トピックス
廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための
放射光利用
岡本芳浩
(国)日本原子力研究開発機構

原子力科学研究部門

物質科学研究センター〒6795148 兵庫県佐用郡佐用町光都 111

永井崇之(国)日本原子力研究開発機構

核燃料サイクル工学研究所

再処理技術開発センター〒3191194 茨城県那珂郡東海村村松 433

塩飽秀啓(国)日本原子力研究開発機構

原子力科学研究部門

物質科学研究センター〒6795148 兵庫県佐用郡佐用町光都 111

要 旨

ガラス固化技術は，放射性廃棄物の処理法として有望であるが，多くの種類の元素をガラス原料内に安定に閉じ込めることが要求されており，それらを確認する必要がある。我々は，元素選択性を有する放射光 XAFS 分析を利用し，様々なガラス固化試料における各元素の挙動を明らかにしてきた。さらに，イメージング XAFS の活用，
XAFS データの積み重ねにより，ガラス固化技術の高度化へ貢献する活動へと展開している。

プルトニウムを抽出する第 1 サイクルで分離された廃液

1. はじめにを蒸発濃縮したものが主成分となる。その組成は，核分裂

使用済み燃料の再処理工程で発生する高レベル放射性廃生成物（ Fission Products; FP ），超ウラン元素（ TRans

液は，ガラス固化処理されて保管廃棄される計画になってUranium element; TRU），ナトリウムや工程機器からのいる1)。ホウケイ酸ガラス原料を利用したガラス固化体の腐食物などからなり，元素の種類は 30 以上にも及ぶ。固製造は，フランス，イギリスおよび日本で実施されてお化体の健全性を担保するためには，これらの全成分がどのり，かつてアメリカおよびドイツでも製造された実績があような化学状態で存在しているのかを把握する必要がある。ガラス固化技術の多くは，ホウケイ酸ガラスを原料とる。典型的なガラス固化体では，廃棄物成分である多く元

し，ガラス溶融炉内で廃液成分と混合して，炉の底部から素は，各々 1 wt 前後の濃度で含まれている。それらの溶融ガラスを流下する方式をとっている2)。現在，それら各成分元素の化学状態を調べる手段として，高い元素選択

既存のガラス固化技術の高度化，高レベル廃液以外の廃棄性を有し，低濃度の成分をも検出可能な放射光 XAFS 分

物処理への適用を探る研究開発が進められている。また，

析法が有効であることは，国内外の研究動向からも認識さ

福島第一原発事故の処理においても，廃棄物やデブリ（溶れつつある。ガラス固化処理の研究開発が行われている海

け落ちた燃料と原子炉構造材の反応生成物）の処分法とし外では，廃棄物成分の化学状態の把握に放射光 XAFS がてガラス固化技術の利用が候補に挙げられている3)。ガラ

積極的に利用されている。フランスは，原子力分野の研究

ス固化体は，廃棄する成分とそれを包含するガラス原料かで世界をリードするとともに， ESRF （運営は欧州）やらなるが，固化体発生量の低減のために，より多くの廃棄

SOLEIL をかかえる放射光分野においても先進国である

物成分を安定に閉じ込める性能が，ガラス原料物質には求が，ガラス固化体の研究開発において，積極的に放射光をめられる。一口にホウケイ酸ガラスと言っても様々な種類

利用している。フランスでは，実際のガラス固化体の成分があり， Si と B の比率を変える，化学的安定性を向上す

を非放射性物質で模擬したガラス試料 SON68を主な対象るために添加物を加えるなどの研究が進められている4)。

として，ガラス中のカチオンの構造情報が Calas ら5)によ一方，包含される廃棄物成分は多種類に及び，必然的に固りまとめられているが，それらのほとんどが XAFS 分析

化体は多成分系となり，構成元素の化学状態も複雑である法を用いた成果である。筆者らは，この SON68ガラス試と考えられる。高レベル放射性廃液は，使用済み燃料の再料中カチオンの構造情報の「日本版」を作成するべく，同処理工程において燃料を溶解した硝酸溶液から，ウランと様に日本の再処理工程で発生した廃液成分を非放射性物質

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(C) 2018 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

トピックス ■ 廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための放射光利用で模擬したフルスペックのガラス固化試料を対象に，放射光 XAFS 分析を実施している。これまでに実施されたガラス中の廃棄物成分の評価は，フルスペックの廃液成分を採用せず，対象元素のみを原料ガラスに含有させて試験する事例が多い。たとえば，ホウケイ酸ガラスにモリブデンを加えただけの，イエローフェーズ（ガラス内に析出する
モリブデン酸化合物結晶相）に関する試験などが典型的な例である。しかし，このトピックスの中でも紹介するように，廃棄物成分どうしが影響を及ぼし合うこともある。また，ガラス原料と廃棄物成分に分けて言及しているが，廃Fig. 1Top view of electric furnace (left) and alumina cell after
high-temperature XAFS measurement (right).

棄物成分の中には，ガラスの骨格構造に入って，ガラス原
料側の物質のように振る舞う元素もあることが解明されつつある。そのため，単純化した試料を用いた試験は，正確

り ， 分 析 対 象 の CeO2 の 濃 度 は 5 mol  と した （ ス ラ グ

さに欠けるばかりか，場合によっては誤った知見をもたら

B3）。測定にはいったん溶融混合して固化したスラグを使す危険性すらある。また，最近では，廃棄物成分をガラス用した。つまり，試料を再度加熱して，溶融状態にしたと原料に混ぜる場合の化学形も，ガラス中における化学状態

きに， XAFS データを取得した。測定時の電気炉内の様に影響を与えることが認識されつつある。こうした背景か

子を Fig. 1 に示す。使用した試料容器は，厚み 1 mm の円

ら，多成分系試料に強みを発揮する放射光 XAFS の有効

柱状のアルミナセルで，内径 10 mm である。そこに入れ性はますます大きくなると考えており，ガラス固化試料のたスラグを溶かして，アルミナセルの側面から X 線を当分析において，放射光 XAFS は必要不可欠な分析技術にて て 貫く 形 の吸 収 法に よ り XAFS スペ ク ト ルを 取 得しなりつつある。ここでは，ガラス固化技術の高度化に放射た。このように，スラグやガラス固化体試料の分析では，

光 XAFS を適用してきた中から，高エネルギー XAFS6)

比較的軽い元素からなるマトリックス中の重元素成分が興とイメージング XAFS を利用して得られた成果79)を俯瞰味の対象になることが多い。スラグやガラス固化試料中のし，ガラス固化技術への放射光分析の利用を紹介する。

重元素成分の局所構造解析は，一件厳しい測定条件のように思えるが，ランタノイド元素の K 吸収端を利用した高2. 高エネルギー XAFS による高温溶融
スラグ中成分の化学状態分析

エネルギー XAFS に関しては，透過法に適した条件になっている。我々が使用した SPring 8 の BL11XU は，ランタノイド元素の K 吸収端の高エネルギー XAFS を，効放射性廃棄物は，その発生量の抑制が重要であり，廃棄

果的に利用できる測定環境が整っている。筆者らは以前

物の減容化は最重要課題の一つである。放射性廃棄物を減に，高温溶融塩系の XAFS 測定を SPring8 で実施してい容する技術は，圧縮法，焼却法および溶融法に大別できたが，そこでも軽元素からなるアルカリ塩化物混合融体中る。減容化のためには「かさばらない」ことが重要であり，のランタノイドイオンの局所構造解析を実施して成果を得その観点からほぼ真密度まで減容が可能な「溶融法」が有ることが出来た11,12)。

望視されている10) 。文字通り廃棄物をまとめて高温で溶

Fig. 2 に，スラグ B3 の Ce 元素 K 吸収端の測定から得融して固めるものである。ガラス固化技術も，処理対象のられた EXAFS 関数と動径構造関数を示す。室温から高廃棄物にガラス原料を混ぜるという点で，厳密な意味で性

温の固体状態では，動径構造関数の第 1 ピークに相当す

格は異なるが，一種の溶融法と見なせる。ここでは，主にる Ce O 距離として 2.40 Å という値が得られた。この値

低レベル放射性廃棄物の処理に使用されている溶融法の研は， 4 価の CeO2 の Ce O 間距離 2.34 Å および CeSiO4 の究において，高温溶融状態の高エネルギー XAFS 分析を

最 近 接 Ce O 間 距 離 2.26 Å よ り も 明 ら か に 長 い こ と か

適用した例6)を紹介する。低レベル廃棄物を構成する元素

ら，スラグ中で Ce が 3 価として存在している可能性を示とその量は，地球上の地表付近に存在する元素の割合であ唆している。第 1 ピークの遠距離側に何らかの相関の存るクラーク数の順番通りとはいかないものの，Si, Al, Fe,

在が認められるが，これは Ce Si 相関による寄与とみら

Ca などからなっている。これらの元素を多く含む身の周れ，Ce がケイ酸化合物に近い状態にあるためとみられる。

りの不燃材料として，鋼材，ガラス，コンクリートなどがCe が 3 価とみられるので，結晶形でいえば， Ce2Si2O7 に思い浮かぶ。それらをまとめて溶かした混合物を「スラグ」

相当すると考えられる13)。しかし，スラグ中の CeO 対のと呼んでいる。ここでは，溶融スラグ中に含まれる微量成

デバイワーラー因子が 0.015～ 0.018 Å2 と非常に大きな分の元素がどのような化学状態にあるのかを，高エネル

値であること，構造関数の第 2 配位圏に有意なピークがギー XAFS 分析によって調べた。

認められないことから， Ce が結晶相にあるとは考えられ評価したスラグの組成は SiO2 CaO Fe2O3 CeO2 であない。溶融時の EXAFS 関数の位相の変化および動径構

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 275

した高エネルギー XAFS を駆使して初めて明らかにできた知見である。このように，比較的軽い元素からなるスラ
グ本 体中 の重 い元素 の構 造情報 取得は ，高 エネル ギー
XAFS の得意とするところであり，その構図はガラス固化体でも同じである。放射光 XAFS 法は，スラグやガラス固化体中の成分がどのような局所構造，化学状態に置かれているのかを知る上で，他の手法には替えがたいアドバ
ンテージを有している。

3. ガラス中で起こる白金族元素の凝集
ガラス固化処理で使用されるガラス原料は，多くの元素を安定に閉じ込める性能が担保できるものを選ぶ必要があFig. 2

Ce K-edge EXAFS functions k3x (k) and Fourier transformmagnitudes of k3-weigthed |FT(k3x(k))| of slag sample B3(dashed lines in the FT magnitude denote theoretical ˆtting
curves).

る。しかし，包含されるべき廃液成分の元素が 30 種以上にも及ぶと，中にはガラスに溶けない，溶けにくい元素が実際に存在してくる。ホウケイ酸ガラスでは，白金族元素が溶けにくいことが知られており，たとえばルテニウム（ Ru ）の溶解度は最大でも数千 ppm 程度と報告されてい造関数の第 1 ピーク位置の変化から，室温から高温までる16) 。高レベル放射性廃液はこれらの白金族元素（ Ru,の固体状態における Ce の原子価は 3 価であったが，溶融Rh および Pd ）を含んでおり，厄介な元素となる。ガラ状態では Ce O 距離が短くなり（ 2.34 Å ）， 4 価に変化しス溶融炉を操業していると，ガラスに溶け込まない白金族

たと考えられる。融体を再び固化すると CeO 距離も元に元素が析出粒子として凝集し，その重みにより沈降し，溶戻った（ 2.40 Å ）。 Ce 元素の K 吸収端の XANES は，ホ

融炉の底部に堆積していく。そのため，定期的に炉底に蓄ワイトラインがなだらかになるが，3 価と 4 価変化に相当積した白金族元素を取り除く作業（炉底残留ガラスのはつするエネルギーシフト14) が，この溶融および固化においり作業）が必要になる。筆者らは，非放射性物質を使ったてもはっきりと観察された。これらの結果は，高温溶融状

実機大のガラス固化体製造試験から採取したガラス溶融炉

態で，スラグ中の Ce が一時的に 4 価に変わっていること

底部の堆積物の XAFS 分析を実施するなどして，凝集かを示している。これは，スラグ成分の Fe が溶融時に還元

ら沈降堆積に至る挙動を把握しようとした。一方で，白側へ動き 2 価成分を増やす影響，鉄の還元に対する補償

金族元素の凝集は，ガラスが高温の溶融状態にあるときにと考えられる。ホウケイ酸ガラスにおいても， Fe 含有量

発生し成長している。従って，溶融状態において白金族元と Ce の酸化数に密接な関係があることが分かっている。

素に何が起きているかを調べる必要があった。しかし，廃この結果のもう 1 つ興味深い点は，室温と 1500 °C とい液が入ったガラスは黒色であり，視覚的に溶融ガラス中でう大きな温度差があるにも関わらず，EXAFS 関数の振幅，の白金族元素の振舞いを観察することは出来ない。また，

R 空間で言えば動径構造関数の第 1 ピークの高さが，ほ30 以上もの元素からなる対象の中から，白金族元素の動

とんど変わりないということである。高温あるいは極低温

きだけを追跡することは容易ではない。

における XAFS 測定の経験がある方なら， EXAFS デー

そこで，汎用の光学機器を組み合わせて整備したイメー

タが測定温度にかなり敏感であること，これほどの温度差

ジング XAFS 測定系7,8,17) を用い， Ru の K 吸収端よりわがあり，しかも固体と液体という状態の違いがあれば，振ずかに高いエネルギー帯で，透過 X 線の撮影による観察

幅やピーク高に極めて大きな差をもたらすと容易に想像でを 試 みた 。 イメ ー ジン グ XAFS 測 定系 で は ，透 過 法のきる。ときには，同じスケールのグラフに収めるのが困難

XAFS 測 定 系 の う ち ， 試 料 よ り 下 流 側 の 検 出 器 の 位 置

なほどの差になることもある15) 。しかし，このスラグ中に，透過 X 線を可視化するビームモニタ（浜松ホトニクの Ce は，高温にしても溶融させても，室温状態と最近接

ス製 AA40）と可視化した画像を保存する高感度デジタル

CeO 対の揺らぎ成分にほとんど変化が無いことが明らか

カメラをセットする。透過 X 線画像は，吸収端エネルになった。これは，固体状態で Ce の局所構造がかなり無ギーを超えると，吸収元素の存在する領域が取得画面上で秩序な状態にあるためと解釈できる。

黒く変化する。しかも，その元素が凝集し，極めて高い濃スラグ中に 5しか含まれていない CeO2 が，固体では度で存在すれば，画面上でハッキリとした黒色の塊として

3 価，高温の溶融状態で一時的に 4 価になること，その高観察できると考えた。ここでは， XAFS 信号を得ること

温溶融状態とほとんど変わりないゆらぎ成分をもって固体よりも，高温融体中での動きを鮮明な画像として取得し，状態で存在していることは，Ce 元素の K 吸収端を対象と動画を作成するという目的から，高速度の CCD カメラ

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トピックス ■ 廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための放射光利用（浜松ホトニクス製 C9300 024 ）を使用した。 Fig. 3 に，存在もさることながら，これがどのようにして発生し，高室温固体のホウケイ酸ガラス中で確認された Ru の凝集体

温融体中でどう振る舞っているかを知ることである。

の透過 X 線画像を示す。ホウケイ酸ガラスにおいて，ルFig. 4(a)および(b)に，昇温とともに観察された Ru の凝テニウムは RuO2 として存在する18)が，その生成経路が硝集体の様子を，加熱前から加熱終了までの10枚と Ru の大酸ルテニウム経由の場合に，針状結晶が成長しやすいこと

きな凝集体が観察された約 5 分間の 8 枚をそれぞれ示が知られている19) 。この針状結晶が，引っ掻き手のようす。測定における画像取得の露光時間は20 ms とした。高に働き，どんどん絡み合って大きな凝集体に成長し，その温のガラス融体の中で， Ru の凝集体が形成され，発達重みにより炉底に向かって沈殿していくという見方が有力

し，底部へ沈降していく様子が，はじめて視覚的に捉えらである。図から，針状の析出物が互いに絡み合って大きなれた。 Fig. 4 ( a )から，ガラスが溶けた 900 °C から，気泡のかご状の凝集体になっていることが分かる。この画像は，発生が目立ちはじめ，気泡が大きくなっている様子が認め

Ru の K 吸収端エネルギーよりもわずかに高い 22.2 keVられる。その後，画面に黒い領域が現れるが，これが Ruの X 線の透過画像である。このように，吸収端エネルの凝集体である。この観察で確認された大きな凝集体の出ギー以降の画像上の Ru 元素の黒色化により， Ru の凝集

現から沈下までを Fig. 4(b)に示したが，動画において確認の様子が確認できる。重要なのは，このかご状の凝集体のされたのは，凝集体が高温の溶融状態で激しく上下左右さ
らには回転しながら動く中で，大きく成長している様子，
さらにそれが崩れることなく沈降していく様子であった。
気泡の発生などにより激しく動くことで，凝集体が一定の大きさ以上には成長できず，崩壊するのではないかと予想した。しかし，ガラス固化試料の中で確認されたようなかご状の凝集体は，想像以上に頑丈で剛直（ rigid ）である
ことが分かった。凝集体の動きが止まった時間を利用してRu 元素 K 吸収端のイメージング XAFS を取得したが，凝集体の Ru 元素の化学形は高温でも RuO2 であった。このような高温溶融状態における Ru 元素の動きを，様々なガラス製造条件に対して動画として記録することで，白金Fig. 3

X-ray imaging photo of the simulated glass obtained at 22.2
keV. The aggregation of needle-like RuO2 solid is observed
as a cage form.

Fig. 4族元素の凝集，沈降および堆積の問題へ対処するための重要な情報になった。

X-ray imaging photos of the simulated glass at high-temperature obtained at the X-ray energy of 22.2 keV. (a)The imaging photos obtained from room temperature to melting. The aggregation of ruthenium was observed after the bubbling. (b) The motion of ruthenium aggregation observed during 5 minutes.

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4. イメージング XAFS による異種元素間の化学的相関
次に，イメージング XAFS を複数の元素に利用することで，元素間の化学的な相関関係を導出した試み9)を紹介する。この解析法は，イメージング XAFS 法の拡張版，発展版にあたるが，これまでに土壌中に吸着したセシウムと土壌中の鉄の酸化数との相関関係を明らかにするなどの成果20) をあげている。そこでは，ある土壌中で 3 価の鉄を多く含む領域に，セシウムがより多く吸着していることを，鉄とセシウムのイメージング XAFS を組み合わせた解析から見いだした。我々は，同様な分析法を，ガラス固化試料にも適用している。
ホウケイ酸ガラス中における白金族元素の化学形は，ほとんどのケースにおいて， Ru は RuO2 ， Pd は金属（ Pd

Fig. 5

Scheme of the imaging XAFS analysis including chemicalcorrelation analysis and obtaining separated imaging XAFS.

単体あるいは合金）である。化学状態の把握と解釈が難し
いのは Rh であり，金属と酸化物が混在し，その割合がガラス溶融炉内の雰囲気や運転条件などによって，目まぐる

XAFS 分析だけでは不十分なので，我々はイメージング

しく変化する18) 。さらに， XAFS 分析から，酸化物の化

XAFS 分析法を併用している9)。

学形が Rh2O3 ではなく，酸化数が高い RhO2 であること

イメージング XAFS 法を利用して， Ru と Rh の間の化が明らかになっている。これまでに取得した膨大なホウケ

学的な相関を調べた研究の流れを Fig. 5 に示す。まず，同イ酸ガラス系試料の詳細な XAFS 分析から， Rh2O3 の存

じ試料の同じ領域（視野）のイメージング XAFS 測定を，在を示す痕跡は見つかっておらず，酸化物はすべて RhO2

Ru と Rh の K 吸収端に対して実施する。すると，画像中であった。 Rh 金属と共存する酸化物が，単体で安定な 3のピクセル数に相当する Ru と Rh のイメージング XAFS

価の Rh2O3 ではなく，むしろ不安定な 4 価の RhO2 であスペクトルが得られる。その XAFS スペクトルの吸収端

るのは，RuO2 との間で（Ru, Rh）O2 固溶体が形成され，ジャンプ量を，各ピクセルに対して Ru と Rh について求

それが極めて安定であるためと解釈されている21) 。しか ）。このプロッ
め，それを X Y プロットする（図中の◯し， Rh 金属を酸化して出来る酸化物は紛れもなく Rh2O3

トは，試料中の Ru と Rh の分布の特徴を表している。たのはずであり，それを通り越して 4 価が安定で存在し，

とえば， Ru の分布と Rh の分布傾向が一致する，つまりRh2O3 がガラスから検出されないというのも不思議である。

Ru が 多いと ころ にも 比例 して Rh が多 くあ るので あれ

もともと Ru と Rh という元素は，良く似たもの同士でば，右上がりの分布になるはずである。一方， Ru と Rhある。密度はほぼ同じで，金属結合半径も Ru が 1.325 Åの分布に何も相関が無い場合は，L 字型や円状の分布などに対 して Rh が 1.345 Å で ある 。 RuO2 と RhO2 の 結晶 形を示す。次に，この XY プロットから，A と B の点の集も同じで，格子定数もほぼ同じなので， X 線回折では区まり（領域）を選んだ。領域 A は Ru が多く分布し Rh も別がつかない。ガラス固化体では，結晶質の成分があるこ

多く分布する領域であり，領域 B は Ru は少ないが Rh はとは良くないので， X 線回折によって結晶性のピークが多い領域である。この XY プロットの各点は，画像中のあるかどうかを調べる。その際に，RuO2と（Ru, Rh）O2

ピクセルに，1 対 1 で対応している。そのため，このプロの区別ができないのである。我々は， Ru と Rh の酸化物

ットの特徴をもとに，特定の領域だけを分離してイメージの区別をつけられないまま，ガラス固化体の性質を評価し

ング XAFS スペクトルを導出することが可能になる（図ていることになる。一方， Rh 金属は， Pd と合金を形成

）中◯。この操作により， A と B の領域だけからなる Rh

していると言われている。こちらも， Rh 金属と Pd 金属

元素のイメージング XAFS を求めて，Ru との相関関係ががともに面心立方構造をとり，格子定数もさほど差は無）評価できる（図中◯。導出された結果を見ると，領域 A

く，安定な合金になる。ただし，ガラス固化体中の Pd は，のスペクトルは酸化物（RhO2）の特徴を示し，領域 B はRh と 合 金 を 形 成 す る も の も あ る が ， Te と の あ い だ で

金属 Rh とよく一致することが分かった。つまり， Ru とPd Te 合金を形成し安定化するとの報告がある22) 。これ分布が一致している Rh の化学形は RhO2 であり，一致しらの違いは， Pd の周りの散乱体が白金族元素か Te かでていない Rh の化学形は金属であった。これは， Rh の化

大きな違いが出るので，容易に区別が出来る。このように学形が， Ru 分布との相関によって決まってしまう可能性

白金族元素どうしの性質が似通っていることから，ガラスを示している。換言すれば，ガラス固化体中の Rh の化学

固化体内における化学状態を理解するには，通常の形は，Ru の存在量とその分布によって支配されているの

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トピックス ■ 廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための放射光利用ではないかということを示している。ここまでくると，でテーションおよび同機構 PF AR の NW10A ステーショ

は Ru が存在しない状態になれば， Rh の化学形は RhO2ンを利用して行われた。高温スラグの高エネルギーにはならないのではと考えられる。実際に，Ru を省い

XAFS は BL11XU に お け る 課 題 番 号 2014A3504 お よ び

た条件下でガラスを調製すると，Rh は金属あるいは金属

2014B3504において，溶融状態のイメージング観察実験はと酸化物 Rh2O3 の混合状態となり，RhO2 が形成されない

NW10A における課題番号 2010G048 において，イメージ

こ と が確 認 さ れ てい る23) 。 こ れは ， 溶 融 ガ ラス の 中 でング XAFS による異種元素間の相関解析は BL 27B にお（ Ru, Rh）O2 が形成されたと言うよりは， Ru と行動を共ける課題番号 2016G064 において実施された。また，イにしていた Rh の化学形が酸化物として，独立して存在しメージング XAFS による異種元素間の相関解析は，科学ていた Rh は金属としてガラス中に存在しているというよ

研究費補助金基盤(C)15K04739による成果である。

うに考えるべきであろう。いずれにしても， Ru と Rh の参考文献

化学状態は，それらの元素の分布に強い影響を受けていることが，イメージング XAFS 分析の結果，明らかになった。こうした知見を受けて，ガラス溶融炉内でバブリング
操作が試験されている。バブリングによって，溶融炉内の酸化還元状態が変化するだろうという予測，対流を促すことで，白金族元素の凝集を抑制できるだろうという期待からである。我々は， Ru の凝集の様子や Rh の化学形の問
題を探ってきたが，バブリング操作がどのような影響をもたらすのかを現在も調べている24) 。また，もう 1 つの白金族元素である Pd と Rh の相関についても， Rh 金属との間で合金を形成しているのかを含めて，イメージング
XAFS による探求を進めている。

5. おわりに
放射性廃棄物処理においては，健全性を確保しながら，
よりいっそうの廃棄物充填率向上が要求される。これら安全性と廃棄物減量の両立に応えられる廃棄物形態の研究開発が喫緊の課題である。ここでは放射光 XAFS とイメー
ジン グ XAFS の 適 用 例を 紹 介し たが ， 放 射光 分 析技 術
は，その開発において極めて有効なツールである。特に，多成分系試料であるガラス固化体は，分析の対象としても複雑さ難解さは際立っており，ここで紹介したトピックス
以外にも，探索すべき個別の課題はまだ残っている。いわ
ゆる「分析の道場」の様相を呈しており，放射光 XAFS
以外の放射光分析技術の活用が期待される。たとえば，ガラス固化体は結晶性を帯びてはいけないが， X 線回折測定を実施してピークの有無をみて，結晶か非晶質か判断すると いうだ けで は心許 ない 。中距 離秩序 を調 べら れる
PDF 解析法，長範囲の構造を見られる小角散乱法，さらに歪み解析などで，放射光が貢献できる余地はまだまだ多い。我々は，こうした分析法の利用を視野に入れながら，放射光分析技術を駆使して，ガラス固化技術の高度化へ貢献していく予定である。
謝辞
本トピックスにおける放射光実験は，大型放射光施設
SPring8 の BL11XU ビームライン，高エネルギー加速器

1)

今田高俊，鈴木達治郞，武田精悦，石橋克彦，山口幸夫，
舩橋晴俊，千木良雅弘，山地憲治，柴田徳思，大西 隆
「高レベル放射性廃棄物の最終処分について」学術会議叢書，（公)日本学術協力財団 (2014).
（21）2) G. Roth and S. Weisenburger: Nucl. Eng. Des. 202, 197(2000).
3 ) 加藤 潤，中川明憲，谷口拓海，榊原哲朗，中澤 修，目黒義弘JAEAReview 2017015 (2017).
4) D. A. McKeown, H. Gan and I. L. Pegg: J. Nucl. Mater. 488,
143 (2017).
5) G. Calas, L. Galoisy, L. Cormier, G. Ferlat and G. Lelong:
Proc. Mater. Sci 7, 23 (2014).
6) Y. Okamoto, T. Osugi, M. Akabori, T. Kobayashi and H.
Shiwaku: J. Mol. Liq. 232, 285 (2017).
7 ) 岡本芳浩，中田正美，赤堀光雄，塩飽秀啓，駒嶺 哲，
福井寿樹，越智英治，仁谷浩明，野村昌治日本原子力学会和文論文誌 11, 127 (2012).
8) Y. Okamoto, M. Nakada, M. Akabori, S. Komamine, T.
Fukui, E. Ochi, H. Nitani and M. Nomura: Electrohemistry81, 543 (2013).
9) 岡本芳浩，永井崇之，塩飽秀啓，猪瀬毅彦，佐藤誠一日本原子力学会和文論文誌 16, 180 (2017).
10) N. Nakashio, T. Osugi, H. Iseda, T. Touhei, T. Sudo, J.
Ishikawa, M. Mitsuda, T. Yokobori, K. Kozawa, T. Momma
and M. Ohkoshi: J. Nucl. Sci. Tech. 53, 139 (2016).
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12) Y. Okamoto, H. Shiwaku, T. Yaita, S. Suzuki and M. GauneEscard: J. Mol. Liq. 187, 94 (2013).
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研 究 機 構 放 射 光 実 験 施 設 Photon Factory の BL 27B ス

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 279

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23 ) 永井崇之，小林秀和，岡本芳浩，塩飽秀啓，秋山大輔，

佐藤修彰日本原子力学会 2017 年秋の大会 2A24 ，札幌，
（2017).
24 ) 岡本芳浩，小林秀和，永井崇之，小林博美，本間将啓，廣野和也，畠山清司，塩飽秀啓日本原子力学会 2017 年秋の大会 2A09，札幌，2017年 9 月．

著者紹介
岡本芳浩

塩飽秀啓

日本原子力研究開発機構 グループリーダーE-mail: yokamoto＠spring8.or.jp
専門高温化学，溶融塩化学［略歴］
1991 年 3 月東京工業大学大学院理工学研
究科原子核工学専攻博士課程修了。博士（ 工 学 ）。 1991 年 4 月 日 本 原 子 力 研 究 所（当時）入所。2016年 4 月より現職。

日本原子力研究開発機構 研究副主幹
E-mail: shiwaku＠spring8.or.jp
専門放射光科学，放射光測定技術開発［略歴］
1992 年 3 月総合研究大学院大学数物科学
研究科放射光科学専攻博士課程後期修了。
博士（学術）。ポストドクを経て 1993 年
4 月日本原子力研究所（当時）入所。2005
年 4 月より現職。

永井崇之
日本原子力研究開発機構 研究主幹
E-mail: nagai.takayuki00＠jaea.go.jp
専門電気化学，溶融塩化学［略歴］
1987 年 3 月大阪大学大学院工学研究科電磁エネルギー工学専攻修士課程修了。
1987 年 4 月 動 力 炉  核 燃 料 開 発 事 業 団（当時）入社。 2007 年 9 月京都大学大学院
工学研究科原子核工学専攻博士課程修了。
博士（工学）。2011年 5 月より現職。

Synchrotron radiation based X-ray absorption
study for upgrade of nuclear waste vitriˆcation
technique
Yoshihiro OKAMOTO

Materials Sciences Research Center, Japan Atomic Energy Agency, 111
Kouto, Sayo, Sayo-gun, Hyogo 6795148, Japan

Takayuki NAGAI

Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories, Japan Atomic Energy Agency, 433
Muramatsu, Tokai, Naka-gun, Ibaraki 3191194, Japan

Hideaki SHIWAKU

Materials Sciences Research Center, Japan Atomic Energy Agency, 111 Kouto,
Sayo, Sayo-gun, Hyogo 6795148, Japan

Abstract

As a method for disposal of nuclear waste, the use of vitriˆcation technique is very promising. In
this technique, many kinds of elements should be involved stably in the glass and chemical stateof these elements in the glass must be conˆrmed in order to guarantee stability of the glass. We
have used synchrotron based X-ray absorption ˆne structure (XAFS) technique, in which the element selectivity is utilized, to obtain the chemical state of each element in many kinds of simulated glass samples. In addition, imaging XAFS technique has been used to clarify correlation between constituent elements. We are going to contribute to research and development of thevitriˆcation technique by using synchrotron radiation based XAFS analyses.

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