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2A01

固体における高エネルギーイオンのホットアトム化学的過程に関する研究(XV)
ボロン膜中における高エネルギー重水素のホットアトム化学的挙動に及ぼす酸素含有効果（静岡大理放射研 1、核融合研 2）○吉河朗 1、菊池洋平 1、石川寛匡 1、
須田泰市 1、大矢恭久 1、芦川直子 2、相良明男 2、野田信明 2、奥野健二 1

はじめに: D-T 核融合炉内において、ボロニゼーションが行われた際、ボロンは酸素と容易に反応し、ボロン酸化物(BxOy)を形成する。また、運転時において、そのようなボロン膜にはプラズマより漏洩したトリチウムが高エネルギーで照射されるため、打ち込まれたトリチウムは酸素含有ボロン膜中において、照射時の温度に大きく左右される熱平衡化学反応に加え照射時の温度に左右されないホットアトム化学反応を経て捕捉されることが予想される。従って種々の温度で膜中に照射された高エネルギー水素同位体の化学的挙動について解明を行う
ことは、核融合炉の安全性はもとよりボロンにおける化学的特性を解明する上で重要である。
本研究では、酸素含有ボロン膜において高エネルギーの重水素イオン(D2+)を種々の照射温度、イオンフルエンスで照射することで、酸素含有ボロン膜中における水素同位体の化学的挙動について高エネルギー化学の見地から解明を行った。
実験: ボロン膜は、当大学に設置したプラズマ気相化学蒸着装置(P-CVD)を用いて、シリコン基板にデカボラン(B10H14 純度 99.99%、第一化成社製)蒸気、ヘリウムガスおよび酸素ガスを種々の濃度で流すことにより、2 - 35%の酸素を含有させた膜を調製し、それらを試料として用いた。その後、各試料について 993 K で 10 分間加熱し、不純物を除去した後、室温で 1.0 keVの D2+を照射し、1.0×1018 D+ m-2 s-1 のフラックスで 1.0×1022 D+ m-2 のフルエンスまで照射した。
次に、照射された各ボロン膜について、X 線光電子分光法(XPS)測定および昇温脱離(TDS)測定を行った。加えて 20%の酸素を含有した膜については、照射温度を室温-823 K と変化させて照射した照射温度依存性実験を、そして室温でフルエンスを 0-1.0×1022 D+ m-2 と変化させたフルエンス依存性実験を同様の測定法を用いて行った。
Oxygen-contained boron

21

D retention / 10 m-2

実験結果および考察: XPS 測定による化学状態分
B-D-B bond
0.8
B-D bond
析の結果より、20％以上の酸素を含有したボロン
B-O-D bond膜においては、B-B 結合に加え酸化ボロン(BxOy)の形成が確認された。また、TDS 測定の結果より、高純度ボロン膜と比較して酸素を含有させるこ0.4とで重水素滞留量の大幅な減少が見られた。また、酸素濃度が増加するにつれ、それはさらに減少した。重水素滞留量の減少は、照射中の重水の QMSスペクトル(m/e=20)より、ホットアトム化学反応を伴う化学スパッタリングを主とした重水の形
0.0300400500600700800900成および放出が起こるためであることが示唆さ
Implantation temperature / Kれた。また、重水素の捕捉状態としては、すべての試料について B-D-B 結合および B-D 結合の形
図 各照射温度での各捕捉サイトに捕成が見られた。加えて 20%以上の酸素を含有させた捉された重水素の滞留量変化
ボロン膜については、B-O-D 結合として捕捉されることも明らかとなった。B-O-D 結合の化学的挙動に関しては、図に示した照射温度依存性の結果より、B-D-B 結合あるいは B-D 結合のそれらとは異なる挙動を示すことがわかった。図より、各照射温度での照射時において、重水素滞留量は B-D-B 結合および B-D 結合に関しては照射温度の増加とともに一様に減少するが、B-O-D結合に関しては、照射温度に関わらず、一定量捕捉されることがわかった。以上より、B-D-B結合および B-D 結合に関しては熱平衡化学に基づいた反応であり、B-O-D 結合に関してはホットアトム化学反応に属する反応であることが示唆された。本結果より、ボロン膜に酸素を含有させることで、高エネルギーで照射された水素同位体は熱平衡化学およびホットアトム化学反応に伴い種々の捕捉状態をとり、特にホットアトム化学反応により、重水および B-O-D結合が形成することが示唆された。本発表では、フルエンス依存性の結果も踏まえ、膜中の酸素含有効果についてより詳細な議論を行う予定である。
Studies on hot atom chemical behavior of energetic ions in solids (XV)~ The oxygen contamination effects on hot atom chemical behavior of energetic deuterium in boron films ~YOSHIKAWA, A., KIKUCHI, Y., ISHIKAWA, H., SUDA, T., OYA, Y., ASHIKAWA, N.,
SAGARA, A. NODA, N. and OKUNO, K.

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Study for behavior of tritium adsorption and desorption on the material surface.
KOBAYSHI, K., HAYSHI, T., YAMANISHI, T., OYA, Y., OKUNO, K..

2A03
2A03

高純度トリチウムによる金属—水界面での水素同位体移行挙動(原子力機構)○林(静岡大・理)巧、中村博文、磯部兼嗣、小林和容、山西敏彦

須田泰市、大矢恭久、奥野健二、

１、緒言
水素同位体の金属—水界面での移行挙動は、界面での物理化学的構造と水素及び酸素との相互作用により大きく変動しうる。これらの現象の理解は、原子炉等での熱交換器等でのトリチウムの透過など安全取扱／評価上重要であるが、主として界面での水素移行の検出感度の問題により系統的な実験結果は報告されていない。本研究では、比較的バルクの水素移行挙動がよく理解されている純鉄配管と高純度のトリチウムを用い、トリチウムの金属から水中への移行挙動を、水中でのトリチウムの存在化学形を監視しながら連続測定した。
２、実験
図１に実験装置の概略系統を示す。
1kPa のトリチウムガス(>90%-T)を封入した純鉄配管を水ジャケット内に設置し、純 He 又は 1%H2 in He ガ

図１

実験装置概要純ヘリウム流量制御計

トリチウムモニタリン
ヒーター グ用の電離箱

P

トリチウムガス容器(SS316部)

CuO
圧力制御弁

スで 0.8MPa にジャケット内を加圧パージ(20cc/min)しつつ 423K に加温。
水中へ移行したトリチウムを電離箱、バブラー、酸化触媒を組み合せた化
学形弁別計測ラインの導入し連続計

ヒーター

HT捕集用
水バブラー

HTO捕集用
水バブラー

流量制御計

純鉄配管部（SS316に電子ビーム溶接）

定期的にバブラー水を採取し、トリチウム濃度を測定

純鉄試料小片高温水
ジャケット

純He 又は1% H2 in Hebalance
パージガス

測した。約１日毎に水ジャケットを開放し総トリチウム移行量を確認し、純鉄配管や小試験片の表面観察を実施。全ての水、触媒等を交換。再組立後、トリチウム移行試験を繰返した。
３、結果と考察
図２に結果を示す。横軸に積算加熱時間、縦軸に時間毎のトリチウム移行量（右上）と HT の割合を示した。結果、１）水へのトリチウム移行速度はガス透過係数からの計算値の約 1/5 程度で、水中加温で自然形成されるマグネタイト酸化物層に影響されることなく定常的に移行した。２）水中に移行したトリチウムは、実験開始直後は HT 成分が顕著に(~30%)見られたが、その後時間とともに減少(＜1%)。

図２

トリチウム移行量と化学形の経時変化

酸化物層の自然形成との関係が示唆された。３）パージガスとして水素を導入したが、実験条件の範囲内では顕著なトリチウム移行挙動の変化は見られなかった。
Investigation of hydrogen isotope behavior on water-metal boundary by using pure tritium
HAYASHI, T., NAKAMURA, H., ISOBE, K., KOBAYASHI, K., YAMANISHI, T., SUDA, T., OYA,Y., OKUNO, K.,金中の Pb-210 定量 の2B01
2B01（金 大 自然 1、日本分
１ は然の 同位体 210Pb がされた出器の成によりとしてである。

1

れている。その量はられる。そこで

安 2、中西、野を測定する 合Pb の量が少ない
210

Pb のとして210

Po の及び子210Pb のにより よそ 300keV210

できる分 ・定量

放金が 用されているが）による 動放する） ○上

1に

金中にはび2の検をするた

量が い 合210

Bi（ Pb の 変のバックグラウン が（46.5keV）を測定するがあり、は化 素 媒 出 を 用 してきた。しかし、この理など、現在の分及210

金を 別 用する 要があるが、を測定するの放1)DDTC

金の原に いて つか問題があるのでる現象が見

金の 別に 用、子210210を測定する

Bi のBi のを測定に

では、 出 媒、試 量、のようなを試みた。

（DDTC sodium diethyl dithio carbamate ）２210

Pb は、放210

Po（5.3MeV）のにある子、全体の実験スケールを 10mlの容量（15mLス クトルを測定して定量する。この管）にるようにした。

金 0.1 1 を 酸で かし、 量を分取して試 とし、EDTA とク ン酸で 及び鉄等をマ9）した後、DDTC(1 )1mL とトル ン 5mL を 加し、1 分間 りスク（pHを 出した。 機層を 100させ、 機物を分解した後、0.5M の 酸 3mL に 解し、でス ル ン酸の存在 （ 90 ）、Po をス ン ス 上に電 した後、Siた。な 、化学は量のの要 は、自然全て Po 及び Bi209

Po（5.1MeV）を 加して導体検出器で測定した。

３ 結果
したにより、
試金金）

試 量の 減及び定量

金を分 した結果を

試 量（速 の確ス クト210

Pb（化学210Po）Bq/gのであったが、トリーによる結果と に示す。
210

Pb Bq/（mg）

（ ）

ス クトル

ス クトル

A

16.1

73

1.93 0.13

1.85 0.07

B

9.2

68

3. 08 0.23

3.13 0.13

9.271

3. 32 0.19

C

20.5

75

1.35 0.08

1.41 0.06

D31.8

64

0.28 0.03

0.32 0.08

110

68

0.004 0.001

0.005 0.002

化学分離 5 時間、測定 A D 80,000、金1) M. Uesugi et al., RADIOISOTOPES, 31, 131-134 (1982).

Improvements on determination of 210Pb in lead
UESUGI, M., NOGUCHI, M., NAKANISH, T.

230,000 （ ）、400,000 （ ）

2B02
2B02

ッウラン（原子力機構）○間ントラック検出器の化学 ッチングによる子の度別検出 の開 （２）、、成、大 、、、 原、 田 重和

文、はに これ での研究で、置
試 中ののウラン 子をッントラック FTにより検出する に、FT検出器の ッチング時間をすることによりウラン 子の度別検出がであることを示した 1), 2) 。しかし、FTの形 （本数）に 存する ッチング時間のでは、の小さい高度の 子との大きい度の 子との 別がであることも らかになった。これは、ウラン 子によるFTの ッチング挙動は 子の度ではなく、にも 存するた である。
は、ウラン 子の度別検出 の 度をより高 るた に、FT検出器の ッチング時間のに加 ての比較も行った。その結果について報告する。
実験
ウラン 子 ウラン同位体物
U 3 O 8 の 10%と 然組成のウラン子をた度 合試 。 試 作 及び ッチング ウラン 子をス イ
TX304, Texwipe にさせ、2子により分 が 1 3 μmの 子を リー ネート（PC）ルター上にした。
された 子の分 については、
SEM-EDXを用いて確認した。そのルターを 機で 解して再 化することにより 子をこ た
ルム試 （ 子層）にした。 子層上にPC のFT検出器を重 、原子力機構の研究炉 JRR-4 により熱中 子
ル ンス 8 10 14 n/cm 2 )を行った後、45 の 1M NaOH中にてFT検出器の ッチングを行った。同位体比測定 表面電離量分 器 TIMS TRITON, Thermo Fishier Scientific 。
結果及び考察然組成と 10%の(a)(b)
ウランが 分検出される ッチング時間として、それ れ 100 分と 270 分を用いた。
、100 分の ッチングで検出された 子に して同位体比測定を行った
結果、す て 10%ウランであった。
NU
10% U、270 分の ッチングにより検出さ(c)(d)
れた FT とそれにするウラン 子のを図１に示す。(a)と(b)の FT 形 からは 然組成と 10%のウランの 別がしいが、それにする 子の大きさから、(c)は 10%、(d)は 然組成と10% U
NU測され、同位体比測定の結果はそれとFig. 1 Microscopic images of fission tracks (a, b)した。このように検出器の ッチング and the corresponding uranium particles (c, d).
時間のとを比較することにより、 (Scale bars: 10 μm).
ウラン 子の度別検出がより 確に出 ることが示された。
1) C. G. LEE, et al., Jan. J. Appl. Phys., 45 (2006) L1121.
2)
ら、J. Nucl. Radiochem. Sci. Suppl., 7 (2006) 74.
Development of the uranium-enrichment screening method for particles by chemical etching offission track detector (2)LEE, C. G., IGUCHI, K., SUZUKI, D., ESAKA, F., MAGARA, M., SAKURAI, S.,SHINOHARA, N., USUDA, S.

物と2B03

物の(原子力機構) ○大はに(電中研)

田

移行にる中の物（にの交換 を1M CH3COOKを用いた離実験により検視ス

イト、学により試（後に再し、同時に合物への分間）により相は中及びた。

した

したは、離し、 視ス）（ン容器内に分取した後、のとなるようにを過程（リスチ

た、物（条件で行った。

実験した。の酸化数をするとともに、及びックス内で 時間、 温で静置した。 は 、 及び 時間相から分離した後、離実験に物（した。

要である。そこで、）あるいはを行った。

実験も、同挙動を検した
した、を用いて合物へのた。

）をーブイト）のクトル測定により）を加した後、グリ本文である。そこで、らかにすることが実験では、あらかに割は西直文、の変化をするた、分物の、には化学実験た。

敏彦、物（る酸化数の変化をリの）と挙動を解した

合物への後、

度を体

ス

ンチした

物、ン交換水で合物を水、ンにより測定しを用いた。

を等量のイクトルを測定した。 を）を分離（ークトルにより測定した。

（リン酸（相を離実験では、１視リン酸中の）及びた、及び合物たもの）により、後、によりした。

結果及び考察により化数は約の離した物へに変ることが、のに合にはされる過程でにかる。

への離される化学合物に物及びの割合は、それ れ価であった。

はが、から及びであった。

価のであった。これらの結果から、され、物にではしたの酸離できない化学過程では酸化数は変化せしたの割合はのとがであり、、で価であった。さらに、は須物にていること、酸化数が離が及びが物とともに存在することから、果を示すと考の酸化数はどのらの物はとしたの結果、し、化学物及び離した。

分がって、物及びであった。

により約物にした。

は物のの価からの移行に関して同であった。

素である 及び とともに検出された。
物にはした合物に解度が小さな合と合物かしていること、する過程で的にると考られる。した価に変の主たる構成成分であるよりも大きなられる。

Sorption of Pu(VI) by the mixture of bacteria and clayOHNUKI, T., OZAKI, T., KOZAI, N., SAKAMOTO, F., SUZUKI, Y., YOSHIDA, T.