トリウム系燃料の湿式再処理に関する基礎研究

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トリウム系の使用済燃料を対象とした湿式再処理におけるトリウムとウランの分離にパルスカラム抽出装置を利用することを想定した。この抽出装置では、分散液滴群の液滴径とその挙動にもとづく物質移動係数が、抽出装置の合理的設計あるいは抽出速度の決定に不可決なものとなっている。 本研究では、まず分散液滴径の計測に対して新規な高分子電解質によるゲル固化法を提案した。このゲル固化法は、ほぼ静止状態から乱流状態で単孔ノズルから生成する分散液滴の液滴径の計測に適用され、その妥当性が明らかとなった。さらに、ボンド数とウェーバ数の関数形として分散液滴径を推算できる実験式を得た。これにより、ノズル流速に対する一連の滴化現象から生成する液滴径を統一的に取扱えることがわかった。 次いで、このゲル固化法をパルスカラム内で生成する分散液滴群の計測に応用した。カラム内の分散液滴群の平均液滴路は、既住の文献値をも含め修正ウェーバ数と開孔率を使用した実験式で良好に相関できた。また液滴群の分散液滴は対数正規分布に従った分散であることおよび各測定値の液滴径を平均液滴径との比とすることにより、液滴群の分布状態を予測できる推算式を明らかにした。 最後に、試作した小規模のパルスカラム抽出装置により2MH【NO_3】-30%TBP/Dodecane系での硝酸の抽出実験を行い、カラム内での硝酸の濃度分布を求めた。この濃度分布を分散液滴群の平均液滴径と分布の推算式による計算値と比較した。脈動強度の小さい場合には、測定した濃度分布は平均液滴径あるいは分布を考慮した計算値とほぼ一致した。一方、脈動強度の大きい場合には液滴径分布を考慮した計算値に近づいた。 以上のことから、パルスカラム内での分散液滴群の平均液滴径と分布を考慮することにより、実際の抽出操作条件にそくした抽出成分のカラム高さに対する濃度分布が得られることが明らかとなった。