Construction of a process of creation of palladium by nuclear transmutation combined with burunup calculation, neutron irradiation experiments, and chemical separation of elements

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本研究では、高レベル放射性廃液中のルテニウム(Ru)やロジウム(Rh)から資源利用可能なパラジウム(Pd)を創生する分離変換プロセスを、ラボスケールで実現することを目指している。平成29年度は主に、Pdの創生機能を備えた原子炉の炉心設計、およびBenzo-15-crown-5 ether(B15C5)を用いたPdの分離回収技術の研究開発を実施した。炉心設計においては、具体的な核変換手法を提案すること、およびPdの生成量や比放射能を定量的に評価することを目的として、加圧水型軽水炉(PWR)を利用した場合の元素変換特性を解析した。バーナブルポイズン棒型の核変換ターゲットとしてRu-Rh混合物を装荷した場合、1年間の照射終了時点におけるPdの生成量は533g/集合体、Pdの生成率は1.59%であった。ただし、初期組成におけるRuとRhの比は8:2程度であり、Rh装荷量あたりでのPd生成率は9.36%となった。製品Pd中におけるPd-103の比放射能は、60日程度待つことで免除レベル以下となり、Pd-107の比放射能は照射終了時点で免除レベル以下であった。以上より、Ru-Rh混合物をターゲットとした場合、効率的にRhを核変換することができ、資源利用可能なPdを生産可能であることを確認できた。分離回収技術の研究開発においては、B15C5樹脂の持つ元素分離性能を調査した上で、PWRを用いたPdの創生における核変換前後の分離プロセスにおけるB15C5樹脂の適用可能性を検討した。その結果、1バッチの分離操作において、核変換前後の分離プロセスで、それぞれ約66tおよび約25tの樹脂が必要という見積もりを得た。これにより、分離プロセスの達成に必要となる樹脂量およびカラム体積が現実的な数字となることを確認でき、本研究で提案したPdの分離プロセスが工学的に成立可能であるという見通しを得た。