もし運転免許を自主返納して警察署を出ようとした瞬間に考えが変

もし運転免許を自主返納して警察署を出ようとした瞬間に考えが変わって引き返して「やっぱり運転免許返してください」と頼んだら返してくれますか？またその返してもらった運転免許証は有効ですか？

推測の域を出ませんが、返してもらえる可能性はかなり低いと思います。
（経験者や事務担当者の方の回答を期待します。）
警察署での想定なので、試験場での対応は問疑しません。
ほとんどの方が、返納と同時に運転経歴証明書（免許証とそっくりな身分証明書）を申請しています。この場合は手数料を1100円を支払いますが、すでに支払った手数料を考えが変わったことで、なかったことにできるか疑問です。
運転経歴書不要で手続きをした場合でも、申請書のほかに確認書に署名して提出します。あらゆることに同意して署名のうえ提出した書類が、考えがかわっただけでなしにしてもらえるか疑問です。
しかしながら、警察署から、免許本部に書類を送る前ですので、担当者の判断でなかったことにしてもらえるかもしれません。
免許証については、警察署を出る前にすでにパンチで穴を空けられた免許証（すでに効力ないので免許証ではありませんが）を持っているはずです。
仮に自主返納が取り消せた場合は、再交付又は再試験を受けることになると思います。

＞＞もし運転免許を自主返納して警察署を出ようとした瞬間に考えが変わって引き返して「やっぱり運転免許返してください」と頼んだら返してくれますか？
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一度返納(取消申請)を提出しそれが受理されたら、如何なる理由や事情があろうとも撤回は出来ません。
＞＞またその返してもらった運転免許証は有効ですか？
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上記に関連し、そもそも返してもらえないので、回答不能です。

そんな奴おらんやろう！

書類を受け取っただけで、実際の処理をしていなければ、返してくれると思いますよ。
ただ、そんなふうに考え直す可能性が僅かでもあるなら、返納なんてするべきではないでしょうね。

返すことは不可能です