Development of simulation method for analysis of chemical stability of vitrified materials learned from Sea Glass

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05379
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: Sawaguchi Naoya 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40357174)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 分子動力学法 / ホウケイ酸塩ガラス / 原子間相互作用 / ガラス固化体 / 構造ユニット / 4配位ホウ素比

Outline of Final Research Achievements

In order to obtain knowledge on the long-term stability of vitrified waste, which is one of the key technological elements for the deep underground storage of high-level radioactive waste, we have carried out structural simulations of oxide glasses by molecular dynamics method. We attempted to develop atomic interactions for the main constituent systems of glass, namely borates, silicates, borosilicates, and aluminosilicates, which can reproduce the changes in atomic structure of glass in a practical composition range, respectively. As a result, we were able to improve the reproducibility of compositional changes in the abundance ratios of BO4 units to total boron, SiO2, SiO5/2, SiO3, SiO7/2, SiO4 units, and [AlO4], [AlO5], [AlO6] units.

Free Research Field

計算科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ガラス固化体は、酸化物ガラスが多様な元素を同時に溶存可能で、溶存イオンを容易には環境へ溶出しないことを利用する隔離素材である。しかし、長期的な化学的安定性についての知見は不足している。必要なのは、多様な組成の酸化物ガラスの原子構造の理解である。本研究によって、広範囲のガラス組成について従前よりも精度よく原子構造を左舷可能なシミュレーションの基礎を築けたと考える。塩基性酸化物と複数の酸性酸化物の混合比を変数としたガラス構造の理解に役立つことが期待できる。また、本研究の成果は、シミュレーションの併用によって、実験的手法で広範囲の組成域を網羅する必要を軽減できる可能性を示せたことであると考える。