軟X線領域のXAFS測定による模擬廃棄物ガラスの構造評価(共同研究)

Structural investigation of simulated waste glass samples by using XAFS measurement in soft X-ray region (Joint research)

永井 崇之  ; 岡本 芳浩  ; 山岸 弘奈*; 太田 俊明*; 小島 一男*; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*

Nagai, Takayuki; Okamoto, Yoshihiro; Yamagishi, Hirona*; Ota, Toshiaki*; Kojima, Kazuo*; Inose, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Hatakeyama, Kiyoshi*

廃棄物ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その廃棄物ガラスの化学組成によって変化する。本研究では原料ガラスや模擬廃棄物ガラス試料を作製し、軟X線領域のXAFS測定によりホウ素(B),酸素(O)及び廃棄物成分のセリウム(Ce)やセシウム(Cs)等の化学的状態及び局所構造を評価した。化学組成や原料ガラス形態等が異なるガラス試料を対象に、BのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度が高くなるとB-Oの4配位sp構造(BO)の存在比が高まる傾向を確認した。また、OのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、OのK吸収端スペクトルで観察されるプリエッジの高さは、試料中のFe濃度に依存することを確認した。長期化学的耐久性を評価した浸出試験前後のガラス試料表面を対象に、BのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、浸出試験後に試料表面のB-Oの4配位sp構造(BO)の存在比が高まる傾向を確認した。また、CeやCsのM吸収端等のXANESスペクトルを測定した結果、表層に存在するCeは浸出試験により酸化され、表層のCsの多くが浸出試験後に失われていることを確認した。また、XAFS測定に供したガラス試料の状態をラマン分光測定で確認した結果、原料ガラス形態や作製方法によって同様な化学組成であってもラマンスペクトルが異なることを確認した。

The local structure of glass-forming elements and waste elements in waste glass varies with its chemical composition. In this study, borosilicate glass frit and simulated waste glass samples were prepared and the local structure and chemical state regarding boron (B), oxygen (O), and waste elements of cerium (Ce), cesium (Cs) were estimated by using XAFS measurement in soft X-ray region. Following results were obtained by XAFS measurements of prepared glass frit and simulated waste glass samples: (1) The existence ratio of four coordinate sp structure (BO) tends to increase with increasing NaO content in glass samples. (2) The height of a pre-edge which appears by K-edge XANES spectrum of O is so high that the Fe content in glass samples. Following results were obtained by XAFS measurements of simulated waste glass samples after immersion test to investigate long chemical stability. (1) The existence ratio of four coordinate sp structure (BO) increases by immersion test. (2) Ce which exists in the surface layer is oxidized by immersion test, and much of Cs in surface layer is lost after leach testing. Even if the glass frit form (fiber cartridge or beads) and manufacturing method were changed and a glass sample of the similar chemical composition was prepared, these observed Raman spectra of samples were different.