JAEA-Technology
2010-048

TRU 廃棄物処分に係る核種移行データ―有機物（セメント混和剤）共存下におけるプルトニウムの溶解度試験結果―
Data on Migration Analysis for TRU Waste Repository-Results of the Solubility Experiments in the Presence of Organic Materials
used for Cement Additives 須黒 寿康

西川 義朗

綿引 聖

加川 昭夫

飯島 和毅

Toshiyasu SUGURO, Yoshiaki NISHIKAWA, Takashi WATAHIKI
Akio KAGAWA and Kazuki IIJIMA

東海研究開発センター
核燃料サイクル工学研究所
環境技術管理部
Waste Management Department
Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories
Tokai Research and Development Center

March 2011
Japan Atomic Energy Agency

日本原子力研究開発機構

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JAEA-Technology 2010-048

TRU 廃棄物処分に係る核種移行データ―有機物（セメント混和剤）共存下におけるプルトニウムの溶解度試験結果―
日本原子力研究開発機構 東海研究開発センター
核燃料サイクル工学研究所 環境技術管理部
須黒

寿康、西川

義朗*、綿引聖*、加川 昭夫、飯島 和毅(2010 年 12 月 15 日受理)

TRU 廃棄物処分の安全評価上不可欠なプルトニウム(Pu)の有機物(セメント混和剤)共存下における溶解度データを取得するための試験を実施した。試験で使用したセメント混和剤は、TRU 廃棄物処分場で使用される可能性のあるナトリウムフォルムアルデヒド酸系
化合物及びポリカルボン酸系化合物を選定した。試験は、処分環境を模擬した極低酸素濃度（O2 濃度 1 ppm 以下）、還元条件(還元剤：亜ジチオン酸ナトリウム)でバッチ式溶解度試験を行った。その他の試験条件として、Pu の初期添加濃度は 10-6 M の 1 ケース、液相は 1)蒸留水を水酸化ナトリウムにより pH を 12.5 に調整した溶液、2)セメント間隙水を想定した普通ポルトランドセメントの浸漬液及び 3) セメントが固化した後の間隙水中に存在するセメント混和剤の成分を想定し、分子量別に分画（分画分子量 5,000 の限外ろ過
膜を透過する低分子量成分とろ過される高分子量成分に分画）した溶液の 3 ケースとした。
また、温度は室温（298±5 K）、試験期間は 7、14、28 及び 56 日を基本とした。
その結果、セメント混和剤が存在しない場合の Pu の溶解度（約 10-10 mol/dm3）に対し、セメント混和剤が存在すると、セメント混和剤の種類や濃度にかかわらず Pu 濃度は 2～3桁上昇した。また、分子量別の試験から高 pH 条件では、高分子量成分よりも低分子量成分のセメント混和剤の方が Pu 濃度をより上昇させる傾向が示された。
セメント硬化体間隙水に存在する有機成分は、全てが混和剤に由来するものとは限らないことから、セメント硬化体間隙水に存在する有機成分が核種の溶解度に影響を及ぼすか否かを調べるには、今後、直接的な方法での試験（実際にセメント硬化体の間隙水を高圧で抽出する方法など）によって、Pu の溶解度測定を実施する必要がある。
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
核燃料サイクル工学研究所(駐在)：〒319-1194 茨城県那珂郡東海村村松 4-33
＊検査開発株式会社i

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Data on Migration Analysis for TRU Waste Repository-Results of the Solubility Experiments in the Presence of 0rganic Materials used
for Cement Additives Toshiyasu SUGURO，Yoshiaki NISHIKAWA*，Takashi WATAHIKI*，
Akio KAGAWA and Kazuki IIJIMA
Waste Management Department，Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories
Tokai Research and Development Center
Japan Atomic Energy Agency
Tokai-mura，Naka-gun，Ibaraki-ken(Received December15,2010 )Cementitious materials are considered to be necessary for the construction of TRU waste
repository. The cement additives are used for cements and concretes in order to provide
their fluidity. Many kinds of cement additives contain organic compounds which may
increase radionuclide solubility by complex formation. Therefore, it is important to obtainthe solubility data with cement additives for safety assessment of TRU waste disposal.
In this work, two types of cement additives, such as sodium formaldehyde acid polymer
and poly carboxylic acid polymer which are expected to be applied to the TRU waste
disposal system, are selected.
Since the chemical condition of the repository is considered to be reducing, the authors
carried out batch-type experiments of plutonium solubility under reducing (Na2S2O4
added as reducant) and anoxic condition (〔O2〕≦1 ppm). Other experimental conditionsare (1)initial plutonium concentration; 10-6 M, (2) temperature ; 298 ± 5 K,(3)experimental period ; 7, 14, 28 and 56 days and (4) molecular weight of cement
additives ; without fractionation <5,000 and >5,000.
The plutonium concentration in the absence of the cement additives was in the order of
10-10 mol dm-3, while, those in the presence of cement additives were two or three ordersof magnitude higher. Additionally, low molecular weight fraction of cement additives
brought relatively higher plutonium concentration than high molecular weight fraction.
The authors suggest the solubility experiment with extracted pore water of
cementitious material should be carried out to evaluate the effect of organic materials
mixed before the cement additives were added as a next step.
Keywords : TRU Waste Disposal，Plutonium，Solubility, Cement Additives, Organics―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――＊Inspection Development Co.Ltd.

ii

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目 次

１．はじめに ··························································································· 1２．試験方法 ··························································································· 1
2.1 薬品類 ·························································································· 1
2.2 試験方法 ······················································································· 2
2.2.1 脱気水系溶解度試験 ··································································· 2
2.2.2 OPC 平衡水系溶解度試験···························································· 3
2.2.3 分子量別溶解度試験 ··································································· 4

３．分析方法 ··························································································· 5
3.1 水素イオン濃度指数（pH）及び酸化還元電位（Eh）測定 ······················ 5
3.2 α線スペクトロメトリー ·································································· 5

４．試験結果 ··························································································· 6
4.1 脱気水系溶解度試験 ········································································ 6
4.2 OPC 平衡水系溶解度試験 ································································· 7
4.3 分子量別溶解度試験 ········································································ 8

５．考察 ································································································· 9

６．おわりに ·························································································· 10

謝辞 ······································································································ 11

参考文献 ································································································ 11iii

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Contents
１．Introduction······················································································ 1

２．Experimental ···················································································· 1
2.1 Chemicals ···················································································· 1
2.2 Experiments ················································································· 2
2.2.1 Solubility experiments with Deaerated water ······························· 2
2.2.2 Solubility experiments with OPC Equilibrium water ······················ 3
2.2.3 Solubility experiments with fractionated additives························· 4
３．Analysis ··························································································· 5
3.1 pH-value and redox potential··························································· 5
3.2 Alpha spectrometer ········································································ 5４．Results ···························································································· 6
4.1

Solubility experiments with Deaerated water ··································· 6

4.2

Solubility experiments with OPC Equilibrium water ·························· 7

4.3

Solubility experiments with fractionated additives ···························· 8５．Discussions ······················································································· 9６．Conclusion······················································································· 10

Acknowledgement··················································································· 11
References ····························································································· 11iv

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表目次

表 2.1-1

OPC の物理・化学的特性·························································· 12

表 2.1-2

Pu の同位体組成比 ·································································· 12

表 2.2.1-1 脱気水系溶解度試験条件 ··························································· 13
表 2.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験条件 ···················································· 14
表 2.2.2-2 OPC 平衡水分析結果 ································································ 15
表 2.2.3-1 分子量別溶解度試験条件 ··························································· 16
表 3.1-1

ORP の Eh（vs.SHE）への補正値·············································· 17

表 3.2-1

αスペクトロメトリーの検出下限値確認結果 ································ 17

表 4.1.1-1 脱気水系溶解度試験結果（pH・Eh） ·········································· 18
表 4.1.2-1 脱気水系溶解度試験結果（Pu 濃度） ··········································· 19
表 4.2.1-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果（pH・Eh） ··································· 20
表 4.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果（Pu 濃度） ···································· 21
表 4.3.1-1 分子量別溶解度試験結果（pH・Eh） ·········································· 22
表 4.3.2-1 分子量別溶解度試験結果（Pu 濃度） ··········································· 23v

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図目次

図 2.2.1-1 脱気水系溶解度試験手順 ··························································· 24
図 2.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験手順 ···················································· 25
図 2.2.3-1 分子量別溶解度試験手順 ··························································· 26
図 4.1.2-1 脱気水系溶解度試験結果 ··························································· 27
図 4.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果 ···················································· 28
図 4.3.1-1 pH 調整（SOL-3-2） ································································ 29
図 4.3.1-2 pH 調整（SOL-4） ·································································· 29
図 4.3.2-1 分子量別溶解度試験結果（分子量別） ········································· 30
図 4.3.2-2 分子量別溶解度試験結果（pH 別） ············································· 31
図 5-1

Pu の Eh-pH 線図と試験における Eh-pH 実測値との関係 ··············· 32vi

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1.

はじめに

再処理施設及び MOX 燃料施設の核燃料サイクル施設から発生する超ウラン（TRU）核種を含む放射性廃棄物は TRU 廃棄物と呼ばれている。この TRU 廃棄物は、廃棄体の性状がセメント、有機物、金属等を多く含み、多種多様である。このため、TRU 廃棄物の処分の安全評価のためには、これまでの高レベル放射性廃棄物処分の安全評価から得られた知見の他に、TRU 廃棄物の特有な条件に着目したデータ取得を進める必要がある。
TRU 廃棄物処分技術検討書 1)（以下、「技術検討書」という）によると、セメント系材料が処分坑道の支保工、構造躯体、充填材や廃棄体容器内の充填材として使用される可能性がある。このセメント系材料には、施工性を高めるために添加する薬剤（減水剤）を主成分とするセメント混和剤が使用されるが、この中には有機物が含まれる。そのため、有機物がアクチノイド元素等と錯体を形成する可能性があり、溶液中での錯生成の程度によっては、放射性核種の溶解度に影響を及ぼす可能性がある。
また、処分施設閉鎖後の地下水の化学的条件は、溶存酸素が金属の腐食等により消費され、比較的速やかに酸化還元電位（Eh）が負の値となると予想されている。従って、酸化還元に鋭敏なプルトニウム（Pu）などの核種については、処分環境の還元条件を模擬した試験が重要となる。
一方、処分施設に浸入する地下水は、セメント系材料の成分であるナトリウム，カリウ
ム，カルシウム等との反応により、高 pH となることから、高 pH 条件下での試験も重要となる。このため、還元性、高 pH 条件での有機物（セメント混和剤）共存下における
Pu の溶解度試験を実施した。

2.

試験方法

2.1 薬品類試験に使用した薬品類のメーカ等を以下に示す。
・セメント混和剤：TRU 廃棄物処分場で使用される可能性のあるナトリウムフォルム
アルデヒド酸系化合物（花王製：マイティ 150、以下「マイティ」という。）及びポ
リカルボン酸系化合物（BASF ポゾリス社製：レオビルド SP8LS、以下「レオビルド」という。）を用いた。
・セメント：普通ポルトランドセメント（以下「OPC」という。）の物理・化学的特性を表 2.1-1 に示す。

-1-

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・Pu：JAEA のプルトニウム燃料第一開発室で調製したもので、2 mol/dm3 の硝酸溶
液、原液の Pu 濃度は 10-3 mol/dm3 である。Pu の同位体組成比を表 2.1-2 に示す。
・蒸留水：蒸留水製造装置（ADVATEC GS-500）にて製造した蒸留水を、さらに超純水製造装置（ADVANTEC CPW-200）を透過させて精製した。精製した蒸留水を酸素濃度 1 ppm 以下のアルゴン雰囲気である雰囲気制御グローブボックス内へ搬入し、24 時間バブリングにより溶存酸素等の脱気を行ったもの（以下、「脱気水」という。）を用いた。
・試薬類：その他の試薬類については、全て特級以上のものを用いた。

2.2 試験方法
試験は、①マイティ及びレオビルドを所定量の脱気水に溶かした脱気水系溶解度試験、②マイティ及びレオビルドを所定量の OPC 平衡水に溶かした OPC 平衡水系溶解度試験、③低分子量成分と高分子量成分に分画したレオビルドを NaOH 溶液あるいは蒸留水に溶かした分子量別溶解度試験（レオビルドのみ）の 3 ケースを実施した。いずれの試験も室温（298±5 K）で、酸素濃度 1 ppm 以下のアルゴン雰囲気である雰囲気制御グローブボックス内で実施した。
また、試験期間中の pH、Eh はできるだけ一定である事を条件とし、pH が大きく変化した場合、及び Eh が還元側から酸化側へ変化した場合は、その都度調整を行うこととした。
なお、各試験でバラツキが大きい場合は、上方（大きい値）の溶解度データで評価することで、安全側の評価を行うこととした。

2.2.1 脱気水系溶解度試験
試験条件を表 2.2.1-1 に、試験フローを図 2.2.1-1 に示す。
試験は n＝2 で行い、30 mL のテフロン（PFA）容器を用い、ここに全体液量が 20
mL となるよう試験液類を添加した。
TRU 廃棄物処分場に浸入する地下水が高 pH になることを想定し、脱気水を水酸化ナトリウム（NaOH）により pH12.5 に調整し、試験の液相として使用した。そこに、マイティ及びレオビルドのそれぞれについて、0 g/kgw（ブランク試料）、50 g/kgw（一般的にセメント系材料へ添加される濃度）及び 0.5 g/kgw（一般的にセメント系材
料へ添加される濃度の 1/100 倍）の濃度となるよう添加した。さらに、還元剤として-2-

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亜ジチオン酸ナトリウム（Na2S2O4）を 0.1 mol/dm3（ブランク試料及びマイティ）あるいは 0.05 mol/dm3（レオビルド）となるように添加した。
最後に Pu（Pu 濃度 10-3 mol/dm3 の 2 mol/dm3 硝酸溶液）を初期濃度 10-6 mol/dm3となるように添加し、試験開始とした。
試験期間中容器は静置し、試験開始後 7 日、14 日、28 日及び 56 日にサンプリングを行った。サンプリングは、試験容器を 10 秒程度手で振とうし、代表サンプルの pH
及び ORP（Oxdation-reduction potential）を測定した後、300 μL を採取し、孔径0.45 μm の遠心フィルター（ミリポア社製 Ultrafree-MC）によりろ過した。なお、
28 日目のサンプリングについては、コロイドの影響を確認するため、孔径 0.45 μm の
遠心フィルター及び分画分子量（MWCO）10,000 の遠心フィルター（ミリポア社製
Ultrafree-MC）を用いてろ過を行った。このろ液 200 μL をポリプロピレン(PP)製サ
ンプリングジャグに採取し、容器の壁面へ Pu が付着することを防ぐため、濃硝酸（HNO3）を 10 μL 添加した。
2.2.2 OPC 平衡水系溶解度試験
試験条件を表 2.2.2-1 に、試験フローを図 2.2.2-1 に示す。
試験は n＝2 で行い、30 mL のテフロン（PFA）容器を用い、ここに全体液量が 20
mL となるよう試験液類を添加した。
TRU 廃棄物処分場に浸入する地下水（処分坑道の支保工、構造躯体等に使用されたセメント系材料の間隙を通ってきた地下水）を想定し、脱気水（1 dm3）中に OPC 粉
末（10 g）を添加し、雰囲気制御グローブボックス内で 3 ヶ月間常温浸漬させた。この OPC 浸漬液を孔径 0.45 μm のメンブレンフィルター（ADVANTEC 社製 DISMIC25CS）を用いてろ過した OPC 平衡水を試験の液相に使用した。OPC 平衡水の分析結果を表 2.2.2-2 に示す。
マイティ及びレオビルドのそれぞれについて、OPC 平衡水中に 0 g/kgw（ブランク
試料）、50 g/kgw、0.5 g/kgw となるよう添加した。さらに、還元剤（Na2S2O4）を0.05 mol/dm3 となるように添加した。
最後に Pu（Pu 濃度 10-3 mol/dm3 の 2 mol/dm3 硝酸溶液）を初期濃度 10-6 mol/dm3となるように添加し、試験開始とした。
試験期間中容器は静置し、試験開始後 7 日、14 日及び 28 日にサンプリングを行った。サンプリングは、試験容器を 10 秒程度手で振とうし、代表サンプルの pH 及び
ORP を測定した後、300 μL を採取し、孔径 0.45 μm の遠心フィルターによりろ過-3-

JAEA-Technology 2010-048（28 日目のサンプリングについては、コロイドの影響を確認するため、孔径 0.45 μmの遠心フィルター及び MWCO 10,000 の遠心フィルターを用いてろ過）を行った。このろ液 200 μL を PP 製サンプリングジャグに採取し、容器の壁面へ Pu が付着することを防ぐため、濃硝酸を 10 μL 添加した。

2.2.3 分子量別溶解度試験
試験条件を表 2.2.3-1 に、試験フローを図 2.2.3-1 に示す。
試験は n＝3 で行い、30 mL のテフロン（PFA）容器を用い、ここに全体液量が 20
mL となるよう試験液類を添加した。
セメントが固化した後の間隙水中に存在する混和剤の成分は原液のものと異なり低分子量であることが確認されており 3)、原液で得られた知見を直接、処分の安全評価に反映することはできない。このため、分子量の違いによる溶解度の変化を確認するた
め分子量別の溶解度試験を行った。なお、本試験では、レオビルド(原液の TOC 濃度
は 79,000 mg/dm3)についてのみ実施した。
使用した混和剤の処理方法は、アルカリ溶液（pH 13.5 NaOH で調整）を用いて混和剤を 10 wt％に希釈し、電気炉を用いて 323 K で 30 日間加温した。参考としてアルカリ溶液の代わりに蒸留水（pH 9.5）を用いて同じ処理を行った試料も作製した。その 後 、 分 画 分 子 量 と し て 5,000 を 選 定 し 、 遠 心 濃 縮 管 （ Vivascience 社 製
vivaspin20）を用いた遠心法による限外ろ過で低分子量成分（<5,000）と高分子量成
分（>5,000）に分画した。
分 画 し た 混 和 剤 は 、 一 般 的 に セ メ ン ト 混 練 時 に レ オ ビ ル ド を 添 加 し た 時 （ 50
g/kgw）の TOC 濃度の計算値（3,950 mg/dm3）と同程度に調整して試験に供した。ただし、低分子量成分についてはアルカリ溶液（SOL-1）及び蒸留水（SOL-3）で TOC
濃度が各々1,080 mg/dm3、720 mg/dm3 と調整予定の TOC 濃度を下回ったため、このまま試験に供した。また、高分子量成分のうち、アルカリ溶液（SOL-2）は TOC 濃度
42,000 mg/dm3 を pH13.5 の NaOH 溶液で、蒸留水（SOL-4）は TOC 濃度 27,600
mg/dm3 を脱気水でそれぞれ希釈し、3,600 mg/dm3 となるように調製した。
さ ら に 還 元 剤 を 添 加 し た 。 な お 、 低 分 子 量 成 分 の 蒸 留 水 （ SOL-3 ） は 還 元 剤（Na2S2O4）を添加すると pH が大きく下がったため、pH の維持を重視し還元剤を添加しないサンプル（SOL-3-1）と添加したサンプル（SOL-3-2）との2 つを用意した。
最後に Pu（Pu 濃度 10-3 mol/dm3 の 2 mol/dm3 硝酸溶液）を初期濃度 10-6 mol/dm3-4-

JAEA-Technology 2010-048となるように添加し、試験開始とした。
試験期間中容器は静置し、試験開始後 14 日、28 日及び 56 日にサンプリングを行った。サンプリングは、試験容器を 10 秒程度手で振とうし、代表サンプルの pH 及び
ORP を測定した後、300 μL を採取し、孔径 0.45 μm の遠心フィルターによりろ過した。なお、56 日目のサンプリングについては、コロイドの影響を確認するため、孔径0.45 μm の遠心フィルター及び MWCO 10,000 の遠心フィルターを用いてろ過を行った。このろ液 200 μL を PP 製サンプリングジャグに採取し、容器の壁面へ Pu が付着することを防ぐため、濃硝酸を 10 μL 添加した。

3.

分析方法

3.1 水素イオン濃度指数（pH）及び酸化還元電位（Eh）測定
サンプリング時及び適宜実施した試験液の pH 及び ORP の測定は、ガラス複合電極（TOA GST-5721C、PST-5721C）及び pH-イオンメーター（TOA Ion mater IM-55G）
を用いて測定した。測定した ORP の Eh（vs SHE）への変換は、表 3.1-1 に示す各温度における補正値を加えて求めた。

3.2 α線スペクトロメトリー
サンプリングした液中の Pu の濃度は、α線スペクトロメトリーにより測定した。なお、
測定は、サンプリング後の溶液を雰囲気制御グローブボックスから搬出し大気雰囲気中で実施した。また、サンプリングした溶液は、有機物等の影響を軽減するため 50 倍に希釈した。希釈後、50 μL のマイクロピペッターを用いて直径 2 cm 厚さ 1 mm のステンレス（SUS304）製の皿に滴下し、高周波加熱装置（タカノ電子工業製 THF-400）により焼付け固定し、α線測定用の試料とした。α線の測定は、イオン注入型低バックグラウ
ンド検出器（ORTEC BU-020-450-AS）、α線測定モジュール（ORTEC SOLOIST）及びマルチチャンネルアナライザー（ORTEC ETHERNIM 920E）を用いて行った。
本試験に用いたα線スペクトロメーターの検出下限値は、以下に示す 3σ法に従って
求めた。

-5-

JAEA-Technology 2010-048

9d2t S B

3
9
2
2 tS B

4nB

1
tS B

1
tB

3 3
2 tS B

9
t

2
S B

4nB

1
tS B

1
tB

tS+B：試料の計数時間
tB：バックグラウンドの計数時間
nB：バックグラウンドの計数率

上式を用いて、試料の計数時間、バックグラウンドの計数時間にそれぞれの測定時間を、バックグラウンドの計数率には実際にバックグラウンド計数により得られたカウン
ト数を代入して、各検出器の検出下限値を得た。なお、バックグラウンドの測定は約 6日間行った。各検出器の検出下限値を表 3.2-1 に示す。

4.

試験結果

4.1 脱気水系溶解度試験
4.1.1 試験期間中の pH 及び Eh の変化
溶液中における pH、Eh の変化を表 4.1.1-1 に示す。
試験期間中の試験液の pH は、12～13 を維持しており、大きな変化はなかった。
また、Eh は、試験期間 28 日までは、-600～-750 mVSHE となり低い還元状態を維持した。しかし、レオビルド（Sod-4,Sod-5）の試験期間 56 日における Eh については、
約-100 mVSHE となった。この原因は、先に実施したマイティの試験溶液へ添加した還元剤量では Eh が約-700 mVSHE と低い値となったため、レオビルドでは、還元剤添加
量を少なくした結果、時間の経過ともに還元能力が低下したものと考えられた。

4.1.2 溶液中の Pu の濃度
脱気水系溶解度試験結果を表 4.1.2-1 及び図 4.1.2-1 に示す。Pu 濃度に対する各影響について、以下に記載する。

4.1.2.1 Pu 濃度の経時変化
ブランク（セメント混和剤濃度 0 g/kgw）において試験期間 7 日目では、まだ安定していないが、全体的に 14 日目以降では、Pu 濃度はほぼ一定の値を示した。

-6-

JAEA-Technology 2010-048

4.1.2.2 固液分離方法の影響
試験期間 28 日目の固液分離方法の違い（孔径 0.45 μm ろ過と MWCO 10,000 ろ過）による Pu 濃度を比較すると、孔径 0.45 μm で固液分離したものより、MWCO
10,000 で固液分離した方が低い結果となり、Pu 濃度に差がみられた。また、孔径0.45 μm で固液分離したものはセメント混和剤の濃度が違っても Pu 濃度は 10-7mol/dm3 程度で変化はないが、MWCO 10,000 で固液分離したものはセメント混和剤の濃度が高くなると Pu 濃度が上昇する傾向が示された。
固液分離方法の違いによる Pu 濃度の差は、マイティの場合ではセメント混和剤濃度 0.5 g/kgw の場合で 3 桁程度であるが、セメント混和剤濃度 50 g/kgw の場合では2 桁程度となった。
レオビルドの場合では、セメント混和剤濃度 0.5 g/kgw の場合で 2 桁程度あるが、セメント混和剤濃度 50 g/kgw の場合では Pu 濃度の差は殆どなかった。

4.1.2.3 セメント混和剤の影響
ブランク（セメント混和剤濃度 0 g/kgw）の Pu 濃度（10-10 mol/dm3）と比較して、セメント混和剤が存在すると Pu 濃度は 2～3 桁程度上昇した。なお、セメント混和剤の種類や濃度による Pu 濃度の大きな変化は見られなかった。
ただし、MWCO 10,000 でろ過したものについては、セメント混和剤の濃度が高くなると Pu 濃度が上昇する傾向が示された。

4.2 OPC 平衡水系溶解度試験
4.2.1 試験期間中の pH 及び Eh 変化
溶液中における pH、Eh の変化を表 4.2.1-1 に示す。
試験期間中の試験液の pH は、12～13 を維持しており、大きな変化はなかった。
また、Eh は、試験期間 28 日まで-600～-800 mVSHE となり低い還元状態を維持した。

4.2.2 溶液中の Pu 濃度
OPC 平衡水系溶解度試験結果を表 4.2.2-1 及び図 4.2.2-1 に示す。Pu 濃度に対する各影響について、以下に記載する。

4.2.2.1 Pu 濃度の経時変化
試験期間 14 日目以降では、Pu 濃度はほぼ一定の値を示した。
-7-

JAEA-Technology 2010-048

4.2.2.2 固液分離方法の影響
試験期間 28 日目の固液分離方法の違い（孔径 0.45 μm ろ過と MWCO 10,000 ろ過）による Pu 濃度を比較すると、ブランク（セメント混和剤濃度 0 g/kgw）ではPu 濃度が 10-10 mol/dm3 と同等であったが、セメント混和剤共存下では孔径 0.45
μm ろ過の 10-8 ～10-7mol/dm3 に比べ、MWCO 10,000 ろ過では 2～3 桁程度低い値となり、Pu 濃度の差が生じた。

4.2.2.3 セメント混和剤の影響
ブランク（セメント混和剤濃度 0 g/kgw）の Pu 濃度 10-10 mol/dm3 程度に対し、セメント混和剤共存下の Pu 濃度（孔径 0.45 μm ろ過）は 10-7～10-8 mol/dm3 程度とセメント混和剤なし試料より 2～3 桁程度高い濃度を示した。また、セメント混和剤の濃度が高くなると Pu 濃度はわずかに増加した。なお、MWCO 10,000 ろ過のレオ
ビルドについては、セメント混和剤の濃度が高くなると Pu 濃度が上昇する傾向が示された。

4.3 分子量別溶解度試験
4.3.1 試験期間中の pH 及び Eh 条件測定された pH 及び Eh を表 4.3.1-1 に示す。pH13.5 の試料（SOL-1、SOL-2）及び pH9.5 の還元剤無添加試料（SOL-3-1）の pH は試験期間中大きな変化はなかった
が、pH9.5 の還元剤添加（SOL-3-2）及び、高分子量試料（SOL-4）は pH が変化した
ため、随時 pH 調整を行った。pH 調整に伴う pH の推移を図 4.3.1-1､4.3.1-2 に示す。

4.3.2 溶液中の Pu 濃度
分子量別溶解度試験結果を表 4.3.2-1 にまとめる。また、pH を X 軸とした分子量別のグラフを図 4.3.2-1 に、試験期間を X 軸とした pH 別のグラフを図 4.3.2-2 に示す。
各影響について以下に記載する。

4.3.2.1 Pu 濃度の経時変化
図 4.3.2-2 を見ると pH13.5 の高分子量（>5,000）については若干減少傾向にある
が、その他は試験期間を通して Pu 濃度はほぼ一定の値を示した。

-8-

JAEA-Technology 2010-048

4.3.2.2 pH、還元剤の影響
図 4.3.2-1 を見ると、高分子量（>5,000）の孔径 0.45 μm ろ過では、pH9.5 に比べ pH13.5 の方が Pu 濃度は低くなった。また、pH9.5 の還元剤の有無の条件では、還元剤を添加し、Eh を下げた方が Pu 濃度は高くなった。

4.3.2.3 固液分離方法の影響
図 4.3.2-1 により固液分離方法の違い（孔径 0.45 μm ろ過と MWCO 10,000 ろ過）による Pu 濃度を比較すると、pH9.5 の高分子量（>5,000）を除いては、0.45μm ろ過及び MWCO 10,000 ろ過の影響は 1 桁以内であった。pH9.5 の高分子量（>5,000）については、2～3 桁近く差が見られた。なお、全体的に孔径 0.45 μm ろ
過より MWCO 10,000 ろ過の方が Pu 濃度は低い傾向を示した。

4.3.2.4 分子量の影響
図 4.3.2-2 を 見 る と 、 pH13.5 で は 高 分 子 量 （ >5,000 ） に 比 べ 、 低 分 子 量（<5,000）の方が Pu 濃度は高い傾向が示された。また、参考として OPC 平衡水系の混和剤が存在しない場合における Pu 濃度は約 10-10 mol/dm3 であるので、pH9.5の高分子量（>5,000）の MWCO 10,000 ろ過以外は、分子量の違いに係らず、混和剤が共存することにより約 2～3 桁 Pu 濃度が上昇した。

5.

考察

脱気水系及び OPC 平衡水系溶解度試験の孔径 0.45 μm ろ過の Pu 濃度は、セメント混和剤の種類や濃度に関係なく、セメント混和剤濃度 0 g/kgw の場合に対し、セメント混和剤が存在することで 2～3 桁程度上昇する傾向が示された。これは、Pu とセメント混和剤中の有機物が有機錯体を形成したためと考えられる。
また、固液分離方法の違い（孔径 0.45 μm と MWCO 10,000）により Pu 濃度に差がみられたことから、孔径 0.45 μm は通過するが MWCO 10,000 では捕集される程度のコ
ロイドが生成している可能性が考えられる。
分子量別溶解度試験から高 pH の条件では、高分子量成分より低分子量成分の Pu 濃度の方が高い傾向を示した。これは、セメント混和剤の分子量が小さくなると分子量当たりの反応に寄与する官能基の割合が増加し、錯形成しやすくなるためと考えられる。
参考として、分子量別溶解度試験における pH 及び Eh の条件を Pu の Eh-pH 線図に-9-

JAEA-Technology 2010-048

プロットし、Pu の支配的な溶存化学種を検討した。Eh-pH 線図の作成においては、
JNC-TDB4)を用い、Pu 濃度を試験条件と同じ 10-6 mol/dm3 とした。
結果を図 5-1 に示す。これより、SOL-3-2（pH9.5 の低分子量成分に Na2S2O4 を添加）を除いて、Pu の支配的な溶存化学種は IV 価の Pu であり、Pu(OH)4(aq)と推定された。SOL-3-2 の条件は、水の安定領域付近であり、Ⅲ価の Pu の PuOH2+が支配的であると推定された。

6.

おわりに本試験の結果において、セメント混和剤が共存することで、Pu 濃度が 2～3 桁上昇した。また、セメントが固化した後の間隙水中に存在する混和剤の成分は原液のものと異なり低分子量であることが確認されている。このため、混和剤を低分子量成分及び高分
子量成分に分けて Pu の溶解度試験を実施した結果、高 pH 条件では低分子量成分の混和剤の方が Pu 濃度をより上昇させる傾向が示された。
これらは、TRU 廃棄物処分の安全評価では十分考慮する必要があるが、セメント硬化
体間隙水に存在する有機成分は、全てが混和剤に由来するものとは限らないことが藤田ら 3)によって指摘されている（セメントクリンカーの粉砕助剤など）。
今後は、実際にセメント硬化体の間隙水を高圧で抽出する方法などによって、間隙水を採取し、セメント硬化体間隙水に存在する有機成分が核種の溶解度に影響を及ぼすか否かを調べる必要がある。

- 10 -

JAEA-Technology 2010-048

謝辞
本試験の計画および実施並びに評価にあたり、地層処分研究開発部門
究開発ユニット

地層処分基盤研

TRU 廃棄物処分研究グループ亀井玄人グループリーダーおよび三原守

弘研究副主幹には、有益な助言を頂きました。記して謝意を表します。

参考文献［1］ 電気事業連合会，核燃料サイクル開発機構：“TRU 廃棄物処分技術検討書 －第 2 次
TRU 廃棄物処分研究開発取りまとめ－”，JNC TY1400 2005-013, FEPC TRU-TR22005-02 (2005).
［2］ 三原守弘：セメント系材料に用いられている混和剤の核種移行への影響に関する知見と今後の進め方，地層処分研究開発レポート，I-05-6-005.(2006)［3］ 藤田英樹，他：セメントペースト硬化体の間隙水に残存する有機混和剤の挙動の評価，セメント・コンクリート論文集，No.61，p.65-71. (2008)［4］ Yui， M. et al：“JNC Thermodynamic Database for Performance Assessment ofHigh-Level Radioactive Waste Disposal System”，JNC TN8400 99-070 (1999).

- 11 -

JAEA-Technology 2010-048

表 2.1-1 OPC の物理・化学的特性
・化学分析(JIS R 5204:2002、JIS R 5202:1999)
化学成分（%）
Ig.loss

insol.

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

0.74

0.13

21.07

5.40

2.77

64.62

1.74

2.09

全アルカリ（%）

化学成分（%）
Na2O

K2O

TiO2

P2O5

MnO

Cl

Na2Oeq

0.21

0.42

0.27

0.29

0.08

0.015

0.49

＊insol.および Cl は JIS R 5202 による。それ以外の化学成分は JIS R 5204 による。

・物理試験(JIS R 5201:1997)
密度（g/cm2）比表面積（cm2/g）

3.18

3370

水量
（%）

凝 結
始発
（h-m）

終結
（h-m）

28.7

2-22

3-50

安全性
（パット法）良

強さ（N/mm2）
圧縮

曲げ

３日

７日

２８日

３日

７日

２８日

29.9

46.4

65.0

6.1

7.9

8.6

試験に供したセメントの分析結果

表 2.1-2 Pu の同位体組成比
質量数

238

239

240

241

242

組成比(wt%)0.014

91.175

8.501

0.258

0.052

- 12 -

JAEA-Technology 2010-048

表 2.2.1-1 脱気水系溶解度試験条件
溶解度試験
使用元素

Pu

Pu
添加濃度

10-６ M

液相
（脱気水）

pH
試験容器

・セメント混和剤なしブランク試料（Sod-1）・50 g/kgw-ﾅﾄﾘｳﾑﾌｫﾙﾑｱﾙﾃﾞﾋﾄﾞ酸系化合物(ﾏｲﾃｨ 150)

（Sod-2）・0.5 g/kgw-ﾅﾄﾘｳﾑﾌｫﾙﾑｱﾙﾃﾞﾋﾄﾞ酸系化合物(ﾏｲﾃｨ 150)

（Sod-3）・50 g/kgw-ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)（Sod-4）・0.5 g/kgw-ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)（Sod-5）12.5（NaOH により調整）
テフロン（PFA）製(30 mL 用)

液量

20 mL

還元剤

Na2S2O4（ﾌﾞﾗﾝｸ及びﾏｲﾃｨの添加濃度：0.1 mol/dm3，ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞの添加濃度：0.05 mol/dm3）

温度

室温（298±5 K）

雰囲気

アルゴンガス雰囲気(酸素濃度 1 ppm 以下)

試験期間

7, 14, 28 , 56 (d)

ｎ数
固液分離

2
遠心ろ過(孔径 0.45 μm ろ過，一部 MWCO 10,000 ろ過)
・ pH

分析項目

・ Eh
・ 各固液分離後の Pu 濃度- 13 -

JAEA-Technology 2010-048

表 2.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験条件

溶解度試験
使用元素

Pu

Pu
添加濃度

10-６ M

液相（OPC 平衡液）

pH
試験容器

・セメント混和剤なしブランク試料（Soo-1）・50 g/kgw-ﾅﾄﾘｳﾑﾌｫﾙﾑｱﾙﾃﾞﾋﾄﾞ酸系化合物(ﾏｲﾃｨ 150)

（Soo-2）・0.5 g/kgw-ﾅﾄﾘｳﾑﾌｫﾙﾑｱﾙﾃﾞﾋﾄﾞ酸系化合物(ﾏｲﾃｨ 150)

（Soo-3）・50 g/kgw-ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)（Soo-4）・0.5 g/kgw-ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)（Soo-5）12～13（OPC 平衡液）
テフロン（PFA）製(30 mL 用)

液量

20 mL

還元剤

Na2S2O4（添加濃度：0.05 mol/dm3）

温度

室温（298±5 K）

雰囲気

アルゴンガス雰囲気(酸素濃度 1 ppm 以下)

試験期間

7, 14, 28 (d)

ｎ数
固液分離

2
遠心ろ過(孔径 0.45 μm ろ過，一部 MWCO 10,000 ろ過)
・ pH

分析項目

・ Eh
・ 各固液分離後の Pu 濃度- 14 -

JAEA-Technology 2010-048

表 2.2.2-2 OPC 平衡水分析結果
分析項目

分析値（mg/dm3）

分析方法※10.45 μm ろ過

MWCO 10,000 ろ過

pH

12.6

12.6

①

Na

22.4

22.2

④

K

59.1

58.2

④

Ca

649

677

②

Ma

＜0.05

＜0.05

②

Al

0.4

0.9

②

Fe

＜0.1

＜0.1

②

Si

0.3

0.4

②

SO42－

7.4

7.3

③

－

0.4

0.4

③

NO3

－

＜0.5

＜0.5

③

NO2

－

＜0.5

＜0.5

③

+

＜0.2

＜0.2

③

全炭素

4.9

77.4

⑤

全有機体炭素

3.9

77

⑤

Cl

NH4

※1：分析方法①電極法（JIS K0101）②高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ICP-AES）
パーキンエルマー社製 OPTIMA3300XL 型③イオンクロマトグラフ分析法（ダイオネクス社製 DX-500 型）④原子吸光光度法（日立製作所製 Z-8100 型）⑤燃焼酸化-赤外線分析法（島津製作所製 TOC-5000 型）- 15 -

JAEA-Technology 2010-048

表 2.2.3-1 分子量別溶解度試験条件

溶解度試験
使用元素

Pu

Pu
添加濃度

10-６ M

液相(ﾎﾟﾘｶﾙﾎﾞﾝ酸系化合物(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ
SP8LS))

pH・分子量<5000, pH 13.5, TOC 濃度 0.09 mol/dm3

SOL -1・分子量>5000, pH 13.5, TOC 濃度 0.3 mol/dm3

SOL -2・分子量<5000, pH 9.5, TOC 濃度 0.06 mol/dm3 (還元剤無)SOL -3-1・分子量<5000, pH 9.5, TOC 濃度 0.06 mol/dm3

SOL -3-2・分子量>5000, pH 9.5, TOC 濃度 0.3 mol/dm3

SOL -49.5(蒸留水)、 13.5（NaOH により調整）

試 験 容 器テフロン（PFA）製(30 mL 用)

液

量

20 mL

剤

Na2S2O4 適量（Eh：－280 mVSHE を目標）

度

室温（298±5 K）

気

アルゴンガス雰囲気（酸素濃度 1 ppm 以下）

還

元

温
雰

囲

試 験 期 間14, 28, 56 (d)

N

3

数

固 液 分 離遠心ろ過(孔径 0.45 μm ろ過，一部 MWCO 10,000 ろ過)
・ pH

分析項目

・ Eh
・ 各固液分離後の Pu 濃度- 16 -

JAEA-Technology 2010-048

表 3.1-1 ORP の Eh（vs. SHE）への補正値
温度（K）

補正値（mV）

283

217

288

214

293

210

298

206

303

203

308

199

東亜ディーケーケー株式会社
酸化還元(ORP)電極取扱説明書より

表 3.2-1 αスペクトロメトリーの検出下限値確認結果
・３σ法により算出、 表 2.1-2 の Pu 組成及び焼付量は 50 μL を想定。
検出器№

バックグランド
測定時間(s)

バックグランド
カウント数

検出効率

検出下限値
(mol/dm3)

1

516,14217

0.260

6.12E-122

516,1447

0.265

4.42E-123

516,147

30.275

3.36E-12

4

516,150

6

0.268

4.17E-12

5*1

―

―

―

―

6

516,155

7

0.268

4.36E-12

7

516,157

4

0.271

3.68E-128

516,160

70.248

4.72E-129516,1634

0.257

3.87E-12

10*1

―

―

―

―

11

516,166

5

0.252

4.20E-12

12

516,168

17

0.252

6.31E-12

13

516,17111

0.263

5.18E-12

14

516,1737

0.264

4.44E-12

15

516,17520.260

3.26E-12

16

516,1775

0.282

3.76E-12*1：検出器№5, 10 は故障中のため未測定- 17 -

蒸留水系- 18 -

Sod－５

0.5 g/kgw

Sod－３

0.5 g/kgw

Sod－４

Sod－２

50 g/kgw

マイティ

50 g/kgw

Sod－１

サンプル名

有機物なし
（ブランク）
0 g/kgw

液組成

レオビルド

有機物（
セメント混和剤）
共存下- 16 -

-638

12.57

ｐH
Eh(mVSHE)

-651

12.51

ｐH
Eh(mVSHE)

-748

12.52

ｐH
Eh(mVSHE)

-745

12.49

ｐH
Eh(mVSHE)

-734

12.49

ｐH
Eh(mVSHE)

７日目

pH/Eh

-630

12.58

-660

12.52

-755

12.52

-757

12.50

-720

12.50

１４日目

表 4.1.1-1 脱気水系溶解度試験結果（ｐH･Eh）

-620

12.43

-640

12.42

-755

12.53

-765

12.45

-740

12.45

２８日目

-105

12.22

-112

12.24

-739

12.31

-767

12.24

-694

12.23

５６日目

JAEA-Technology 2010-048

平均

Pu 濃度

Pu 濃度

平均

１４日目
（0.45 μm ろ過）

７日目（0.45 μm ろ過）
Pu 濃度

平均

２８日目
（0.45 μm ろ過）
Pu 濃度

平均

２８日目
（MWCO10,000 ろ過）
Pu 濃度

平均

５６日目
（0.45 μm ろ過）〔Pu 濃度単位：mol/dm3〕

脱気水のみ

マイティ

- 19 -

レオビルド

有機 物（
セメント混和剤）
共存下

0.5
g/kgw

50
g/kgw

0.5
g/kgw

50
g/kgw

Sod-5B 1.78E-07 1.82E-07

1.67E-07 1.67E-07

2.33E-07 2.34E-07

Sod-5A 2.58E-07 2.78E-07
2.24E-07

1.76E-07 1.77E-07

Sod-4B 2.15E-07 2.03E-07

1.86E-07 1.75E-07

Sod-4A 1.60E-07 1.55E-07
1.83E-07

1.40E-07 1.44E-07

Sod-3B 1.38E-07 1.33E-07

1.47E-07 1.59E-07

Sod-3A 1.68E-07 1.47E-07
1.47E-07

1.48E-07 1.60E-07

1.65E-07

1.57E-07 1.39E-07

Sod-2B 1.82E-07 1.73E-07

Sod-2A 1.49E-07 1.58E-07

1.78E-07 1.67E-07

2.21E-07 2.27E-07

1.78E-07 1.93E-07

1.81E-07 1.72E-07

1.45E-07 1.59E-07

1.54E-07 1.44E-07

1.79E-07 1.66E-07- 17 -

2.00E-07

1.78E-07

1.47E-07

1.51E-07

1.71E-07 1.63E-07

1.98E-07

1.81E-07

1.51E-07

1.70E-07

5.28E-10 6.77E-10

8.58E-09 9.20E-09

1.28E-07 1.45E-07

5.68E-08 5.01E-08

1.03E-11 1.60E-10

3.32E-10 3.65E-10

3.78E-09 3.44E-09

4.30E-09 5.85E-09

4.75E-09

9.48E-08

2.17E-10

4.34E-09

1.01E-07 1.08E-07

9.40E-08 1.02E-07

9.48E-08 1.57E-07

5.85E-08 9.17E-08

1.22E-07 1.41E-07

1.39E-07 1.06E-07

1.45E-07 1.52E-07

1.56E-07 1.58E-07

1.01E-07

1.01E-07

1.27E-07

1.53E-07

有機物なし(ブランク) Sod-1 2.81E-08 2.99E-08 2.90E-08 5.45E-10 5.46E-10 5.46E-10 9.48E-10 8.61E-10 9.04E-10 9.14E-11 7.99E-11 8.56E-11 4.53E-10 6.43E-10 5.48E-10
0 g/kgw

液組成

ｻﾝﾌﾟ
ﾙ名

表 4.1.2-1 脱気水系溶解度試験結果（Pu 濃度）

JAEA-Technology 2010-048

平衡水系

- 20-

Soo－５

0.5 g/kgw

Soo－３

0.5 g/kgw

Soo－４

Soo－２

50 g/kgw

マイティ

50 g/kgw

Soo－１

サンプル名

有機物なし
（ブランク）
0 g/kgw

液組成

レオビルド

有機物（
セメント混和剤）
共存下- 18 -

-755

12.40

ｐH
Eh(mVSHE)

-760

12.38

ｐH
Eh(mVSHE)

-740

12.23

ｐH
Eh(mVSHE)

-754

12.21

ｐH
Eh(mVSHE)

-764

12.22

ｐH
Eh(mVSHE)

７日目

pH/Eh

-777

12.30

-783

12.26

-762

12.25

-775

12.14

-739

12.21

１４日目

表 4.2.1-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果（ｐH･Eh）

-793

12.22

-791

12.15

-799

12.27

-804

12.15

-794

12.21

２８日目

JAEA-Technology 2010-048

Pu 濃度

平均

７日目（0.45μm ろ過）
Pu 濃度

平均

１４日目
（0.45μm ろ過）
Pu 濃度

平均

２８日目
（0.45μm ろ過）
Pu 濃度

平均

２８日目
（MWCO10,000 ろ過）〔Pu 濃度単位：mol/dm3〕

平衡 水系

マイティ

- 21 -

レオビルド

有機 物（
セメント混和剤）
共存下

0.5
g/kgw

50
g/kgw

0.5
g/kgw

50
g/kgw

Soo-5B 9.98E-08 9.47E-08- 19 -

9.60E-08 9.51E-08

7.80E-08 7.85E-08

Soo-5A 9.44E-08 9.41E-08
9.57E-08

1.60E-07 1.47E-07

Soo-4B 1.46E-07 1.53E-07

1.67E-07 1.60E-07

Soo-4A 1.56E-07 1.42E-07
1.49E-07

5.53E-08 6.13E-08

Soo-3B 6.03E-08 5.81E-08

2.31E-08 2.62E-08

Soo-3A 2.62E-08 3.01E-08
4.37E-08

9.30E-08 9.47E-08

9.94E-08

1.09E-07 9.86E-08

Soo-2B 9.02E-08 8.63E-08

Soo-2A 1.14E-07 1.07E-07

8.69E-08

1.58E-07

4.15E-08

9.88E-08

1.57E-07 1.12E-07

5.77E-08 6.28E-08

1.45E-07 1.48E-07

4.41E-07 3.96E-07

5.44E-08 5.63E-08

3.14E-08 3.46E-08

1.02E-07 1.17E-07

1.03E-07 1.09E-07

9.73E-08

2.82E-07

4.42E-08

1.08E-07

1.96E-10 9.44E-11

2.67E-10 2.32E-10

3.50E-09 3.59E-09

3.59E-09 3.76E-09

2.72E-11 5.95E-12

5.87E-11 6.07E-12

3.02E-10 5.71E-10

5.01E-10 3.65E-10

1.97E-10

3.61E-09

2.45E-11

4.35E-10

2.05E-10 1.81E-10
4.94E-10 2.39E-11
3.52E-10 3.57E-12
有機物なし Soo-1A 4.72E-11 8.07E-11
1.29E-10
1.14E-10
2.75E-10
1.89E-10（ブランク）
0 g/kgw Soo-1B 1.60E-10 2.28E-10
6.66E-11 3.80E-12
3.64E-10 2.19E-10
2.53E-10 1.47E-10

液組成

ｻﾝﾌﾟﾙ
名

表 4.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果（Pu 濃度）

JAEA-Technology 2010-048

9.5

13.5

ｐＨ

- 22 ＳＯＬ－３-２

ＳＯＬ－４

0.144

0.02

0.06

0.3

>5,000

ＳＯＬ－３-１

ＳＯＬ－２

ＳＯＬ－１

<5,000

0.005

0.01

無

0.3

0.09

0.06

<5,000>5,000<5,000ＴＯＣ 還元剤
分子量
濃度
サンプル名
3)
3
(mol/dm(mol/dm )- 20 -

-90

8.86

ｐH
Eh(mVSHE)

-484

8.94

ｐH
Eh(mVSHE)

189

8.93

ｐH
Eh(mVSHE)

-459

13.66

Eh(mVSHE)

ｐH

-169

13.15

ｐH
Eh(mVSHE)

１４日目

pH/Eh

〔

-80

9.48

-570

9.02

171

9.12

-403

13.61

-101

13.11

２８日目

表 4.3.1-1 分子量別溶解度試験結果（ｐH･Eh）

-82

9.05

-589

9.28

197

9.08

-330

13.76

-260

13.56

５６日目

対象混和剤：レオビルド〕

JAEA-Technology 2010-048

- 23-

0.3>5,000

参考：有機物無添加

0.06

9.5 <5,000

0.3

0.06

>5,0000.09<5,00013.5<5,000平均

2.36E-08 2.58E-08

Pu 濃度

平均

５６日目
（MWCO 10,000 ろ過）

1.22E-07 1.18E-07
1.77E-08 1.65E-08

SOL-1C 1.54E-07 1.43E-07

SOL-2A 2.20E-08 2.31E-08
6.84E-09 7.54E-09

1.45E-07 1.41E-07

2.68E-09 2.99E-09

2.80E-08 2.26E-08

SOL-1B 1.15E-07 1.27E-07 1.16E-07 1.29E-07 1.39E-07 1.08E-07 1.40E-07 1.47E-07 1.21E-07 3.32E-08 3.09E-08 2.74E-08

7.68E-08 7.54E-08

Pu 濃度

５６日目
（0.45 μm ろ過）

6.80E-08 6.85E-08

2.38E-08 2.12E-08

1.38E-09 2.03E-09

8.54E-08 7.66E-08
9.97E-07 9.52E-07

SOL-3C 9.94E-08 9.30E-08

SOL-3D 7.09E-07 6.21E-07

6.57E-07 7.25E-07

6.58E-08 6.60E-08

4.91E-07 5.33E-07

1.81E-08 1.79E-08

SOL-3B 5.65E-08 5.83E-08 7.96E-08 5.70E-08 5.82E-08 7.37E-08 5.55E-08 6.02E-08 6.40E-08 7.64E-09 8.06E-09 1.61E-08

8.00E-08 8.52E-08

SOL-3A 8.11E-08 8.94E-08

1.39E-08 8.39E-09

0.05

0.02

2.31E-07 2.42E-07

SOL-4A 3.20E-07 3.69E-07

2.23E-07 2.35E-07

1.04E-06 9.17E-07

3.28E-11 2.28E-10

1.00E-06 9.44E-07

Soo-1B 6.66E-11 3.80E-12- 21 -

3.64E-10 2.19E-10

4.94E-10 2.39E-11

Soo-1A 2.05E-10 1.81E-10

1.14E-10

3.88E-07 3.36E-07

SOL-4C 3.14E-07 2.89E-07

2.75E-10

3.62E-07 3.17E-07

1.53E-09 1.61E-09

SOL-4B 3.57E-07 3.15E-07 3.27E-07 3.75E-07 3.76E-07 3.25E-07 3.09E-07 3.07E-07 2.92E-07 3.95E-11 1.89E-10 6.04E-10

9.70E-07 9.03E-07

SOL-3F 8.87E-07 9.83E-07

0.144 SOL-3E 1.06E-06 1.12E-06 8.96E-07 7.40E-07 7.91E-07 8.92E-07 8.92E-07 9.20E-07 8.58E-07 7.89E-07 7.89E-07 7.58E-07

無1.41E-08 9.88E-09

SOL-2C 2.20E-08 1.43E-08

0.005 SOL-2B 4.00E-08 2.85E-08 2.50E-08 2.37E-08 2.40E-08 1.76E-08 1.62E-08 1.80E-08 1.18E-08 6.96E-09 7.80E-09 3.97E-09

0.01

6.95E-08 7.21E-08

平均

Pu 濃度

Pu 濃度

平均

２８日目
（0.45 μm ろ過）

１４日目（0.45 μm ろ過）

SOL-1A 7.48E-08 8.03E-08

液組成
TOC 還元剤 ｻﾝﾌﾟﾙ名
ｐＨ 分子量 濃度3)3(mol/dm(mol/dm )〔対象混和剤：レオビルド，Pu 濃度単位：mol/dm3〕

表 4.3.2-1 分子量別溶解度試験結果（Pu 濃度）

JAEA-Technology 2010-048

JAEA-Technology 2010-048

雰囲気制御グローブボックス内（Ar雰囲気 O2濃度1 ppm以下）

脱気水

NaOH

ｐH 調整

セメント混和剤添加

還元剤添加

Na2S2O4

Pu の添加Pu 原液濃度：10-3 mol/dm3 の
2 mol/dm3 硝酸溶液

pH、Eh 測定・調整（試験開始時）
一定期間保管(pH,Eh の測定・調整)(適宜)

7，14，28，56 日

pH、Eh 測定・調整（試験終了時）液サンプリング

固液分離

・孔径 0.45 μm
・分画分子量 10,000

Pu 濃度測定

αスペクトロメトリー

図 2.2.1-1 脱気水系溶解度試験手順- 24 -

JAEA-Technology 2010-048

雰囲気制御グローブボックス内（Ar雰囲気 O2濃度1 ppm以下）

OPC 平衡水作製
脱気水（1 dm3）

OPC 粉末（10 g）

約 3 ヶ月間浸漬

固液分離(孔径 0.45 μm)

セメント混和剤添加

還元剤添加

Na2S2O4

Pu の添加Pu 原液濃度：10-3 mol/dm3 の
2 mol/dm3 硝酸溶液

pH、Eh 測定・調整（試験開始時）
一定期間保管(pH,Eh の測定・調整)(適宜)

7，14，28 日

pH、Eh 測定・調整（試験終了時）液サンプリング

固液分離

・孔径 0.45 μm
・分画分子量 10,000

Pu 濃度測定

αスペクトロメトリー

図 2.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験手順- 25 -

JAEA-Technology 2010-048

セメント混和剤（レオビルド）

アルカリ溶液（pH 13.5 の NaOH）で希釈（混和剤濃度：10 wt%）

蒸留水（pH 9.5）で希釈（混和剤濃度：10 wt%）

電気炉で加熱 （323 K, 30 d）

MWCO 5,000 で分画 （<5,000 >5,000）

遠心法による限外ろ過

TOC 濃度調整

雰囲気制御グローブボックス内（Ar雰囲気 O2濃度1 ppm以下）

Eh 調整

Na2S2O4

Pu の添加Pu 原液濃度：10-3 mol/dm3 の
2 mol/dm3 硝酸溶液

pH、Eh 測定・調整（試験開始時）
一定期間保管(pH,Eh の測定・調整)(適宜)

14，28，56 日

pH、Eh 測定・調整（試験終了時）液サンプリング

固液分離

・孔径 0.45 μm
・分画分子量 10,000

Pu 濃度測定

αスペクトロメトリー

図 2.2.3-1 分子量別溶解度試験手順- 26 -

Pu 濃度(mol/dm3)- 27 -

0.1
01

7d(0.45μm)
14d(0.45μm)
28d(0.45μm)
56d(0.45μm)
28d(MWCO10,000)

10-11

10

100
(g/kgw)

0.1
0- 27 -

1

10

100(g/kgw)

7d(0.45μm)
14d(0.45μm)
28d(0.45μm)
56d(0.45μm)
28d(MWCO10,000)

セメント混和剤(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)濃度

図 4.1.2-1 脱気水系溶解度試験結果

セメント混和剤(ﾏｲﾃｨ 150)濃度

10

10-11

10

-10

10-9

10-9

-10

10-8

10-7

10-7

10-8

10-6

10-6

JAEA-Technology 2010-048

Pu 濃度(mol/dm3)- 28 -

0
0.1

1

100
(g/kgw)

00.1- 28 -

10100(g/kgw)

7d(0.45μm)
14d(0.45μm)
28d(0.45μm)
28d(MWCO10,000)

セメント混和剤(ﾚｵﾋﾞﾙﾄﾞ SP8LS)濃度1

図 4.2.2-1 OPC 平衡水系溶解度試験結果

セメント混和剤(ﾏｲﾃｨ 150)濃度

10

10-11

10-10

10-10

10-11

10-9

10-9

7d(0.45μm)
14d(0.45μm)
28d(0.45μm)
28d(MWCO10,000)

10-8

10-7

10-7

10-8

10-6

10-6

JAEA-Technology 2010-048

JAEA-Technology 2010-048

12
11
10
9
8
7
6

0

14

28

42

試験期間

(d)

56

図４.3.1-1 pH 調整（SOL-3-2）※ 点線は pH 調整を表す

12
11
10
9
8
7
6

0

14

28

試験期間

図４.3.1-2 pH 調整（SOL-4）※ 点線は pH 調整を表す- 29 -

42

56

(d)

Pu 濃度(mol/dm3)- 30 -

10-11

10-10

8

10
pH

14

8

10

分子量（＞5,000）- 30 -

1214d(0.45μm)
28d(0.45μm)
56d(0.45μm)
56d(MWCO 10,000)

図 4.3.2-1 分子量別溶解度試験結果（分子量別）

分子量（＜5,000）

12

10-11

10-10

10-9

10-9
14d(0.45μm)
28d(0.45μm)
56d(0.45μm)
56d(MWCO 10,000)
14d(0.45μm)還元剤無28d(0.45μm)還元剤無56d(0.45μm)還元剤無56d(MWCO 10,000)還元剤無

10-8

10-7

10-7

10-8

10-6

10-6

pH

14

JAEA-Technology 2010-048

Pu 濃度(mol/dm3)

- 31-

10-11

10-10

14
pH９．５

28

56

(d)

14

pH１３．５28<5,000(0.45μm)<5,000(MWCO10,000)>5,000(0.45μm)>5,000(MWCO10,000)- 31 -

図 4.3.2-2 分子量別溶解度試験結果（pH 別）

10-11

10-10

10-9

10-9

<5,000(0.45μm)還元剤無<5,000(MWCO10,000)還元剤無<5,000(0.45μm)<5,000(MWCO10,000)>5,000(0.45μm)>5,000(MWCO10,000)

10-8

10-7

10-7

10-8

10-6

10-6

56

(d)

JAEA-Technology 2010-048

JAEA-Technology 2010-048

国際単位系（SI）
表１．SI 基本単位
SI 基本単位

基本量

名称
記号
長
さメ ートル m
質
量 キログラム kg
時
間秒s
流ア ンペア A
電
熱力学温度 ケ ル ビ ン K
ル mol
物 質 量モ光
度 カ ン デ ラ cd

表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例
SI 基本単位
組立量
名称
記号
面
積 平方メートルm2
体
積 立法メートルm3
速 さ ， 速 度 メートル毎秒m/s
加速度 メートル毎秒毎秒
m/s2
波
数 毎メートルm-1
密 度 ， 質 量 密 度 キログラム毎立方メートル
kg/m3
面
積
密
度 キログラム毎平方メートル
kg/m2
比
体
積 立方メートル毎キログラム
m3/kg
電
流
密
度 アンペア毎平方メートル
A/m2
磁 界 の 強 さ アンペア毎メートル
A/m
(a)
量 濃度
， 濃 度 モル毎立方メートル
mol/m3
質量
濃度 キログラム毎立法メートル
kg/m3
輝
度 カンデラ毎平方メートル
cd/m2
1
屈
折
率 (b) （数字の） １(b)（数字の） １1
比 透 磁 率

乗数
1024
1021
1018
1015
1012
109
106
103
102
101

活

性 カタール

kat

d

Ｚ
Ｅ

10-2

セ ン チ
ミ
リ

c
m

ペ
テ

タ
ラ

Ｐ
Ｔ

µ
n

ギ
メ

ガ
ガ

Ｇ
Ｍ

マイクロ
ノ
10-9 ナコ
10-12 ピ
10-15 フェムト

キ
ロ
ヘ ク ト
デ
カ

ｋ
ｈ

ト
10-18 ア
10-21 ゼ プ ト
10-24 ヨ ク ト

a
z
y

da

d
°
’

10-3
10-6

p
f

1 d=24 h=86 400 s
1°=(π/180) rad1’=(1/60)°=(π/10800) rad1”=(1/60)’=(π/648000) rad”ha 1ha=1hm2=104m2
L，l 1L=11=1dm3=103cm3=10-3m3t
1t=103 kg

秒
ヘクタール
リットル
トン

表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で表される数値が実験的に得られるもの
名称
記号
SI 単位で表される数値
1eV=1.602 176 53(14)×10-19J

電 子 ボ ル ト
ダ ル ト ン
統一原子質量単位eVDa
u

1Da=1.660 538 86(28)×10-27kg
1u=1 Da天

ua

1ua=1.495 978 706 91(6)×1011m

文

単

位

表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
バー
ル bar １bar=0.1MPa=100kPa=105Pa
水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.322Pa

s-1 mol(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや
コヒーレントではない。
(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。
実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明示されない。
(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。
(d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。
(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。
(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。
(g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。

表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
SI 基本単位による
名称
記号
表し方
-1
粘
度 パスカル秒
Pa s
m kg s-1
力 の モ ー メ ン ト ニュートンメートル
Nm
m2 kg s-2
表面
張力 ニュートン毎メートル
N/m
kg s-2角
速度 ラジアン毎秒
rad/s
m m-1 s-1=s-1
角
加速度 ラジアン毎秒毎秒
rad/s2
m m-1 s-2=s-2
熱 流 密 度 , 放 射 照 度 ワット毎平方メートル
kg s-3
W/m2
熱 容 量 , エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎ケルビン
J/K
m2 kg s-2 K-1
比 熱 容 量 ， 比 エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K)
m2 s-2 K-1
比 エ ネ ルギ ー ジュール毎キログラム
J/kg
m2 s-2
熱伝
導率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1
体 積 エ ネ ル ギ ー ジュール毎立方メートル J/m3
m-1 kg s-2
電界の強さ ボルト毎メートル
V/m
m kg s-3 A-1
電荷密
度 クーロン毎立方メートル C/m3
m-3 sA
表面
電
荷 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 sA
電 束 密 度 ， 電 気 変 位 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 sA誘
電率 ファラド毎メートル
F/m
m-3 kg-1 s4 A2
透磁率 ヘンリー毎メートル
H/m
m kg s-2 A-2
モ ル エ ネ ル ギ ー ジュール毎モル
J/mol
m2 kg s-2 mol-1
モルエントロピー, モル熱容量 ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1
照 射 線 量 （ Ｘ 線 及 び γ 線 ） クーロン毎キログラム
C/kg
kg-1 sA
吸収線
量率 グレイ毎秒
Gy/s
m2 s-3放射
強度 ワット毎ステラジアン
W/srm4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3
放射輝
度 ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3
酵 素 活 性濃 度 カタール毎立方メートル kat/m3
m-3 s-1 mol

記号

ゼ
タ
エ ク サ

日
度
分

表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位
SI 組立単位
組立量
他のSI単位による SI基本単位による
名称
記号
表し方
表し方
（ｂ）
平
面
角 ラジアン(ｂ)
rad
m/m
1
（ｂ）
2/ 2
立
体
角 ステラジアン(ｂ) sr(c)
1
m m
周
波
数 ヘルツ（ｄ）
Hz
s-1
力
ニュートン
N
m kg s-2
圧力
応
力 パスカル,Pa
m-1 kg s-2
N/m2
エ ネ ル ギ ー , 仕 事 , 熱 量 ジュールJNm
m2 kg s-2
仕 事 率 ， 工 率 ， 放 射 束 ワット
WJ/s
m2 kg s-3
電
荷
電気量 クーロン,
CsA
電 位 差 （ 電 圧 ） , 起 電 力 ボルト
VW/A
m2 kg s-3 A-1
静電
容量 ファラドF
C/V
m-2 kg-1 s4 A2
電
気
抵
抗 オーム
Ω
V/A
m2 kg s-3 A-2
コ ン ダ ク タ ン ス ジーメンス
S
A/V
m-2 kg-1 s3 A2
磁
束 ウエーバWb
Vs
m2 kg s-2 A-1
磁
束
密
度 テスラ
T
Wb/m2
kg s-2 A-1
イ ン ダ ク タ ン ス ヘンリーH
Wb/A
m2 kg s-2 A-2
セ ル シ ウ ス 温 度 セルシウス度(ｅ)℃K
光
束 ルーメンlm
cd
cd sr(c)
2
照
度 ルクス
lx
lm/m
m-2 cdBqs-1
放 射 性 核 種 の 放 射 能 （ ｆ ） ベクレル（ｄ）
吸収線量, 比エネルギー分与,
グレイ
Gy
J/kg
m2 s-2カーマ
線量当量, 周辺線量当量, 方向
Sv
J/kg
m2 s-2シーベルト（ｇ）
性線量当量, 個人線量当量
素

表５．SI 接頭語
記号 乗数
接頭語
Ｙ
シ
10-1 デ

表６．SIに属さないが、SIと併用される単位
名称
記号
SI 単位による値
分
min 1 min=60s
時h
1h =60 min=3600 s（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度（substance concentration）ともよばれる。
（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのことを表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。

酸

接頭語
ヨ
タ

オングストローム
海
里
バ
ー
ン

Å
Ｍ

１Å=0.1nm=100pm=10-10m
１M=1852m

b

ノ
ネ
ベ

ト
パ
ル

kn
Np
Ｂ

１b=100fm2=(10-12cm)2=10-28m2
１kn=(1852/3600)m/s

ル

dB

ッ
ー

デ

ジ

ベ

SI単位との数値的な関係は、対数量の定義に依存。

エ

表９．固有の名称をもつCGS組立単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
ル
グ erg 1 erg=10-7 J

ダ
ポ

イ
ア

ス
ス

ト ー ク
チ
ル

フ
ガ

ォ

ン dyn 1 dyn=10-5N
ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s
ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1
ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2
ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 104lx
ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2

マ ク ス ウ ｪ ルガ
ウス
エルステッド（ ｃ）

Mx
G
Oe

1 Mx = 1G cm2=10-8Wb
1 G =1Mx cm-2 =10-4T
1 Oe (103/4π)A m-1（c）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「は対応関係を示すものである。

キ
レ
ラ

名称
ュ
リ
ン

レ
ガ

ト

表10．SIに属さないその他の単位の例
記号
SI 単位で表される数値
ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq

ゲ

ン

ン R
ド rad
ム rem
マ γ

1 R = 2.58×10-4C/kg
1 rad=1cGy=10-2Gy
1 rem=1 cSv=10-2Sv
1γ=1 nT=10-9T
1フェルミ=1 fm=10-15m

フェルミ
メートル系カラット

1メートル系カラット = 200 mg = 2×10-4kg

気

ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa
圧 atm 1 atm = 101 325 Pa

ロ

リ

ー

cal

ク

ロ

ン

µ

ト
標

準

カ
ミ

大

」

1cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J（｢IT｣カロリー）4.184J（｢熱化学｣カロリー）

1 µ =1µm=10-6m（第8版，2006年改訂）

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