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,4(共同研究)

Structural investigation of borosilicate glasses by using XAFS measurement in soft X-ray region, 4 (Joint research)

永井 崇之  ; 岡本 芳浩  ; 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; Shibata, Daisuke*; Kojima, Kazuo*; Hasegawa, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Fukaya, Akane*; Hatakeyama, Kiyoshi*

軟X線領域におけるXAFS測定は、X線の透過率が低くなるため、測定試料の表層を対象とした化学状態の評価に適している。本研究では、模擬廃棄物ガラスの凝固した表層とガラス内部の差異を確認することを目的に、ガラス構成元素であるホウ素(B)、酸素(O)、ナトリウム(Na)及びケイ素(Si)のK吸収端と、廃棄物成分のセリウム(Ce)のL吸収端のXANESスペクトルを測定した。その結果、BのK吸収端XANESスペクトルから、凝固したガラス表層でのB-Oの4配位sp構造(BO)の割合がガラス内部の切断面と比べて高く、凝固表層の耐水性が向上することが期待される。一方、OのK吸収端XANESスペクトルから、凝固したガラス表層のO存在量がガラス内部の切断面より低く、凝固表層にアルカリ金属元素が集中する可能性が予想された。しかしながら、凝固表層と切断面のNaのK吸収端スペクトルに差は認められず、SiのK吸収端XANESスペクトルも凝固表層とガラス内部で違いはなかった。また、CeのL吸収端XANESスペクトルから、凝固したガラス表層のCe原子価がガラス内部と比較して酸化していることを確認した。

XAFS measurements in the soft X-ray region are suitable for evaluating the chemical state of the surface layer of a measurement sample because the X-ray transmittance is low. In this study, the purpose of the study was to confirm the difference between the coagulated surface layer and the inside of the simulated waste glasses by measuring the K-edge of the glass constituent elements boron, oxygen, sodium, and silicon, and the L edge of the waste component cerium. As a result, the B K-edge XANES spectra showed that the proportion of B-O tetracoordinate sp structures (BO) on the surface layer of the coagulated glass samples was higher than that on the cut surface inside the glass samples, which is expected to improve the water resistance of the coagulated surface. On the other hand, the O K-edge XANES spectra suggested that the O abundance in the coagulated surface layer was lower than that in the cut surface inside the glass samples, and that alkali metal elements may be concentrated in the coagulated surface layer. However, no difference was observed in the Na K-edge XANES spectra between the coagulated surface layer and the cut surface, and no difference was observed in the Si K-edge XANES spectra between the solidified surface and the inside of glass samples. In addition, the Ce L-edge XANES spectra confirmed that the Ce valence in the surface layer of coagulated glass samples were oxidized compared to the inside of glass samples.