顕微ラマン分光法と顕微X線分光法によるウラン微粒子の化学状態分析

Speciation of uranium particles in micrometer sized by micro-Raman spectroscopy and transmission X-ray microscope

蓬田 匠   ; 北辻 章浩  ; 高橋 嘉夫*; 宮本 ユタカ   

Yomogida, Takumi; Kitatsuji, Yoshihiro; Takahashi, Yoshio*; Miyamoto, Yutaka

福島第一原子力発電所の廃炉作業において、燃料デブリの主成分であるウラン(U)を含んだ微細な粒子の環境中への放出が懸念されている。Uは化学種により水への溶解性が大きく異なるため、U微粒子の化学種を把握する必要がある。燃料の主成分である二酸化ウラン(UO)は、空気酸化によって表面の酸化が進行して不定比化合物(UO)となることが知られており、マイクロメートルサイズの微粒子では内部と表面で化学種が異なる可能性がある。本発表では、U微粒子表面と内部の化学状態を明らかにするために、透過型顕微X線吸収分光法で微粒子内部、顕微ラマン分光分析法により微粒子表面の化学種を判別する手法を試験した。試料として、経年二酸化ウラン微粒子をモデル化合物として用いた。透過型顕微X線吸収分光法により得られたXANESスペクトルを解析することにより、微粒子内部ではUOが約90%, UOが約10%の割合で存在していた。一方、ラマンスペクトルではUO・nHOの構造に由来するラマンピークが顕著に観測され、微粒子表面と内部で主要な化学種が異なることが示唆された。

In the decommissioning of the FDNPP, there is a concern about the release of fine particles containing uranium (U) into the environment. Since the solubility of U in water varies greatly depending on its chemical species, it is inevitable to understand the chemical species of U fine particles. Uranium dioxide (UO) is oxidized to a non-stoichiometric compound (UO) by air oxidation. In this study, we developed a method to discriminate the chemical species of the bulk of microparticles by transmission X-ray absorption spectroscopy and of the surface of microparticles by micro-Raman spectroscopy. Aged UO particles were used as a model compound. By analyzing the X-ray absorption spectra, it was found that UO and UO were present in about 90% and 10% of the fine particles, respectively. In the Raman spectra, the Raman peaks derived from the structure of UOnHO were observed, suggesting that the main chemical species are different between the surface and the bulk of the particles.