2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mesoscopic investigation of nuclide sorption behavior on clay minerals by X-ray and neutron scattering
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16H04640
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
遠藤 仁 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (40447313)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
元川 竜平 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 物質科学研究センター, 研究主幹 (50414579)
斉藤 拓巳 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (90436543)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バックエンド / 地層処分 / 粘土鉱物 / 水のダイナミクス / X線小角散乱 / 中性子準弾性散乱 / 中性子散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では、高レベル放射性廃棄物の地層処分において重要となる粘土鉱物を対象に，Ｘ線小角散乱法及び中性子準弾性散乱法を用いてナノメートルからサブミクロンのメゾスコピックな長さスケールにおける構造解析ならびにその中の水の動的性質を解明し、粘土鉱物中の核種の収着・移行評価を分子論的に理解することを目的としている。
初年度に於いて、試料として、実際に地層処分に用いられるベントナイトを圧密し、水で膨潤させたものを調製し、各種陽イオン（Na, K, Ca, Mg）に対する構造変化を、KEK放射光施設Photon FactoryのX線小角散乱（SAXS）装置で評価した。この試料は実際に使用する状況とほぼ同じ状態である。実験の結果、核種により構造に明確な違いがあることが判明し、具体的には、平板が積層した構造を取っている粘土鉱物の層間距離と積層状態が、層間に取り込まれる核種により大きく変化することを見出した。
二年目において、初年度の結果を踏まえ、J-PARC MLFのBL02中性子後方散乱分光装置において粘土中の水の動的性質を評価するための中性子準弾性散乱実験を実施した。試料は、SAXS実験と同様に、粘土鉱物を水で圧密膨潤させたものを用い、水の分率と層間イオンを変化させることで、水のダイナミクスの影響を調べた。その結果、ナノ秒スケールのダイナミクスでの変化を定量的に捉えることに成功した。また、高圧で水を膨潤させた粘土試料を用いてのSAXS測定を行い、構造の変化を調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度と次年度において、KEK放射光（フォトンファクトリー）でのＸ線小角散乱実験及びJ-PARCにおける中性子準弾性散乱実験を行うことができ、必要なデーターを揃えることが出来た。現在は、成果発表に向けてデーターの理論解析を行っている。また、散乱実験用に最適化された水を圧密した粘土鉱物試料を調製する手法を確立し、これまで困難であった圧密粘土中におけるミクロスコピックな時空間スケールでの情報を得ることが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに取得した散乱実験データの解析をより精密に行うことが最終年度の目標である。合わせて、補足的な散乱実験を実施しる予定である。また、我々で開発した散乱実験用に最適化された圧密粘土鉱物試料の調製技術を活用し、Ｘ線小角散乱実験並びに中性子準弾性散乱実験を追加で実施し、より網羅的な情報を得る予定である。
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Research Products
(1 results)
