(57)【要約】【課題】定常運転状態で陽極への使用済み核燃料の装荷、陽極残さの回収、陰極析出物の回収等を行うことができ、連続運転が可能で処理能率の高い使用済み核燃料の電解精製方法および装置を提供する。【解決手段】塩化物、フッ化物等の塩を高温で溶融してなる溶融塩１を貯留する電解容器２と、使用済み核燃料８を収容し前記溶融塩に浸漬されたかご状または孔あき容器状の陽極と、前記陽極への通電を切替える電源回路１０と、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極５と、前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極間に電流を流す電源装置と、前記陰極を中心軸のまわりに回転させる陰極回転装置６と、前記陰極の円周面に当接し前記円周面に析出したウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き落とす掻き取り刃７とを備えている構成とする。【選択図】図１
2005195462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩を高温で溶融してなる溶融塩を貯留する電解容器と、使用済み核燃料を収容し前記溶融塩に浸漬されたかご状または孔あき容器状の陽極と、前記陽極への通電を切替える電源回路と、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極と、前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極間に電流を流す電源装置と、前記陰極を中心軸のまわりに回転させる陰極回転装置と、前記陰極の円周面に当接し前記円周面に析出したウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き落とす掻き取り刃とを備えていることを特徴とする使用済み核燃料の電解精製装置。
【請求項２】
前記陽極は、複数の腕を有し回転する電流供給シャフトによって使用済み核燃料への電流の供給を行うことを特徴とする請求項１記載の使用済み核燃料の電解精製装置。
【請求項３】
前記陰極は前記溶融塩を攪拌する攪拌機を備えていることを特徴とする請求項１記載の使用済み核燃料の電解精製装置。
【請求項４】
前記陰極および前記掻き取り刃は前記析出物を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１記載の使用済み核燃料の電解精製装置。
【請求項５】
陰極から掻き取られた前記析出物を析出物回収容器に回収するスロープを前記掻き取り刃の後部に備えていることを特徴とする請求項１記載の使用済み核燃料の電解精製装置。
【請求項６】
使用済み核燃料を収容するかご状または孔あき容器状の複数の陽極を、塩を高温で溶融してなる溶融塩に浸漬し、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極を中心軸のまわりに回転させながら前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極間に電流を流すとともに前記複数の陽極への通電をずらして、前記陰極の円周面に析出するウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き取り刃によって掻き落とすことを特徴とする使用済み核燃料の電解精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は使用済み核燃料の再処理に係り、使用済み核燃料を溶融塩浴で電気分解して再利用可能なウランおよび超ウラン元素（ＴＲＵ）を分離回収する電解精製方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶融塩を用いた使用済み核燃料の電解精製では、溶融塩中に装荷した使用済み核燃料の量単位または陰極の析出量単位でのバッチ式処理であり、また陰極析出物の連続掻き取り機構を有した電解精製装置においても、析出物の回収を装置下部の回収容器等に依存するため、回収物容器の容量に支配されたバッチ式処理となっている。そのため、電極や回収容器の交換のために溶融塩から電極を取り出す必要があり、交換にあたってのハンドリングのため、加熱装置温度を下げる等の操作が必要であり、処理能率が低いという問題がある（下記特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開平１０−５３８８８号公報
【特許文献２】特開平１０−５３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、定常運転状態で陽極への使用済み核燃料の装荷、陽極残さの回収、陰極析出物の回収等を行うことができ、連続運転が可能で処理能率の高い使用済み核燃料の電解精製方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、塩化物、フッ化物等の塩を高温で溶融してなる溶融塩を貯留する電解容器と、使用済み核燃料を収容し前記溶融塩に浸漬されたかご状または孔あき容器状の陽極と、前記陽極への通電を切替える電源回路と、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極と、前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極間に電流を流す電源装置と、前記陰極を中心軸のまわりに回転させる陰極回転装置と、前記陰極の円周面に当接し前記円周面に析出したウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き落とす掻き取り刃とを備えている構成とする。
【０００５】
請求項２の発明は、前記陽極は、複数の腕を有し回転する電流供給シャフトによって使用済み核燃料への電流の供給を行う構成とする。  
請求項３の発明は、前記陰極は前記溶融塩を攪拌する攪拌機を備えている構成とする。
【０００６】
請求項４の発明は、前記陰極および前記掻き取り刃は前記析出物を加熱する加熱装置を備えている構成とする。  
請求項５の発明は、陰極から掻き取られた前記析出物を析出物回収容器に回収するスロープを前記掻き取り刃の後部に備えている構成とする。
【０００７】
請求項６の発明は、使用済み核燃料を収容するかご状または孔あき容器状の複数の陽極を、塩化物、フッ化物等の塩を高温で溶融してなる溶融塩に浸漬し、円柱状または円筒状をなし下部を前記溶融塩に浸漬して前記溶融塩の液面上に水平に設けられた陰極を中心軸のまわりに回転させながら前記溶融塩を通して前記陽極と前記陰極のあいだに電流を流すとともに前記複数の陽極への通電をずらして、前記陰極の円周面に析出するウランおよび超ウラン元素を含む析出物を掻き取り刃によって掻き落とす方法とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、定常運転状態で陽極への使用済み核燃料の装荷、陽極残さの回収、陰極析出物の回収等を行うことができ、連続運転が可能で処理能率の高い使用済み核燃料の電解精製方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置は電解容器の一部を切欠いた図１に示すように、溶融塩１を貯留する電解容器２と、電解容器２の外周部に設置した電気炉３と、処理対象となる使用済み核燃料８を装荷するかご状または孔あき容器状の陽極４と、両端の軸部を電解容器２の外部に設けた支持具に支えられ一部を溶融塩１中に浸漬した状態で設置された陰極５と、陰極５を回転させる回転装置６と、陰極５から析出物を分離するための掻き取り刃７から構成されている。また、図示されていないが、陽極４と陰極５に接続される直流電源装置が設けられている。この構成により陽極４に装荷され溶融塩１中に浸漬された使用済み核燃料８から電解精製により有用なウラン、ＴＲＵが溶解し、陰極５に精製されて析出回収される。
【００１０】
図２に示すように、かご状または孔あき容器状の陽極４は複数備えられ、各陽極４の引上げを行う陽極引上げ機構９と、各陽極４ごとに電源との接続と切断を行う電源回路１０が備えられている。このように、使用済み核燃料を装荷する陽極４を複数設置し、それぞれの陽極を並列に電源と接続し、各陽極ごとに電源との接続、切断を行う電源回路１０を設け陽極ごとの電解処理作業をずらすことで、電解精製の終了した陽極を順次切断し取り出すことが可能となり、電解精製を停止せずに陽極に装荷する使用済み核燃料の投入および電解後に陽極に残留する被覆管材や酸化物の取り出しが可能となる。
【００１１】
本実施の形態の電解精製装置はまた、陽極４への電流の供給を対向する陰極５の面に対し均一になるように、電解電流の継続と停止がコントロールできるようにしてある。この構成によれば、各陽極４ごとに電源との接続、切断機能を持った電源回路１０により陽極４への電流の供給を任意に各陽極に振り分けることが可能であり、これにより陰極５への析出物の成長を均一にすることが可能となり、電解精製に消費される電流効率の向上が可能となると共に、陰極５への偏った析出物の発生による析出物の掻き取りの障害を防止することが可能となる。
【００１２】
本実施の形態の電解精製装置は、陽極４の容器内に設置した使用済み核燃料への電流の供給を陽極容器内に設置した複数の腕を持つ回転式のシャフトを用い使用済み核燃料を攪拌しながら行うようにしてもよい。すなわち図３に示すように、容器状の陽極４と、その内部に設置した電流供給シャフト１１と、電流供給シャフト１１に複数設置したアーム１２と、電流供給シャフト回転装置１３と、電流供給シャフト１１と電源を接続するための電流供給端子１４とを備えた構成とする。
【００１３】
陽極４に装荷された核使用済み核燃料は電解の進行と共に陰極と対する面のウラン、ＴＲＵが枯渇し陽極での溶解処理に消費される電流効率が低下するが、この構成によれば、陽極４の内部に設けた電流供給シャフト１１を回転することによりアーム１２によって使用済み核燃料が攪拌されて、常に新鮮な電解対象面が陰極５に対して露出するため、陽極４に装荷した使用済み核燃料を効率よく電解精製することができる。
【００１４】
本実施の形態の電解精製装置は、円筒状の陰極の両端に水車形状の攪拌羽根を設けて、陰極の回転を利用して溶融塩の攪拌を行うようにしてもよい。図４に示すように、陰極５と同軸に陰極５の左右に設けた水車状の羽根１５を陰極回転装置６によって陰極５とともに回転させることにより、電解容器２内の溶融塩１の流動を促し、溶融塩１中のウラン濃度を常に一定に維持することで、電解精製における電気化学的な物質移動の影響を受けることなく電解精製が可能となり、電解精製効率の低下を抑制することができる。またこの構成によれば対向する陽極４と陰極５の間に構造物を設置することなく溶融塩１の攪拌が可能となり電極面を効率的に利用することが可能となる。
【００１５】
本実施の形態の電解精製装置はまた、陰極表面および陰極析出物掻き取り刃部分を溶融塩の融点以上の温度に保持する加熱装置を具備する構成としてもよい。図４は陰極５と掻き取り刃７の接触部分の詳細を示している。陰極５に析出し陰極５の回転と共に溶融塩１から引き上げられた陰極析出物は温度の低下により固形化し、これにより掻き取り刃７による析出物の陰極５からの分離が阻害されて、強固に固形化した溶融塩による陰極回転の停止等が起こりかねない。本実施の形態ではこれを防止するため、陰極5および掻き取り刃７に発熱体１６を設ける。これによって掻き取り時に陰極表面および掻き取り刃表面が溶融塩の融点以上に維持されて溶融塩の凝固が防止され、陰極析出物の掻き取りを容易に行なうことができる。また陰極および掻き取り刃の加熱によって陰極析出物からの溶融塩の分離を促進することもできる。
【００１６】
本実施の形態の電解精製装置はまた、陰極から掻き取り刃により分離した陰極析出物を回収するために、掻き取り刃後部にスロープを設け、スロープ表面に微振動を与える振動発生装置を具備する構成としてもよい。この構成を図４を用いて説明する。本実施の形態では掻き取り刃７により陰極５から分離された陰極析出物は陰極５の回転と共に掻き取り刃７の後方に押されて移動する。したがって掻き取り刃７の後方にスロープ１９を設置することにより陰極５から分離回収された陰極析出物はスロープ１９を介し電解容器２の外部に搬出回収される。スロープ後端部に回収容器を設ければ電解精製を停止することなく陰極析出物のみを連続的に回収することができる。またスロープ１９には加熱装置１７および超音波発振子１８を設けることでスロープ１９への陰極析出物の固着防止と共に積極的な陰極析出物の排出が可能となる。
【００１７】
本実施の形態の使用済み核燃料の電解精製方法および装置によれば以下の効果が得られる。すなわち、これまでバッチ処理で行われていた溶融塩電解を用いた使用済み核燃料の乾式再処理を連続的に実施することができる。連続処理が可能になることにより、電解精製装置の停止時間が短縮され処理効率を向上することができる。また、陽極、陰極構造の改善により、使用済み核燃料の処理速度を向上することができる。それと同時に、陽極、陰極の連続使用が可能となり乾式再処理における廃棄物発生量を低減することができる。さらに、回収されたウラン、ＴＲＵへの溶融塩の同伴量を低減することが可能となり、電解精製後のウラン、ＴＲＵを処理するための蒸留工程等への負担が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置の基本的な構成を示す一部切開斜視図。
【図２】本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置における陽極の構成を示す斜視図。
【図３】本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置への電流供給のための構成を示す一部切欠き斜視図。
【図４】本発明の実施の形態の使用済み核燃料の電解精製装置における陰極および陰極析出物除去のための構成を示す一部切欠き斜視図。
【符号の説明】
【００１９】
１…溶融塩、２…電解容器、３…電気炉、４…陽極、５…陰極、６…陰極回転装置、７…掻き取り刃、８…使用済み核燃料、９…陽極引上げ機構、１０…電源回路、１１…電流供給シャフト、１２…アーム、１３…電流供給シャフト回転装置、１４…電流供給端子、１５…攪拌羽根、１６…発熱体、１７…スロープ発熱体、１８…超音波発振子、１９…スロープ。
【図１】
2005195462.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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