(57)【要約】  ウラン及び超ウラン金属並びに金属酸化物を最初にオゾン組成物中に溶解する。得られたオゾン溶液は更にイオン液体に溶解することができ、第２溶液を形成する。その後、第２溶液中の金属を、常温イオン液体（RTIL）であるトリ-メチル-n-ブチルアンモニウムn-ビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)[Me3NnBu][TFSI]としての第２溶液から電気化学的に析出させる。これによって、再処理燃料物質からアクチニドを抽出及び再生するための、非水性システムが提供される。RTILと共通のアニオンを含むウラン(III)及びウラン(IV)のTFSI錯体を使って、ウラン金属を蒸着させることができる。ウランのTFSI錯体を生成して、イオン液体中における核種の溶解性を確実にした。本方法によると、異なる酸化状態のウラン錯体を使った、常温でのRTIL溶液からのウラン金属蒸着の熱力学的特性の第１の方策が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチニド又はランタニドの電気化学的蒸着方法であって、
オゾンの存在下でアクチニドイオンを常温イオン液体に提供して、アクチニドリッチな液体組成物を形成する工程と、
前記アクチニドリッチな液体組成物内に電極及び陰極を設ける工程と、
温度30℃以下で、前記電極と陰極間を電流が流れるように電位を印加して前記陰極にアクチニド金属を析出させる工程とを含む方法。
【請求項２】
前記常温イオン液体上をオゾン雰囲気にして、前記アクチニドイオンを前記常温イオン液体に溶解する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記常温イオン液体中にオゾンを存在させて、前記アクチニドイオンを前記常温イオン液体に溶解する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記アクチニドイオンが、溶解したアクチニドイオンとして、又は、錯体化したアクチニドイオンとして前記常温イオン液体中に提供される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記イオン液体が、テトラアルキル基アンモニウムn-ビス(パーフルオロアルカンスルホニルイミド)を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記テトラアルキルの各アルキルが、メチル、エチル、プロピル、ブチル又はペンチル基から選択される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記テトラアルキル基アンモニウムが、トリ-メチル-n-ブチルアンモニウムである、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記n-ビス(パーフルオロアルカンスルホニルイミド)が、n-ビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)及びn-ビス(ペンタフルオロエタンスルホニルイミド)からなる群から選択される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記蒸着したアクチニドがウランを含有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記蒸着したアクチニドがプルトニウムを含有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記蒸着したアクチニドがウランを含有する、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
前記蒸着したアクチニドがウランを含有する、請求項６記載の方法。
【請求項１３】
前記蒸着したアクチニドがプルトニウムを含有する、請求項４記載の方法。
【請求項１４】
前記蒸着したアクチニドがプルトニウムを含有する、請求項６記載の方法。
【請求項１５】
前記蒸着したアクチニドがウランを含有する、請求項７記載の方法。
【請求項１６】
前記蒸着したアクチニドがプルトニウムを含有する、請求項７記載の方法。
【請求項１７】
前記蒸着したアクチニドの少なくとも一部が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム及びサマリウムからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
電着を行う工程ｃ）で使用される電流が、10μＡ／cm2と500μＡ／cm2の間の範囲である、請求項４記載の方法。
【請求項１９】
電着を行う工程ｃ）で使用される電流が、50μＡ／cm2と150μＡ／cm2の間の範囲である、請求項４記載の方法。
【請求項２０】
前記蒸着したアクチニドの少なくとも一部が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム及びサマリウムからなる群から選択される、請求項４記載の方法。
【請求項２１】
前記蒸着したアクチニドの少なくとも一部が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム及びサマリウムからなる群から選択される、請求項５記載の方法。
【請求項２２】
前記蒸着したアクチニドの少なくとも一部が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム及びサマリウムからなる群から選択される、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
前記蒸着したアクチニドの少なくとも一部が、ウラン、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム及びサマリウムからなる群から選択される、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
アクチニド又はランタニドの電気化学的蒸着方法であって、
オゾンの存在下でアクチニドイオンを常温イオン液体に溶解して、アクチニドリッチな液体組成物を形成する工程と、
前記アクチニドリッチな液体組成物内に電極及び陰極を設ける工程と、
温度30℃以下で、前記電極と陰極間を電流が流れるように電位を印加して前記陰極にアクチニド金属を析出させる工程とを含む方法。
【請求項２５】
前記アクチニドイオンが酸化アクチニドの一部であり、前記オゾンがオゾン流として提供される、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景技術）
（１．発明の分野）
本発明は、金属蒸着、特にはアクチニドの電着に関するもので、更には、イオン液体からのランタニド及びアクチニドの常温電着に関する。
（２．背景技術）
核分裂生成物の分離及び封鎖を行う一方、未使用核物質の再生利用は増大する核廃棄物の量を管理するうえで極めて重要なことである。更に重要なことには、アクチニド金属の再生利用が武器の拡散による将来の安全性には重要なのである（Morss, L. R.; Edelstein, N. M.; Fuger, J.; Katz, J. J.; Kirby, H. W.; Wolf, S. F.; Haire, R. G.; Burns, C. J.; Eisen, M.S. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements（アクチニド及び超アクチニド元素の化学）;３版、Springer Netherlands, 2006）。結局のところ、核燃料から未使用のウランを再生利用することは、エネルギープロセスにおける再利用にとっても、また、生物学的用途である有用な放射性医薬種（pharmaceutical species）を生成するための標的物質の製造にとっても全体的に重要である（Hofman, G. L.; Wiencek, T. C.; Wood, E. L.; Snelgrove, J. L.; Suripto, A.; Nasution, H.; Amin, D. L.; Gogo, A. In 19th International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors; 1996）。
【０００２】
使用済み核燃料からウランを回収するための通常の電気化学的方法では、マイナーアクチニド（アメリシウム（Ａｍ）及びキュリウム（Ｃｕ））並びに超ウラン元素（プルトニウム（Ｐｕ）及びネプツニウム（Ｎｐ））が蓄積する。この蓄積した元素は、通常、金属塩化物として溶融電解質塩に含まれる。燃料の再処理を続けるためには、上記の元素は定期的に電解液から取り除かなければならない。
目的の元素を回収する最も簡単な方法は、化学的又は電気化学的還元による方法である。電気化学的還元は化学的還元に比べて２つの長所を有する。第１の長所は、還元の場所が陰極析出物を形成する陰極表面に限定されるので、処理装置から簡単に取り除くことができることである。第２の利点は、還元剤として電子が利用されることから、廃棄物の量が増えない。超ウラン元素やマイナーアクチニドの固体陰極への蒸着は周知である。それに伴う陽極反応では、塩化物イオンが酸化され塩素ガスとなり、犠牲合金の酸化や、金属ウラン又は還元された軽水炉（ＬＷＲ）供給材料の酸化がおこる。
【０００３】
米国特許第7,267,754号（Willit）には、マイナーアクチニド及び超ウラン元素（ＴＲＵ）を溶融塩電解質から回収するための改良された方法及び装置が開示されている。この方法は、非導電性の隔壁を陽極塩と陰極塩との間に置いて装置を設置する。この多孔性の隔壁により、陽極と陰極間をウランは拡散可能になるが、ウランイオンの拡散は遅くなるため、陰極電解液中のウランイオンは減少していく。そのため、結果的には、使用済み核燃料に存在するＮｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ等の超ウラン元素が優先的に析出する。
米国特許第6,233,298号（Bowman）には、核廃棄物処理用の未臨界炉様装置が記載されている。この装置は、シェル部と内部ボリューム（internal volume）となる内部ハウジンググラファイトとを有する容器を備えている。該装置は、溶融塩、プルトニウム、マイナーアクチニド廃棄物及び／又は核分裂生成物を含有する液体媒体を導入する手段を有する。また、この装置は、前記内部ボリューム部の中に中性子を導入する手段を備え、平均して約10回から約100回の核分裂連鎖反応により、熱中性子化後に中性子が吸収され、処理済み液体媒体が形成される。該装置は、更なる手段として、処理済み液体媒体を内容ボリュームから取り除く手段も有している。一般に、処理済み液体媒体は、核兵器の製造には有用ではない。
【０００４】
ウラン分離法。米国特許第3,030,176号（1962年４月）。この方法の概要は、ウランの溶解と核分裂生成物から核種を分離することである。該方法では、分離に際して溶融塩を使用する。本発明の方法がより有利な点は、RTIL溶液がイオン性であるため、溶融塩で必要とされる昇温（500〜750℃）の必要がなく、同様の特性が提供でき、回収工程中の望ましくない気体の発生が抑えられる。
アクチニド及び希土類金属の電気的分離。米国特許第5,582,706号（1996年12月10日）。この方法は、核種変換可能な核分裂物質の99％を回収するための高温度化学変化プロセスである。該方法は、廃棄成分を電気化学的に分離する。本発明の方法は、核分裂生成物の溶解又は分離を行うのに複数の経路や高温度化学変化方法は必要としない。
アクチニド溶解法。米国特許第5,205,999号（1993年4月27日）。ここでは、ｐＨ5.5〜10の水溶液中で錯生成剤を利用してアクチニド及びランタニド核種を溶解する方法が記載されている。本発明の方法は、同様な条件下、常温イオン液体中で行われる。アクチニド核種の電気化学的分離と析出には同じ溶液が用いられる。本発明の方法は、錯生成剤は不要であり、非水系溶液中で行われ、電着に使用される同一の溶剤系に直接溶解する。
【０００５】
溶融塩中でのフッ化ウランのマグネシウム還元。米国特許第4,552,588号（1985年11月12日）。この方法は、ＵＦ4を還元してＵ金属にする際にＭｇ溶融塩を使用することが記載されている。この方法に必要な温度は1000の桁である。高温での溶融塩にまつわる固有の危険があるが、その危険はRTIL溶液を使用する際はなくなる。
一部使用済みの核物質からアクチニド（ウラン及びプルトニウム）を再生利用するには、現在までのところ、ＰＵＲＥＸ法が最も広く利用されている。ＰＵＲＥＸとは、プルトニウム‐ウラン抽出を表す頭字語で、使用済み核燃料からウランやプルトニウムを回収するための標準的な水性（aqueous）核再処理方法である。この方法の基本は、液液抽出イオン交換である。ＰＵＲＥＸ法は、Herbert H. AndersonとLarned B. Aspreyにより、マンハッタン計画の一部として発明された。彼らの米国特許第2,924,506号「プルトニウムの溶剤抽出法」は1947年に出願されているが、化学抽出の大半を行う主要な反応体としてリン酸トリブチルを挙げている。
【０００６】
この方法では、錯生成剤のトリ-n-ブチルホスフェート（TBP）及びケロシン又はn-ドデカン等の有機溶剤が抽出及び再生利用プロセスで使用される。この方法の改良にあたっては、主に、新たな錯生成剤の開発や、抽出用としての異なる溶剤の使用に焦点があてられてきた。ごく最近になって、ウランをRTIL溶液に抽出する際の錯生成材としてトリカプリルメチルアンモニウムチオサリシラートを使用して、揮発性の高い有機希釈剤に替わるものとしてRTIL溶液が検討されている。Srncik, M.; Kogelnig, D.; Stojanovic, A.; Koerner, W.; Krachler, R.; Wallner, G. Uranium extraction from aqueous solutions by ionic liquids（イオン液体による水溶液からのウラン抽出）, Applied Radiation and Isotopes (2009), 67(12), 2146-2149。RTIL溶液の付加的な利点は、非水性系がもたらす広い電位窓により、ランタニド又はアクチニド核種を電気化学的蒸着に直接使用できることである。
【０００７】
現在のところ、ウラン金属を得るために使用される電気化学的方法で認められている方法は、溶融塩共融混合物をベースとしている。（Iizuka, M.; Koyama, T.; Kondo, N.; Fujita, R.; Tanaka, H. Journal of Nuclear Materials 1997, 247, 183-190. Kim, K. R.; Bae, J.D.; Park, B. G.; Ahn, D. H.; Paek, S.; Kwon, S. W.; Shim, J. B.; Kim, S. H.; Lee, H. S.; Kim, E. H.; Hwang, I. S. J Radioanal Nucl Chem 2009, 280, 401-404. Koyama, T.; Iizuka, M.; Shoji, Y.; Fujita, R.; Tanaka, H.; Kobayashi, T.; Tokiwai, M. Journal of Nuclear Science and Technology 1997, 34, 384-393。
照射後の核燃料の再処理／廃棄の調整のために、十分に開発された２つの溶融塩プロセスが国際的である。ディミトロフグラードのロシア連邦科学センター（ＳＳＣ）が開発したプロセスであるＲＩＡＲプロセスは、高温（1000K（約723℃））溶融塩共融混合物を燃料の溶剤として、また電解液系として用いる。このロシアのシステムでは、溶剤は、NaCl／KCl又はCsCl／KClの共融混合物が一般的である。このプロセスでは、化学的酸化剤（塩素ガスおよび酸素ガス）を用いて、粉末ＵＯ2燃料又はＵＯ2とＰｕＯ2との混合物と反応させて、より酸化程度の高い化合物、例えば溶融塩に可溶なＵＯ2Ｃｌ2を形成する。陰極では、ウランと、該当する場合はプルトニウム化合物とをＵＯ2又はＵＯ2−ＰｕＯ2に還元し、これが結晶性析出物を形成する。しかしながら、使用後、溶融塩には核分裂生成物が沢山まじるようになり、生成物の質に影響を与え始めるだけではなく、最終的には塩の内部で熱が過剰に発生することになる。この核分裂生成物は、通常は、高活性のランタニド元素又はアクチニド元素であるが、これらに限定されるわけではなく、廃棄物として固化に適した形態での単離が必要な場合がある。
【０００８】
米国のアルゴンヌ国立研究所（ＡＮＬ）が開発したプロセスでは、ナトリウム塩またはセシウム塩を含む系ではなく、ＵＣｌ3を幾分含有するLiCl／KClの溶融共融混合物が一般的に使用され、この場合もやはり高温（約773Ｋ（約500℃））が採用されている。しかしながら、例えば、燃料酸化物を電気化学的に還元する場合など、更に高温にしなければならない場合は、LiCl等の単一の塩が適している。このプロセスでは、電流を流してウラン陽極を酸化させ、溶融塩電解質中にウランイオンを形成させることにより、使用済み核燃料を処理する。陰極では、ウランが還元され金属ウランとして析出する。残念ながら、このＡＮＬプロセスはバッチプロセスである。なぜならば、装置底部の容器内にウランが集まるので、容器を取り出し生成物を回収するためにプロセスを中断する必要があるからである。更に、このプロセスは機械的に激しい操作であり、回転式陽極が陰極から生成物を削りとるように設計されている。このメカニズムによる焼き付きで、不具合が起きることが時折ある。
【０００９】
これらの方法は金属ウランを生成するために使用されてきたが、欠点がないわけではない。機械工学的観点から言うと、溶融塩系には高温が必要とされることから、容器材料の加工には安全性とコストの問題が生じる。（Avallone, E.; Baumeister, T.; Sadegh, A. Marks' Standard handbook for mechanical Engineers; 11th ed.; Mc-Graw Hill Professional, 2006.Creep & Fracture in High Temperature Components: Design & Life Assessment Issues; Shibli, I.; Holdsworth, S.; Merckling, G., Eds.; DESTech Publications, Inc., 2005）。更には、環境問題や作業者の安全性ゆえに、ガスの発生は問題である。第２の方法は、ＨＦガスを用いたＵＦ4の合成が基になっている。（Pushparaja; Poplit, K.; Kher, R.; Iyer, M. Radiation protection dosimetry 1992, 42, 301-30）。該プロセスは費用がかかり、フッ化水素酸の健康危害及び腐食性により危険な方法である。更に、プラズマ及び水素を用いたＵＦ4から金属への還元は、不均化反応とＵＦ3の生成により複雑であり、金属変換は全体として限界がある。
本願明細書に引用したすべての文献は、引用によりそのすべてが本願明細書の記載に含まれるものとする。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、アクチニド又はランタニドの電気化学的蒸着方法に関するもので、該方法は、アクチニドイオンを常温イオン液体中に提供してアクチニドリッチな液体組成物を形成する工程と、前記アクチニドリッチな液体組成物内に電極及び陰極を設ける工程と、温度30℃以下で、前記電極と陰極間を電流が流れるように電位を印加し陰極にアクチニド金属を析出させる工程とを少なくとも有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】RTIL（断続線）及びU(TFSI)3含有RTIL溶液（実線）における、Ａｕ電極のサイクリックボルタンメトリー応答をグラフで表したものである。
【図２】上側が蒸着前のＡｕ表面のＳＥＭ画像で、下側がU(TFSI)3含有RTIL溶液からＡｕに蒸着したウラン析出物のＳＥＭ画像を示す顕微鏡写真（走査電子顕微鏡写真）である。
【図３】U(TFSI)3含有RTIL溶液からＡｕに蒸着したウラン析出物のエネルギー分散型スペクトルのグラフである。
【図４】U(TFSI)3から金の電極に蒸着したウラン析出物に合わせた粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）をグラフで表したものである。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
本開示は、抽出又は直接溶解により常温イオン液体（RTIL）に様々なf-核種を導入する方法を提供する。有機希釈剤又は二次的錯生成剤を使わずに、アクチニド又はランタニドをRTIL溶剤へ導入することは新規であり、実証されていなかった。ウラン錯体の直接溶解や、金属の形態でのこれらの核種の電位依存型の蒸着は、過去の文献には見られない。特定のランタニド及びアクチニド核種の直接添加は文献があるが、これらf-金属の室温でのRTIL溶剤から電位を介した電着については、利用できる情報がほとんどない。例えば、室温での金属ウランの蒸着とそれに続く確認について、現在までのところ公開されている文献はない。
【００１３】
常温イオン液体（RTIL）は、昇温の必要性がなく電気化学的特性は同様なので、溶融塩に対する潜在的解決策の１つである。RTIL溶液の広い電位窓は、酸化アクチニド及びランタニドの電気化学的還元には有用である。また、RTIL溶液の蒸気圧はごくわずかであり、昇温下でも化学的に安定している。（Reddy, R. G. JPED 2006, 27, 210-211. Cocalia, V. A.; Gutowski, K. E.; Rogers, R. D. Coordination Chemistry Reviews 2006, 250, 755-764. Earle, M. J.; Seddon, K. R. Pure and Applied Chemistry 2000, 72, 1391-1398）。最終的には、核種を還元するための熱力学的駆動力を正確に調整することができるので、アクチニドハロゲン化物錯体のプラズマによる還元に共通の副反応や不均化を最小限にできる。本明細書では、つまるところ、「イオン液体」という用語は比較的低い温度で溶融する塩を指す。例えば、RTIL中での電気化学的反応は、30〜200℃の範囲の室温乃至穏やかな昇温下で、イオン性溶剤を著しく劣化させることなく行うことができる。分子溶剤を含まないイオン液体が最初に開示されたのは、Hurley及びWierによる一連の米国特許第2,446,331号、第2,446,349号、第2,446,350号であった。イオン液体の共通の特徴としては、常温ではほぼゼロの蒸気圧、高い溶媒和能力、液体温度範囲の広さ（例えば約300℃）が挙げられる。公知のイオン液体としては、塩化アルミニウム（III）と、ハロゲン化イミダゾール、ハロゲン化ピリジニウム又はハロゲン化ホスホニウムとの混合物が挙げられる。例としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、N-ブチルピリジニウムクロリド及びテトラブチルホスホニウムクロリドが挙げられる。公知のイオン液体系の一例は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリドと塩化アルミニウム（III）との混合物である。
【００１４】
本技術によるRTIL系は、非対称の有機カチオンと大きなアニオンを含んでいてもよく、これら両方を変更して、電気化学的実験のための溶解性、粘度及びの全体的な電位窓をはじめとする溶液の特性を変化させることが可能である。（Earle, M. J.; Seddon, K. R. Pure and Applied Chemistry 2000, 72, 1391-1398. Buzzeo, M. C.; Evans, R. G.; Compton, R. G. ChemPhysChem 2004, 5）。本研究では、アニオンはn-ビス（トリフルオロメタンスルホニルイミド）（TFSI）、カチオンはトリメチル-n-ブチルアミンを選択した。このペアーの組合せにより、イオン導電性の高い低融点液体が可能となる。更に、この溶剤系の電位窓はおよそ６ボルトで、ランタニドとアクチニド両方を金属に還元する際の負の電位を網羅する。核種をRTILに導入しようとするとき、溶解度が問題点になることがある。カチオン／アニオンのペアーの様々な組合せを使って溶解度を変えることはできるが、存在するペアーが非常に多く、そこの付随するコストを考えると、RTIL核種を同定するための組合せ手法（combinatorial approach）は適していない。そこで、RTILに共通のアニオンで錯体を形成して、核種のRTILでの溶解性を向上させることを目標にしてきた。
【００１５】
これまでの研究から、適切な溶融溶剤条件下でのウラン金属の電気化学的蒸着は可能であることが示唆されている。例えば、溶融塩系において、Ｕ(III)及びＵ(IV)錯体からウラン金属析出物が首尾よく得られた16。比較すると、本発明者らの研究室ではRTILを用いた電気化学的研究の目的で、U(TFSI)3とU(TFSI)4 のウラン錯体を調製した。しかしながら、本発明者らは、U(TFSI)3系のほうに焦点をおく。すべての実験をアルゴングローブボックスで行い、RTIL中でのウランTFSI錯体の還元後に酸化物が形成されることを最小限にした。錯体は添加後にRTILに直接溶解する。
ウラン金属は、常温イオン液体（RTIL）のトリ-メチル-n-ブチルアンモニウム n-ビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)[Me3NnBu][TFSI]から電気化学的に蒸着させることができるので、再処理した燃料材料からアクチニドを抽出して再生利用するための代替非水性システムが提供される。更には、RTILと共通のアニオンを含有するＵ(III)とＵ(IV)とのTFSI錯体を用いて、ウラン金属の蒸着が行われる。目的とすることは、ウランのTFSI錯体を作り、その核種のイオン液体における溶解性を確保することであった。この方法により、酸化状態が異なるウラン錯体を使って、常温でRTIL溶液からウラン金属を蒸着させる第１の方策が提供される。
【００１６】
米国のアルゴンヌ国立研究所は、平面電極電気精錬器（Plannar electrode Electrorefiner (PEER)）（ホームページ：http://www.cmt.anl.gov.）と呼ばれる新規な装置を開発した。該装置は、中央に金属を含む燃料を有する陽極とその周りに複数の陰極が析出するように設計されており、電解反応を操作する。一定時間の経過後、電着物が陰極に付着し、多孔質のセラミックプレートが垂直方向に動き、陰極の電着物をこすりとる。一般に、電気精錬を行う際、電極に印加する電流密度が陰極における電着速度及び付着係数（sticking coefficient）に関係する。電流密度を上げるにつれ、多量のウランを短時間で電着させることができ、これが電解率（electrolytic rate）となる。付着係数は、陰極に送り込まれたウラン金属の量に対する、陰極表面に付着した電着物の量として定義される。そのため、電極を用いて電流密度を上げると、電解率が上昇して付着係数が減少する。本発明による電気精錬又は電着用装置に印加する電流密度の大きさは、許容される電着物の内容物（content of an allowable electrodeposite）によって異なるが、好ましくは、付着係数が０％となる電流密度である。付着係数が０％となる電流密度は、実験によって限定すればよい。例えば、電着を行う工程ｃ）で使用する電流の電流密度は、10μＡ／cm2と500μＡ／cm2の間の範囲であり、好ましくは、50μＡ／cm2と150乃至200μＡ／cm2の間が、陰極として１本の炭素棒を使用する本発明の実施形態の１つでは都合よく印加することができる範囲である。（上記のパラグラフは本研究の目的を示すものであるが、既に定義されている条件の定量化はまだ行っていない。著者は、引用した数字に異議はない。しかしながら、我々は本方法の最適化まで至っておらず、最適化を行って、我々が使用する系のパラメーターを定義しなければならない。我々が使用している系は、条件を定義するのに使用したロスアラモス国立研究所の系とは非常に異なるであろう。更に、我々は印加電位を利用したが、電流は結果的に約10μＡ／cm2であった。）
【００１７】
図１には、U(TFSI)3の電気化学的応答と（実線）、相応するRTILのバックグラウンド（断続線）が示されている。U(TFSI)3のサイクリックボルタンメトリー応答は10サイクル目のものである。ウランの表面電着物が増えたことによって表面積が増大したため、かなり高い電流密度が見られる。連続サイクルの結果、表面電着物が増えるにつれて電流密度が増加し、電極上の全表面積が増える（図示せず）。ボルタンメトリー測定による還元波が、約-1.25Ｖの負の電位走査で検出され、これは、電極表面へのＵ(O)の蒸着に一致する。逆の走査では、約0.75Ｖでボルタンメトリーの波が見られるが、これは、Ｕ(III)とＵ(IV)の総合的な酸化とウラン電着物の部分的な酸化に起因すると考えられる。しかしながら、ボルタンメトリーのサイクルごとに、ウランの表面蒸着は最終的に増加している。サイクリックボルタンメトリー法や定電位法をはじめとする複数の方法を使って電気化学的蒸着を実行した。定電位法では、蒸着を-2.0Ｖ又はそれより負の電位で行った。ウラン金属蒸着を表す暗灰色の電着物が電極表面に得られた。
【００１８】
走査電子顕微鏡検査及びエネルギー分散型スペクトル（ＳＥＭ-ＥＤＳ）分析を用いて、電着物を評価して種形成（speciation）についての情報を提供した。ＳＥＭに配置する直前に、アルゴン置換したサンプル容器は密封して、輸送中に電極が空気に触れないようにした。図２は、何もついていない金の電極（上側）と蒸着後の電極（下側）のＳＥＭ画像を示す。蒸着後の電極のＳＥＭ画像には、Ａｕ表面がはっきりと見える。表面電着物は、ＥＤＳを使って11の方向から調べた（図３）。このＥＤＳスペクトルは、ウラン電着物とRTILからの幾分かの残留Ｓの特徴を有するバンドがある。電着物が十分に厚いので、ＡｕはＥＤＳスペクトルに何も寄与していないことがわかる。更に、ウラン電着物はＥＤＳ応答には検出可能な酸素はなかった。この結果から、U(TFSI)3錯体のウラン金属を電気化学的蒸着させることは、RTIL溶液から実行可能であることが確認される。
【００１９】
ＳＥＭ-ＥＤＳ分析に続いて、RTIL中のU(TFSI)3からの電着物の粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）により電着物の二次的な分析を行った（図４）。ＳＥＭ分析の時と同じようにＸＲＤサンプル容器を密封するなどして、このサンプルも空気に触れないようにした。ウラン電着物の結晶相は、粉末ＸＲＤを用いて評価した。ウランは、1135℃以下の温度ではα体、β体及びγ体の３つの相で存在する。室温ではα体が優勢な相である。線源の透過（penetration of the source）は、粉末ＸＲＤにおいてＡｕ電極が優勢な核種であることを示すが、αウラン金属が観察される。ＸＲＤ応答により、ウラン金属がＡｕ電極に蒸着しているというＥＤＳ分析が確認される。
本研究を概説したが、本研究によると、トリメチル-n-ブチルアミンカチオンとTFSIアニオンとを一緒に含むイオン液体より、常温でウラン金属が蒸着できたことがわかる。更に、電着物の特性をＳＥＭ-ＥＤＳと粉末ＸＲＤの両方を用いて分析した。αウラン金属の電着物がＡｕ電極表面に確認された。この結果から、RTIL溶液からのアクチニドの蒸着は、化学蒸着とプラズマ還元や、溶融塩系からの蒸着を含むウラン金属を得るための方法を切り替える際に有用であることを示唆している。
【００２０】
（理論実験例（仮想例））
ウラン蒸着は、３つの異なる核種、U(TFSI)3、U(TFSI)4及びUI3(THF)2を用いて行われてきた。ウラン含有量約10mgの４mlのRTIL溶液を用いて、各サンプルが調製された。単に混合することによって、該錯体をイオン液体中に直接溶解させた。Sm(TFSI)3を用いてSm金属をRTILに溶解し蒸着させるために、同様な方法を用いた。錯体を含むRTIL溶液からの電位依存性のあるウラン蒸着は、陰極（グラッシーカーボン製のディスク又はＡｕシート）と、Ｐｔカウンター電極と、0.1MのAgNO3をRTILに充填したＡｇ／Ａｇ+参照電極とを含む３電極系セルを使って行った。各実験で印加電位を-2.2Ｖvs.ＮＨＥとして電流と時間のプロットを得た。混合を行わずに、24時間かけて蒸着を行った。このような条件下で、およそ10μＡ／cm2の測定電流密度で正常拡散により６〜８mg／cm2のウラン金属が金の陰極に蒸着した。金の陰極は、直接転写したシート状（１cm2)の陰極で、電着物のＴＥＭ分析とＸＲＤ分析の両方を行った。陰極としてグラッシーカーボンディスクの電極を使った場合も同様の蒸着を行うことができた。また、サイクリックボルタンメトリー法を使用して、図３に示すように陰極にウラン金属を蒸着させた。
【００２１】
上記の理論実施例は実際の実験に基づいているが、ウラン蒸着の効率を求めずに実施例を広げている。しかしながら、これらの実験は、異なるウラン錯体材料を使ってプロセスの効率は求めることが可能である。このプロセスの用途は広範囲に及ぶ。単に、使用済み燃料から未使用のウランを再生回収することができる。また、断面積測定法に用いるウランターゲットの生成もできる。最終的には、Tc99の溶解と再生に使用できるもので、Tc99とはウラン核分裂中に生成される放射性医薬品である。
本願明細書に記載した包括的な発明の骨組みのなかで、当業者であれば他の変形、選択、代用を提供することは可能である。
【００２２】
続いて、オゾンを用いて、0.1ＭのHTFSI含有ＩＬに0.1gのU3O8(s)を溶解させた。酸素18〜20％の空気流に450cc／分の流量で１〜２質量％のオゾン流を使用し、周囲温度にて溶解を検討した。固形物U3O8が完全に溶解されたのは、この系に水又は酸を添加することなく、0.1gを投入してから24時間以内であった。可溶性U3O8の濃度が上昇し、可溶性ウラニルイオンの光学濃度の上昇が観察される。過去においては、U3O8の溶解は、特定の目的に適した（task specific）イオン液体の[CH3N+COOH][TFSI]では、温度473Ｋ以下（199.85℃以下）では成功しておらず、昇温下でも溶解度は限界があった（約0.5〜0.75質量％）。比較すると、オゾンを用いた場合、0.1ＭのHTFSIを含む[Me3NnBu][TFSI]でのU3O8の溶解で得られた溶解度は３質量％である。この測定数値は、U3O8の最大溶解度を表すものではない。なぜならば、添加ごとに完全に溶解して、ＩＬにおいて飽和しなかったからである。また、UO2(s)の電極表面への電気化学的蒸着も、可溶性U3O8の３％溶液で行われ、質量密度は10mg／cm2であった。ここに記載の実施例は、酸化ウランの溶解とイオン液体からの酸化ウランの回収に焦点をあてている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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