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,5(共同研究)

Structural investigation of borosilicate glasses by using XAFS measurement in soft X-ray region, 5 (Joint research)

永井 崇之  ; 青山 雄亮; 岡本 芳浩  ; 柴田 大輔*; 朝倉 清高*; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 深谷 茜音*; 菊池 哲也*; 畠山 清司*

Nagai, Takayuki; Aoyama, Yusuke; Okamoto, Yoshihiro; Shibata, Daisuke*; Asakura, Kiyotaka*; Hasegawa, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Fukaya, Akane*; Kikuchi, Tetsuya*; Hatakeyama, Kiyoshi*

軟X線領域におけるXAFS測定はX線の透過率が低いため、試料表層の化学状態を評価することに適している。本研究は、アルミナ濃度を高めた原料ガラス組成から作製した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ため、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と比べて高くなる傾向を確認した。一方、OのK吸収端XANESスペクトルは、各ガラス試料とも測定部位によって差が認められたが、ガラス試料毎にその差の傾向が異なった。この理由として、アルミナ濃度を高めた原料ガラスは溶融状態の粘度が高いため、均一な組成の模擬廃棄物ガラスを作製できないと考えられる。また、Na及びSiのK吸収端スペクトルは、各ガラス試料と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. This study measured the K-edges of the glass-forming elements boron (B), oxygen (O), sodium (Na), and silicon (Si), as well as the L-edge of the waste component cerium (Ce), to verify the differences between the coagulated layer and the inside of simulated waste glasses made from raw glass compositions with increased alumina concentration. As a result, from the B K-edge XANES spectra, 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. On the other hand, the O K-edge XANES spectra showed differences by measuring points for each glass sample, but the trends of those differences varied between the glass samples. The reason is that the molten raw glass with increased alumina concentration has a high viscosity, making it impossible to produce waste glasses with a uniform composition. The Na and Si K-edge spectra showed no differences between the coagulated layer and the inside of glass samples. In addition, the Ce L-edge XANES spectra confirmed that the Ce valence in the coagulated layer of glass samples was more oxidized compared to that in the inside of glass samples.