高選択4価／6価核燃料物質同時沈殿剤としてのN-ピロリドン誘導体の開発

开发四价/六价核燃料材料高选择性共沉淀剂N-吡咯烷酮衍生物

• 批准号: 22KJ1347
• 负责人: 小野 遼真
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1347/
• 关键词: 使用済み核燃料再処理; 沈殿剤開発; 沈殿法; プルトニウム; 硝酸

実際にPuを用いた沈殿試験を2種類の沈殿剤（架橋N-ピロリドン誘導体）を用いて行った。結果として、Pu(IV)に対して良好な沈殿能を示すことが明らかとなった。具体的には使用済み核燃料溶解液中に119 mMのPu(IV)がある場合(融解金属高速増殖炉の使用済み核燃料での試算値)、99%以上を沈殿回収できる試算となった。また、他のM(IV) (M = Ce, Th, U, Np)と比較すると、実験条件によってはCe(IV)のみ全く異なる沈殿物を生じることが明らかとなった。一方でPu(IV)と他のAn(IV)は沈殿率こそ異なるものの、同じ結晶構造で沈殿を生じることが分かった。これを踏まえ、今後の沈殿剤開発においては、Pu(IV)の模擬としてのM(IV)との反応性は模擬できていない部分が多分にあることを認識して注意深く検討する必要があると考える。また、沈殿物中に存在する極めて強い水素結合について単結晶中性子構造解析(SCND)を用いて詳細に検討した。当該水素結合は(+)-CAHB((+)-Charge Assisted Hydrogen Bonding)であることが単結晶X線構造解析によって示唆されていたものの、その水素にはほとんど電荷密度が存在しないために原理的に確認ができていなかった。これに対し本研究ではSCNDによって水素の原子座標を決定するに至った。これにより、当該沈殿物の構造的な理解がより深まった。以上より、実用に耐えうると期待される沈殿剤が確認された。今後はこれまでに得られた知見を基に沈殿剤の構造の内、沈殿能に大きくかかわる因子の把握を目的として研究を行う。

实际上，使用 Pu 的沉淀试验是使用两种类型的沉淀剂（交联 N-吡咯烷酮衍生物）进行的。结果表明，其对Pu(IV)表现出良好的沉淀能力。具体来说，如果乏核燃料溶液中含有119 mM Pu(IV)（熔融金属快中子增殖堆乏核燃料的估算值），则估计可以回收99%以上的Pu(IV)通过降水。此外，与其他M(IV)s（M=Ce、Th、U、Np）相比，可以清楚地看出，根据实验条件，只有Ce(IV)会产生完全不同的沉淀物。另一方面，发现Pu(IV)和其他An(IV)s具有相同的晶体结构并形成沉淀物，尽管它们的沉淀速率不同。基于此，在未来沉淀剂的开发中，有必要仔细考虑M(IV)作为Pu(IV)的模拟器的反应性，认识到有许多领域无法模拟。此外，使用单晶中子结构分析（SCND）详细研究了沉淀物中存在的极强的氢键。单晶X射线结构分析表明氢键为(+)-CAHB((+)-Charge Assisted Hydrogen Bonding)，但由于氢几乎没有电荷密度，因此不可能无法证实。相比之下，在本研究中，我们能够通过 SCND 确定氢的原子坐标。这使得人们对沉淀物的结构有了更深入的了解。由此，确认了可期待实用化的沉淀剂。今后，我们将根据迄今为止获得的知识进行研究，以了解沉淀剂结构中与其沉淀能力显着相关的因素。

项目成果

核燃料物質選択的沈殿法再処理における回収ウランのイエローケーキ化と架橋ピロリドン沈殿剤のリサイクル

核燃料材料选择性沉淀后处理中回收铀黄饼的形成及交联吡咯烷酮沉淀剂的回收利用

• 发表时间: 2023
• 作者: 小野遼真;鷹尾康一朗
• 通讯作者: 鷹尾康一朗

架橋ピロリドン誘導体を含む難溶性アクチノイド(IV)-ニトラト錯体の結晶構造解析およびNUMAP再処理への適用性

含有桥联吡咯烷酮衍生物的难溶锕系元素（IV）-硝基络合物的晶体结构分析及其在 NUMAP 后处理中的适用性

• 发表时间: 2022
• 作者: 小野遼真;竹山知志;Juliane Marz;Tamara Duckworth;津島悟;鷹尾康一朗
• 通讯作者: 鷹尾康一朗