类型a
作者与研究机构及发表信息
本文的主要作者是H. Tomiyasu和Y. Asano，他们来自东京工业大学核反应堆研究实验室（Research Laboratory for Nuclear Reactors, Tokyo Institute of Technology）。该研究于1995年发表在《Progress in Nuclear Energy》期刊的第29卷增刊上。
学术背景
本研究属于核燃料后处理领域。核燃料后处理是指从使用过的核燃料中提取可再利用的铀、钚等元素，并分离高放射性废物的过程。传统的PUREX方法（Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction）虽然已广泛应用于商业工厂，但存在诸多问题：需要在高温强酸条件下溶解二氧化铀（UO₂），使用有机溶剂可能引发爆炸危险，且产生的高放射性废液中含有铯（Cs）、锶（Sr）、镧系元素以及铂族金属（Ru、Rh、Pd）等难以分离的成分。这些问题不仅增加了操作成本，还对环境造成潜在威胁。因此，开发一种更加环保、安全且高效的核燃料后处理方法成为当务之急。
本研究旨在提出一种新型核燃料后处理方法，该方法能够在温和条件下（低酸度溶液、室温）进行操作，避免使用易燃有机溶剂，从而消除爆炸风险。此外，该方法通过简单的沉淀法实现铀（U）、钚（Pu）、镎（Np）、镅（Am）等主要锕系元素与裂变产物的分离，并独立回收铯（Cs）、锶（Sr）和铂族金属（Ru、Rh、Pd），以减少高放射性废液的产生。
详细研究流程
本研究包括以下几个主要步骤：
UO₂的溶解
UO₂在稀硝酸（HNO₃）或盐酸（HCl）溶液中溶解，同时加入强氧化剂如二氧化氯（ClO₂）或臭氧（O₃）。实验发现，在0.1M Ce³⁺离子的存在下，臭氧可以显著加速溶解过程。溶解实验分别在不同浓度的HNO₃和HCl溶液中进行，结果表明，溶解速率随酸浓度增加而提高，但在3M以上趋于稳定。此外，添加少量ClO₂进一步提高了溶解效率。这一过程的核心在于利用强氧化剂将UO₂中的铀氧化为可溶性六价铀（UO₂²⁺）。
锕系元素的分离
五价或六价的锕系元素（如U、Pu、Np、Am）能够与碳酸根离子形成极其稳定的络合物（例如[CO₃(UO₂)₃]⁴⁻），这些络合物在pH值为7-9的碱性溶液中具有良好的溶解性。通过过滤沉淀物，可以将锕系元素与大多数过渡金属、镧系元素、锆（Zr）、铂族金属以及碱土金属分离。
铯（Cs）和锶（Sr）的分离
铯的分离采用SnCl₂作为沉淀剂，其分离率超过99%。锶则通过碳酸盐沉淀法实现分离，并在微酸化条件下重新溶解，从而与其他裂变产物分离。
铂族金属的回收
铂族金属（Ru、Rh、Pd）通过与三氯锡酸根（[SnCl₃]⁻）形成络合物实现回收。例如，钌（Ru）形成的络合物被鉴定为[RuCl(SnCl₃)₅]⁴⁻。这些络合物在加入阳离子（如Cs⁺或三乙基铵离子）后容易沉淀，回收率接近100%。
锔（Cm）的分离
锔（Cm）无法在水溶液中被氧化至高价态，因此混入三价镧系元素中。为了实现锔的特异性分离，研究人员正在探索镧系元素与大环配体（macrocyclic ligands）的络合行为及其光化学反应特性。
数据分析流程
数据主要来源于溶解实验、沉淀实验和络合物形成实验的结果。溶解实验通过测量不同时间点的溶解比例评估酸浓度和氧化剂种类的影响；沉淀实验通过分析沉淀物的组成验证分离效果；络合物形成实验则通过核磁共振（NMR）和紫外光谱分析确认络合物结构及稳定性。
主要研究结果
1. 在UO₂溶解实验中，3M HNO₃和HCl溶液的溶解效率最高，且添加少量ClO₂显著提升了溶解速率。这表明强氧化剂在温和条件下能够有效促进UO₂的溶解。
2. 锕系元素与碳酸根离子形成的络合物在pH值为7-9时具有极高的溶解性，从而实现了与裂变产物的有效分离。
3. 铯和锶的分离率达到99%以上，证明了SnCl₂和碳酸盐沉淀法的高效性。
4. 铂族金属的回收率接近100%，特别是通过[RuCl(SnCl₃)₅]⁴⁻络合物的形成，钌的回收效果尤为突出。
5. 锔的分离仍需进一步研究，但初步结果显示大环配体和光化学反应可能是未来突破的关键方向。
结论与意义
本研究成功开发了一种新型核燃料后处理方法，所有操作均在温和条件下完成，无需使用易燃有机溶剂，从而彻底消除了爆炸风险。该方法实现了U、Pu、Np、Am等锕系元素与裂变产物的分离，独立回收了Cs、Sr和铂族金属（Ru、Rh、Pd），并大幅减少了高放射性废液的产生量。
科学价值方面，该方法提供了一种更安全、更环保的核燃料后处理方案，为核能工业的可持续发展奠定了基础。应用价值方面，分离出的锕系元素可作为核燃料再利用，Cs和Sr可作为辐射源，铂族金属则具有重要的工业用途，从而实现了“废物资源化”。
研究亮点
1. 提出了在温和条件下进行核燃料后处理的新方法，避免了传统PUREX方法中的高温高压条件和有机溶剂的使用。
2. 利用简单的沉淀法实现了锕系元素与裂变产物的高效分离，特别是铯和锶的分离率达到99%以上。
3. 首次通过三氯锡酸根络合物实现了铂族金属的高效回收，回收率接近100%。
4. 探索了大环配体和光化学反应在锔分离中的潜在应用，为未来研究提供了新方向。
其他有价值内容
本文还讨论了PUREX方法的局限性及其在经济成本上的劣势，强调了新方法在降低操作成本和提升环境友好性方面的优势。此外，作者感谢了相关合作机构的支持，并指出本研究得到了日本文部科学省科研资助项目（Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research No. 0655006）的部分资助。