JP2004045254A

JP2004045254A - 核種変換方法

Info

Publication number: JP2004045254A
Application number: JP2002203907A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sakano; 坂野　充; Takehiko Ito; 伊藤　岳彦; Tomotsugu Sakai; 坂井　智嗣; Yasuhiro Iwamura; 岩村　康弘
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】相対的に小規模な装置で確実に核種変換を行う。
【解決手段】核種変換を施す物質を含む酸性溶液中の陰性度の高い元素の陰イオンを、イオン交換樹脂を使用してあらかじめ除去しておき、この核種変換を施す物質を含み、かつ陰イオンを含まない酸性溶液を電解浴として、電着により構造体のパラジウム表面に核種変換を施す物質を沈着させておく。
構造体の一方の表面側を加圧或いは電気分解等により重水素の圧力が高い領域とし、他方の表面側を真空排気等により重水素の圧力が低い領域とすることで構造体内に重水素の流れを生成させ、重水素と核種変換を施す物質とを反応させることによって核種変換を行う。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば長寿命の放射性廃棄物を短寿命核種或いは安定核種に変換する消滅処理や自然界に豊富な元素から希少な元素を生成する技術等に係る核種変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば使用済み核燃料を再処理する際や、重イオン加速器を用いた核融合反応による重元素合成等のように、微量の核種を核種変換する方法に対して、例えば高レベル放射性廃棄物等に含まれる多量の長寿命放射性核種を短時間のうちに効率的かつ効果的に核種変換する方法として、いわゆる消滅処理が知られている。
消滅処理は、高レベル放射性廃棄物に含まれるＮＰ、Ａｍ、Ｃｍ等のマイナーアクチナイドや、Ｔｃ−９９及びＩ−１２９等の長寿命核***生成物や、発熱性のＳｒ−９０、Ｃｓ−１３７やＲｈ、Ｐｄ等の有用な白金族元素を、各元素の特性に応じて分離（群分離）した後に、半減期の長いマイナーアクチナイド及び核***生成物に対して中性子等を照射して核反応を発生させて、短寿命又は非放射性の核種に変換する核種変換処理であり、高レベル放射性廃棄物中に含まれる有用元素や長寿命放射性核種を分離及び回収して有用元素の有効利用をはかると共に、長寿命放射性核種を短寿命或いは安定な核種に変換する。
【０００３】
消滅処理では、高速増殖炉等の原子炉やアクチノイド専焼炉での中性子照射によるアクチノイド等の消滅処理と、加速器での陽子照射によるアクチノイド等の核破砕処理と、加速器でのガンマ線照射による例えばセシウム、ストロンチウム等の消滅処理との３種類の方法が知られている。
原子炉等での中性子照射では、中性子反応断面積が大きいマイナーアクチナイドを合理的に処理することができ、特に、高速の中性子を照射することで核***が起こりにくい超ウラン元素を直接核***させることができる。
ただし、原子炉等の中性子照射では消滅しにくい長寿命核***生成物、例えば中性子反応断面積が小さいＳｒ−９０、Ｃｓ−１３７等については、加速器を利用した消滅処理が適用される。
【０００４】
加速器による消滅処理では、原子炉と異なって未臨界で運転できるため、臨界に関わる安全性に優れていること、設計上の自由度が大きい等の利点があり、陽子加速器と電子線加速器が利用される。
陽子加速器を用いる消滅処理では、例えば５００ＭｅＶ〜２ＧｅＶ程度の高エネルギー陽子を照射して標的核を破砕する核破砕反応を利用しており、核破砕反応を直接利用して核種変換を起こすと共に、標的核の破砕に伴って発生する多数の中性子を標的核周りの未臨界ブランケットに投入して核***反応を発生させたり、中性子の捕獲反応によって核種変換反応を発生させる。これにより、例えばネプツニウム、アメリシウム等の超ウラン元素及び長寿命核***生成物を消滅することができ、しかも、未臨界ブランケットで発生した熱を回収して発電を行い、陽子加速器の運転に必要な電力を自給することができる。
【０００５】
また、電子線加速器を用いる消滅処理では、例えば電子線の制動輻射で発生するガンマ線や、例えば電子蓄積リングと光キャビティーを組み合わせて逆コンプトン散乱により発生させたガンマ線等による光核反応、例えば（γ、Ｎ）反応や（γ、核***）反応等の巨大共鳴を利用することによって、例えばストロンチウム、セシウム等の長寿命核***生成物や超ウラン元素等を消滅処理する。
【０００６】
ところで、上記従来技術の一例による消滅処理のように、原子炉や加速器を利用して核種変換を行う場合、大規模かつ高価な装置を用いなければならず、核種変換に要する費用が嵩むという問題がある。
しかも、例えば長寿命核***生成物であるＣｓ−１３７を処理する場合において、１００万ＫＷ程度の原子力発電所から放出されるＣｓ−１３７を加速器を利用して他の核種に変換する場合に、必要な電力は数１００万ＫＷに達してしまい、高強度かつ大電流の加速器が必要になって効率が悪いという問題がある。
【０００７】
また、例えば軽水炉等の原子炉では熱中性子束が１×１０^１４／ｃｍ^２　／ｓｅｃ程度であるのに対して、中性子反応断面積が小さいＣｓ−１３７の核種変換に必要な中性子束は１×１０^１７〜１×１０^１８／ｃｍ　^２／ｓｅｃ程度となり、必要な中性子束を得ることができないという問題がある。
【０００８】
本出願人は先に上記の問題を解決して加速器や原子炉等の大規模な装置を使用することなしに、相対的に小規模な装置で核種変換を行うことが可能な核種変換方法として、パラジウム又はパラジウム合金或いはその他の水素を吸蔵する金属又はそれらの合金等からなる略板状の構造体の両面のうち、一方の表面上に核種変換を施す物質を付着させ、該核種変換を施す物質を付着させた構造体の表面側を重水素の圧力が高い領域とし、前記構造体の他方の表面側を重水素の圧力が低い領域として、前記構造体内に重水素の流れを生成させて重水素と核種変換を施す物質とを反応させることを特徴とする核種変換方法を提案した（特願２００１−２０１８７５参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
使用済み核燃料を再処理する際には、先ず硝酸（ＮＨＯ_３　）溶液中に使用済み核燃料を溶解させ、ウラン（Ｕ）ぱプルトニウム（Ｐｕ）を分離する。するとセシウム１３７（　^１３７Ｃｓ）やストロンチウム９０（^９０Ｓｒ）等が含まれる酸性廃液が残るが、たとえば地層埋設処分等これをどうやって処分するかが検討課題となっている。簡便で小規模な装置を利用して核種を変換して処理する手段として、前述の重水素と核種変換を施す物質とを反応させる方法がある。
ところが重水素と反応させて核種変換させる方法においては、処理溶液中に塩素イオン等の電気陰性度の高い元素の陰イオン（負イオン）が含まれていると、核種変換効率が低いという問題がある。
本発明は処理溶液中に含まれている陰イオンを除去し、小規模な装置で高効率に核種変換を行う方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明ではイオン分離能を持つ物質で塩素イオン等の電気陰性度の高い元素の陰イオンと核種変換を施す物質とを分離した溶液を作成し、この溶液を使用して核種変換を施す方法を採用する。
イオン分離能を持つ物質としては、例えば陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂等のイオン交換樹脂を使用することができる。
すなわち、請求項１に記載の本発明は、イオン交換樹脂を使用して被処理物質中の陰イオンを吸着除去した後、パラジウム又はパラジウム合金或いはその他の水素を吸蔵する金属又はそれらの合金等からなる略板状の構造体の両面のうち、一方の表面上に核種変換を施す物質を付着させ、該核種変換を施す物質を付着させた構造体の表面側を重水素の圧力が高い領域とし、前記構造体の他方の表面側を重水素の圧力が低い領域として、前記構造体内に重水素の流れを生成させて重水素と核種変換を施す物質とを反応させる核種変換方法を採用した。
上記の方法によれば、反応を阻害する陰イオンが存在しないので核種変換を高効率のもとに進めることができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記イオン交換樹脂として陰イオン交換樹脂を使用するものであり、請求項３に記載の本発明は、前記イオン交換樹脂として陽イオン交換樹脂を使用するものである。
いずれのイオン交換樹脂を使用しても核種変換を高効率のもとに進めることができるようになる。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、前記核種変換を施す物質を付着させる手段として電着による方法を採用するものである。
この方法によれば簡単な操作で取扱い易い方法で核種変換に都合の良い試料を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の核種変換方法ついて添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る核種変換方法の原理を説明する図であり、図２は、本発明に係る核種変換方法にて使用される構造体１１を示す断面構成図であり、図３は、本発明の核種変換装置３０の構成図であり、図４は、図３に示す核種変換装置３０での多層構造体３２を示す断面構成図であり、図５は図２に示す構造体１１を構成する混合層２２の断面構成図であり、図６は構造体１１に核種変換を施す物質を添加する電着装置６０の構成を説明する図である。
【００１４】
先ず、本発明の核種変換方法の原理について説明する。
本発明の核種変換方法を実現する装置１０は、例えば図１に示すように、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金等からなる、略板状の構造体１１と、この構造体１１の両面のうち、一方の表面１１Ａ上に付着された核種変換を施す物質１４とを備え、構造体１１の一方の表面１１Ａ側が例えば加圧あるいは電気分解等により重水素の圧力が高い領域１２とされ、他方の表面１１Ｂ側が例えば真空排気等により重水素の圧力が低い領域１３とされることで構造体１１内に重水素の流れ１５が生成され、重水素と核種変換を施す物質１４とが反応することによって核種変換が行われる仕組みの装置である。
ここで、構造体１１は、例えば図２に示すように、好ましくはＰｄ基板２３の表面上に、相対的に仕事関数が低い物質つまり電子を放出し易い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層されて形成されている。
そしてこの構造体１１のＰｄ層２１の表面に、さらに核種変換を施すべき物質（被核種変換物質）を付着させて多層構造体とした後、核種変換処理に付す。なお、多層構造体の形成方法については後述する。
【００１５】
次に、本発明で使用する核種変換装置について説明する。
本発明で使用する核種変換装置３０は、図３に示すように、内部が気密保持可能とされた吸蔵室３１と、この吸蔵室３１の内部にて被核種変換物質を含む多層構造体３２を介して気密保持可能に設けられた放出室３４と、バリアブルリークバルブ３３を介して吸蔵室３１内に重水素を供給する重水素ボンベ３５と、放出室３４内の真空度を検出する放出室真空計３６と、多層構造体３２から生成されるガス状の反応生成物を検出すると共に放出室３４内の重水素量を計測することにより多層構造体３２を透過する重水素の透過量を評価する質量分析器３７と、放出室３４内を常に真空状態に保つターボ分子ポンプ３８と、放出室３４及びターボ分子ポンプ３８内を荒引きするためのロータリーポンプ３９とを備えて構成されている。
【００１６】
さらに、核種変換装置３０は、例えばＸ線や電子線、粒子線等の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子やイオン等を検出する静電アナライザー４０と、多層構造体３２の両面のうち吸蔵室３１内の重水素に曝される表面上にＸ線を照射するＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：Ｘ線照射光電子スペクトル分析）用のＸ線銃４１と、内部に重水素が導入された吸蔵室３１内の圧力を検出する圧力計４２と、ベリリウム窓４３を有する高純度ゲルマニウム検出器４４からなるＸ線検出器と、吸蔵室３１内の真空度を検出する吸蔵室真空計４５と、重水素の導入以前等に吸蔵室３１内を真空状態に保持する真空バルブ４６と、吸蔵室３１を真空状態にするターボ分子ポンプ４７と、吸蔵室３１及びターボ分子ポンプ４７内を荒引きするためのロータリーポンプ４８とを備えて構成されている。
【００１７】
そして、多層構造体３２の吸蔵室３１側を相対的に重水素の圧力が高い状態とし、多層構造体３２の放出室３４側を相対的に重水素の圧力が低い状態として、多層構造体３２の両面において重水素の圧力差を形成することで、吸蔵室３１側から放出室３４側へ重水素の流れを作り出す。
【００１８】
ここで、多層構造体３２は図４に示すように、Ｐｄ基板２３の表面上に相対的に仕事関数が低い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層され、さらに、Ｐｄ層２１の表面上に核種変換を施す物質としてたとえばセシウム（Ｃｓ）層５２等を付着させて構成されている。
【００１９】
次に、核種変換装置に使用する多層構造体について説明する。
多層構造体を製作するには、先ず図２に示す構造体１１を作成する。
先ず、図２に示すようにＰｄ基板２３（例えば、縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、純度９９．５％以上）をアセトン中で所定時間に亘って超音波洗浄することにより脱脂する。そして、真空中（例えば、１．３３×１０^−５Ｐａ以下）において、９００℃の温度で所定時間（例えば、１０時間）に亘ってアニール（加熱処理）を行う。
次に、室温でアニール後のＰｄ基板２３を重王水により所定時間（例えば、１００秒間）に亘ってエッチング処理を施して表面の不純物を除去する。
【００２０】
次に、アルゴンイオンビームによるスパッター法を用いて、エッチング処理後のＰｄ基板２３上に成膜処理を施して混合層２２とＰｄ層２１を形成し、構造体１１を作成する。ここで、仕事関数の低い物質とＰｄとの混合層２２は、例えば図５に示すように、厚さ１００・１０^−１０　ｍのＣａＯ層５７と、厚さ１００・１０^−１０　ｍのＰｄ層５６とを交互に積層して形成し、この混合層２２の厚さを１０００・１０^−１０　ｍとする。そして、混合層２２の表面上にＰｄ層２１を４００・１０^−１０　ｍで成膜することにより、構造体１１を形成する。
【００２１】
続いて上記構造体１１のＰｄ層２１の表面に、さらに被核種変換物質を付着させて図４に示すような多層構造体３２とする。
すなわち、核種変換を施すべき被核種変換物質としてＣｓ−１３７を処理する場合には、ＣｓＮＯ_３　のＤ_２Ｏ　希薄溶液（ＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　溶液）の電気分解により、核種変換を施す物質としてのＣｓを構造体１１の成膜処理表面に沈着させる。
被核種変換物質を構造体１１の表面に沈着させる方法としては、例えば図６に示すような電着装置６０を使用して、１ｍｍｏｌのＣｓＮＯ_３／Ｄ_２Ｏ溶液を電解液６３として、直流電源６１の陽極に白金陽極６２を接続し、陰極に構造体１１を接続して、例えば１Ｖの電圧で１０秒間に亘って電気分解を行い、構造体１１のＰｄ層２１の表面上で下記化学式（１）に示す反応を発生させてＣｓ層５２を沈着させて、図４に示す多層構造体３２を形成する。
【００２２】
Ｃｓ^＋　＋　ｅ⁻　　→　Ｃｓ　　・・・（１）
【００２３】
この際、電解液として使用するＣｓＮＯ_３　のＤ_２Ｏ　希薄溶液中に塩素イオン（もしくはハロゲン元素イオン）等の陰性度の高い陰イオンが含まれていると、多層構造体にも陰性度の高い陰イオンが取り込まれて、後工程の核種変換処理において高い核種変換効率が得られなくなる。したがって、陰イオンを含まないＣｓＮＯ_３　のＤ_２Ｏ　希薄溶液を使用しなければならない。通常放射性廃棄物等は酸洗処理して回収されるが、その際ハロゲン元素等の陰性度の高い元素は酸に溶解して洗浄液中に含まれてくる。そこでこれら陰性度の高い元素と被核種変換物質とを分離しておかなければならない。
次に、陰性度の高い元素と被核種変換物質とを分離する方法について説明する。
【００２４】
本発明においては、イオン交換樹脂を使用して陰性度の高い元素と被核種変換物質とを分離する方法を採用した。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂のいずれも使用可能である。
【００２５】
（第１の実施形態）
イオン交換樹脂を使用した陰性度の高い元素と被核種変換物質との分離方法の第１の実施形態として、イオン交換樹脂を使用する例を説明する。
図７は、本発明の方法で使用するイオン分離装置の構成を説明する図である。図に示すようにイオン分離装置７０のガラス管７３内には、陽イオン交換樹脂７２が１ｃｃ程度詰められており、ガラスウール７１により、ガラス管内に保持された状態になっていて、上部から溶液を注入すると、７５で示した液の流れを通して容器７４に回収されるような構造になっている。陽イオン交換樹脂は通常最初はＮａ型と呼ばれる、樹脂の末端の官能基がＮａ^＋　イオンで占められている状態になっているが、使用するためにＨ型と呼ばれる、樹脂の末端の官能基がＨ^＋　イオンで占められている状態にする必要があるので、イオン分離装置７０に濃度１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ溶液１ｍｌを１５０回繰り返して流す。
陽イオン交換樹脂７２は下記化学式（２）の反応式でＮａ型からＨ型に変わる。
【００２６】
Ｒ−Ｎａ^＋　＋　Ｈ^＋　→　Ｒ−Ｈ^＋＋Ｎａ^＋（Ｒ：樹脂）・・・（２）
【００２７】
上記のステップで陽イオン交換樹脂をＨ型にするための操作は終了したので、次に陽イオン交換樹脂に含まれる溶液中の塩素イオンを除去するために、濃度１ｍｏｌ／ｌのＨＮＯ_３　溶液１ｍｌを繰り返し１０回、Ｈ_２Ｏ　１ｍｌを繰り返し１０回イオン分離装置７０に流す。
以上に処理でイオン分離装置を使用する条件が整ったので、濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−０．１ｍｏｌ／ｌＨＣｌ混合溶液１ｍｌをイオン分離装置７０に流す。核種変換を施すＣｓは化学式（３）に従って、陽イオン交換樹脂に捕捉される一方、塩素イオンは流路７５に従って、容器７４に回収される。従って、この過程で核種変換を施す物質と塩素イオンとは分離される。さらに陽イオン交換樹脂７２が含んでいる溶液中の塩素イオンを除去するために、Ｈ_２Ｏ　１ｍｌを繰り返し１０回イオン分離装置７０に流す。
【００２８】
Ｒ−Ｈ^＋＋　Ｃｓ^＋　　→　Ｒ−Ｃｓ^＋＋Ｈ^＋（Ｒ：樹脂）・・・（３）
【００２９】
次に容器７４を交換し、空の新しい容器７４’を設置する。３ｍｏｌ／ｌＤＮＯ_３　１ｍｌを繰り返し５回イオン分離装置７０に流す。すると化学式（４）に従って捕捉されていたＣｓ^＋　が遊離して容器７４’に回収される。本操作で元の濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−０．１ｍｏｌ／ｌＨＣｌ混合溶液が、濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−３ｍｏｌ／ｌＤＮＯ_３　混合溶液となる。
【００３０】
Ｒ−Ｃｓ^＋＋Ｈ^＋　→　　Ｒ−Ｈ^＋＋　Ｃｓ^＋（Ｒ：樹脂）・・・（４）
【００３１】
次に、容器４’中の濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−３ｍｏｌ／ｌＤＮＯ_３　混合溶液を蒸発乾固させると、化学式（５）に従って、Ｄ_２Ｏ　，　ＤＮＯ_３　が蒸発し、ＣｓＮＯ_３　結晶が残る。
【００３２】
ＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２　Ｏ・ＤＮＯ_３　→　ＣｓＮＯ_３結晶　・・・（５）
【００３３】
残った結晶に適当量のＤ_２Ｏ　を加えることにより、濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　溶液を得る。
【００３４】
このようにして得られた陰イオンを含まない濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３／Ｄ_２　Ｏ溶液を電解浴として用いて、図６で示すような方法で構造体１１のＰｄ層２１の表面に、核種変換を施す物質を沈着させて、図４に示すような積層構造体３２とする。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、イオン交換樹脂を使用した陰性度の高い元素と被核種変換物質との分離方法の第２の実施形態として、陰イオン交換樹脂を使用する例を説明する。
第２の実施形態が先の第１の実施形態と異なる点は、図７に示すイオン分離装置においてガラス管３内に陽イオン交換樹脂に変わって陰イオン交換樹脂７６が１ｃｃ程度詰められている点である。陰イオン交換樹脂は通常最初はＣｌ型と呼ばれる、樹脂の末端の官能基がＣｌ⁻　イオンで占められている状態になっているが、使用するためにはＯＨ型と呼ばれる、樹脂の末端の官能基がＯＨ⁻　イオンで占められている状態にする必要があるので、まず濃度１ｍｏｌ／ｌのＮａＯＨ溶液１ｍｌを繰り返し１５０回イオン分離装置７０に流す。下記化学式６の反応式でＣｌ型からＯＨ型に変わる。
【００３６】
Ｒ−Ｃｌ⁻　＋　ＯＨ⁻　→　Ｒ−ＯＨ⁻　＋　Ｃｌ⁻　（Ｒ：樹脂）・・・（６）
【００３７】
陰イオン交換樹脂７６をＯＨ型にするための操作が終了したならば、次に陰イオン交換樹脂７６が含んでいる溶液中のＮａを除去するために、Ｈ_２Ｏ　１ｍｌを繰り返し２０回イオン分離装置７０に流す。
【００３８】
以上のようにしてイオン分離装置７０を使用する条件が整ったならば、容器７４を交換し、空の新しい容器７４’を設置する。そして１ｍｍｏｌ／ｌＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−　０．１ｍｏｌ／ｌＨＣｌ混合溶液　１ｍｌをイオン分離装置７０に流す。核種変換を施す被各変換物質Ｃｓは、流路７５に従って容器７４’に回収される。一方、塩素イオンは化学式（７）に従って、陰イオン交換樹脂に捕捉される。従って、この過程で核種変換を施す物質と塩素イオンは分離され、容器７４’には陰イオンを含まないＣｓＯＨ／Ｈ_２Ｏ　溶液となって回収されている。
【００３９】
Ｒ−ＯＨ⁻　＋　Ｃｌ⁻　→　Ｒ−Ｃｌ⁻　＋　ＯＨ⁻（Ｒ：樹脂）・・・（７）
【００４０】
次に、容器７４’中のＣｓＯＨ／Ｈ_２Ｏ　溶液を蒸発乾固させると、化学式（８）に従ってＨ_２Ｏ　が蒸発し、ＣｓＯＨ結晶が残る。残った結晶に適当量Ｄ_２Ｏ　を加える事により、１ｍｍｏｌ／ｌＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　溶液を得る。この溶液にはもはや陰イオンは含まれていない。
【００４１】
ＣｓＯＨ／Ｈ_２Ｏ　→　ＣｓＯＨ結晶・・・（８）
【００４２】
残ったＣｓＯＨ結晶に適当量のＤ_２Ｏ　を加えることにより、陰イオンを含まない濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　溶液を得る。
このようにして得られた濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２　Ｏ溶液を電解浴として用いて、図６で示すような方法で構造体１１のＰｄ層２１の表面に、核種変換を施す物質を沈着させて、図４に示すような積層構造体３２とする。
【００４３】
以上、第１の実施形態又は第２の実施形態によって得られた多層積層体３２を図３に示した核種変換装置３０に装着して核種変換処理を行う。
すなわち、図３において多層構造体３２のＣｓ層５２を吸蔵室３１側に向けて、多層構造体３２を介在させて吸蔵室３１と放出室３４とをそれぞれ気密状態に閉塞して、先ず、放出室３４をロータリーポンプ３９およびターボ分子ポンプ３８により真空排気する。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じ、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１をロータリーポンプ４８およびターボ分子ポンプ４７により真空排気する。
次に、吸蔵室３１の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０^−５Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析する。すなわち、Ｘ線銃４１からのＸ線を多層構造体３２の表面に照射して、このＸ線の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子のエネルギーを静電アナライザー４０により検出する。これにより、多層構造体３２の吸蔵室３１側の表面上に存在する元素を同定する。
【００４４】
次に、多層構造体３２を、加熱装置（図示略）により例えば７０℃の温度で加熱した後、真空バルブ４６を閉じて吸蔵室３１の真空排気を停止して、バリアブルリークバルブ３３を開いて吸蔵室３１内に所定のガス圧力で重水素ガスを導入して、核種変換の処理を開始する。ここで、重水素ガスを導入する際の所定のガス圧力は、例えば１．０１３２５×１０^５　Ｐａ（いわゆる１気圧）とする。
そして、放出室３４の質量分析器３７でガス状の反応生成物（例えば、質量数Ａ＝１〜１４０）の測定を行い、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素の拡散挙動の評価を行う。また、多層構造体３２の吸蔵室３１側の高純度ゲルマニウム検出器４４によりＸ線の測定を行う。
なお、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素量は、例えば放出室真空計３６により検出される放出室３４内の真空度と、ターボ分子ポンプ３８の排気速度とに基づいて算出する。
【００４５】
吸蔵室３１内に重水素ガスの導入を開始してから所定時間（例えば数十時間）後に、多層構造体３２の温度を常温に戻す。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じて吸蔵室３１内への重水素ガスの導入を停止して、さらに、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１を真空排気して核種変換の処理を終了する。
そして、吸蔵室３１内の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０^−５Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析して生成物の測定を行う。
そして、上述した処理を繰り返して、核種変換反応の時間変化を測定して処理終了を決定する。
【００４６】
【実施例】
（実施例１，実施例２）
原子炉から発生する使用済み核燃料を硝酸（ＨＮＯ_３　）溶液で溶解し、ウラン（Ｕ）やプルトニウム（Ｐｕ）を分離する再処理をおこなって、セシウム１３７（　^１３７Ｃｅ）を含む酸性廃液を得た。この酸性溶液中には塩素イオンが含まれていた。
このセシウム１３７を含む酸性廃液を上記の手順に従って陽イオン交換樹脂（実施例１）又は陰イオン交換樹脂（実施例２）を使用して処理し、塩素イオンを除去した。
しかる後、この塩素イオンを除去した酸性廃液を電解浴として使用し、前述のごとくＰｄ層表面に電着させ、図３に示した核種変換装置に装着して前述の手順で核種変換処理を行った。
【００４７】
核種変換処理終了後、積層構造体を取り外しＨＮＯ_３　で表面を溶解し、その溶液をＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析装置）で成分分析し、核種変換反応の結果として生成された物質としてプラセオジム（Ｐｒ）を定量した。結果を表１に示す。
【００４８】
（比較例）
比較のためイオン交換樹脂を使用した塩素イオンの除去処理を省略して、濃度１ｍｍｏｌ／ｌのＣｓＮＯ_３　／Ｄ_２Ｏ　−０．１ｍｏｌＨＣｌ混合溶液とし、この溶液を電解浴として使用し、実施例と同様にしてＰｄ層表面に電着させ、図３に示した核種変換装置に装着して実施例と同様の手順で核種変換処理を行った。
核種変換処理終了後、積層構造体を取り外しＨＮＯ_３　で表面を溶解し、その溶液をＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析装置）で成分分析し、核種変換反応の結果として生成された物質としてプラセオジム（Ｐｒ）を定量した。結果を表１に併記して示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１の結果から、比較例ではＰｒは検出限界（０．３ｎｇ）以下であるのに対して、実施例１ではＰｒは７．１ｎｇ検出され、実施例２ではＰｒは２５ｎｇ検出された。
【００５１】
以下で、この検出されたＰｒが不純物に由来したものではない事を考察する。核種変換処理を行う前の積層構造体の表面をＨＮＯ_３　で溶解し、その溶液についてＩＣＰ−ＭＳでＰｒの定量分析を行ったところ、検出限界（０．３ｎｇ）以下であった。また、今回の処理で使用するＨＮＯ_３　やＨ_２Ｏ　をＩＣＰ−ＭＳで分析したところ、Ｐｒは検出限界以下であった。すなわち、核種変換処理を行う前の段階では、Ｐｒはどこにも存在していなかったことは明らかである。
従って実施例で検出されたＰｒは核種変換反応の結果として生成した物であると結論できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方法によれば、重水の濃度差を利用した拡散法による核種変換方法において、核種変換を施す物質が含まれている溶液中の電気陰性度の高い元素の陰イオンを除去することにより、再現性良く核種変換反応を生起させることができる。
したがって、小規模な装置でも有効に核種変換を行うことが可能となり、放射性廃棄物の処理にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる核種変換方法の原理を説明する図である。
【図２】本発明の核種変換方法で使用する構造体の断面図である。
【図３】本発明の核種変換方法で使用する核種変換装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示す核種変換装置で使用する多層構造体の断面図である。
【図５】図２に示す構造体の混合層の詳細を示す図である。
【図６】本発明の核種変換方法で使用する、構造体に核種変換を施す物質を付与する装置の構成を示す図である。
【図７】イオン分離装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１０・・・・・核種変換を実現する装置、１１・・・・・構造体、２１・・・・・Ｐｄ層、２２・・・・・混合層、　２３・・・・・Ｐｄ基板、３０・・・・・核種変換装置、３１・・・・・吸蔵室、３２・・・・・多層構造体、３４・・・・・放出室、５２・・・・・Ｃｓ層、６０・・・・・電着装置、６３電解浴、７０・・・・・イオン分離装置、７２（７６）・・・・・イオン交換樹脂

Claims

イオン交換樹脂を使用して被処理物質中の陰イオンを吸着除去した後、パラジウム又はパラジウム合金或いはその他の水素を吸蔵する金属又はそれらの合金等からなる略板状の構造体の両面のうち、一方の表面上に核種変換を施す物質を付着させ、該核種変換を施す物質を付着させた構造体の表面側を重水素の圧力が高い領域とし、前記構造体の他方の表面側を重水素の圧力が低い領域として、前記構造体内に重水素の流れを生成させて重水素と核種変換を施す物質とを反応させることを特徴とする核種変換方法。
前記イオン交換樹脂が陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の核種変換方法。
前記イオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の核種変換方法。
前記核種変換を施す物質を付着させる手段が電着によることを特徴とする請求項１に記載の核種変換方法。