軟X線領域のXAFS測定によるホウケイ酸ガラスの構造評価,3(共同研究)

Structural investigation of borosilicate glasses by using XAFS measurement in soft X-ray region, 3 (Joint research)

永井 崇之  ; 岡本 芳浩  ; 山岸 弘奈*; 柴田 大輔*; 小島 一男*; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 深谷 茜音*; 畠山 清司*

Nagai, Takayuki; Okamoto, Yoshihiro; Yamagishi, Hirona*; Shibata, Daisuke*; Kojima, Kazuo*; Hasegawa, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Fukaya, Akane*; Hatakeyama, Kiyoshi*

ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、ガラス固化体を模擬したガラス(以下、模擬廃棄物ガラス)を対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供したガラス表面を対象に、BのK吸収端、FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトル測定を行った。その結果、浸出液に曝露されたガラス表面は変化し、明瞭なXANESスペクトルが得にくくなることが分かった。BのK吸収端XANESスペクトルから、浸出試験後の試料表面は未浸漬の試料表面と比較してB-Oの3配位構造(BO)が増加し、4配位構造(BO)が減少する傾向を確認した。FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトルから、浸漬時間が長くなるに従って、ガラス表面に存在するCsが浸出液中へ溶出することを確認した。未浸漬の模擬廃棄物ガラスを対象に、SiのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度によるXANESスペクトルの変化が廃棄物成分濃度による変化より大きいことを確認した。

The local structure of glass-forming elements and waste elements in borosilicate glasses varies with its chemical composition. In this study, simulated waste glass samples were prepared and the chemical state regarding boron (B), silicon (Si) and waste elements of iron (Fe), cesium (Cs) were estimated by using XAFS measurement in soft X-ray region. To understand the chemical stability of simulated waste glasses, XANES spectra of B K-edge, Fe L, L-edge, and Cs M, M-edge were measured on the glass surface exposed to the leachate. As a result, it was found that the glass surface exposed to the leachate was changed and it was difficult to obtain a clear XANES spectrum. From the B K-edge XANES spectra on glass surfaces exposed to the leachate, an increase in three-coordination of B-O (BO) and a decrease in four-coordination of B-O (BO) were observed compared to the glass surfaces before immersion. The XANES spectra of Fe L, L-edge, and Cs M, M-edge show that as the exposure time in the leachate increases, the Cs present on the glass surface dissolves into the leachate. The XANES spectra of Si K-edge were measured on simulated waste glass surfaces before immersion, and it was confirmed that the change in XANES spectra given by NaO concentration had a larger effect than the waste component concentration.