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Development of vitrification technique based on structural analysis using neutron scattering

Research Project

Project/Area Number 18H01921
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

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 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (50414579)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金子 耕士  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 (30370381)
永井 崇之  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 核燃料サイクル工学研究所 再処理廃止措置技術開発センター, 研究主幹 (70421469)
小林 大志  京都大学, 工学研究科, 准教授 (80630269)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywordsガラス固化 / 中性子回折 / 中性子散乱 / ガラス固化体 / 中性子小角散乱 / ナノ構造 / 中性子共鳴吸収イメージング / イメージング
Outline of Annual Research Achievements

ガラス固化体の研究では、X線回折によるガラスのハローパターンの確認や、ガラス内部の析出物に起因したブラッグピークの有無が主に注目され、詳細な構造解析は行われてこなかった。その一方で、散乱体に対して異なるコントラストを持つX線と中性子を組み合わせることでより多くの情報が得られることが期待される。特に、これまで実施されていない中性子線を用いることで、非破壊のまま試料の内部まで析出物の有無を調べることが可能となる他、ガラスの構造についても情報が得られることが期待される。そこで我々は、中性子回折によるガラス固化体試料分析の有用性を検証することを目的として実験条件等についての検討を進めた。ガラス組成の違いにより、主に4つの散乱角領域でピーク位置、及びその強度に違いが見られた。最も低角の20度付近では、ショルダーピークの明瞭さ、及びピーク位置に僅かなシフトが見られ、配位距離が変化していること、またその距離に分布が現れていることが分かった。一方、80度付近では主に回折強度が大きく変化していることから、ケイ素原子やホウ素原子の配位元素が大きく変化していることが考えられる。但し天然ホウ素を含むホウケイ酸ガラス系の試料では、吸収補正による影響が大きく、定量的な解析が困難であるため将来的に吸収の少ない同位体11Bを用いた試料についての評価を行うことが求められる。これらのガラス試料の中性子回折では、11B置換試料を用いることで、より詳細な構造情報が得られることが期待される。総じて、当初の目論見通りの広角散乱の有用性が確認された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(9 results)

All 2022 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nanoscopic structure of borosilicate glass with additives for nuclear waste vitrification2022

    • Author(s)
      Ryuhei Motokawa, Koji Kaneko, Yojiro Oba, Takayuki Nagai, Yoshihiro Okamoto, Taishi Kobayashi, Takayuki Kumada, William T. Heller
    • Journal Title

      Journal of Non-Crystalline Solids

      Volume: 578 Pages: 121352-121358

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2021.121352

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Telescoping View of Solute Architectures in a Complex Fluid System2019

    • Author(s)
      Ryuhei Motokawa, Tohru Kobayashi, Hitoshi Endo,, Junju Mu, Christopher D. Williams, Andrew J. Masters, Mark R. Antonio, William T. Heller, Michihiro Nagao
    • Journal Title

      ACS Central Science

      Volume: 5 Pages: 85-96

    • DOI

      10.1021/acscentsci.8b00669

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 「中性子小角散乱法の基礎 -実験装置(SANS-J)と特徴的データの理解-」2020

    • Author(s)
      元川竜平、熊田高之
    • Organizer
      有機・高分子材料研究会(有機・高分子材料への小角散乱解析法の展開)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] A Telescoping View of Solute Architectures in a Hydrometallurgical Chemical Separation Systems: Nuclear Science2019

    • Author(s)
      元川竜平
    • Organizer
      Neutron Science in Support of Nuclear Power 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Current State of Knowledge on the Pitzer Parameters for Tc and Ni systems2019

    • Author(s)
      小林大志
    • Organizer
      6th Workshop on Actinide-Brine-Chemistry in a a Salt-Based Repository
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 中性子小角散乱法によるガラス固化用ホウケイ酸ガラスのナノ構造解析2018

    • Author(s)
      元川竜平、金子耕士、永井崇之、岡本芳浩
    • Organizer
      日本原子力学会 2018年秋の大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] SANS Study of Hierarchical Structure Assembled by Coordination Species in Biphasic Solvent Extraction2018

    • Author(s)
      Ryuhei Motokawa
    • Organizer
      International Exchange Meeting on Partitioning and Transmutation
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ガラス固化用ホウケイ酸ガラスのナノ構造解析2018

    • Author(s)
      元川竜平、金子耕士、永井崇之、岡本芳浩
    • Organizer
      日本中性子科学会 第18回年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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