溶融及び凝固条件が模擬廃棄物ガラス構造に与える影響

Effects of melting and coagulating conditions on the structure of simulated waste glasses

永井 崇之  ; 青山 雄亮; 岡本 芳浩  ; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 菊池 哲也*; 畠山 清司*

Nagai, Takayuki; Aoyama, Yusuke; Okamoto, Yoshihiro; Hasegawa, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Kikuchi, Tetsuya*; Hatakeyama, Kiyoshi*

高レベル放射性廃液のガラス固化プロセス研究において、模擬廃棄物ガラスに内在した析出物をXRDで検出しているが、析出物の状態(微細、極微量)によってXRDパターンに析出物ピークが観察されない場合がある。本研究は、ガラス中の廃棄物成分の溶存状態をより詳細に把握するため、溶融条件や凝固条件を変えて作製した模擬廃棄物ガラスを対象に、ラマン分光測定等によりガラス構造を評価した。XRDパターンで析出物ピークが観察されなかった模擬廃棄物ガラスをラマン分光測定した結果、ガラス相内の微細な異物を検出できることが分かった。また、ガラス作製において、溶融状態のガラスを撹拌することや、溶融状態からの冷却速度を速くすることによって、ガラス相内の異物生成を抑制する可能性が高いことを確認した。ラマン分光計を用いて模擬廃棄物ガラスのSi-O架橋組織を評価した結果、異物が内在する部位と異物が存在しない部位でSi-O架橋組織に違いはなかった。このため、ラマン分光測定で検出された異物はCeOやCaMoOでなく、spinel等の化合物組成であると考えられる。高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設において、模擬廃棄物ガラス内部の状況をX線透過画像観察した結果、溶融状態のガラスを撹拌する操作は、ガラス相内に内在する気泡を低減する効果が認められた。また、ガラスに含まれるMo, Ce, SiのXAFS測定を行った結果、溶融状態での撹拌操作はガラスに含まれるMo, Ce, Siの化学状態に影響しないことを確認した。

In the vitrification process study of high-level radioactive waste liquids, precipitates present in the simulated waste glasses are detected by X-ray diffraction (XRD), but due to the state of the precipitates (fine size, extremely small amount), precipitate peaks cannot be observed in the XRD pattern. We have evaluated the glass structure of simulated waste glasses prepared under different melting and coagulated conditions using Raman spectroscopy and other methods, in this study. The simulated waste glass, which does not show any precipitate peaks in the XRD pattern, was subjected to Raman spectroscopy, and it was confirmed that precipitate particles in the glass phase could be detected. And it was confirmed that in glass preparation, stirring the molten glass and increasing the cooling rate from the molten state are likely to suppress the formation of precipitate particles in the glass phase. The evaluation of the Si-O bridging structure of the glass revealed no difference in the Si-O bridging structure between areas with and without precipitates. The precipitates detected by Raman spectroscopy are not ceria (CeO) or calcium molybdate (CaMoO), but they are presumed to be compounds such as spinel. In experiments using synchrotron radiation, X-ray transmission images of the internal state of glasses were observed, and it was confirmed that stirring molten glass is effective in reducing bubbles present in the glass phase. The XAFS measurements of Mo K-edge, Ce L-edge, and Si K-edge confirmed that stirring the molten glass does not affect the chemical state of Mo, Ce, and Si contained in the glass.