Synchrotron radiation photoemission electron microscopy analysis of clay minerals containing cesium

セシウム含有粘土鉱物の放射光光電子顕微鏡分析

吉越 章隆 

Yoshigoe, Akitaka

粘土鉱物中のCs除染は、Csが粘土に強固に結合しているため困難となっている。Csを効率的に除去する方法の開発は、非常に重要な問題であり、粘土鉱物中のCs吸着およびその物理化学的性質の基礎的理解は重要である。本研究では、人工的に吸着した非放射性Csを含むミクロサイズの風化黒雲母粒子のピンポイント分析をシンクロトロン放射線光電子顕微鏡(SR-PEEM)によって実現した。粘土の絶縁特性にもかかわらず、適切な表面処理によって帯電問題なしにナノメートル分解能を有する構成元素の空間分布を観察した。ピンポイントXASスペクトルは、FeおよびCsの化学状態の情報を与え、Cs吸着が電荷補正によって起きることを強く示唆している。Cs含有量が極端に低い現実のサンプルに適用するにはさらなる技術開発が必要であるが、Cs吸着粘土鉱物のナノスケール分析に有効であることを示す第一歩となった。

Decontamination of Cs trapped in clays is considered to be difficult because Cs atoms tightly bind to the clays. Therefore, the development of the methods to efficiently remove Cs from polluted areas has become a matter of great importance and has motivated research into basic understanding Cs adsorption to clay and its physicochemical properties. In this study, a synchrotron radiation photoemission electron microscope (SR-PEEM) was applied to demonstrate pinpoint analysis of micrometer-sized weathered biotite clay particles with artificially adsorbed non-radioactive Cs. Despite the insulating properties of the clay, we observed the spatial distributions of constituent elements with nanometer resolution without charging issues through a proper surface treatment. Pinpoint XAS spectra indicated the chemical states of Fe and Cs. The results strongly suggest that Cs adsorption took place via electrical charge compensation mechanisms. Further technical developments are required to apply to real-world samples with extremely low Cs content; however, we succeeded the first step towards applying this method to nanoscale analysis of Cs-adsorbed clay minerals.