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Development of cesium-free mineralization for volume reduction and reuse of radioactive contaminated soil in Fukushima

Research Project

Project/Area Number 16H02437
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Earth system and resources engineering
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

Shimoyama Iwao  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (10425572)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 奥村 雅彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (20386600)
小暮 敏博  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50282728)
町田 昌彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
馬場 祐治  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 嘱託 (90360403)
本田 充紀  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10435597)
岡本 芳浩  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (70370369)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥45,630,000 (Direct Cost: ¥35,100,000、Indirect Cost: ¥10,530,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2017: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Fiscal Year 2016: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
Keywords汚染土壌 / セシウム / 熱処理 / 除染 / 減容化 / 再生利用
Outline of Final Research Achievements

Decontamination effects of chloride, nitrate, and fluoride additives on heat treatment were investigated for Fukushima contaminate-soil and weathered biotite. While CaCl2 and MgCl2 induced Cs removal from clay minerals through phase transformation at high temperatures, NaCl and KCl induced Cs removal through ion exchange in clay minerals under vacuum. These different actions were explained based on the difference in the interaction between Cl and clay minerals. In the case of CaCl2 addition, the decontamination ratio of the contaminated soil reached to 98% at 750°C. In the case of Ca (NO3)2 addition, the decontamination ratio reached to 95% at 600°C. In the case of KHF2 addition, the decontamination ratio reached to 93% at 300°C in Ar atmosphere. These results indicate that cesium-free mineralization is effective to improve decontamination efficiency of radioactive contaminated soil at lower temperatures compared with conventional heat treatments.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

福島原発事故後の未解決課題の一つは、除染により発生した大量の除去土壌の処理と再生利用である。熱処理は土壌に対する効率的な除染法として知られているが、1000~1300℃の高温処理を要するためコスト面での課題があった。これに対し、処理温度の大幅な低減化を可能にするセシウムフリー鉱化法(CFM)を開発した。土壌の物理的溶融を用いる従来の熱処理に対し、CFMは土壌を化学的にCsを含まない鉱物に変換することで低温域の除染効率を向上させる手法であり、硝酸塩との反応により600℃で95%の除染率を達成した。これにより、除染困難であった粘土質土壌の効率的な除染が可能になる点に社会的意義がある。

Report

(6 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Nanoscale spatial analysis of clay minerals containing cesium by synchrotron radiation photoemission electron microscopy2018

    • Author(s)
      A. Yoshigoe, H. Shiwaku, T. Kobayashi, I. Shimoyama, D. Matsumura, T. Tsuji, Y. Nishihata, T. Kogure, T. Ohkochi, A. Yasui, and T. Yaita
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 112 Issue: 2 Pages: 21603-21603

    • DOI

      10.1063/1.5005799

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proposed Cesium-free Mineralization Method for Soil Decontamination: Demonstration of Cesium Removal from Weathered Biotite2017

    • Author(s)
      Honda Mitsunori、Shimoyama Iwao、Kogure Toshihiro、Baba Yuji、Suzuki Shinichi、Yaita Tsuyoshi
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 2 Issue: 12 Pages: 8678-8681

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b01304

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 福島汚染土壌の除染と再利用のためのセシウムフリー鉱化法の開発2017

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、馬場祐治、平尾法恵、岡本芳浩、矢板毅、鈴木伸一
    • Journal Title

      Photon Factory News

      Volume: 35 Pages: 17-22

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      2017 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Micro-orientation control of silicon polymer thin films on graphite surfaces modified by heteroatom doping2017

    • Author(s)
      I. Shimoyama, Y. Baba and N. Hirao
    • Journal Title

      Appl. Surf. Sci.

      Volume: 405 Pages: 255-266

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2017.01.297

    • NAID

      130005974758

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism of Cs Removal from Fukushima Weathered Biotite by Heat Treatment with a NaCl-CaCl2 Mixed Salt2017

    • Author(s)
      Mitsunori Honda, Yoshihiro Okamoto, Iwao Shimoyama, Hideaki Shiwaku, Shinichi Suzuki and Tsuyoshi Yaita
    • Journal Title

      ACS OMEGA

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 721-727

    • DOI

      10.1021/acsomega.6b00372

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 粘土鉱物の相変態誘起を介したCs除去に関するアルカリ塩化物の反応促進効果2020

    • Author(s)
      下山 巖、馬場祐治
    • Organizer
      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Importance of halogen for soil decontamination using cesium-free mineralization; A Role of chlorine on phase transformation of weathered biotite2019

    • Author(s)
      Iwao Shimoyama, Yuji Baba
    • Organizer
      17th International Conference on the Chemistry and Migration Behavior of Actinides and Fission Products in the Geosphere (Migration 2019)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Soil decontamination by cesium-free mineralization with CaCl2; Effect of chlorine on phase transformation of a clay mineral2019

    • Author(s)
      Iwao Shimoyama
    • Organizer
      7th International Conference on DV-Xa Method
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法を用いた土壌除染における硝酸塩添加剤の効果2019

    • Author(s)
      下山 巖
    • Organizer
      環境放射能除染学会第8回研究発表会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法によるCs汚染鉱物の光触媒材料への変換と環境浄化への再生利用2019

    • Author(s)
      杉田 剛、下山 巖
    • Organizer
      環境放射能除染学会第8回研究発表会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法を用いた土壌除染における塩化物反応剤と低圧環境の相乗効果2018

    • Author(s)
      下山巖、小暮敏博、奥村大河、馬場祐治
    • Organizer
      環境放射能除染学会第7回研究発表会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アルカリ塩化物を用いたセシウムフリー鉱化法による土壌除染:反応剤のカチオン価数に依存したCs除去過程2018

    • Author(s)
      下山巖、小暮敏博、奥村大河、馬場祐治
    • Organizer
      日本原子力学会2018年秋の大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低圧環境下での塩化物添加熱処理による土壌除染2018

    • Author(s)
      下山巖、小暮敏博、奥村大河、馬場祐治
    • Organizer
      2018年度日本地球化学会年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アルカリ塩と粘土鉱物との反応における塩素の役割2018

    • Author(s)
      下山巖、馬場祐治
    • Organizer
      第50回溶融塩科学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法による福島風化黒雲母からのCs除去と低圧環境の影響2017

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、 馬場祐治、岡本芳浩、千葉慎哲、矢板毅、鈴木伸一
    • Organizer
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2017-01-07
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] その場観察高温 XAFS 測定による反応促進剤を用いた熱処理による福島風化黒雲母からの Cs 除去過程の解明2017

    • Author(s)
      本田充紀、岡本芳浩、下山巌、塩飽秀啓、鈴木伸一、矢板毅
    • Organizer
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2017-01-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法を用いた汚染土壌の除染における塩化物の添加効果2017

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、馬場祐治、矢板毅、岡本芳浩
    • Organizer
      第6回環境放射能除染学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法を用いた土壌除染におけるCaCl2及びKCl添加物の効果2017

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、馬場祐治、矢板毅、岡本芳浩
    • Organizer
      2017年原子力学会秋の大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法を用いた実土壌除染における塩化物の添加効果2017

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、奥村大河、馬場祐治、岡本芳浩
    • Organizer
      第61回粘土科学討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] その場観察高温XAFS測定による反応促進剤を用いた熱処理による福島楓花黒雲母からのCs除去過程の解明2017

    • Author(s)
      本田充紀、岡本芳浩、下山巖、塩飽秀啓、鈴木伸一、矢板毅
    • Organizer
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] セシウムフリー鉱化法による汚染土壌からの放射能除去2017

    • Author(s)
      小暮敏博、下山巖、本田充紀、馬場祐治、矢板毅、鈴木伸一
    • Organizer
      日本地球化学会第64回年会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] アルカリ塩化物を用いたCsフリー鉱化法による放射性汚染土壌の除染試験2017

    • Author(s)
      下山巖、小暮敏博、奥村大河、馬場祐治、本田充紀、岡本芳浩
    • Organizer
      第49回溶融塩化学討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面電離によるCsCl及びCs吸着土壌からのイオン脱離2017

    • Author(s)
      馬場祐治、下山巖
    • Organizer
      第37回表面科学学術講演会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Density functional theory study of cesium adsorption to micaceous clay minerals2016

    • Author(s)
      奥村 雅彦、中村 博樹、町田 昌彦、下山 巖
    • Organizer
      3rd Asian Clay Conference 2016 (ACC 2016)
    • Place of Presentation
      ZHUJIANG HOTEL(中国、広州)
    • Year and Date
      2016-11-18
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 汚染土壌の減容化と再利用を目指したセシウムフリー鉱化法の開発2016

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、 馬場祐治、岡本芳浩、千葉慎哲、矢板毅、鈴木伸一
    • Organizer
      第60回粘土科学討論会
    • Place of Presentation
      九州大学病院キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-15
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 福島における汚染土壌の除染と再利用を目指したセシウムフリー鉱化法,1; 非放射性Csを飽和吸着した福島風化黒雲母のセシウムフリー鉱化反応2016

    • Author(s)
      下山 巖、本田 充紀、小暮 敏博、 平尾 法恵、 馬場 祐治、 岡本 芳浩、 矢板 毅、 鈴木 伸一
    • Organizer
      日本原子力学会2016年秋の大会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ(福岡県久留米市)
    • Year and Date
      2016-09-07
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 福島における汚染土壌の除染と再利用を目指したセシウムフリー鉱化法,2; その場観察EXAFS分析を用いた混合塩(NaCl-CaCl2)添加および加熱処理によるCs収着風化黒雲母からのCs除去過程の解明2016

    • Author(s)
      本田 充紀、岡本 芳浩、下山 巖、塩飽 秀啓、鈴木 伸一、矢板 毅
    • Organizer
      日本原子力学会2016年秋の大会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ(福岡県久留米市)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 汚染土壌の減容化と再利用を目指したCsフリー鉱化法の提案2016

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博
    • Organizer
      第5回環境放射能除染研究発表会
    • Place of Presentation
      福島県文化センター(福島県福島市)
    • Year and Date
      2016-07-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Csフリー鉱化法による汚染土壌減容化と再利用2016

    • Author(s)
      下山巖、本田充紀、小暮敏博、 岡本芳浩、馬場祐治、平尾法恵、塩飽秀啓、矢板毅、鈴木伸一
    • Organizer
      PF研究会「福島環境回復を目指した放射光研究の現状と今後の課題」
    • Place of Presentation
      高エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2022-01-27  

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