真空蒸留は核燃料溶媒のリサイクル効率を向上させる

核燃料再処理において、溶媒は疲れを知らない「クリーナー」として機能し、使用済み燃料から貴重なウランとプルトニウムを日々抽出しています。しかし、これらの分子的な働き者は、強烈な放射線と腐食性化学物質への長期的な暴露により徐々に劣化し、効率を失い、安全と処理効率の両方を損なう可能性のある有害な副産物を生成する可能性があります。

解決策は、溶媒再生技術にあります。核再処理施設では、炭化水素-リン酸トリブチル（TBP）溶媒システムが重要な役割を果たしています。時間の経過とともに、放射線下での硝酸、亜硝酸、炭化水素間の相互作用により、抽出性能とプロセスの安定性を損なうさまざまな劣化生成物が生成されます。これらの汚染物質を除去するための効率的な再生方法を開発することは、運用上の信頼性を維持するために不可欠となっています。

化学洗浄や吸着などの従来の技術には、効率と廃棄物生成に限界がありますが、真空蒸留は有望な物理的分離技術として登場しました。このアプローチは、二次廃棄物を回避することにより、運用上の簡素さ、高い分離効率、環境上の利点を提供します。

この技術は、減圧下での沸点の差を利用し、TBPの分解を防ぎながら不純物を効果的に除去する低温での分離を可能にします。しかし、TBPの熱的不安定性と、多様な汚染物質の非常に低い濃度は、精密に制御されたシステムを必要とする、重大な技術的課題を提示します。

インディラ・ガンジー原子力研究センターの再処理開発研究所の研究者は、真空蒸留に基づくパイロットスケールの溶媒精製システムを開発し、検証しました。この統合されたソリューションは、複数の気液分離ユニットを包括的な再生プロセスに組み合わせています。

• 脱水カラム： 最初に、抽出効率に影響を与え、機器の腐食を引き起こす可能性のある水分を蒸留原理によって除去します。
• 撹拌薄膜蒸発器： 熱分解を防ぎながら、急速な溶媒蒸発のために加熱された薄膜を作成し、蒸気を真空蒸留カラムに送ります。
• 真空蒸留カラム： システムの中核であり、真空下での複数の気液接触により、純粋なTBP（上部に収集）を劣化生成物（底部に保持）から分離します。

模擬劣化溶媒を用いた試験では、物理的特性（密度、粘度）と抽出性能（ウラン/プルトニウム回収率）を評価し、プロセス最適化のための重要なデータを提供しました。

• 真空運転により沸点を下げ、TBPの完全性を維持
• 包括的な精製のための統合された多段分離
• 温度、圧力、流量パラメータの精密制御

この画期的な技術は、核施設に溶媒の寿命を延ばし、コストを削減し、廃棄物を最小限に抑え、運用上の安全性を高める効果的な方法を提供します。この技術はまた、溶媒回収用途の化学および製薬業界への適応の可能性を示しています。

• 運転パラメータのさらなる最適化
• 高度な分離材料の開発
• 自動制御システムの導入

真空蒸留技術が進化し続けるにつれて、これらの分子的な「クリーナー」を活性化し、世界中のより持続可能な核燃料再処理運用を支援することが期待されます。