物(CMPO-TBP混合物)、ジイソデシルリン酸、6,6’-ビス(5,5,8,8-テトラメチル-5,6,7,8-テトラヒドロ-1,2,4-ベンゾトリアジン-3-イル)-2,2’-ビピリジン(BTBP)、N,N’-ジブチル-N,N’-ジメチルテトラデシルマロナミド(DMDBTDMA)、N,N,N’,N’-テトラオクチル-3-オキサペンタンジアミド(TODGA)等が挙げられる。抽出剤は1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Extractants include, for example, complexing agents that form complexes with MA and Ln. Such a complexing agent is preferred because it is less expensive than a complexing agent that selectively forms a complex with MA. Specific examples of complexing agents include n-octyl(phenyl)-N,N'-diisobutylcarbamoylmethylphosphine oxide-tributyl phosphate mixture (CMPO-TBP mixture), diisodecyl phosphate, 6,6'-bis( 5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-1,2,4-benzotriazin-3-yl)-2,2'-bipyridine (BTBP), N,N'- dibutyl-N,N'-dimethyltetradecylmalonamide (DMDBTDMA), N,N,N',N'-tetraoctyl-3-oxapentanediamide (TODGA) and the like. One extractant may be used alone, or two or more extractants may be used in combination.

有機溶媒は、使用する抽出剤に応じて適宜選定できる。有機溶媒は、再利用可能であること、安価であること、放射線劣化に耐性があることが望ましい。有機溶媒の具体例としては、例えばn-ドデカンが挙げられる。有機溶媒は1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The organic solvent can be appropriately selected according to the extractant to be used. Desirably, the organic solvent should be reusable, inexpensive, and resistant to radiation degradation. A specific example of the organic solvent is n-dodecane. An organic solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.

MA抽出処理で得た抽出液はそのまま第1の放射性組成物としてステップS1-2に供してもよく、更にMA逆抽出処理を行ってもよい。工程数や廃液量をより低減できる点では、MA抽出処理で得た抽出液を第1の放射性組成物としてステップS1-2に供することが好ましい。
MA抽出処理では、抽出剤の種類及び濃度、硝酸濃度、有機相と水相の体積比等によってDFLnを調整できる。
The liquid extract obtained by the MA extraction process may be directly used as the first radioactive composition in step S1-2, and may be further subjected to the MA reverse extraction process. From the viewpoint of further reducing the number of steps and the amount of waste liquid, it is preferable to use the extract obtained by the MA extraction process as the first radioactive composition for step S1-2.
In the MA extraction process, the DF Ln can be adjusted by the type and concentration of the extractant, the nitric acid concentration, the volume ratio of the organic phase to the aqueous phase, and the like.

MA逆抽出処理では、例えば、抽出液と、硝酸を含む水溶液(ストリッピング剤)とを接触させる。これにより、抽出液中のMAとLnが水溶液側に移行する。一方、抽出液中の有機溶媒は水溶液側に移行せずに抽出液側に残るので、再利用できる。
MA逆抽出処理で得た逆抽出液は、典型的にはそのまま、第1の放射性組成物としてステップS1-2に供する。
In the MA reverse extraction treatment, for example, the extract is brought into contact with an aqueous solution (stripping agent) containing nitric acid. As a result, MA and Ln in the extract migrate to the aqueous solution side. On the other hand, since the organic solvent in the extract does not migrate to the aqueous solution and remains in the extract, it can be reused.
The back-extraction liquid obtained by the MA back-extraction treatment is typically directly subjected to step S1-2 as the first radioactive composition.

MA吸着-溶離処理に用いる吸着剤は、MA及びLnを吸着可能であればよい。
HALWのMA及びLnを吸着剤に吸着させる方法としては、HALWと吸着剤とを接触させる方法が挙げられる。HALWと吸着剤とを接触させる方法としては、カラム式、バッチ式等が挙げられる。
吸着剤に吸着したMA及びLnは、吸着剤と溶離液とを接触させることにより溶離させることができる。
MA吸着-溶離処理で得られた溶離液、つまり吸着剤と接触させた後の溶離液は、MA及びLnを含む。典型的には、この溶離液をそのまま第1の放射性組成物としてステップS1-2に供する。
MA吸着-溶離処理では、吸着剤の種類、温度、圧力、固液比等によってDFLnを調整できる。
The adsorbent used for the MA adsorption-elution treatment should be capable of adsorbing MA and Ln.
As a method for adsorbing MA and Ln of HALW to an adsorbent, there is a method of contacting HALW with an adsorbent. Examples of methods for contacting HALW with an adsorbent include a column method and a batch method.
MA and Ln adsorbed on the adsorbent can be eluted by bringing the adsorbent into contact with an eluent.
The eluate obtained from the MA adsorption-elution process, ie after contact with the adsorbent, contains MA and Ln. Typically, this eluent is directly subjected to step S1-2 as the first radioactive composition.
In the MA adsorption-elution process, DF Ln can be adjusted by the type of adsorbent, temperature, pressure, solid-liquid ratio, and the like.

ステップS1-1によって得られる第1の放射性組成物において、DFLnは、特に限定されず、1であってもよく、1を超えていてもよい。
第1の放射性組成物におけるDFLnとしては、廃液量の抑制の点から、1以上13未満が好ましい。
In the first radioactive composition obtained in step S1-1, DF Ln is not particularly limited and may be 1 or greater than 1.
DF Ln in the first radioactive composition is preferably 1 or more and less than 13 from the viewpoint of suppressing the amount of waste liquid.

(ステップS1-2:MA精製)
MA精製では、ステップS1-1で得た第1の放射性組成物中のMAとLnの一部とを分離する。必要に応じて、MAから、高発熱性のMAを分離する。
MA精製は、公知の方法により実施できる。
MA精製としては、例えば、COMPO、TODGA等の抽出剤を利用した抽出クロマトグラフィ法が挙げられる。
(Step S1-2: MA purification)
In MA purification, MA and part of Ln in the first radioactive composition obtained in step S1-1 are separated. If necessary, the highly exothermic MA is separated from the MA.
MA purification can be performed by a known method.
Examples of MA purification include extraction chromatography using an extractant such as COMPO and TODGA.

ステップS1-2によって得られる第2の放射性組成物は、MA及びLnを含む。また、典型的には、第1の放射性組成物よりもLn量が低減されているので、第2の放射性組成物におけるDFLnは、第1の放射性組成物におけるDFLnよりも大きい。
第2の放射性組成物におけるDFLnは、廃液量の抑制の点から、100未満であり、20未満が好ましく、1未満であってもよい。
The second radioactive composition obtained by step S1-2 contains MA and Ln. Also, since the amount of Ln is typically reduced compared to the first radioactive composition, the DF Ln in the second radioactive composition is greater than the DF Ln in the first radioactive composition.
DF Ln in the second radioactive composition is less than 100, preferably less than 20, and may be less than 1 from the viewpoint of suppressing the amount of waste liquid.

(ステップS1-3:燃料製造)
燃料の製造は、燃料の種類に応じて、公知の方法により実施できる。
燃料としては、例えば、炉心燃料、ブランケット燃料が挙げられる。炉心燃料は、典型的にはMOX燃料であり、U及びPuの混合酸化物を含む。ブランケット燃料は、典型的には劣化Uを含む。
燃料が炉心燃料である場合、例えば、U、Pu及び第2の放射性組成物を混合し、混合酸化物を得、必要に応じて、ペレット状等の任意の形状に成形する。燃料がブランケット燃料である場合、例えば、劣化U及び第2の放射性組成物を混合し、必要に応じて、ペレット状等の任意の形状に成形する。
(Step S1-3: fuel production)
Fuel production can be carried out by known methods depending on the type of fuel.
Examples of fuel include core fuel and blanket fuel. The core fuel is typically MOX fuel and contains mixed oxides of U and Pu. Blanket fuel typically contains depleted U.
When the fuel is core fuel, for example, U, Pu and the second radioactive composition are mixed to obtain a mixed oxide, which is optionally formed into an arbitrary shape such as pellets. When the fuel is a blanket fuel, for example, the depleted U and the second radioactive composition are mixed and optionally formed into any shape such as pellets.

第2の放射性組成物がMA及びLnを含むので、ステップS1-3によって得られる燃料もMA及びLnを含む。燃料中のMAとLnとの質量比は、第2の放射性組成物中のMAとLnとの質量比と同様である。 Since the second radioactive composition contains MA and Ln, the fuel obtained by step S1-3 also contains MA and Ln. The mass ratio of MA to Ln in the fuel is similar to the mass ratio of MA to Ln in the second radioactive composition.

ステップS1-3によって得られる燃料中のLnの含有量は、燃料の種類に応じて設定される。例えば燃料が炉心燃料である場合には、Lnの含有量は、装荷する炉心燃料の全量に対し、1~13質量%が好ましい。燃料がブランケット燃料である場合には、Lnの含有量は、装荷するブランケット燃料全量に対して31~33質量%が好ましい。Lnの含有量が前記上限値以下であれば、MAの核変換を良好に行うことができる。 The content of Ln in the fuel obtained in step S1-3 is set according to the type of fuel. For example, when the fuel is core fuel, the content of Ln is preferably 1 to 13% by mass with respect to the total amount of loaded core fuel. When the fuel is blanket fuel, the content of Ln is preferably 31 to 33% by mass with respect to the total amount of loaded blanket fuel. If the content of Ln is equal to or less than the above upper limit, the nuclear transmutation of MA can be carried out satisfactorily.

ステップS1-3によって得られる燃料が炉心燃料である場合、炉心燃料の組成としては、例えば、以下の組成が挙げられる。各成分の割合は、装荷する炉心燃料の全重量に対する割合である。U酸化物、Pu酸化物、MA酸化物及びLn酸化物の合計は100質量%を超えない。
U酸化物:64~65質量%、
Pu酸化物:29~30質量%、
MA酸化物:3.2~4.5質量%、
Ln酸化物:0.5~3.4質量%。
ここで、高速炉の炉心燃料には「内側炉心燃料」と「外側炉心燃料」がある。「装荷する炉心燃料の全量」は、これら全ての炉心燃料の合計量である。
炉心燃料は、必要に応じて、他の成分をさらに含んでいてもよい。
When the fuel obtained in step S1-3 is the core fuel, the composition of the core fuel includes, for example, the following composition. The ratio of each component is the ratio to the total weight of the loaded core fuel. The sum of U oxide, Pu oxide, MA oxide and Ln oxide does not exceed 100% by mass.
U oxide: 64 to 65% by mass,
Pu oxide: 29 to 30% by mass,
MA oxide: 3.2 to 4.5% by mass,
Ln oxide: 0.5 to 3.4% by mass.
Here, the core fuel of the fast reactor includes "inner core fuel" and "outer core fuel". "Total amount of core fuel to be loaded" is the total amount of all these core fuels.
The core fuel may further contain other components as needed.

ステップS1-3によって得られる燃料がブランケット燃料である場合、ブランケット燃料の組成としては、例えば、以下の組成が挙げられる。各成分の割合は、装荷するブランケット燃料の全量に対する割合である。
劣化U:65質量%、
MA:3.0質量%、
Ln:32質量%。
ここで、高速炉のブランケット燃料には「軸ブランケット燃料」(例えば、後述する上部ブランケット燃料45、下部ブランケット燃料46)と「径方向ブランケット燃料」がある。「装荷するブランケット燃料の全量」は、これら全てのブランケット燃料の合計量である。
ブランケット燃料は、必要に応じて、他の成分をさらに含んでいてもよい。
When the fuel obtained in step S1-3 is blanket fuel, the composition of the blanket fuel includes, for example, the following composition. The ratio of each component is the ratio to the total amount of blanket fuel to be loaded.
Degradation U: 65% by mass,
MA: 3.0% by mass,
Ln: 32% by mass.
Here, the blanket fuel of the fast reactor includes "axial blanket fuel" (for example, upper blanket fuel 45 and lower blanket fuel 46, which will be described later) and "radial blanket fuel". "Total amount of blanket fuel loaded" is the total amount of all these blanket fuels.
The blanket fuel may further contain other ingredients as needed.

(ステップS1-4:MA核変換)
ステップS1-3によって得た燃料を高速炉に装荷し、燃焼させることで、MAの核変換を行うことができる。
高速炉は、公知の高速炉であってよい。
(Step S1-4: MA transmutation)
The nuclear transmutation of MA can be performed by loading the fuel obtained in step S1-3 into the fast reactor and burning it.
The fast reactor may be a known fast reactor.

図2を参照して高速炉の構成の一例について説明する。同図に示すように、この例の高速炉100は、炉心1と、原子炉容器2と、ガードベッセル3と、冷却材入口配管4と、冷却材出口配管5と、炉心上部機構7と、固定プラグ8と、を備えている。 An example of the configuration of a fast reactor will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the fast reactor 100 of this example includes a core 1, a reactor vessel 2, a guard vessel 3, a coolant inlet pipe 4, a coolant outlet pipe 5, an upper core mechanism 7, a fixed plug 8;

炉心1は、核分裂性物質を含む熱発生源である。炉心1の詳細な構成については後述する。原子炉容器2は、炉心1を収容する容器である。原子炉容器2は、底面を有する筒状をなしている。炉心1は、原子炉容器2内の下部に、炉内構造物12を介して固定されている。原子炉容器2の上部の開口は、固定プラグ8によって覆われている。固定プラグ8は、原子炉建屋の構造物(原子炉容器ペデスタル6)によって支持されている。 Core 1 is a heat source containing fissile material. A detailed configuration of the core 1 will be described later. The reactor vessel 2 is a vessel that houses the reactor core 1 . The reactor vessel 2 has a tubular shape with a bottom surface. The core 1 is fixed to the lower part inside the reactor vessel 2 via the core internals 12 . An upper opening of the reactor vessel 2 is covered with a fixed plug 8 . The fixed plug 8 is supported by the reactor building structure (reactor vessel pedestal 6).

ガードベッセル3は、原子炉容器2を外側から覆っている。つまり、原子炉容器2とガードベッセル3は二重壁構造を形成している。これにより、原子炉容器2から冷却材が漏洩した場合であっても、当該冷却材はガードベッセル3によって保持され、外部への漏洩が抑制される。 The guard vessel 3 covers the reactor vessel 2 from the outside. That is, the reactor vessel 2 and the guard vessel 3 form a double wall structure. As a result, even if the coolant leaks from the reactor vessel 2, the coolant is held by the guard vessel 3 and is prevented from leaking to the outside.

冷却材入口配管4は、外部から導かれた冷却材(一次冷却材)を原子炉容器2内に導く。冷却材としては、例えば液体金属ナトリウムが挙げられる。冷却材入口配管4の端部は、原子炉容器2内における炉心1の下方に位置している。これにより、原子炉容器2内は冷却材によって満たされた状態となっている。冷却材出口配管5は、原子炉容器2内の冷却材を外部に排出する。冷却材出口配管5の端部は、原子炉容器2内における炉心1の上方に位置している。 The coolant inlet pipe 4 guides the coolant (primary coolant) introduced from the outside into the reactor vessel 2 . Examples of coolants include liquid metal sodium. The end of the coolant inlet pipe 4 is located below the core 1 inside the reactor vessel 2 . As a result, the inside of the reactor vessel 2 is filled with the coolant. The coolant outlet pipe 5 discharges the coolant inside the reactor vessel 2 to the outside. The end of the coolant outlet pipe 5 is located above the core 1 inside the reactor vessel 2 .

炉心上部機構7は、制御棒駆動機構9と、回転プラグ10と、回転プラグ駆動装置11と、を有している。制御棒駆動機構9は、後述する炉心1内に核分裂反応の進行を制御するための制御棒を挿入・引抜させるための装置である。制御棒駆動機構9は、制御棒を上下方向に進退動させる。回転プラグ10は、炉心1内の核燃料(後述する炉心燃料集合体30)を交換する機器を位置決めするための装置である。回転プラグ10は、回転プラグ駆動装置11によって駆動される。 The core upper mechanism 7 has a control rod drive mechanism 9 , a rotating plug 10 and a rotating plug drive device 11 . The control rod drive mechanism 9 is a device for inserting and withdrawing control rods for controlling the progress of the nuclear fission reaction in the core 1, which will be described later. The control rod drive mechanism 9 moves the control rods back and forth in the vertical direction. The rotating plug 10 is a device for positioning equipment for exchanging nuclear fuel (a core fuel assembly 30 to be described later) in the core 1 . The rotating plug 10 is driven by a rotating plug driving device 11 .

次に、図3を参照して炉心1の構成について説明する。同図に示すように、炉心1は、それぞれ六角形の断面形状を有する部材の集合体であり、全体として六角形状をなすように隙間なく配列されている。炉心1は、中性子遮蔽体21と、径方向ブランケット部22と、制御棒23と、中性子源24と、外側炉心部25と、内側炉心部26と、を有している。ただし、中性子源24は配列されない場合もある。 Next, the configuration of the core 1 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the core 1 is an assembly of members each having a hexagonal cross-sectional shape, which are arranged without gaps so as to form a hexagonal shape as a whole. The core 1 has a neutron shield 21 , a radial blanket portion 22 , control rods 23 , a neutron source 24 , an outer core portion 25 and an inner core portion 26 . However, the neutron sources 24 may not be arranged.

中性子遮蔽体21は、炉心1における最も外周側に配置されている。複数の中性子遮蔽体21が六角形の環状をなすように配列されている。
径方向ブランケット部22は、中性子遮蔽体21の内側に設けられている。複数の径方向ブランケット部22が六角形の環状をなすように配列されている。径方向ブランケット部22は、ブランケット燃料集合体を複数配列することによって形成されている。
外側炉心部25は、径方向ブランケット部22の内側に設けられている。外側炉心部25のさらに内側に内側炉心部26が設けられている。内側炉心部26内の一部の領域には複数の制御棒23が挿入可能とされている。外側炉心部25及び内側炉心部26は、後述する炉心燃料集合体30を複数配列することによって形成されている。
The neutron shields 21 are arranged on the outermost side of the core 1 . A plurality of neutron shields 21 are arranged in a hexagonal ring.
The radial blanket portion 22 is provided inside the neutron shield 21 . A plurality of radial blanket portions 22 are arranged to form a hexagonal ring. The radial blanket portion 22 is formed by arranging a plurality of blanket fuel assemblies.
The outer core section 25 is provided inside the radial blanket section 22 . An inner core section 26 is provided inside the outer core section 25 . A plurality of control rods 23 can be inserted into a part of the inner core section 26 . The outer core section 25 and the inner core section 26 are formed by arranging a plurality of core fuel assemblies 30 described later.

外側炉心部25及び内側炉心部26は、それら自身から発生した中性子あるいは中性子源24から発生した中性子をトリガーとして、核分裂物質を核分裂させることによって熱を発生させる。制御棒23は、この核分裂反応の進行を制御するために挿入量が調節される。
径方向ブランケット部22では、外側炉心部25及び内側炉心部26に比べて、高速核分裂反応が減少した状態で反応が進行する。また、径方向ブランケット部22では、外側炉心部25及び内側炉心部26に比べて、核分裂反応によって生じたプルトニウムの生成量が大きい。
中性子遮蔽体21は、中性子を遮蔽し、外側への漏洩を抑止するために設けられている。
The outer core section 25 and the inner core section 26 generate heat by nuclear fission of fissionable materials triggered by neutrons generated by themselves or neutrons generated by the neutron source 24 . The amount of insertion of the control rod 23 is adjusted to control the progress of this nuclear fission reaction.
In the radial blanket portion 22 , reactions proceed with reduced fast fission reactions as compared to the outer core portion 25 and the inner core portion 26 . In addition, the amount of plutonium produced by the nuclear fission reaction is greater in the radial blanket portion 22 than in the outer core portion 25 and the inner core portion 26 .
The neutron shield 21 is provided to shield neutrons and prevent leakage to the outside.

続いて、図4を参照して、炉心燃料集合体30の構成について説明する。同図に示すように、炉心燃料集合体30は、ラッパ管31と、エントランスノズル32と、ハンドリングヘッド33と、複数の炉心燃料要素40と、を有している。 Next, the configuration of the core fuel assembly 30 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the core fuel assembly 30 has a trumpet tube 31 , an entrance nozzle 32 , a handling head 33 and a plurality of core fuel elements 40 .

ラッパ管31は、上下方向に延びる軸線Acを中心とする筒状をなしている。また、ラッパ管31は、軸線Ac方向から見て六角形の断面形状を有している。ラッパ管31の下部の開口は、エントランスノズル32によって閉塞されている。エントランスノズル32の内部には、冷却材をラッパ管31の内部に導くための流路(図示略)が形成されている。エントランスノズル32には、この流路32Fと外部とを連通させる開口部が形成されている。ラッパ管31の上部の開口には、ハンドリングヘッド33が取り付けられている。ハンドリングヘッド33は、炉心燃料集合体30を搬送する際に装置によって把持される部分である。 The trumpet tube 31 has a tubular shape centered on an axis line Ac extending in the vertical direction. Moreover, the trumpet tube 31 has a hexagonal cross-sectional shape when viewed from the direction of the axis Ac. A lower opening of the trumpet tube 31 is closed by an entrance nozzle 32 . Inside the entrance nozzle 32 , a flow path (not shown) is formed for guiding the coolant to the inside of the trumpet tube 31 . The entrance nozzle 32 is formed with an opening that communicates the flow path 32F with the outside. A handling head 33 is attached to the upper opening of the trumpet tube 31 . The handling head 33 is the part that is gripped by the device when the core fuel assembly 30 is transported.

ラッパ管31の内部であって、エントランスノズル32の直上には、複数の炉心燃料要素40が軸線Acに直交する方向に間隔をあけて配列されている。
炉心燃料要素40の周囲及び上方の空間には、エントランスノズル32の開口部から導かれた冷却材が流通する。
Inside the trumpet tube 31 and directly above the entrance nozzle 32, a plurality of core fuel elements 40 are arranged at intervals in a direction perpendicular to the axis Ac.
A coolant guided from the opening of the entrance nozzle 32 flows in the space around and above the core fuel element 40 .

続いて、図5を参照して、炉心燃料要素40の構成について説明する。同図に示すように、炉心燃料要素40は、上下方向に延びる筒状の被覆管41と、この被覆管41の内部に収容されているプレナムスプリング43、炉心燃料44、上部ブランケット燃料45及び下部ブランケット燃料46と、被覆管41の両端部に設けられた上部端栓48及び下部端栓49と、を有している。 Next, the configuration of the core fuel element 40 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the core fuel element 40 includes a vertically extending cylindrical cladding tube 41, a plenum spring 43 housed inside the cladding tube 41, a core fuel 44, an upper blanket fuel 45 and a lower portion. It has a blanket fuel 46 and upper and lower end plugs 48 and 49 provided at both ends of the cladding tube 41 .

炉心燃料44、上部ブランケット燃料45及び下部ブランケット燃料46はそれぞれ、円柱型のペレット状に成形されている。複数の下部ブランケット燃料46、複数の炉心燃料44、複数の上部ブランケット燃料45がこの順に、被覆管41の下方から積み重なるようにして充填されている。最も上方の上部ブランケット燃料45は、プレナムスプリング43によって下方に向かって押圧されている。 The core fuel 44, the upper blanket fuel 45, and the lower blanket fuel 46 are each formed in the shape of cylindrical pellets. A plurality of lower blanket fuels 46 , a plurality of core fuels 44 , and a plurality of upper blanket fuels 45 are stacked in this order from below the cladding tube 41 . The uppermost upper blanket fuel 45 is urged downward by a plenum spring 43 .

径方向ブランケット部22を構成するブランケット燃料集合体は、炉心燃料要素40の代わりにブランケット燃料要素を備える以外は、炉心燃料集合体と同様である。
ブランケット燃料要素は、炉心燃料44、上部ブランケット燃料45及び下部ブランケット燃料46の代わりにブランケット燃料を備える以外は、炉心燃料要素40と同様である。
The blanket fuel assemblies that make up the radial blanket portion 22 are similar to the core fuel assemblies except that they include blanket fuel elements instead of the core fuel elements 40 .
The blanket fuel element is similar to core fuel element 40 except that instead of core fuel 44, upper blanket fuel 45 and lower blanket fuel 46, blanket fuel is provided.

ステップS1-3によって得た燃料が炉心燃料である場合、この燃料は、外側炉心部25の炉心燃料44に用いてもよく、内側炉心部26の炉心燃料44に用いてもよく、それらの両方に用いてもよいが、内側炉心部26の炉心燃料44に用いることが好ましい。
一般に、外側炉心部25の炉心燃料44と、内側炉心部26の炉心燃料44とは、組成が異なる。例えば、外側炉心部25の炉心燃料44の方が、内側炉心部26の炉心燃料44よりも、Pu富化度が高い傾向がある。
従来、このように組成の異なる炉心燃料44を共用ラインで製造する場合は、外側炉心部25用のPu富化度が高い燃料が内側炉心部26用のPu富化度が低い燃料が混入しないように、共用ライン内に残留している燃料を除去する清掃作業の必要があり、清掃作業の負担が大きかった。
これに対し、ステップS1-3によって得た燃料を内側炉心部26の炉心燃料44に用いる場合は、燃料に含有するLn量を調整することで、外側炉心部25と内側炉心部26のPu富化度の調整が可能である。これにより、Lnを含有させる前の燃料は同一のPu富化度の燃料を使用することができ、燃料製造時の共用ラインの清掃作業が容易になる。
If the fuel obtained by step S1-3 is core fuel, this fuel may be used for core fuel 44 in outer core section 25, may be used for core fuel 44 in inner core section 26, or both. However, it is preferably used for the core fuel 44 in the inner core section 26 .
In general, the core fuel 44 in the outer core section 25 and the core fuel 44 in the inner core section 26 differ in composition. For example, the core fuel 44 in the outer core section 25 tends to be more enriched with Pu than the core fuel 44 in the inner core section 26 .
Conventionally, when the core fuel 44 with different compositions is manufactured in a shared line in this way, the fuel with a high Pu enrichment for the outer core section 25 does not mix with the fuel with a low Pu enrichment for the inner core section 26. As a result, there was a need for cleaning work to remove the fuel remaining in the shared line, and the burden of cleaning work was heavy.
On the other hand, when the fuel obtained in step S1-3 is used as the core fuel 44 of the inner core section 26, the Pu enrichment of the outer core section 25 and the inner core section 26 is adjusted by adjusting the amount of Ln contained in the fuel. It is possible to adjust the degree of quenching. As a result, the same Pu-enriched fuel can be used as the fuel before containing Ln, which facilitates cleaning of the shared line during fuel production.

ステップS1-3によって得た燃料がブランケット燃料である場合、この燃料は、炉心燃料要素40に上部ブランケット燃料45又は下部ブランケット燃料46として装荷してもよく、ブランケット燃料要素に装荷してもよい。MA核変換の点では、ブランケット燃料要素に装荷することが好ましい。 If the fuel obtained by step S1-3 is blanket fuel, this fuel may be loaded into the core fuel element 40 as upper blanket fuel 45 or lower blanket fuel 46, or may be loaded into the blanket fuel element. In terms of MA transmutation, it is preferred to load blanket fuel elements.

(作用効果)
上記構成の方法では、燃料の製造に用いる第2の放射性組成物のDFLnが1超100未満であるので、第2の放射性組成物を得る際のMA精製の工程数を少なく、例えば3回以下程度に抑えることができる。そのため、MA精製による廃液量及び設備コストを抑制できる。
(Effect)
In the method having the above configuration, the DF Ln of the second radioactive composition used for fuel production is more than 1 and less than 100, so the number of MA purification steps when obtaining the second radioactive composition is reduced, for example, three times. It can be reduced to the following extent. Therefore, it is possible to suppress the amount of waste liquid and equipment cost due to MA refining.

<第二実施形態>
図6に示すように、本開示の第二実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法は、
使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液であるHALWからMAをLnとともに、Lnの除染係数が1以上100未満となるように分離する処理(MA分離)を行うことで、MA及びLnを含む放射性組成物を得るステップS2-1と、
ステップS2-1によって得た放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップS2-2と、
ステップS2-2によって得た燃料を高速炉に装荷し、MAの核変換を行うステップS2-3と、を有する。
ステップS2-1によってMA及びLnを分離した廃液(FP含有)は、例えば、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。
<Second embodiment>
As shown in FIG. 6, the HALW disposal load reduction method according to the second embodiment of the present disclosure includes:
By performing a treatment (MA separation) to separate MA and Ln from HALW, which is a waste liquid obtained by separating U and Pu from a solution of spent nuclear fuel, so that the decontamination coefficient of Ln is 1 or more and less than 100. Step S2-1 of obtaining a radioactive composition containing Ln;
Step S2-2 of producing fast reactor fuel using the radioactive composition obtained in step S2-1;
and a step S2-3 of loading the fuel obtained in step S2-2 into the fast reactor and transmuting the MA.
The waste liquid (containing FP) from which MA and Ln have been separated in step S2-1 is, for example, vitrified, stored, and then geologically disposed.

(ステップS2-1:MA分離)
ステップS2-1は、分離処理によって得られる放射性組成物におけるDFLnが100未満となるように分離処理を行う以外は、ステップS1-1と同様である。
(Step S2-1: MA separation)
Step S2-1 is the same as step S1-1 except that the separation treatment is performed so that the DF Ln of the radioactive composition obtained by the separation treatment is less than 100.

ステップS2-1によって得られる放射性組成物は、MA及びLnを含む。
放射性組成物におけるDFLnは、廃液量の抑制の点から、100未満であり、20未満がより好ましく、1未満であってもよい。
The radioactive composition obtained by step S2-1 contains MA and Ln.
DF Ln in the radioactive composition is less than 100, more preferably less than 20, and may be less than 1 from the viewpoint of suppressing the amount of waste liquid.

(ステップS2-2:燃料製造)
ステップS2-2は、ステップS1-3と同様である。
(Step S2-2: fuel production)
Step S2-2 is similar to step S1-3.

(ステップS2-3:MA核変換)
ステップS2-3は、ステップS1-4と同様である。
(Step S2-3: MA transmutation)
Step S2-3 is similar to step S1-4.

(作用効果)
上記構成の方法では、燃料の製造に用いる放射性組成物のDFLnが1超100未満であり、また、MA分離の際にDFLnを目的の値にしているので、MA精製を省略できる。そのため、MA精製による廃液量及び設備コストを抑制できる。
(Effect)
In the method having the above configuration, the DF Ln of the radioactive composition used for fuel production is more than 1 and less than 100, and the DF Ln is set to the target value during MA separation, so MA refining can be omitted. Therefore, it is possible to suppress the amount of waste liquid and equipment cost due to MA refining.

<第三実施形態>
図7に示すように、本開示の第三実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法は、
使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液であるHALWからMAをLnとともに、Lnの除染係数が1以上100未満となるように分離する処理(MA分離)を行うことで、MA及びLnを含む放射性組成物を得るステップS3-1と、
ステップS3-1によって得た放射性組成物を保管するステップS3-2と、
ステップS3-2によって保管した後の放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップS3-3と、
ステップS3-3によって得た燃料を高速炉に装荷し、MAの核変換を行うステップS3-4と、を有する。
ステップS3-1によってMA及びLnを分離した廃液(FP含有)は、例えば、ガラス固化し、保管した後、地層処分する。
<Third embodiment>
As shown in FIG. 7, the HALW disposal load reduction method according to the third embodiment of the present disclosure includes:
By performing a treatment (MA separation) to separate MA and Ln from HALW, which is a waste liquid obtained by separating U and Pu from a solution of spent nuclear fuel, so that the decontamination coefficient of Ln is 1 or more and less than 100. Step S3-1 of obtaining a radioactive composition containing Ln;
Step S3-2 of storing the radioactive composition obtained by step S3-1;
Step S3-3 of producing fast reactor fuel using the radioactive composition stored in step S3-2;
and a step S3-4 of loading the fuel obtained in step S3-3 into the fast reactor and transmuting the MA.
The waste liquid (containing FP) from which MA and Ln have been separated in step S3-1 is, for example, vitrified, stored, and then geologically disposed.

(ステップS3-1:MA分離)
ステップS3-1は、ステップS2-1と同様である。
(Step S3-1: MA Separation)
Step S3-1 is similar to step S2-1.

(ステップS3-2:保管)
ステップS3-2では、放射性組成物を一時的に保管する。
放射性組成物は、液状のまま保管してもよく、固化処理して固化体の形態で保管してもよい。保管の負荷が小さい点では、固化体の形態で保管することが好ましい。
(Step S3-2: Storage)
In step S3-2, the radioactive composition is temporarily stored.
The radioactive composition may be stored in a liquid state, or may be solidified and stored in a solid form. Storage in the solidified form is preferable in terms of a small storage load.

固化処理としては、例えば、分解処理、水熱処理、ガラス固化処理が挙げられる。
ガラス固化処理を行う場合、ガラス固化処理の前に、放射性組成物を濃縮する濃縮処理を行うことが好ましい。
Examples of the solidification treatment include decomposition treatment, hydrothermal treatment, and vitrification treatment.
When the vitrification treatment is performed, it is preferable to perform a concentration treatment for concentrating the radioactive composition before the vitrification treatment.

放射性組成物が、抽出処理により得られた抽出液である場合、固化処理としては、分解処理が好ましい。抽出液に対して分解処理を行うことにより、抽出液の有機溶媒が除去されるとともにMAが酸化される。これにより、MA酸化物を含む固化体が得られる。
分解処理としては、例えば、蒸留、熱分解、焼却が挙げられる。蒸留は、回分式、連続式(棚段塔や充填塔)等の公知の蒸発方式を用いて実施できる。
When the radioactive composition is an extract obtained by an extraction treatment, the solidification treatment is preferably a decomposition treatment. By subjecting the extract to decomposition treatment, the organic solvent in the extract is removed and MA is oxidized. As a result, a solidified body containing MA oxide is obtained.
Decomposition treatments include, for example, distillation, thermal decomposition, and incineration. Distillation can be carried out using a known evaporation method such as a batch method or a continuous method (a plate tower or a packed tower).

放射性組成物が、逆抽出処理で得られた逆抽出液、又は吸着-溶離処理で得られた溶離液である場合、固化処理としては、水熱処理、又は液状物を濃縮し、得られた濃縮液をガラス固化する処理(濃縮-ガラス固化処理)が好ましい。
放射性組成物を水熱処理することにより、放射性組成物に含まれるMAが酸化され、MA酸化物を含む固化体が析出する。固化体は固液分離により液状媒体(水)と分離される。これにより、MA酸化物を含む固化体が得られる。
放射性組成物の濃縮、濃縮液のガラス固化はそれぞれ常法により実施できる。
When the radioactive composition is a back-extraction solution obtained by back-extraction treatment or an eluent obtained by adsorption-elution treatment, the solidification treatment may be hydrothermal treatment, or concentration of the liquid and concentration obtained A treatment for vitrifying the liquid (concentration-vitrification treatment) is preferred.
By hydrothermally treating the radioactive composition, the MA contained in the radioactive composition is oxidized and a solidified body containing MA oxide is precipitated. The solidified material is separated from the liquid medium (water) by solid-liquid separation. As a result, a solidified body containing MA oxide is obtained.
Concentration of the radioactive composition and vitrification of the concentrate can be carried out by conventional methods.

必要に応じて、得られた固化体を保管する前に、固化体に対し、炭素、水素、酸素、窒素成分の一部又は全部を除去する安定化処理を行ってもよい。
固化体には、抽出剤、抽出剤の放射線分解物等の有機物が含まれることがある。固化体に有機物が含まれていると、保管時にガスが発生し、放射性物質の閉じ込め機能を損なう、不具合が発生するおそれがある。固化体に対し、炭素、水素、酸素、窒素成分の一部又は全部を除去する安定化処理を行うことで、このような不具合の発生を抑制できる。
安定化処理としては、例えば、か焼、焼結が挙げられる。
If necessary, before storing the obtained solidified body, the solidified body may be subjected to a stabilization treatment for removing part or all of the carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen components.
The solidified material may contain organic substances such as extractants and radiation decomposition products of the extractants. If the solidified material contains organic matter, gas is generated during storage, which may impair the function of confinement of radioactive substances. Such problems can be suppressed by subjecting the solidified body to a stabilization treatment that removes some or all of the carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen components.
Examples of stabilization treatments include calcination and sintering.

固化体の保管方法としては、放射性廃棄物の乾式保管方法として公知の方法を利用でき、例えば、固化体を複数のキャニスタに格納し、これら複数のキャニスタをキャスクに収納し、保管施設で保管する方法が挙げられる。 As a method for storing the solidified material, a method known as a dry storage method for radioactive waste can be used. For example, the solidified material is stored in a plurality of canisters, these canisters are stored in casks, and stored in a storage facility. method.

放射性組成物を保管する期間は、適宜設定できる。
Cm等の高発熱性のMAは、炉心燃料製造に適さないため、放射性組成物が高発熱性のMAを含む場合、ステップS3-2では、放射性組成物又はその固化体を、放射性組成物又はその固化体に含まれる高発熱性のMAが十分に減衰するまで保管することが好ましい。これにより、保管後の放射性組成物又はその固化体を、高発熱性のMAの分離処理を行うことなく、炉心燃料製造に用いることができる。なお、HALWに含まれるCmは主に、半減期が約18年と比較的短い244Cmである。
The period during which the radioactive composition is stored can be set as appropriate.
Since highly exothermic MA such as Cm is not suitable for core fuel production, in the case where the radioactive composition contains highly exothermic MA, in step S3-2, the radioactive composition or its solidified body is mixed with the radioactive composition or It is preferable to store until the highly exothermic MA contained in the solidified body is sufficiently attenuated. As a result, the stored radioactive composition or its solidified body can be used for core fuel production without subjecting the highly exothermic MA to a separation process. Note that Cm contained in HALW is mainly 244 Cm, which has a relatively short half-life of about 18 years.

(ステップS3-3:燃料製造)
ステップS3-3は、ステップS2-2と同様である。
ただし、ステップS3-2において、放射性組成物を固化体とした場合は、固化体を溶解し、その溶液を用いて燃料を製造する。
固化体を溶解するには、例えば、MA酸化物を含む固化体であれば、硝酸水溶液を加えればよい。固化体がガラス固化体である場合は、固化体を酸溶液等で溶解した後、得られた溶液からガラス成分を分離する。
(Step S3-3: fuel production)
Step S3-3 is similar to step S2-2.
However, when the radioactive composition is solidified in step S3-2, the solidified body is dissolved and the solution is used to produce the fuel.
To dissolve the solidified body, for example, in the case of the solidified body containing MA oxide, an aqueous nitric acid solution may be added. When the solidified body is a vitrified body, the solidified body is dissolved in an acid solution or the like, and then the glass component is separated from the resulting solution.

(ステップS3-4:MA核変換)
ステップS3-4は、ステップS2-3と同様である。
(Step S3-4: MA transmutation)
Step S3-4 is similar to step S2-3.

(作用効果)
上記構成の方法では、燃料の製造に用いる放射性組成物のDFLnが1超100未満であり、また、MA分離の際にDFLnを目的の値にしているので、MA精製を省略できる。そのため、MA精製による廃液量及び設備コストを抑制できる。
また、放射性組成物を、燃料製造の前に保管するので、高発熱性のMAの分離処理を行うことなく、炉心燃料製造に用いることができる。
(Effect)
In the method having the above configuration, the DF Ln of the radioactive composition used for fuel production is more than 1 and less than 100, and the DF Ln is set to the target value during MA separation, so MA refining can be omitted. Therefore, it is possible to suppress the amount of waste liquid and equipment cost due to MA refining.
In addition, since the radioactive composition is stored before fuel production, it can be used for core fuel production without separation of highly exothermic MA.

以上、本開示の実施形態について説明したが、上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 As described above, the embodiments of the present disclosure have been described, but each configuration and combination thereof in the above embodiments are examples, and additions, omissions, replacements, and other Change is possible.

<付記>
各実施形態に記載のHALWの処分負荷低減方法は、例えば以下のように把握される。
(1)上記第一実施形態~第三実施形態に係るHALWの処分負荷低減方法は、HALWからMA及びLnを、DFLnが1以上100未満となるように回収し、MA及びLnを含む放射性組成物を得るステップ(S1-1及びS1-2、S2-1、S3-1)と、前記放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップ(S1-3、S2-2、S3-3)と、前記燃料を高速炉に装荷し、MAの核変換を行うステップと(S1-4、S2-3、S3-4)、を有する。
<Appendix>
The HALW disposal load reduction method described in each embodiment can be grasped, for example, as follows.
(1) The method for reducing the disposal load of HALW according to the first to third embodiments described above recovers MA and Ln from HALW so that DF Ln is 1 or more and less than 100, Steps of obtaining a composition (S1-1 and S1-2, S2-1, S3-1), and steps of producing fast reactor fuel using the radioactive composition (S1-3, S2-2, S3) -3), and a step of loading the fuel into the fast reactor and transmuting the MA (S1-4, S2-3, S3-4).

従来、高速炉でMAの核変換を行う場合は、DFLn=100以上の高い精製度が必要とされていた。このような高い精製度とするためのMA精製は、廃液量及び設備コストの増加をもたらす。
本発明者らの検討によれば、DFLnが100未満の放射性組成物を用いて製造した燃料であっても、問題無くMAの核変換を行うことができることがわかった。そこで、上記実施形態に係る方法では、DFLnを100未満とした。DFLnが100未満であれば、MA精製を行わないことや、MA精製を行う場合でも工程数を少なく抑えることができる。そのため、MA精製による廃液量及び設備コストを抑制できる。
Conventionally, when transmuting MA in a fast reactor, a high refinement of DF Ln =100 or more was required. MA refining to achieve such a high degree of purification results in an increase in the amount of waste liquid and facility costs.
According to the studies of the present inventors, it has been found that MA nuclear transmutation can be performed without problems even with fuel produced using a radioactive composition having a DF Ln of less than 100. Therefore, DF Ln is set to less than 100 in the method according to the above embodiment. If DF Ln is less than 100, it is possible not to perform MA refining, or to reduce the number of steps even if MA refining is performed. Therefore, it is possible to suppress the amount of waste liquid and equipment cost due to MA refining.

(2)上記第一実施形態~第三実施形態に係る方法においては、燃料が炉心燃料であることが好ましい。この場合、Lnの除染係数は1以上20未満であることが好ましい。
上記構成によれば、炉心燃料にLnを同伴した状態で回収MAを核変換できる。
(2) In the methods according to the first to third embodiments, the fuel is preferably core fuel. In this case, the decontamination coefficient of Ln is preferably 1 or more and less than 20.
According to the above configuration, the recovered MA can be transmuted while the core fuel is accompanied by Ln.

(3)上記第一実施形態~第三実施形態に係る方法においては、燃料がブランケット燃料であることも好ましい。
上記構成によれば、ブランケット燃料にLnを同伴した状態で回収MAを核変換できる。
(3) In the methods according to the first to third embodiments, the fuel is preferably blanket fuel.
According to the above configuration, the recovered MA can be transmuted while the blanket fuel is accompanied by Ln.

(4)上記第一実施形態~第三実施形態に係る方法において、燃料がブランケット燃料である場合には、上記第三実施形態に係る方法のように、前記燃料を製造するステップ(S3-3)の前に、前記放射性組成物を保管するステップ(S3-2)を有することが好ましい。
使用済み燃料のMAには、高発熱性の核種(Cm243、Cm244等)が含まれている。このような核種を含むMAを用いてブランケット燃料を製造すると、発熱量が高くなりすぎるおそれがあるので、従来は、MA精製の際に高発熱性の核種を分離していた。
上記構成によれば、高発熱性の核種の崩壊熱を低減できるので、HALWからのMA分離後、高発熱性の核種の分離処理を行わずにMA燃料製造に供することができる。
(4) In the methods according to the first to third embodiments, when the fuel is blanket fuel, the step of producing the fuel (S3-3 ), it is preferable to have a step (S3-2) of storing the radioactive composition.
The spent fuel MA contains highly exothermic nuclides (Cm 243 , Cm 244, etc.). If MA containing such nuclides is used to produce blanket fuel, the calorific value may become too high, so conventionally, nuclides with high calorific value have been separated during MA refining.
According to the above configuration, the decay heat of the highly exothermic nuclides can be reduced, so that after the MA separation from the HALW, the MA fuel can be produced without performing the separation treatment of the highly exothermic nuclides.

(5)上記第一実施形態~第三実施形態に係る方法において、燃料がブランケット燃料である場合には、前記使用済み核燃料が、再処理において中間貯蔵された使用済み核燃料であることも好ましい。
使用済み燃料のMAには、高発熱性の核種(Cm243、Cm244等)が含まれている。このようなMAを用いてブランケット燃料を製造すると、発熱量が高くなりすぎるおそれがあるので、従来は、MA精製の際に高発熱性の核種を分離していた。
上記構成によれば、中間貯蔵によって高発熱性の核種の崩壊熱が低減されているので、HALWからのMA分離後、高発熱性の核種の分離処理を行わずに、ブランケット燃料製造に供することができる。
(5) In the methods according to the first to third embodiments, when the fuel is blanket fuel, it is also preferable that the spent nuclear fuel is spent nuclear fuel that has been interimly stored during reprocessing.
The spent fuel MA contains highly exothermic nuclides (Cm 243 , Cm 244, etc.). If such MA is used to produce blanket fuel, the calorific value may become too high, so conventionally, highly exothermic nuclides were separated during MA refining.
According to the above configuration, since the decay heat of the highly exothermic nuclides is reduced by the intermediate storage, after the MA separation from the HALW, it can be used for blanket fuel production without performing the separation treatment of the highly exothermic nuclides. can be done.

各実施形態に記載の高速炉の燃料は、例えば以下のように把握される。
(6)第一実施形態~第二実施形態に係る高速炉の燃料は、MA及びLnを含む。
The fast reactor fuel described in each embodiment is grasped, for example, as follows.
(6) Fast reactor fuels according to the first and second embodiments contain MA and Ln.

従来、高速炉でMAの核変換を行う場合は、MA燃料にLnが混入しないように高い精製度が必要とされていた。
上記実施形態に係る燃料では、Lnを含むので、燃料を製造する過程でのLnの除染係数を100未満にでき、MA精製による廃液量及び設備コストを抑制できる。
Conventionally, when transmuting MA in a fast reactor, a high degree of refinement was required so as not to mix Ln into the MA fuel.
Since the fuel according to the above embodiment contains Ln, the decontamination coefficient of Ln in the process of manufacturing the fuel can be made less than 100, and the amount of waste liquid and equipment cost due to MA refining can be suppressed.

(7)上記第一実施形態~第二実施形態に係る燃料は、炉心燃料であることが好ましい。この場合、Lnの含有量は、装荷する炉心燃料全量に対して1~13質量%であることが好ましい。
上記構成によれば、炉心燃料にLnを同伴した状態で回収MAを核変換できる。
(7) The fuel according to the first to second embodiments is preferably core fuel. In this case, the content of Ln is preferably 1 to 13% by mass with respect to the total amount of loaded core fuel.
According to the above configuration, the recovered MA can be transmuted while the core fuel is accompanied by Ln.

(8)上記第一実施形態~第二実施形態に係る燃料は、ブランケット燃料であることが好ましい。この場合、Lnの含有量は、装荷するブランケット燃料全量に対して31~33質量%であることが好ましい。
上記構成によれば、ブランケット燃料にLnを同伴した状態で回収MAを核変換できる。
(8) The fuel according to the first to second embodiments is preferably blanket fuel. In this case, the content of Ln is preferably 31 to 33% by mass with respect to the total amount of loaded blanket fuel.
According to the above configuration, the recovered MA can be transmuted while the blanket fuel is accompanied by Ln.

100 高速炉
1 炉心
2 原子炉容器
3 ガードベッセル
4 冷却材入口配管
5 冷却材出口配管
6 原子炉容器ペデスタル
7 炉心上部機構
8 固定プラグ
9 制御棒駆動機構
10 回転プラグ
11 回転プラグ駆動装置
12 炉内構造物
21 中性子遮蔽体
22 径方向ブランケット部
23 制御棒
24 中性子源
25 外側炉心部
26 内側炉心部
30 炉心燃料集合体
31 ラッパ管
32 エントランスノズル
33 ハンドリングヘッド
40 炉心燃料要素
41 被覆管
43 プレナムスプリング
44 炉心燃料
45 上部ブランケット燃料
46 下部ブランケット燃料
48 上部端栓
49 下部端栓
Ac 軸線
100 Fast reactor 1 Core 2 Reactor vessel 3 Guard vessel 4 Coolant inlet pipe 5 Coolant outlet pipe 6 Reactor vessel pedestal 7 Core upper mechanism 8 Fixed plug 9 Control rod drive mechanism 10 Rotating plug 11 Rotating plug drive device 12 Inside the reactor Structure 21 Neutron Shield 22 Radial Blanket 23 Control Rod 24 Neutron Source 25 Outer Core 26 Inner Core 30 Core Fuel Assembly 31 Bugle Tube 32 Entrance Nozzle 33 Handling Head 40 Core Fuel Element 41 Cladding Tube 43 Plenum Spring 44 Core fuel 45 Upper blanket fuel 46 Lower blanket fuel 48 Upper plug 49 Lower plug Ac Axis

Claims (11)

使用済み核燃料の溶液からU及びPuを分離した廃液である高レベル放射性廃棄物からマイナーアクチノイド及びランタノイドを、前記ランタノイドの除染係数が1以上100未満となるように回収し、前記マイナーアクチノイド及び前記ランタノイドを含む放射性組成物を得るステップと、
前記放射性組成物を用いて、高速炉の燃料を製造するステップと、
前記燃料を高速炉に装荷し、前記マイナーアクチノイドの核変換を行うステップと、を有する、高レベル放射性廃棄物の処分負荷の低減方法。
A minor actinide and a lanthanide are recovered from high-level radioactive waste, which is a waste liquid obtained by separating U and Pu from a solution of spent nuclear fuel, so that the decontamination coefficient of the lanthanide is 1 or more and less than 100, and the minor actinide and the obtaining a radioactive composition comprising a lanthanide;
using the radioactive composition to produce fuel for a fast reactor;
and loading the fuel into a fast reactor to transmute the minor actinide.
前記燃料が炉心燃料である、請求項1に記載の低減方法。 2. The method of claim 1, wherein the fuel is core fuel. 前記ランタノイドの除染係数が1以上20未満である、請求項2に記載の低減方法。 3. The reduction method according to claim 2, wherein the lanthanoid has a decontamination factor of 1 or more and less than 20. 前記燃料がブランケット燃料である、請求項1に記載の低減方法。 2. The method of claim 1, wherein the fuel is blanket fuel. 前記燃料を製造するステップの前に、前記放射性組成物を保管するステップを有する、請求項4に記載の低減方法。 5. The method of claim 4, comprising storing the radioactive composition prior to manufacturing the fuel. 前記使用済み核燃料が、再処理において中間貯蔵された使用済み核燃料である、請求項4又は5に記載の低減方法。 6. A reduction method according to claim 4 or 5, wherein said spent nuclear fuel is spent nuclear fuel intermediately stored in reprocessing. マイナーアクチノイド及びランタノイドを含む、高速炉の燃料。 Fast reactor fuel containing minor actinides and lanthanides. 炉心燃料である、請求項7に記載の燃料。 8. The fuel of claim 7, which is core fuel. 前記ランタノイドの含有量が、装荷する炉心燃料全量に対して1~13質量%である、請求項8に記載の燃料。 9. The fuel according to claim 8, wherein the lanthanide content is 1 to 13% by mass with respect to the total amount of loaded core fuel. ブランケット燃料である、請求項7に記載の燃料。 8. The fuel of claim 7, which is blanket fuel. 前記ランタノイドの含有量が、装荷するブランケット燃料全量に対して31~33質量%である、請求項10に記載の燃料。 11. The fuel according to claim 10, wherein the lanthanoid content is 31-33% by mass with respect to the total amount of blanket fuel loaded.
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