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本田 明; 増田 薫*; 今北 毅*; 加藤 修*; 西村 務*
材料と環境, 58(5), p.182 - 189, 2009/05
放射性廃棄物を地下に処分したときの炭素鋼等の廃棄物含有金属と廃棄物に含有される硝酸イオンの化学的相互作用のモデル化を、混成電位の概念に基づき行った。炭素鋼の腐食に伴う硝酸イオンの還元反応は、硝酸イオン
亜硝酸イオンアンモニアなる逐次反応と見なし、この反応による還元電流が、炭素鋼がマグネタイトになる酸化電流とバランスするとしてモデル化した。モデルの入力パラメータとして必要な炭素鋼表面での腐食に伴う水の還元反応速度及び硝酸イオンの還元過程の反応速度の反応速度式と速度パラメータを電気化学測定実験により決定した。またこれらのカソード反応と釣り合う炭素鋼の溶解反応(アノード反応)の速度式と速度パラメータはNO
を含まない浸漬実験に基づき決定した。これらの速度式を組合せてモデル化を行った。本モデルを用いた解析により、硝酸イオン共存下における浸漬実験の結果を説明することができた。
井岡 聖一郎; 岩月 輝希; 加藤 修*; 今北 毅*
分析化学, 55(10), p.793 - 797, 2006/10
被引用回数：1 パーセンタイル：4.65(Chemistry, Analytical)不活性条件化において白金電極を連続的に研磨しながら溶液の酸化還元電位を測定する場合と、連続研磨無しで溶液の酸化還元電位を測定する場合に得られる酸化還元電位の差異について検討した。連続研磨を実施した測定条件下では、溶液の酸化還元電位は、すぐに安定状態に達した。その溶液の酸化還元電位は、HSとS
が酸化還元平衡にあるとの仮定に基づいて熱力学的に算出される酸化還元電位とほぼ一致していることから、HSとSの酸化還元反応が酸化還元電位におもに寄与していると考えられた。一方、連続研磨を行わずに溶液の酸化還元電位を測定した場合、連続研磨を実施した場合の酸化還元電位より約0.2V高い値が得られた。この原因として、白金電極表面への硫酸アニオンの吸着などの、電極-溶液間の電気化学的環境の変化が考えられた。
本田 明; 加藤 卓; 建石 剛*; 今北 毅*; 増田 薫*; 加藤 修*; 西村 務*
材料と環境, 55(10), p.458 - 465, 2006/10
放射性廃棄物を地下に処分したときの放射性物質の移行現象は、環境の酸化還元状態や配位子濃度によって影響を受ける可能性があるため、セメント環境を想定したアルカリ性条件で硝酸イオンの金属による還元挙動を検討した。その結果、亜硝酸イオン濃度1.0mol/Lの場合及び硝酸イオン濃度1.0mol/Lの場合と硝酸イオンも亜硝酸イオンも含まない場合の同一電位での電流密度を比較すると、それぞれおよそ2桁から3桁程度及び1桁から2桁程度大きいにもかかわらず、炭素鋼の腐食速度は、硝酸塩の濃度の影響は受けないかむしろ低下し、腐食反応系がアノード支配型であることがわかった。また炭素鋼の腐食に伴う硝酸イオンの還元過程は、硝酸イオン亜硝酸イオンアンモニアなる逐次反応と考えられる。また、アノード支配型の腐食反応におけるカソード過程として、硝酸イオンの還元反応は、水の還元反応と競合すると考えられる。硝酸イオン濃度が高い場合(e.g. 1.0mol/L)には、硝酸イオンの共存しない場合と比較して、腐食に伴う水素発生速度が1/100から1/500と非常に小さくなった。アンモニアの生成速度は、硝酸イオン濃度が1.0E-3mol/Lから1.0mol/Lの範囲でほとんど影響はなかった。
本田 明; 増田 薫*; 加藤 修*; 西村 務*; 建石 剛*; 今北 毅*
JNC TN8400 2005-023, 40 Pages, 2005/09
JNC-TN8400-2005-023.pdf:1.15MB
現在、再処理法としては国際的にPUREX法が主流であり、わが国においてもPUREX法が採用されている。このPUREX法によるプロセス廃液には、硝酸イオン(NO)が含まれているため、特別な処理工程を設けないかぎり放射性廃棄物の処分施設にも、NOがナトリウム塩等の易溶性の塩の形で持ち込まれる可能性がある。NOは酸化性の化学種であり、金属等の還元性の物質と反応して還元され、亜硝酸イオン(NO
)やアンモニア/アンモニウムイオン(NH/NH NO
)に化学形態が変化する可能性がある。TRU核種を含む廃棄物の処分の安全性を評価するためには、この硝酸塩及び硝酸塩を起源とする化学物質の処分システムに及ぼす影響について評価する必要がある。特にNHは放射性の金属元素とアンミン錯体を形成することで、当該放射性金属元素の溶解度やバリア材への収着性に影響を与える可能性があり重要である。これらの評価を行うためには、基礎情報としてNOの処分環境下における化学形態の変化を定量的に評価する必要がある。そこで、金属腐食及び微生物活動によるNOの化学的変遷の様子をモデル計算により評価した。本章では、このモデルのうち、金属腐食によるNOの化学的変遷に関する部分について示す。金属腐食によるNOの化学的変遷過程のモデル化に当たっては、NOの金属による還元反応による化学形態の変化について、実験的に反応機構及び反応速度を検討した。反応機構及び反応速度の検討は、ガラス密封容器(アンプル)による浸漬試験及びカソード動電位分極試験により行い、この検討結果に基づきNOの化学形態の変化をモデル化した。さらにカソード動電位分極試験、カソード定電位保持試験及び硝酸塩を含まない条件で実施したアンプル試験によりモデルパラメータを決定した。このモデル及びパラメータを用いて硝酸塩を含む水溶液を用いて実施したアンプル型浸漬試験の結果を解析し、モデル及びパラメータの妥当性を確認した。
和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*
JNC TJ8400 2004-017, 71 Pages, 2004/02
JNC-TJ8400-2004-017.pdf:3.42MB
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して、研究した。
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。
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。
和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*
JNC TJ8400 2003-079, 252 Pages, 2003/02
JNC-TJ8400-2003-079.pdf:11.19MB
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を実施した。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、ステンレス鋼およびジルイカロイ)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、温度および硝酸イオン、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。更に、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。
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。
和田 隆太郎*; 西村 務*; 増田 薫*; 藤原 和雄*; 今北 毅*; 建石 剛*
JNC TJ8400 2003-076, 300 Pages, 2002/02
JNC-TJ8400-2003-076.pdf:17.65MB
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。
井岡 聖一郎; 岩月 輝希; 加藤 修*; 今北 毅*
no journal, ,
不活性条件化において白金電極を連続的に研磨しながら溶液の酸化還元電位を測定する場合と、連続研磨なしで溶液の酸化還元電位を測定する場合に得られる酸化還元電位の差異について検討した。連続研磨を実施した測定条件下では、溶液の酸化還元電位は、すぐに安定状態に達した。その溶液の酸化還元電位は、HSとSが酸化還元平衡にあるとの仮定に基づいて熱力学的に算出される酸化還元電位とほぼ一致していることから、HSとSの酸化還元反応が酸化還元電位におもに寄与していると考えられた。一方、連続研磨を行わずに溶液の酸化還元電位を測定した場合、連続研磨を実施した場合の酸化還元電位より約0.2V高い値が得られた。この原因として、白金電極表面への硫酸アニオンの吸着などの、電極-溶液間の電気化学的環境の変化が考えられた。
井岡 聖一郎; 岩月 輝希; 水野 崇; 加藤 修*; 今北 毅*
no journal, ,
地下深部の地下水のEhを測定する際に電極表面への物質の存在の有無を明らかにするために、深度約1,000mからポンプ揚水した地下水中にできるだけ不活性条件化で白金板を浸して数日後に取り出し、白金板の表面観察を行った。その結果、Ehが安定した値に達したのは、pHや電気伝導度が安定したのち1日以上後であり、また地下水に浸していた白金板のXPSによる表面観察から、白金表面に酸化皮膜ではなく有機物やCl, Ca、そしてSiなどが存在していることが明らかになった。これらの観察事実から、有機物やClなどの白金電極表面での存在が、地下水のEh測定時において、測定値の安定性や測定の応答時間に影響を与える可能性がある。したがって、地下水のEh測定時には、電極表面から測定値の安定性や測定の応答時間に影響を与える可能性がある存在物質を除去しながら、Eh測定を実施することが望ましいと考えられる。
岩月 輝希; 吉田 治生; 加藤 修*; 今北 毅*; 栗本 宜孝*; 濱 克宏
no journal, ,
地下水中に微量に存在する金属元素は、同じく地下水中に存在する溶存有機物と錯体を形成することにより地質環境中での移動挙動が変化すると考えられている。しかしながら、高圧環境で錯体形成にかかわる有機物特性はよくわかっておらず、本研究では、溶存有機物が物質移動に与える影響を評価するための研究開発の一つとして、試料採取時の圧力減少が有機物特性に与える影響を明らかにすることを目的として、複数の圧力条件下で金属イオンと溶存有機物の錯体形成について予察試験を行った。
岩月 輝希; 濱 克宏; 今北 毅*; 栗本 宜孝*; 吉田 治生*; 加藤 修*
no journal, ,
地下水試料採取時の圧力変化が溶存有機物特性に与える影響を把握することを目的として、複数の圧力条件下で鉄イオンと溶存有機物の錯体形成試験を行った。その結果、圧力が高いほど有機錯体として存在する鉄の割合が増えていることを確認した。また、反応時の錯体形成係数は5.3
10
から1.210
と求められた。これらの圧力依存性は、今後、室内実験環境と原位置試験環境の圧力条件の違いに伴う不確実性として取り扱う必要がある。
神藤 勝啓; 和田 元*; 今北 真輔*; 金子 修*; 津守 克嘉*
no journal, ,
IFMIFで用いられる大強度CW重水素正イオンビームでビームプロファイルを調べるモニターとして、既存の方式ではビームの散乱や損失,ビーム光学に悪影響を与える等の問題が生じる可能性がある。そこで、これに替わる方式として、負イオンビームプローブ法を用いた大強度正イオンビームプロファイルモニター(BPM)を考案した。負イオンプローブビームを、ターゲットとなる正イオンビームに対して垂直に入射して、位置方向での負イオンビームの減衰量を診ることでプロファイルを調べるため、従来の方式の問題点を克服し、かつ加速器運転中にリアルタイムでモニターすることが可能となる。本発表では、核融合科学研究所NBIテストスタンドで行う予定の新方式BPMの原理検証実験(POP)計画について報告する。POPでは、小型カマボコ型負イオン源で幅広薄型の矩形ビームを生成して、大強度正イオンビームに対して垂直に入射することで正イオン,中性粒子,負イオンの混合ビームが生じる。このビームの混合比を調べることで、大強度正イオンビーム断面のプロファイルに焼き直して、ビームを診断する予定である。
