Adsorption-desorption behavior of trace-level alkali metals on oxides and micaceous oxides

酸化物および雲母状酸化物表面における極微量アルカリ金属の吸脱着挙動

馬場 祐治  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵; 和泉 寿範

Baba, Yuji; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie; Izumi, Toshinori

粘土鉱物に吸着した放射性セシウムの化学結合状態を直接分光学的手法で観察することを目的とし、粘土鉱物の主要成分である石英、アルミナ、雲母に吸着したセシウムおよび他のアルカリ金属の化学結合状態を放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)で調べた。実際の放射性セシウムの原子数は極めてわずかであるため、マクロ量のセシウムと異なる結合状態をとると考えられる。そこで検出感度を上げるため、X線の全反射現条件でXPSを測定した。その結果、Cs-137の原子数に匹敵する極微量のセシウムおよび他のアルカリ金属のXPS測定が可能であることがわかった。XPSスペクトルにおける内殻結合エネルギーを比較したところ、雲母に吸着した極微量のセシウムはマクロ量のセシウムに比べて、よりプラスに帯電していることがわかった。これは雲母中の酸素のマイナス電荷の影響により、セシウムと酸素の間にイオン結合性が強い化学状態が生じるためと考えられる。このことは、極微量になると生じる特異な化学結合状態が、放射性セシウムが脱離しにくい理由のひとつであることを示唆している。

In order to clarify the chemical states of radioactive cesium in clay minerals, the X-ray photoelectron spectra (XPS) have been measured for cesium and the other alkali metals on oxides and micaceous oxides. Since the number of atoms in radioactive Cs-137 is extremely small, we focused on the adsorption of trace amount of cesium. For this purpose, we applied total reflection XPS (TR-XPS) using synchrotron radiation. For micaceous oxide, the TR-XPS spectra show that the cesium is more positively charged compared with that for thicker layer. It was shown that trace-level cesium in micaceous oxides is ionically bonded at the interlayer due to the negative charge of the micaceous oxide. We consider that the observed unique adsorption-desorption behavior is specific to only trace-level cesium.