１．研究開発の背景とねらい

　本事業では、ウラン(VI)選択分離による高レベル廃液処理工程の負荷低減、ウラン(VI)−プルトニウム(IV)分離の簡素化、廃溶媒焼却処分による固体廃棄物の低減を目指した、高速増殖炉(FBR)燃料再処理のための新規抽出剤（化合物）の創製を行う。新規化合物としてN,N-ジアルキルアミド化合物を開発し、高除染を基本とした液々抽出法による、1) ウラン(VI)の選択的分離、2) プルトニウム-ネプツニウム(Pu-Np)のグループ分離の妥当性を検証し、経済性向上を目指したFBR燃料の簡素化再処理プロセス構築のための要素技術開発を行うことを目的とする。

２．研究開発成果

　平成17年度及び平成18年度の事業において、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基や分岐アルキル基をそれぞれ有する21種類の新規のN,N-ジアルキルアミド化合物を合成し、トレーサーレベルでのU(VI)-Pu(IV)の抽出分配比を測定した。得られた抽出分配比の結果を基に、U(VI)の選択分離可能な候補化合物として、シクロヘキシル基系の化合物及び分岐アルキル基系の化合物の選定を行った。図1に分岐アルキル基系化合物である（N,N-di(octyl)- (2-ethyl)butanamide (DO2EBA)および前述のD2EHDMPAによるU(VI)及びPu(IV)の抽出分配比の硝酸濃度依存性の結果を示す。1.0 M DO2EBA-dodecaneによるU(VI) /Pu(IV)の分離係数は約60が得られ、D2EHDMPAと同様にU(VI)選択分離の可能な化合物の開発に成功した。
　U(VI)選択分離の可能性を有するシクロヘキシル基系及び分岐アルキル基系化合物による0.5モルや1.0モル程度の高濃度U(VI)の抽出実験を行ったところ、シクロヘキシル系化合物では、ペースト状のゲルを生成したため、実プロセスなどの高濃度U(VI)を含む抽出系には適用できないことが明らかになった。一方、分岐アルキル基系化合物のN,N-di(hexyl)-(2-ethyl) butanamide (DH2EBA)やDO2EBAでは、239g/l及び269g/lの硝酸ウラニル−硝酸抽出系での一回のバッチ試験において120g/l程度のウランを一回のバッチ試験で有機相に回収できることが明らかになった(表1)。これまでの、嵩高いD2EHDMPAでは、66g/l程度のウランを有機相に抽出するだけであったが、窒素に直鎖アルキル鎖を導入したこれらの化合物を用いることで、U(VI)の選択性を維持しつつ高濃度U(VI)を選択的に分離回収できる見通しを得た。
　高濃度U(VI)の抽出においては、有機相へのU(VI)の負荷容量が問題となる。そこで、DH2EBAによる平衡前の水相中のU(VI)濃度及び硝酸濃度を関数とした第3相生成曲線を調べた(図2)。その結果、硝酸3モルにおいては、水相中のU(VI) 濃度が約240g/lで第3相が生成し、第3相生成の限界濃度は、低硝酸濃度領域では、水相初期U(VI)濃度が高く、高硝酸濃度では水相初期U(VI)濃度が低い領域で第3相が生成することが明らかになった。
　これらの抽出実験の結果より、U(VI)高除染選択分離用化合物として、DH2EBA、DO2EBA、N,N-di(hexyl)-(2,2-dimethyl)-propanamide (DHDMPA)、N,N-di(octyl)-(2,2-dimethyl)- propanamide (DODMPA)を候補化合物として選定した（図3）。
　また、研究対象とするFBR使用済燃料は、軽水炉燃料に比べてプルトニウムや核分裂生成物の生成量が増加し、その結果分離に用いる抽出剤は、高放射線場に曝される。そのため、代表的なN,N-ジアルキルアミドやリン酸トリブチル（TBP）のγ線による耐放射線性を評価した。その結果、最大吸収線量約800kGy程度まで照射した実験では、用いたN,N-ジアルキルアミド化合物はTBPよりも耐放射線性が低いことが明らかになった。

３．今後の展望

　平成19年度が最終年度であり、候補化合物を用いた核分裂生成物やネプツニウムの抽出特性の評価、模擬溶液を用いた効率的なウラン(VI)単離及びN,N-dioctylhexanamide(DOHA)によるプルトニウム‐ネプツニウムの一括分離の可能性を検討している。また、選択性のメカニズム解明のための構造解析及び詳細な耐放射線性評価のためのγ線及びα線照射試験を並行して進めている。さらに、候補化合物の分解生成物であるカルボン酸、ジヘキシルアミン及びジオクチルアミンによる核分裂生成物の抽出分配比測定も実施している。