5.4 環境試料中ルテニウム分析技術の開発
Development of Measurement Method for Hydrogen Oxidation in Andosol
武田 晃,高久 雄一, 海野 佑介
環境影響研究部

Akira TAKEDA, Yuichi TAKAKU, Yusuke UNNO
Department of Radioecology
Abstract
Radioactive ruthenium can be accidentally released during operation from spent nuclear fuelreprocessing plants to the surrounding environment. Analyses of stable ruthenium in environmental samples
and in experiments using stable ruthenium can provide useful knowledge related to investigating the fate ofradioactive ruthenium in the environment. We tried to develop quantitative and qualitative analyses forruthenium in environmental samples as a feasibility study. Concentration of ruthenium in a reference rockmaterial containing a high ruthenium content was successfully determined by ICP mass spectrometry after
decomposition by the alkali fusion technique. In addition, speciation analysis of Ru added to an environmental
water sample was performed by X-ray absorption fine structure analysis. The Ru‒K edge X-ray absorption
near-edge structure spectra were different among the Ru compounds, including RuO4, RuO2, Ru(NO)(NO3)3and RuCl3. The chemical forms of RuO2, Ru(NO)(NO3)3, and RuCl3 did not change for about 1 day after
addition to ultrapure water or rainwater, though further investigation of the experimental conditions for RuO4
is necessary.
1. 目的
大型再処理施設の異常事象時に環境への放出が懸性ルテニウムの挙動を調べるために、まずは安定同念されている放射性核種として放射性ルテニウム位体を利用することを計画しているが、これまでに（Ru-106、半減期374日）がある。大型再処理施設に環境研において環境試料中のルテニウムを分析したおいて発生する可能性のある設計基準事故に係る事実績はない。ルテニウムの安定同位体を用いた実験

象のうち、短時間の全交流動力電源の喪失時に外部が可能かどうか確認するために、分析手法の基礎的への放出される可能性がある核種はRu-106が最も多な検討を行う必要がある。

いと試算されている。万が一、環境へ放射性ルテニ

本自主研究課題では、令和3年度以降の交付金調査

ウムが放出され、地表に沈着する状況が生じた場合、事業のフィージビリティテストとして、環境試料中その挙動を予測し、除染等の対策を講じることが求ルテニウムの定量および存在形態分析を行うためのめられる。

手法の基礎的な検討を行う。

環境中における放射性ルテニウムの挙動については、十分に研究が行われておらず、科学的知見に乏

2. 方法

しい。放射性ルテニウムは多様な化学形態を取りう

1）定量分析法の基礎検討
固体試料中のルテニウム濃度を定量するため、アるため、その形態によって環境中における挙動が大ルカリ融解法による前処理方法の検討を行った。岩きく異なることが予想される。
このため、環境研では、令和3年度よりルテニウム石標準試料BHVO-2（USGS Hawaiian Basalt）及び六を対象とした調査を開始する。環境中における放射ケ所村内牧草地から採取した土壌試料を検討に用い- 54 -

た。後者は風乾試料を微粉砕した後、電気炉を用い22135 eV付近にピークが現れた。RuCl3のXANESスて800℃で8時間加熱した。試料0.1 gと融剤（Merck

ペクトルには22130 eV付近と22139 eV付近にピーク

Spectromelt A12: 66% 四ホウ酸二リチウム、34% メが現れた。これらのことからRu K端XANESスペクトタホウ酸リチウム）1 gを混合し、白金るつぼ内でビルを測定することで添加試料を区別可能であること

ード＆フューズサンプラ（東京科学、TK-4100型）をが示された。超純水または雨水に添加直後及び添加用いて加熱した。白金るつぼ内の融成物を3%硝酸で1時間後の試料のXANESスペクトルには差異が見ら溶解し、ICP質量分析（Agilent 8800）によりルテニウれなかった。これらのことから本試験において用いム濃度を定量した。

た濃度及び試料形態においては、雨水中において1時

2）定量分析法の基礎検討

間程度はいずれの試料の化学形態も変化しないこと

大型再処理施設からの万が一の放出が懸念されてが示された。また添加1日後のRuO2、Ru(NO)(NO3)3、いる四酸化ルテニウム（Ruthenium(VIII) tetroxide,

及びRuCl3 試料のXANESスペクトルは添加直後のRuO4）に加えて、RuO4が窒素酸化物などと反応してXANESスペクトルと差異が見られなかった。一方で、

生 じ る二 酸化 ル テニ ウム （ Ruthenium(IV) dioxide,

RuO4添加試料では添加1日後の時点でキュベット壁RuO2）、高レベル濃縮廃液貯槽中における主要形態に黒い沈着が見られた。これはRuO4がポリメチルメとして想定されているニトロシル硝酸ルテニウムタアクリレート製キュベットと反応した結果RuO2(Ruthenium(III) nitrosyl nitrate, Ru(NO)(NO3)3）、及びが生じたものと考えられる。これらのことからRuO2、環境中におけるルテニウム動態調査に用いられるこRu(NO)(NO3)3、及びRuCl3については本試験に用いたとの多い塩化ルテニウム（Ruthenium(III) chloride,条件では雨水中において1日程度は化学形態の変化RuCl3）を添加試料として用いた。超純水及び雨水にが生じないことが示されたが、RuO4についてはさら試料を1000 ppm添加し、添加直後、添加1時間後、及なる実験条件の検討が必要であることが示された。

び添加1日後にX線吸収微細構造を解析した。X線吸収微細構造解析はポリメチルメタアクリレート製キュベットに液体試料を封入しSPring-8のBL14B2を用いて行った。

3. 成果の概要
1）定量分析法の基礎検討
アルカリ溶解により得られた溶液試料中のルテニウムをICP質量分析により検出することが可能であった。標準岩石試料BHVO-2のルテニウム濃度の測定値は0.12 µg kg-1であり、報告されている参考値と概ね一致していた。六ケ所村内の牧草地から採取した土壌試料中ルテニウム濃度は0.06 µg kg-1であったが、より正確な測定には更なる検討が必要である。
2）存在形態分析法の基礎検討
超純水に添加直後のRu K端X線吸収端近傍構造（XANES）スペクトルは試料間で異なった。RuO4の
XANESスペクトルには22110 eV付近のショルダーピークを伴った22150 eV付近のピークが現れた。
RuO2のXANESスペクトルには22130 eV付近と22137eV付近に同じ程度のピークを持つこぶ状のピークが現れた。Ru(NO)(NO3)3 のXANESスペクトルには- 55 -図1 ルテニウムを添加した超純水及び雨水試料のRu-K端XANESスペクトル
A. RuO4, B. RuO2, C. Ru(NO)(NO3)3, D. RuCl3.
[1] 超純水に添加直後 [2] 超純水に添加1時間後に添加1日後 [5] 雨水に添加1日後- 56 -[3] 雨水に添加1時間後[4] 超純水