飽和に近い条件におけるガラス固化体の溶解メカニズムに関する研究の現状と今後の課題

Glass dissolution mechanism under nearly saturated conditions; Current state and the future

前田 敏克; 山口 徹治 ; 馬場 恒孝; 臼井 秀雄

Maeda, Toshikatsu; Yamaguchi, Tetsuji; Bamba, Tsunetaka; Usui, Hideo

ガラス固化体に接触している溶液中のSi濃度が高く、ガラス固化体と溶液との間の化学親和力の小さい条件、すなわち飽和に近い条件での、ガラス固化体の非常にゆっくりとした溶解に着目し、固化体性能評価の妥当性を判断する際に必要となる溶解メカニズムの解明と溶解モデルの確立に向けた今後の検討アプローチを示した。まず、既往の研究から、もっとも可能性の高い溶解メカニズムを推定し、その溶解の律速過程として、ガラス固化体表面に形成される変質領域中でのオキソニウムイオンの拡散を想定するという仮説を導き出した。次に、このメカニズムの妥当性確認のために必要なデータとそれを取得する実験手法を提案した。さらに、性能評価に適用可能な溶解モデルを整備するにあたって、ガラス固化体の表面積と変質領域の安定性の評価が必要となることを示した。

An experimental approach was proposed to understand the mechanism and model for slow dissolution of high-level radioactive waste glass under disposal conditions where silica is nearly saturated in contacting pore water. Based on an extended literature survey covering recent experimental results on glass dissolution, we have reached a hypothesis that the slow dissolution is limited by diffusion of oxonium ions in an altered layer formed on the glass surface. We suggested several experimental methods such as an elaborate and systematic diffusion experiment using thin glass membranes of tens-of-micrometer thickness to validate the hypothesis. Also pointed out was that dissolution model applicable to glass waste form performance evaluation takes into account the surface area evolution and stability of altered region of the waste form.