微生物による燃料デブリの劣化溶解促進作用の解明研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02647
• 研究機関: 大妻女子大学
• 研究代表者: 大貫 敏彦 大妻女子大学, 人間生活文化研究所, 特別研究員 (20354904)
• 研究分担者: 劉 江 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, 博士研究員 (00839095) ; 宇都宮 聡 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40452792) ; 高野 公秀 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 原子力基礎工学研究センター, リーダー (40501367) ; 田中 万也 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 (60377992) ; 香西 直文 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, 研究主席 (80354877)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 燃料デブリ / 微生物 / 溶解・沈殿 / バイオ風化

研究実績の概要

1F環境下における燃料デブリを対象として、マトリックス構造の損傷及びU、Zr及びFeの漏出への微生物の影響を調べる試験的研究を行い、燃料デブリの劣化機構を明らかにすることを最終目的とする。具体的には、Fe、CeO2、ZrO2などの粉末試料、及び粉末を溶融・固化した模擬MCCI生成物を微生物培養液中に添加してマトリックスの劣化を調べ、微生物により劣化し易いマトリックスを調べ、マトリックスの劣化プロセス及びUやZrの溶出プロセスを明らかにする。
今年度は、UO2を対象とした溶解実験を継続して行った。実験に用いた微生物はBacillus sp.（BS)であり、シデロフォアを排出することから難溶解性のFe(III)を溶解促進させるものである。実験では、BSを培養した培地溶液中に、UO2粉末とFe(0)粉末の混合物を添加して30℃で一定期間振盪した。培地溶液中の元素濃度変化から、FeとUの一部が溶解した。培養終了後に固相を回収してSEM観察を行った。培養液中のU及びFe濃度を測定した結果、BSの添加によるU及びFe濃度の増加が認められ、BSによる溶解促進が確認された。固相を回収し、SEMにより分析した
結果、すべての粒子は、ナノサイズの粒子の集合体のようであった。粒子上にはUとFeが検出されたが、UとFeのモル比は分析箇所によって大きく変化していた。これらの結果から、固相の凝集体は基本的にUO2粒子であり、UO2粒子上に形成されたU(VI)化学種は液相に溶解し、Fe(0)が酸化溶解したFeイオンの一部がUO2粒子に吸着するか水酸化物または酸化物の微粒子としてUO2粒子上に析出したと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Alteration of fuel debris simulants by Bacillus subtilis (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Jiang、Dotsuta Yuma、Kitagaki Toru、Aoyagi Noboru、Mei Huiyang、Takano Masahide、Kozai Naofumi
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: 60 ページ: 1～11
  • DOI: 10.1080/00223131.2022.2162995
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potential bacterial alteration of nuclear fuel debris: a preliminary study using simulants in powder and pellet forms (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Jiang、Dotsuta Yuma、Sumita Takehiro、Kitagaki Toru、Ohnuki Toshihiko、Kozai Naofumi
  • 雑誌名: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 巻: 331 ページ: 2785～2794
  • DOI: 10.1007/s10967-022-08324-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-Treme microbes and Fukushima NPP decommissioning (2) (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohnuki Toshihiko
  • 雑誌名: Journal of the Atomic Energy Society of Japan 巻: 64 ページ: 670～675
  • DOI: 10.3327/jaesjb.64.12_670
  • 査読あり
• [学会発表] Study on degradation of fuel debris by combined effects of radiological, chemical, and biological functions (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ohnuki, J. Liu, Y. Dotsuta, T. Kitagaki, T. Sumita, M. Morihira, A. Ikeda-Ohno, M. Nakase, K. Takao, T.
  • 学会等名: The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Microbial acceleration of degradation of nuclear fuel debris (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Ohnuki , Jiang Liu, Yuma Dotsuta, Toru Kitagaki, Takahiro Sumita, Masaaki Kobata, Yukihiko Satou, Naofumi Kozai
  • 学会等名: International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research、FDR2022
  • 国際学会
• [学会発表] 微生物による燃料デブリの溶解促進 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大貫 敏彦、 Liu Jiang、土津田 雄馬、北垣 徹、中瀬 正彦
  • 学会等名: 2022年放射化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 重元素を集める微生物の分子メカニズムに迫る－創薬に向けた反応場の可能性－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 大貫敏彦
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
  • 招待講演