Structural approach to understanding the dissolution behavior of solid-solution fuel debris

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02664
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Kobayashi Taishi 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80630269)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 大樹 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 (30425566) ; 池田 篤史 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, 研究主幹 (40530001) ; 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 放射性廃棄物処分 / 4価金属イオン / 固溶体 / 溶解度 / 固相分析

Outline of Final Research Achievements

The oxide solid solution such as 1F fuel debris is not a solid phase with a single crystal structure, but a mixture of solid solutions containing different crystal structures. Mixtures of oxide solid solutions were prepared using tetravalent zirconium and cerium, and their dissolution behavior in aqueous solutions and changes in solid phase state due to immersion were investigated. In particular, by combining the Rietveld analysis of powder X-ray diffraction and the factor analysis of X-ray absorption spectroscopy, even complex systems such as mixtures of solid solutions can be analyzed by extracting the principal components that contribute to the spectrum. It was found that the interpretation of the mechanism is sufficiently possible.

Free Research Field

原子力学、放射性廃棄物処分、溶液化学、分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

X線回折やX線吸収分光などの分析手法は、平均化された構造情報が回折パターンや分光スペクトルとして得られるため、固溶体の混合物のような複雑な組成を持つものに対しては、得られる情報が限られていた。本研究では、XRDのリートベルト解析とXANESおよびEXAFSスペクトルの因子分析を組み合わせることにより、固相の主成分を抽出し、溶液条件による変化傾向を溶解挙動と関連付けて説明することができた。複雑な組成を持つ固相に対する新たな分析・解析手法を提案することができ、学術的な意義とともに、今後、様々な対象への展開が期待できる。