エタノールを添加せず、亜硝酸分解剤として予め加えられているヒドラジンを還元剤とした光還元の量子収率を室温から-25℃の範囲で測定した。水銀ランプを光源とし、430nmの光を2.5mWで照射した。初期U(VI)濃度1M、硝酸濃度2-6M、ヒドラジン濃度は0.01-1Mの範囲とした。照射量は何れの実験でも20J以下で、この範囲ではU(IV)濃度は照射量に対して直線的に増加した。量子収率は室温から温度が低くなるほど向上し-25℃では0.1程度となった。また-5℃、硝酸2Mでは、ヒドラジン濃度0.01M以下では量子収率はほぼ0であったが、濃度0.1M付近で急激に増大し、それ以上ではヒドラジン濃度の増加に伴なって量子収率もゆるやかに増大した。

　さらにPurexとは異なる除染方法である晶析を併用したウランからのネプツニウムの除染についても実験を行い、光照射によって除染係数が大幅に向上することを示した。

　ネプツニウムの酸化法のうち、オゾンによるNp(V)のNp(VI)への酸化を検討した。O₂から製造されるO₃はおよそ2000ppmで、総ての実験を通じて流量は20mL/mとした。Np溶液へのO₃の直接の吹き込みではNp総量に対するNp(V)の比は吹き込み時間に対して直線的に減少し、減少速度は温度が低いほど大きいことが明らかになった。次にプロセス中で問題となるオゾン吹き込み停止後のNp(VT)→Np(V)の再還元の様子を求めた。還元速度は温度が高いほど大きく、還元は酸化に比べて非常に遅いため抽出工程の直前にオゾンの吹き込みを行った場合には抽出器内での再還元は問題とならないと考えられる。再還元が大気中の成分の溶液への溶解に伴なう反応であることもこの結果から示唆される。硝酸中でのオゾンの、分解に伴う濃度変化はd[O₃]/d＝K[O₃]で示される一次反応であった。定数Kは0-1Mの範囲で硝酸濃度には依存せず〜0.48h^-1であった。

　テクネチウムの模擬物質として知られるレニウムの濃度測定の方法としてレーザーラマン分光を導入し、従来の溶媒抽出や発色などに比べて高速の原子価分析を行った。反応の対象はVII価からV価への還元剤として知られるチオシアン酸等とし、試料のReは金属単体を3Mの硝酸に溶解した。この実験で1024chのデータを得るのに要する時間は0.2秒、繰り返し測定の周期は1秒とした。光源にはアルゴンレーザーの514.5nmの発振線を、定量には536nmにピークを持つラマン散乱光を用いた。チオシアン酸の添加ではRe(VII)のラマン信号は1秒以下の急激な減少の後、10分程度かけて再び増加した。このことはRe(VII)が一旦還元されるものの暫く後には再び再酸化されてVII価に戻ることを示している。チオシアン酸はRe(V)と錯体を形成して発色を示すが、吸光度法で調べた結果では非常に速い反応でRe(VII)を還元して発色したチオシアン酸はその後ゆっくりと硝酸と反応して近い波長で発色した後に急速に分解されることが示されており、Re(V)と錯体形成したチオシアン酸の分解の結果としてRe(V)が不安定になって再酸化されていることが明らかになった。

　n-dodecaneで希釈した燐酸トリブチルをもちいた溶媒抽出システム中での水相硝酸の分散に交流電場を応用した。10%TBP中で交流電場によって微細化された液滴の分布は対数正規分布にのり、平均液滴径は0.02mmであった。この液滴径は核燃料再処理で現在用いられているパルスカラムの値のおよそ1/10である。10%TBPによるU(VI)の硝酸溶液からの抽出のバッチ試験では、抽出の効率が電場の周波数に伴って増大した。連続的な体系で行った実験では有機相製品への水相の随伴は流量に伴ってわずかに増大したが、随伴の割合は0.2%以下であることが分かった。有機相の電気伝導度の増加の為、交流電場の応用はTBP濃度が低いほど適していることが、実験結果より示された。

　実験或いは文献中で得た最新の分配係数式、反応速度式を用いてPurexプロセス中の溶媒抽出工程のシミュレーションコードを開発した。このコードは硝酸,亜硝酸,U(VI),(IV),Pu(III),(IV),Np(IV),(V),(VI),Tc(IV),(V),(VI),(VII),Am(III),Cm(III),Zr,Ru,Cs,Sr,Nbと硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)及びヒドラジンについて分配係数式と相互の酸化還元反応の速度を考慮している。ウランに就ては光化学反応による還元を、F.P.についてはDBPの影響をも考慮できるようにした。温度は1)熱交換器による強制的な温度制御 2)フィード温度と主要核種の抽出に伴う発熱・吸熱及び抽出器壁面での外界との熱交換のうちから任意のものを考慮できる。基本的に完全混合槽列モデルであるが抽出器の不完全性によるエントレインメントも模擬できる。隣接段との流出入と還流、ステージ内還流、ホールドアップの変動、化学反応による増減及び分配係数を含む連立微分方程式はルンゲクッタ法による繰り返し計算で解く。コードの検証では共除染工程での硝酸、U(VI),Pu(IV)の結果は非常に良く実験結果と一致しており、分配工程における硝酸、ウラン、プルトニウム、ネプツニウムについても同様の結果を得た。F.P.に就ては分配係数などのデータが少ないために実験結果からのずれは大きくなったが定性的な考察には十分利用できるという結果を得た。

　非還元分配工程が低温で行われるという点に着目し、(1.1)で得たデータを基に光照射によって除染係数を向上させることを検討した。シミュレーションは16段のミキサセトラを想定し、照射を行う段と照射強度をパラメータにしてU製品中に混入するプルトニウムの濃度を調べた。プロセスの温度は第三相の形成を避けることを条件に5℃とした。光照射段に対して除染係数は大きな影響を受け、Pu,Np濃度が高い前半の段での照射が効果を上げず、僅かに残ったPu,Npに対して還元を行うことが効果的であるという結果が示された。15,16段への照射では生成したU(IV)が未反応のまま有機相と共に流出するため除染係数が低下した。照射強度の影響も大きく、U製品中のPu濃度の対数は0-2kWの範囲で照射強度に対してほぼ直線的に減少した。

　現在の再処理工程を修正することで、ウランとTRUをプルトニウム製品に適度に移行させ、MOX燃料と同じ組成の製品として取り出すのに適したプロセスを設計した。分配工程には18段のミキサセトラから成るU(IV)還元のフローシートを想定し、スクラブ流量、Puストリップ液流量、還元剤濃度などをパラメータとしてU製品中に含まれるPu,Npの濃度とPu製品中に含まれるU濃度を求めた。

　基のフローシートの還元剤に余裕がないため、還元剤濃度は主にプルトニウムによるウランの汚染に影響を与え、有効な操作にはならなかった。スクラブの流量の操作ではスクラブが10%まで減少した場合、ネプツニウムは70%がプルトニウム製品側へと移行し、プルトニウム製品中に占めるウランの比は85%となりMOXの組成と同じになることが示された。Puストリップの増加は基本的にスクラブ流量の減少と同じ効果をもたらしたが、後の蒸発工程の煩雑さを考えるとスクラブ流量或いはスクラブ段の削減がより好ましいと言える。