Unusual redox behavior of ruthenocene confined in the micropores of activated carbon

糸井 弘行*; Ninomiya, Takeru*; 長谷川 英之*; Maki, Shintaro*; Sakakibara, Akihiro*; 鈴木 隆太郎*; 笠井 湧斗*; 岩田 博之*; 松村 大樹; 大和田 真生*; et al.

Journal of Physical Chemistry C, 124(28), p.15205 - 15215, 2020/07

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c02965

We demonstrate reversible charge/discharge in ruthenocene, RuCp (Cp = -CH), using activated carbon (AC) as a support. Upon subsequent electrochemical oxidation using an aqueous HSO electrolyte, the clusters are disassembled and the RuCp molecules are finely dispersed in the micropores. The resulting RuCp has a large contact area with conductive carbon surfaces, thereby realizing rapid charge transfer at the contact interface. Consequently, rapid charge storage occurs via the reversible redox reaction of the supported RuCp in aqueous HSO without dimerization or disproportionation reactions, which is confirmed by X-ray absorption spectroscopy. Since hybridization can produce different properties of the host and guest materials, their infinite combinations would have the possibility to yield properties far surpassing those of existing materials.

高レベル放射性廃棄物(HLW)の地層処分事業について考える

和田 隆太郎*; 井口 幸弘

技術士, 27(4), p.12 - 15, 2015/04

原子力発電により発生する使用済燃料を再処理した後に残る、高レベル放射性廃棄物(HLW)等の最終処分(地層処分)事業は我が国のエネルギー政策において重要な課題である。本事業の実施主体である原子力発電環境整備機構(NUMO)の講師による、現状の地層処分の技術と活動内容について講演会を開催したのでその概要を紹介する。

Application of supercritical fluid extraction to metal separation in the field of nuclear technology

目黒 義弘; 富岡 修; 高橋 邦明; 和田 隆太郎*; 山本 誠一*; 福里 隆一*

Proceedings of 8th International Symposium on Supercritical Fluids (ISSF 2006) (CD-ROM), 6 Pages, 2006/11

反応容器の大きさが約4000cmの工学規模の超臨界二酸化炭素リーチング装置を作成した。この装置に、物質移動速度を促進するための、超音波振動,圧力変調,攪拌装置を設置した。ウラン酸化物を付着させた海砂,焼却灰,多孔質アルミナブロックを模擬試料として作成し、同装置を用いてこれら試料から硝酸-トリブチルリン酸錯体を反応剤として含む超臨界二酸化炭素中へのウランの分離を試みた。一回の分離試験に用いる反応剤の量を150g、錯形成工程の圧力を15MPa、温度を60C、時間を15分とし、溶解操作の圧力を20MPa、温度を60C、使用CO量を15kgとして、ウランの分離を行った結果、数回の分離操作によって海砂試料及びアルミナブロック試料から99%以上のウランを分離することができた。物質移動速度促進装置を作動させることによって、ウランの分離効率が向上することを確認した。これによって焼却灰試料からも99%以上のウランを分離できた。

還元性雰囲気における高耐食性金属製オーバーパックの長期腐食挙動研究

和田 隆太郎*; 西村 務*; 中西 智明*; 中山 武典*; 阪下 真司*; 藤原 和雄*; 建石 剛*

JNC TJ8400 2005-001, 224 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2005-001.pdf:16.23MB

高レベル放射性廃棄物処分おけるオーバーパック候補材料のうち,高耐食性金属として位置づけられているチタンおよびニッケル基合金の腐食挙動を検討した。チタンについては水素吸収挙動に及ぼす環境因子と材料因子の影響を実験的に検討した。ニッケル基合金については腐食挙動について既往の研究の文献調査を行った。

TRU核種を含む廃棄物処分環境下における硝酸塩の金属との相互作用による変遷に関する研究(2)

和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*

JNC TJ8400 2004-016, 194 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2004-016.pdf:12.45MB

TRU核種を含む廃棄物処分環境下における硝酸塩の金属との化学的相互作用による変遷に関して、研究を実施した。

Development of radioactive waste treatment by Supercritical Fluid Leaching (SFL) method

長瀬 佳之*; 増田 薫*; 和田 隆太郎*; 山本 一良*; 富岡 修; 目黒 義弘; 福里 隆一*

Proceedings of 2nd International Symposium on Supercritical Fluid Technology for Energy and Environment Applications (Super Green 2003), p.254 - 257, 2004/00

超臨界二酸化炭素リーチング(SFL)法を用いた放射性廃棄物の除染法を開発している。これまでに以下のことを明らかにした。(1)ウランの分離にはTBP-HNO錯体が、アルカリ金属の分離にはクラウンエーテルが有効な抽出剤であること。(2)SFL操作条件の中で4080Cの温度範囲においては高温であるほど、1540MPaの圧力範囲では低圧であるほどウランの分離効率が高いこと。(3)抽出剤であるTBP-HNO錯体を含む超臨界二酸化炭素中においてステンレス鋼(SUS316)が腐食せず安定であること。

TRU核種を含む廃棄物処分環境下における硝酸塩の金属との相互作用による変遷に関する研究(研究概要)

和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*

JNC TJ8400 2003-080, 153 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-080.pdf:2.63MB

TRU廃棄物中には硝酸イオンが塩として含まれる廃棄体が存在する。この硝酸イオンは処分場環境で金属などの還元性物質により、亜硝酸イオンやアンモニア等に変遷し、処分場環境変化や核種移行パラメータに影響を及ぼす可能性がある。そこで、金属と硝酸イオン共存溶液との反応に伴う硝酸イオン変遷反応速度及びガス発生速度を正確に把握するためにガラス密封容器を用いた長期反応試験を実施した。また、低酸素環境下での硝酸イオンと金属との反応速度パラメータを評価するために電気化学試験を実施した。(1) 低酸素環境下で、高アルカリ降水系模擬地下水条件下でアンプルを用いた浸漬試験を実施し、金属(炭素鋼,ステンレス鋼及びジルイカロイ)と硝酸イオンとの反応生成物(亜硝酸イオン,アンモニア,水素ガスなど)に関する長期反応生成量データを取得した。また、従来と同一条件下でアンプル試験を実施し、繰り返し精度はほぼ平均値10%にあり、信頼性の高い方法であることを確認した。(2) 溶液pH,温度及び硝酸イオン,亜硝酸イオン濃度をパラメータとした定電位保持試験を中心とした電気化学試験の実施により、硝酸イオン変遷反応への影響を評価した。さらに、JNCで開発された"NEON"のアルゴリズムに準拠したモデルに従い解析を実施し、炭素鋼表面での硝酸イオン変遷挙動解析に見通しを得た。

炭素鋼オーバーパックの超長期試験研究

和田 隆太郎*; 山口 憲治*; 西村 務*; 藤原 和雄*; 建石 剛*

JNC TJ8400 2003-007, 86 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-007.pdf:2.18MB

オーバーパックには長期健全性が期待されており、これまでオーバーパックの腐食挙動モデルが構築されてきた。そのモデルの妥当性、保守性を検証するために、本研究ではオーバーパックの候補材料である炭素鋼の水素脆化に関わる水素吸収量の測定を圧縮ベントナイト共存系で実施した。また、超長期試験として今後実施すべき重要性の高いテーマについて研究計画を具体化した。(1) 緩衝材(圧縮ベントナイト)中における炭素鋼の腐食に伴う侵入水素量を測定するための水素透過量測定装置の設計を行った。(2) 緩衝材中における炭素鋼の腐食に伴い発生する水素のうち、炭素鋼中への侵入量を測定した。(3) 今後実施すべき超長期試験テーマとして、室内試験:4 テーマ、原位置試験:3テーマについて研究計画を策定した。

TRU廃棄物処分環境下における硝酸塩の金属との化学的相互作用による変遷に関する研究(研究概要)

和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*

JNC TJ8400 2003-077, 156 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2003-077.pdf:3.63MB

TRU廃棄物中には硝酸イオンが塩として含まれる廃棄体が存在する。この硝酸イオンは処分場環境で金属などの還元性物質により、亜硝酸イオンやアンモニア等に変遷し、処分場環境変化や核種移行パラメータに影響を及ぼす可能性がある。そこで、処分場環境を想定した低酸素環境下での硝酸イオンと金属との化学的相互作用に関する研究を実施した。(1) 低酸素、高pH硝酸イオン共存溶液下で炭素鋼の電気化学試験を行い、硝酸イオンおよび亜硝酸イオン還元反応に関し、反応速度定数を取得した。(2) 低酸素、高pH地下水環境下で浸漬試験を実施し、金属(炭素鋼、ステンレス鋼、ジルイカロイ)と硝酸イオンとの反応生成物(アンモニア、水素ガス等)に関する長期データを取得した。炭素鋼共存中における硝酸起源物質濃度の経時変化より、硝酸イオン還元反応はNO3- NO2- NH3 の逐次反応の可能性が高いことを確認した。(3) 平衡計算の領域での反応モデルの適用性を探るため、汎用物質移行計算コード(PHREEQC)の硝酸還元部分とバルクでの平衡計算を切り離したモデルを検討し、実験結果との整合性を確認した。

チタンオーバーパックの水素脆化に関する研究

和田 隆太郎*; 栗本 宣孝*; 藤原 和雄*; 安倍 睦*; 建石 剛*; 舛形 剛*

JNC TJ8400 2002-002, 111 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-002.pdf:27.24MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、オーバーパックには1000年の核種閉じ込め性が要求される。候補材料の一つであるチタンでは、地下深部本来の環境とされる還元性雰囲気での水素脆化挙動が寿命予測の課題である。本研究では電解化学試験によってチタンに水素吸収処理を行い、吸収水素量をパラメーターとして機械的強度の劣化を引張試験、曲げ試験および衝撃試験で調べた。動的な応力を負荷(衝撃試験)した場合では、1000ppmの水素吸収量で明らかに水素脆化による機械特性の劣化が認められたものの、静的な応力を負荷(引張試験および曲げ試験)した場合では、ミクロ組織レベルで水素化物由来の割れが観察されたが、水素脆化による機械特性の顕著な劣化は認められなかった。また、低酸素濃度条件でのチタン試験片の浸漬試験で水素発生型腐食による発生水素量とチタン材の水素吸収量を比較した結果、水素ガス発生量から求めた腐食速度が10 SUP-4 m/年オーダーに対して、水素吸収量から求められた腐食速度は10 SUP-2 m/年と見積られ、発生する水素はほとんどチタンに吸収されると考えられた。チタン複合オーバーパックの強度部材である炭素鋼の腐食速度は、腐食生成物のマグネタイトが堆積することにより加速されると考えられるが、その腐食速度の加速に対する水素ガス発生反応の寄与率は約60パーセントと見積られた。