[3N01-05] Pyroprocessing

[3N02] Thermodynamic stability of Gd-Cd intermetallic compounds

*Shin Akashi¹, Hiroki Shibata¹, Takumi Sato¹, Hirokazu Hayashi¹ (1. Japan Atomic Energy Agency)

Keywords:Pyrochemical reprocessing, Cd distillation, Intermetallic compound, Gibbs free energy of formation, Electrochemical measurement

現在開発中の金属燃料や窒化物燃料の乾式再処理では、溶融塩電解によって超ウラン元素(TRU)を液体Cd陰極中へ分離回収する。回収したTRU-Cd合金からのCd蒸留分離による金属や窒化物への再転換では、中間生成物として、TRU-Cd金属間化合物の生成が報告されている。これらの金属間化合物の熱力学的安定性は、Cd蒸発や窒化物生成挙動に関係するため、それを理解することは、プロセスの最適化のために重要である。本研究では、TRU模擬物質としてGdを用い、溶融LiCl-KCl-GdCl₃-CdCl₂(673-823K)の電気化学測定を行い、6種類のGd-Cd金属間化合物の生成自由エネルギー(∆G_f⁰ )を導出した。773KにおけるGdCd、GdCd₂、GdCd₃、GdGd_45/11、GdCd_58/13、GdCd₆の∆G_f⁰ は、－40.5、－81.6、－102.3、－114.4、－118.0、－124.0 kJ/mol であり、蒸気圧測定結果から導出された報告値とよく一致した。これらの∆G_f⁰ から算出した一原子当たりのギブズ自由エネルギーG/(x+1)は、GdCd₂で最小値を示し、Gd-Cd系と同様の挙動を示すTRU-Cd系においてもTRUCd₂が最も安定であることを示唆している。