溶融塩中における酸素及びその化合物の物理化学的性質に関する研究

773KのLiCl-KCl-CsCl共融組成塩(57.5:13.3:29.2mol%、融点265℃)において、ボロンドープダイヤモンド電極およびグラッシーカーボン電極を用いた電気化学的手法によって、酸化リチウムの溶解度と酸化物イオンの拡散係数を測定した。その結果、酸化リチウムの溶解度は0.83mol%と決定できた。また、走査速度、ピーク電位との関係から、酸化物イオンの拡散係数は2.1×10^<-6>cm^2s^<-1>であると判明した。さらに、ボロンドープダイヤモンド電極上の起電力測定からO_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位を導出した。代表的な高温溶融塩の一つであるLiCl・KCl共融組成塩と比較すると、酸化リチウムの溶解度は小さいが、酸化物イオンの拡散係数、O_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位はほぼ同様の値が得られた。融点が低いため、比較的低温で使用できる可能性があり非常に有意義な知見が得られた。次に、溶融LiCl-KCl系においてボロンドープダイヤモンド電極を用いた起電力測定により得られたO_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位を利用して、原子力分野で代表的な923KのLiCl単塩、723KのLiCl-KCl共融組成塩におけるアクチニド元素Th,U,Np,Pu,Amに関する電位-pO^<2->図を作成した。まず、基準枠としてLiに関する電位-pO^<2->図を作成した後、それぞれのアクチニド元素に関して、金属と酸化物、塩化物およびオキシクロライドについて安定性を評価した。これらの図から、例えば、923KのLiCl単塩で酸化ウランを金属ウランに還元するためには、pO^<2->を0.92より大きく11.13より小さく保たなければならないことがわかる。同様にして、他の4つのアクチニド元素(Th,Np,Pu,Am)について電位-pO^<2->図を作成し、2種の溶融塩における種々の化合物の化学的・電気化学的安定性について検討した。これら5つのアクチニド元素に関する電位-pO^<2->図が系統的にまとめられたことによって、あるpO^<2->と電位におけるアクチニド化合物の化学的、電気化学的反応を予測することが可能となった。これらの成果は学問的に非常に重要であるだけでなく、使用済み核燃料の再処理プロセスに関わるもので工業的にも極めて有意義なものである。

773KのLiCl-KCl-CsCl共融組成塩(57.5:13.3:29.2mol%、融点265℃)において、ボロンドープダイヤモンド電極およびグラッシーカーボン電極を用いた電気化学的手法によって、酸化リチウムの溶解度と酸化物イオンの拡散係数を測定した。その結果、酸化リチウムの溶解度は0.83mol%と決定できた。また、走査速度、ピーク電位との関係から、酸化物イオンの拡散係数は2.1×10^<-6>cm^2s^<-1>であると判明した。さらに、ボロンドープダイヤモンド電極上の起電力測定からO_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位を導出した。代表的な高温溶融塩の一つであるLiCl・KCl共融組成塩と比較すると、酸化リチウムの溶解度は小さいが、酸化物イオンの拡散係数、O_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位はほぼ同様の値が得られた。融点が低いため、比較的低温で使用できる可能性があり非常に有意義な知見が得られた。次に、溶融LiCl-KCl系においてボロンドープダイヤモンド電極を用いた起電力測定により得られたO_2/O^<2->の標準式量酸化還元電位を利用して、原子力分野で代表的な923KのLiCl単塩、723KのLiCl-KCl共融組成塩におけるアクチニド元素Th,U,Np,Pu,Amに関する電位-pO^<2->図を作成した。まず、基準枠としてLiに関する電位-pO^<2->図を作成した後、それぞれのアクチニド元素に関して、金属と酸化物、塩化物およびオキシクロライドについて安定性を評価した。これらの図から、例えば、923KのLiCl単塩で酸化ウランを金属ウランに還元するためには、pO^<2->を0.92より大きく11.13より小さく保たなければならないことがわかる。同様にして、他の4つのアクチニド元素(Th,Np,Pu,Am)について電位-pO^<2->図を作成し、2種の溶融塩における種々の化合物の化学的・電気化学的安定性について検討した。これら5つのアクチニド元素に関する電位-pO^<2->図が系統的にまとめられたことによって、あるpO^<2->と電位におけるアクチニド化合物の化学的、電気化学的反応を予測することが可能となった。これらの成果は学問的に非常に重要であるだけでなく、使用済み核燃料の再処理プロセスに関わるもので工業的にも極めて有意義なものである。