ガラス固化体の長期鉱物化に関する研究(III)

Fundamental Study on HLW Glass Corrosion and Mineralization(III)

稲垣 八穂広*

Inagaki, Yaohiro*

高レベル放射性廃棄物ガラス固化体の浸出挙動に関するこれまでの研究より、ガラス固化体は地下水との反応によってゆっくりと溶解するとともに、より安定な鉱物に変質する(変質相、2次鉱物相)ことが予測される。この鉱物化反応はガラス固化体の溶解速度および核種の固定化に密接に関係し、ガラス固化体からの核種浸出挙動において重要な過程になると考えられる。しかしながら、これらの挙動は環境条件に大きく依存し、反応機構の充分な理解には至っていない。このような現象を地球化学的に充分理解、評価することは、ガラス固化体の長期性能を検証する上で重要な役割を果たすものと考えられる。 本研究(H13H15)では、処分環境におけるガラス固化体の溶解/変質とそれに伴う核種浸出の機構を定性的、定量的に明らかにし長期浸出モデルの信頼性を高めることを目的とし、模擬ガラス固化体P0798を用いた各種条件における浸出/変質実験および解析を行ってきた。本年度(H15)は、溶解/変質速度の温度依存性およびベントナイト共存下での溶解/変質挙動を評価することを目的として浸出/変質実験および解析を行い、また、これまでに得られた成果の浸出モデルへの適用について考察した。溶解/変質速度の温度依存性については、その速度をガラスの水和変質を基にした拡散方程式を用いて解析し、拡散係数として210m/s (60C)510m/s (120C)、活性化エネルギーとして52kJ/molの値を得た。ベントナイト共存下での溶解/変質挙動については、共存しない場合と同様にその速度は水和変質反応に律速され、また、浸出したCsはガラス表面析出層ではなくベントナイトにイオン交換による吸着によって固定化されることがわかった。成果の浸出モデルへの適用については、水和変質(拡散)を基にした浸出モデルを用いて長期挙動を評価し、ガラス固化体はH12レポートにおける評価よりも高い核種保持性能を持つ可能性があること、ガラス固化体の割れ後の形状、サイズが拡散係数とともに大きな影響を及ぼすことがわかった。

A large number of studies on aqueous corrosion of HLW glass have shown that the glass reacts with water to form more stable solid phases (alteration-phases or secondary phases). The process of alteration-phase formation is expected to play an important role in the radionuclide release from the glass, because it can affect both the glass dissolution rate and the retention of radionuclides in the phases. However, these processes of alteration and diffusion have not been evaluated in details. Therefore, a sound understanding of the glass corrosion mechanism under disposal conditions for long-term is expected to be essential for validation of the long-term performance. The purpose of this study (fiscal year 2001-2003) is to understand, qualitatively and quantitatively, the glass corrosion and associated elemetal release under assumed disposal conditions for long-term referring to geochemical mechanism in order to establish the validation for long-term corrosion/leaching model. This report (fiscal year 2003) discusses temperature dependence of the glass corrosion rate, effects of bentonite on the glass corrosion, and application of the results to the long-term corrosion model, on the basis of the results of corrosion tests performed with a simulated HLW galss, P0798, under various inditions. The conclusions are; 1) the glass corrosion rate can be analyzed by use of hydration(water diffusion) model, and values of the diffusion coefficient are evaluated to be 210 m/s (60C) to 510 m/s (120C) with the activation energy of 52kJ/mol, 2) the presence of bentonite cannot affect the glass corrosion rate, but most of Cs released from the glass are sorbed on bentonite by ion-exchange, 3) application of the hydration (water diffusion) model to the long-term glass corrosion analysis indicates that the glass has higher potential than that evaluated in H12 report and the glass size is one of key parameters.