2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the solubility and structure of actinide hydroxides and oxides
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16K18348
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 大志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80630269)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ジルコニウム / 水酸化物 / 酸化物 / 溶解度 / 階層構造 / 粒子サイズ効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地層処分環境下における難溶性の放射性核種の移行挙動を把握するためには、その溶解度を支配する水酸化物や酸化物の固相状態を詳細に調べ、溶解度との関係を明らかにする必要がある。前年度までの研究では、水溶液中で安定な4価金属イオンとして振る舞うジルコニウムの水酸化物および酸化物を調製し、X線小角散乱（SAXS）、X線広角散乱（WAXS）およびX線吸収微細構造（XAFS）を用いて、それぞれの階層構造を調べた。
最終年度である今年度は、ジルコニウム水酸化物および酸化物におけるこれまでの実験結果をまとめた。ジルコニウム水酸化物は、基本化学構造である多核加水分解種が積み重なることにより2nm程度の1次粒子を形成し、さらにその1次粒子が凝集することにより数100nmの沈殿固相を形成するという階層構造を成すことを見出した。また、ジルコニウム水酸化物の溶解度積に粒子サイズ効果を適用することで、2nm程度の1次粒子がその溶解度を支配していることを示唆し、これらの成果を学術誌に投稿した。一方、ジルコニウム酸化物の場合は、1次粒子に相当する酸化物粒子の大きさが数10nm程度と比較的大きく、水酸化物と比較してより小さい酸化物の溶解度積の値も粒子サイズ効果により概ね説明できることを示した。また、水酸化物や酸化物の1次粒子の凝集分散挙動について、表面電位との相関を明らかにし、学術集会で発表するとともに学術誌への投稿準備を進めている。
さらに、本研究手法を拡張するため、3価ランタノイドであるランタン、ユウロピウムおよびツリウムを用いて、4価ジルコニウム同様、水酸化物および酸化物を調製し、SAXSおよびWAXS測定を実施した。3価ランタノイドの場合、ジルコニウム酸化物と同様、比較的大きな数10nm程度の1次粒子を形成することが示唆され、粒子サイズ効果によりそれぞれの溶解度積と関連付けられる可能性が示された。
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