(57)【要約】【課題】  酸化操作を必要とせず、従って二次的廃棄物の発生が少なく、かつまた工学的に困難な沈殿操作などを伴わない常温常圧での単位操作手法によって、アクチノイド元素相互の分離を高効率で行えるようにする。【解決手段】  ピリジンやイミダゾールアルチルアミンなどを樹脂化した一級、二級、三級の弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填した樹脂柱に、アメリシウムとキュリウム、カリホルニウムなどのアクチノイド元素を含む溶液を供給し、硝酸とメタノール、エタノール、プロパノールなどのアルキルアルコールを混合した溶離溶液を用いて、アクチノイド元素相互をクロマトグラフィで分離する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填した樹脂柱に、複数種類のアクチノイド元素を含む溶液を供給し、硝酸とアルキルアルコールを混合した溶離溶液を用いてアクチノイド元素相互をクロマトグラフィで分離することを特徴とするアクチノイド元素の分離方法。
【請求項２】
樹脂柱に供給する複数種類のアクチノイド元素を含む溶液が、アメリシウムとキュリウム及び／又はカリホルニウムを含む溶液であり、クロマトグラフィによる相互分離によって、前記溶液中に含まれているアクチノイド元素の１種以上を精製・生産する請求項１記載のアクチノイド元素の分離方法。
【請求項３】
樹脂柱に充填する弱塩基性陰イオン交換樹脂は、多孔質シリカ担体もしくは溶液中で化学変化しない物質で作られた多孔質担体中に担持されたもの、もしくは樹脂自身を多孔質体としたものであり、実質的に常温、常圧で分離操作を行う請求項１又は２記載のアクチノイド元素の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アメリシウムとキュリウム、カリホルニウムなどのアクチノイド元素を相互分離する方法に関するものである。更に詳しく述べると本発明は、アクチノイド元素の弱塩基性陰イオン交換樹脂への吸着特性の違いを利用して、クロマトグラフィにより相互分離を行うアクチノイド元素の分離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アメリシウム、キュリウム、バークリウム、カリホルニウム、及びアインスタイニウム（超キュリウム元素）などのアクチノイド元素は、原子力産業における使用済み燃料に含まれるα核種である。使用済み燃料の再処理、分離・核変換処理及び放射性廃棄物の処理・処分などを行う場合には、核特性、発熱特性及び放射性毒性などの違いから、これらを個別に分離することが求められている。
【０００３】
さらに超キュリウム元素の利用としては、例えば今日、Ｃｆ−２５２はガン治療など医学利用、高度分析用の中性子線源等の用途がありＰｕの中性子照射により製造されているが、その生産量は年間数グラム以下と、極僅かである。ちなみに、標準的高速炉使用済み燃料（燃焼度１５万ＭＷＤ／ｔ，４年冷却）１トン中にアメリシウム及びキュリウムはそれぞれ３キログラム及び０．９キログラムが、バークリウム（主にＢｋ−２４９）、カリホルニウム（Ｃｆ−２４９，２５０，２５１等の混合）及びアインスタイニウム（主にＥｓ−２５４）はそれぞれ７０マイクログラム、３ミリグラム及び６×１０-5ナノグラムが含まれており、再処理の過程で全てが高レベル廃液中に移行する。
【０００４】
現在、様々な分離・回収及び精製技術が開発されているが、特に化学的性質の類似する３価のアクチノイドの相互分離は困難で、これまで工学的なレベルでの実用化が見通せる有効な分離・回収・精製技術は確立されていない。
【０００５】
例えばアクチノイド元素であるアメリシウムの分離・精製法としては、従来、溶媒抽出法、固体吸着法及び沈殿法などが提案されている（特許文献１、特許文献２など参照）。しかし、これらの従来法では、いずれも３価アメリシウムの５価あるいは６価への酸化操作が必要であり、またアメリシウムの高次酸化状態は極めて不安定であるため、酸化及び酸化状態の維持に化学試薬の添加が不可欠であった。そのため、分離工程の装置及びシステムが複雑なものとなり、しかも二次的な放射性廃棄物の発生が不可避であった。
【特許文献１】特開２０００−２１１９２５公報
【特許文献２】特開２００１−３０５２８２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、従来法では酸化操作を必要とし、酸化及び酸化状態の維持に化学試薬の添加が不可欠であり、そのため装置やシステムが複雑なものとなり、二次的な放射性廃棄物の発生が不可避であった点などである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、弱塩基性陰イオン交換樹脂と硝酸−アルコール混合溶媒という組み合わせを用いることにより、アクチノイド元素各々の樹脂への吸着特性の違いを高めることができ、アクチノイド元素間の核種分離が可能となることを見出した。本発明は、かかる現象の知得に基づきなされたものである。
【０００８】
即ち本発明は、弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填した樹脂柱に、複数種類のアクチノイド元素を含む溶液を供給し、硝酸とアルキルアルコールを混合した溶離溶液を用いてアクチノイド元素相互をクロマトグラフィで分離することを特徴とするアクチノイド元素の分離方法である。ここで「複数種類のアクチノイド元素を含む溶液」とは、使用済核燃料の溶解液あるいは高レベル放射性廃液を含む全ての溶液群を指している。樹脂柱に充填する樹脂は、ピリジンやイミダゾールアルチルアミンなどを樹脂化した一級、二級、三級の弱塩基性陰イオン交換樹脂である。溶離溶液に用いるアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルキルアルコールである。
【０００９】
典型的な例としては、樹脂柱に供給する複数種類のアクチノイド元素を含む溶液を、アメリシウムとキュリウム及び／又はカリホルニウムを含む溶液とし、クロマトグラフィによる相互分離によって、前記溶液中に含まれているアクチノイド元素の１種以上（アメリシウム、キュリウム、カリホルニウムの１種以上）を精製・生産する方法がある。
【００１０】
樹脂中に充填する弱塩基性陰イオン交換樹脂として、弱塩基性陰イオン交換樹脂を多孔質シリカ担体もしくは溶液中で化学変化しない物質で作られた多孔質担体中に担持されたもの、もしくは樹脂自身を多孔質体としたものを用いると、効率が優れた分離特性が得られる。本発明方法では、実質的に常温、常圧の分離操作も可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上記のように、弱塩基性陰イオン交換樹脂柱と、硝酸とアルキルアルコールを混合した溶離溶液を用いる方法であり、その組み合わせによってクロマトグラフィでアクチノイド元素相互を分離できる。特に、アメリシウム、キュリウム及び／又はカリホルニウムなどの３価アクチノイド元素相互を効率よく分離することができる。例えばアメリシウムとキュリウム及び／又はカリホルニウムの分離に際し、アメリシウムの酸化（即ち、価数変化）を伴わず、従って二次的廃棄物の発生が少なく、しかも工学的に困難な沈殿操作（即ち、相変化）を伴わない単位操作手法によって、アメリシウムの回収が、高効率且つ高純度の工学レベルで可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明方法を実施するための分離装置の概略を図１に示す。この分離装置は、弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填した樹脂柱１０と、アメリシウムやキュリウム等の複数種類のアクチノイド元素を含む溶液が入った原料容器１２、溶離に用いる硝酸−アルコール混合溶液が入った溶離溶液容器１４、アクチノイド元素溶液と溶離溶液を切り替える切替バルブ１６、溶液を樹脂柱１０の上端に送るための送液ポンプ１８、及び樹脂柱１０を通って分離されたアメリシウムやキュリウム等のアクチノイド元素を集める回収容器２０などから構成され、それらが配管で接続されている。なお、アメリシウムならびにキュリウム等のアクチノイド元素が少量のときは、ポンプでの送液や溶離溶液との切り替えバルブが不要になることもある。
【００１３】
本発明方法では、弱塩基性陰イオン交換樹脂を充填した樹脂柱にアクチノイド元素を含む溶液を適当量注入し、次いで硝酸とアルキルアルコールを混合した溶離溶液を供給し、アクチノイド元素の核種をそれぞれクロマトグラフィにより分離し、溶離してきた核種を別々に採集することにより分離・回収する。操作は基本的に常温条件下で、溶液が流れる程度の圧力をかけるだけでよい。また、構造の簡単な無機酸である硝酸と、アルキル基しかもたないアルコールを用いるだけなので、分離後のアクチノイド元素の精製は容易である。分離操作後のアルコールは、蒸発操作などにより簡単に処理できるので、二次的な放射性有機廃棄物は発生しない。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
三級陰イオン交換樹脂としてピリジンを樹脂化したものを充填して１０ｃｍの長さの樹脂柱を作製した。アルキルアルコールとしてメタノールを使用し、濃硝酸にメタノールが３０ｖｏｌ％となるように溶離溶液を調製した。アメリシウムとキュリウムを含む溶液を樹脂柱の上端から注入し、次に溶離溶液を供給して、クロマトグラフィによりアメリシウムとキュリウムの分離を行った。なお、操作は常温で行った。
【００１５】
分離結果を図２に示す。溶離液量が少ない間（約１４０ｃｍ3 以下）はキュリウムを分離回収でき、溶離液量が多くなるとアメリシウムを分離回収できることが分かる。
【００１６】
（実施例２）
実施例１と同様に、三級陰イオン交換樹脂としてピリジンを樹脂化したものを充填して１０ｃｍの長さの樹脂柱を作製した。アルキルアルコールとしてメタノールを使用し、濃硝酸にメタノールが３０ｖｏｌ％となるように溶離溶液を調製した。アメリシウムとキュリウムの他にカリホルニウムを加えた溶液を、樹脂柱の上端から注入し、次に溶離溶液を供給して、クロマトグラフィによりこれらの核種の相互分離を行った。なお、操作は常温で行った。
【００１７】
分離結果を図３に示す。溶離液量が極めて少ない間（約６０ｃｍ3 以下）はカリホルニウムを分離回収でき、溶離液量が多少多くなる（約１４０ｃｍ3 以下）とキュリウムを分離回収でき、更に溶離液量が多くなるとアメリシウムを分離回収できることが分かる。
【００１８】
なお、現行のアクチニドリサイクルの考えでは、長寿命のアメリシウムの核変換が目的となっており、そのためアメリシウム中からキュリウムを除去しようとしている。しかし本発明では、アメリシウムのみならず、キュリウムやカリホルニウムも高純度で回収できるため、核変換・消滅以外の観点（例えば医学利用や高度分析用など）から、それらの有効利用を図ることも可能となり、有意義な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明方法で用いるアクチノイド元素分離装置の概念図。
【図２】実施例１によるアメリシウムとキュリウムの分離図。
【図３】実施例２によるアメリシウムとキュリウムとカリホルニウムの分離図。
【符号の説明】
【００２０】
１０  樹脂柱
１２  原料容器
１４  溶離液容器
１６  切替バルブ
１８  送液ポンプ
２０  回収容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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