2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of vitrification technique based on structural analysis using neutron scattering
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18H01921
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラス固化体中に内包される廃棄物は、ガラスのネットワークに一様に分散しているわけではなく、それぞれの成分毎に様々な化学状態をとって不均一に分散していることが予想されている。そこで今年度は、J-PARC MLFの中性子イメージング装置（螺鈿, BL22）による中性子共鳴吸収イメージング法を用いた可視化実験を行った。パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの白金族金属に加え、モリブデンは、ガラス固化体中で結晶化したり、水溶性の化合物（イエローフェイズ）をつくることで注目されている。これらの元素は、10から1000eVに固有の共鳴吸収エネルギーをもつため、入射中性子の透過率についてそのエネルギー依存性を調べることで各元素の存在量を定量化することができる。さらに、2次元検出器を使うことで約250マイクロメートルの空間分解能でマッピングすることが可能である。模擬ガラス固化体の製作時における熱処理温度が異なる試料に関して測定を行ったところ、例えば、セシウム、サマリウム、ナトリウムなどは、空間的に一様に分散するが、ロジウムやパラジウムなどは模擬ガラス固化体の底部ぶ沈積することが明らかになった。興味深い点として、目視レベルで黒色の廃棄物が確認できる位置と各元素の空間分布に相関が小さいことが挙げられる。今後、中性子共鳴吸収イメージング法をガラス固化体の性能評価に適用していくことで、より詳細な構造情報が得られる可能性が高い。現在、天然存在比のホウ素ではなく、11Bを用いた模擬ガラス固化体を製作している。10Bを含まない試料では入射中性子の透過性が格段に向上するため、実機により近いサイズ（幅：数10cm）のガラス試料を評価したいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の見通しに沿って種々の中性子・Ｘ線小角散乱法、中性子イメージング法を利用した様々な構造解析を実施している。
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| Strategy for Future Research Activity |
模擬廃液を含むガラス固化試料についての中性子・Ｘ線小角散乱法、中性子回折等を用いることで、製作条件の違いによって内部の微視的構造がどのように変化するかを追跡する。また、イメージング法では共鳴吸収に加えてブラッグエッジ解析などを導入することで白金族元素による結晶化物がどのように生成するかに注目した検討をさらに進めたい。
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Research Products
(1 results)
