Application of ICP-MS to analysis of nuclear fuel debris and radioactive wastes

ICP-MSの核燃料デブリおよび放射性廃棄物分析への適用

岩崎 真歩; 佐藤 宗一 

Iwasaki, Maho; Sato, Soichi

2011年3月に東北地震そして津波が続けておこった。この地震によって引き起こされた津波は東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(1F)の冷却システムの喪失を引き起こした。冷却システムの喪失は原子炉13号機の燃料の最低でも一部のメルトダウンと原子炉1号機, 3号機の水素爆発を起こした。爆発の結果として、膨大な放射性物質が環境中に放出され、1Fサイトを含む広範囲が汚染された。日本原子力研究開発機構(JAEA)は現在1Fサイトの隣に放射性廃棄物と1Fサイトで生成した燃料デブリの特性分析を目的とした「大熊分析・研究センター」を建設している。1Fサイトから持ち出された放射性廃棄物試料は主に従来の放射線測定法による分析が計画されている。これらの測定は、事前に複雑で時間のかかる工程を含む化学分離と精製を必要とする。化学分離を避けることを目的として、長半減期核種の分析において、放射能分析と比較して感度の利点がある結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)を適用した。同重体干渉は質量分析における解決すべき主要課題である。本発表では、放射性核種の質量分析法の手順と、Zr-93を例とした詳細な測定結果について報告する。

The Tohoku Earthquake and the tsunami that followed occurred in March 2011. The surge from the tsunami caused loss of cooling system in Tokyo Electric Power Company Holdings Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F). The loss of cooling system allowed the fuel in reactor units 1-3 at least partially meltdown and caused hydrogen explosions in unites 1 and 3. As the results of the explosions, a large amount of radioactive materials were released into the environment and contaminated a vast area containing the 1F site. Japan Atomic Energy Agency, JAEA, currently sets up an Okuma Analysis and Research Center next to the 1F site, which aims at characterizing radioactive wastes and fuel debris generated in the 1F site. Radioactive waste samples taken in the 1F site are planned to be analysed by mainly conventional radiometric methods. These measurements require complicated and time-consuming process including chemical separation and purification in advance. To avoid the chemical separation, Inductively Coupled Plasma-Quadrupole Mass Spectrometry, ICP-QMS, which has an advantage of sensitivity over radiometric analysis for long-lived radionuclides, was applied. Isobaric interference is the major task to be solved for the mass spectrometric analysis. The procedure of the mass-based analytical method for radionuclides and the detailed results for an example case for Zr-93 are described in this presentation.