量子ビームを用いたガラス固化試料のマルチスケール構造解析

Multi-scale structural analysis of simulated nuclear waste glass samples using quantum beams

岡本 芳浩  ; 永井 崇之  ; 元川 竜平   ; 金子 耕士   ; 大場 洋次郎  ; 菖蒲 敬久  ; 冨永 亜希; 谷田 肇  ; 松村 大樹   ; 辻 卓也  ; 米田 安宏   

Okamoto, Yoshihiro; Nagai, Takayuki; Motokawa, Ryuhei; Kaneko, Koji; Oba, Yojiro; Shobu, Takahisa; Tominaga, Aki; Tanida, Hajime; Matsumura, Daiju; Tsuji, Takuya; Yoneda, Yasuhiro

ガラス固化体の健全性を評価するために、局所構造から実装スケールまでの範囲を網羅した、マルチスケールの構造解析体制を構築した。局所構造を調べるために放射光XAFSを使用した。XAFSは元素選択性に優れているので、多成分系であるガラス固化試料中の廃液成分の分析に有効である。短範囲構造では、中性子回折実験に、ホウ素同位体を置換したガラス試料を用意して、初めてホウ素の割合の多い回折データの取得に成功した。中距離構造では、PDF解析により、白金族元素の影響を評価した。小角散乱実験では、ホウケイ酸ガラスの分相に関する知見を得た。さらに、実装スケールの構造情報として、応力ひずみ解析をガラス試料に適用する試みをした。これらの構造解析を通じて、資源エネルギー庁受託事業で開発されている改良ガラス試料の健全性を構造から評価する。

In order to evaluate the integrity of simulated nuclear waste glass samples, a multi-scale structural analysis system has been established, covering the range from local structure to implementation scale. Synchrotron radiation XAFS was used to investigate the local structure. Since XAFS has excellent elemental selectivity, it is useful for the analysis of waste components in the glass samples which are multi-component systems. In the short range structure, we prepared glass samples with substituted boron isotopes for neutron diffraction experiments and succeeded in obtaining diffraction data with high boron fraction for the first time. In the medium range structure, the influence of platinum group elements was evaluated by PDF analysis. Small-angle scattering experiments provided insight into the phase separation of borosilicate glasses. In addition, we attempted to apply stress-strain analysis to glass samples as structural information on the implementation scale. Through these structural analyses, we will evaluate the structural integrity of the modified glass samples being developed under the contract with the Agency for Natural Resources and Energy.