| 研究課題/領域番号 |
16K18348
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
小林 大志 京都大学, 工学研究科, 助教 (80630269)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ジルコニウム / 水酸化物固相 / 溶解度 / SAXS / XAFS / 粒子サイズ効果 |
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| 研究実績の概要 |
還元的な地層処分環境では、ウランやプルトニウムなどのアクチノイド核種は4価イオンとして振る舞い、地下水中での移行挙動評価には、水酸化物および酸化物固相の溶解度を把握する必要がある。従来研究では、主にバルク固相の分析が行われてきたが、溶解度のより正確な評価には、固液界面の状態や固相粒子のサイズを明らかにすることが重要と考えられる。
本年度は、4価アクチノイドのアナログ元素であるジルコニウムの水酸化物固相の階層構造および固液界面の状態に着目した。実験では、アモルファス状の水酸化物（Zr(OH)4(am)）を初期固相として含むpH2、8および12の試料溶液を調製した。試料溶液を25、40、60および90℃でおよそ1ヶ月間熟成し、固相をX線回折（XRD）、X線吸収微細構造（XAFS）およびX線小角散乱（SAXS）法を用いて測定した。25℃で熟成したZr(OH)4(am)のXAFSスペクトルからZrに近接するO原子およびZr原子の配位数および距離を求めたところ、Zr水酸化物の4量体が固相を構成するユニットと考えられた。また、SAXSプロファイルからは3nm程度の1次粒子と数百nmの凝集体からZr(OH)4(am)が構成されることが示唆された。次に、異なる熟成温度でのXRD、XAFSおよびSAXS測定結果から、25℃でZr(OH)4(am)の階層構造を構成する4量体や1次粒子、2次粒子の大きさは、酸性pHでは60℃、中性pHでは90℃、アルカリ性pHでは40℃までほとんど変わらないことが分かった。一方、SAXSプロファイルから得られる固相の1次粒子の界面粗さを表すパラメータ値は、酸性pHの25～60℃で1次粒子の固液界面の平滑化が進行している可能性を示す結果となった。25～60℃で熟成した後のZr(OH)4(am)の溶解度は、熟成温度とともに低下しており、固液界面の状態と溶解度との関連が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
交付申請書に平成29年度の計画として記載した事項については概ね実験結果が得られ、達成された。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度は、4価アクチノイドであるトリウムを用いて、水酸化物および酸化物固相の固液界面状態について検討を行う。放射光施設を利用したX線吸収微細構造や小角散乱法による測定の準備を進めるとともに、水酸化物および酸化物固相の表面電位や等電点を測定する。表面電位や等電点の熟成温度による違いを調べることにより、固液界面の平滑化に関わる反応のモデル化を進め、溶解度への影響について考察する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度にジルコニウム水酸化物のX線小角散乱(SAXS)およびX線吸収微細構造解析（XAFS）の結果まで含めた国内学会発表を行う予定であったが、解析の結果、追加のデータの取得が望ましいと考えられ、発表を見送ったため、未使用額が発生した。
平成30年度早々に追加データを取得、学会発表を行うこととし、未使用額はその経費に充てる。
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