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論文

Dissolution of zirconium-cerium oxide solid solution in an aqueous system

小林 大志*; 佐藤 祐太郎*; 頓名 龍太郎*; 松村 大樹; 佐々木 隆之*; 池田 篤史

Dalton Transactions (Internet), 53(46), p.18616 - 18628, 2024/10

https://doi.org/10.1039/D4DT02272F
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

This study investigates the dissolution behaviour of zirconium-cerium oxide solid solution ((Zr,Ce)O$$_{2}$$/(Ce,Zr)O$$_{2}$$), which contains a redox-active metal of Ce (Ce(III/IV)) and is of particular importance in nuclear industry. The solid phases of the solid-solution were comprehensively characterised by powder X-ray diffraction (PXRD) with the Rietveld analysis and X-ray absorption spectroscopy (XAS) with factor analysis, indicating that the solid-solution is primarily composed of tetragonal-(Zr,Ce)O$$_{2}$$ and cubic-(Ce,Zr)O$$_{2}$$. Water immersion of the solid-solution leads to the dissolution of the solid phase at the solid-liquid interface. The addition of a reductant to the system reduces Ce(IV) in the solid-solution to -(III) at the surface, promoting the dissolution of Ce from the solid-solution phase. The release of Ce from the solid-solution also enriches the Zr content in the remaining solid-solution phase at the surface to be more insoluble.

論文

$$^{151}$$Eu M$"o$ssbauer spectroscopic study on the Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y}$$(0$$leq$$y$$leq$$1.0)(M=Th, U)

正木 信行; 音部 治幹; 中村 彰夫; 原田 大実*; 伊藤 健太郎*; 佐々木 吉慶*; 日夏 幸雄*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.217 - 220, 2002/11

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2002.10875448

Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y}$$(0$$leq$$y$$leq$$1.0)(M=Th, U)系について、$$^{151}$$Euメスバウア分光法を用いて局所構造を調べた。粉末X線回折によると、M=Th系では、y$$<$$0.5で酸素空格子点(V$$_{o}$$)が無秩序配置をとる欠陥蛍石型相を、0.5$$<$$y$$<$$0.8でV$$_{o}$$が秩序化したC型相と欠陥蛍石型相を、y$$>$$0.85の領域でC型相と単斜晶のFu$$_{2}$$O$$_{3}$$相となることが示された。この系で、Eu$$^{3+}$$の異性体シフトは、Eu固溶率yに従って増加した。Eu$$^{3+}$$に対するO$$^{2-}$$の配位数(CN)はCN=8-2yに従って減少するので、O$$^{2-}$$イオン間の反発力の減少によって、平均Eu-O間距離も減少する。この相関は、酸化物系におけるEu$$^{3+}$$の異性体シフトとEu-O結合距離の経験的相関に従っている。U系において相図はTh系と同様であったが、異性体シフトは変化せずTh系に比べて小さな値をとった。

論文

X-ray diffraction and $$^{151}$$Eu-M$"o$ssbauer spectroscopic study of the Hf$$_{1-x}$$Eu$$_{x}$$O($$_{2-x/2}$$)(0$$leq$$x$$leq$$1.0) system

原田 大実*; 日夏 幸雄*; 正木 信行; 中村 彰夫

Journal of the American Ceramic Society, 85(3), p.647 - 652, 2002/03

https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00145.x

1500~1550$$^{circ}C$$空気中で作成されたハフニア-ユウロピア固溶体酸化物Eu$$_{x}$$Hf$$_{1-x}$$O$$_{(2-x/2)}$$系を粉末X線及び$$^{151}$$Eu-メスバウア分光を用いて研究した。X線の結果は0.20$$leq$$x$$leq$$0.725の広い組成域でフルオライト(螢石)型の固溶体が生成することを示した。この固溶体相はx=0.50近傍(0.45$$leq$$x$$leq$$0.575)ではパイロクロア型の長距離秩序構造を、またこの両側の0.20$$leq$$x$$leq$$0.40,0.60$$leq$$x$$leq$$0.725では無秩序欠陥螢石構造を取ることがわかった。3価ユウロピウム(Eu$$^{3+}$$)のメスバウアスペクトルのアイソマーシフト(IS)の値は、パイロクロア相の生成するx~0.5付近で顕著な極小値を取ることが明らかになった。この結果は、従来から言われているEu-Oボンド結合長とISとの相関関係に照らして、パイロクロア相が最長のEu-Oボンド長を持っていることを示唆する。X線構造解析から得られるこれら固溶体相のEu-Oボンド長に関するデータは、このEu-メスバウア結果を支持する。

報告書

顆粒粉末の特性評価試験(I)

*

PNC TJ1635 95-001, 9 Pages, 1995/03

PNC-TJ1635-95-001.pdf:0.31MB

セリウム硝酸塩水溶液を種々の条件で噴霧熱分解して得られた酸化セリウム粉体を以下の測定により評価した:熱重量/示差熱分析、粉末X線回折、比表面積、タップ密度、安息角、圧密体密度、気孔径分布、粉末X線回折により粉体中に依存する結晶層は酸化セリウムのみであることが確認されたが、熱重量分析によりかなり高温(800$$^{circ}C$$程度)まで重量減少が続き、硝酸根が残留していることが示された。重量減少量は高温で調製された粉体ほど少ない。比表面積は調製温度が高くなるほど小さく(一次粒径が大きく)なる傾向を示した。X線回折の回折線の半値幅と比表面積には対応関係があった。タップ回数を増やして行ったときのタップ密度の変化の仕方には二つのパターンが見られた。第一のグループの粉体はタップ回数とともにタップ密度が単調に増加し、第二のグループの粉体ではある回数まで密度が増加した後一定となった。安息角の測定は粉体の流動性の目安となるが、流動性の高い粉体がタップ密度の第二グループの粉体に対応した。タップ密度の最も高かった粉体は最も流動性の低い粉体であった。高い圧密体密度が得られた粉体もタップ密度の第二グループの粉体に対応した。これらタップ密度、安息角、圧密体密度の測定値は粉体の粒径と粒子間の相互作用を反映したものと考えられるが、与えられた調製条件(原料水溶液濃度、調製温度)との間には系統的な関係は見いだせなかった。気孔径は0.02$$mu$$mと0.085$$mu$$mにピークを持つバイモーダル分布を示した。

論文

Quantitative X-ray diffraction analysis of titanate waste forms and its application to damage ingrowth

White, T. J.*; 三田村 久吉

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.294, p.109 - 116, 1993/00

定量粉末X線回折法を利用して、蓄積$$alpha$$崩壊数で1.24$$times$$10$$^{18}$$個/gまでのキュリウム添加シンロック構成相について、放射線損傷による変化を解析した。アクチニド母相については、ペロブスカイトの方が、ジルコノライトよりも放射線損傷をより受け易いことが明らかとなった。さらに、キュリウムを含まないホランダイトやフロイデンバーガイト相でも、$$alpha$$線によると推定される構造変化が見られた。各相の存在量の解析値から、蓄積$$alpha$$崩壊数1.24$$times$$10$$^{18}$$個/gの試料で、約20%のアクチニド母相が非晶質化していると推定された。

口頭

マイナーアクチニド含有低除染燃料による高速炉リサイクルの実証研究,11; MA含有MOX燃料ペレットの相状態及び熱物性評価

横山 佳祐; 渡部 雅; 大西 貴士; 森下 一喜; 加藤 正人

no journal, , 

放射性廃棄物減容化・有害度低減のための高速炉燃料として、マイナーアクチニド(MA)を含有した混合酸化物(MOX)燃料の研究開発が進められており、燃料設計を行う上でMAを含むMOX燃料の照射挙動評価及び熱物性データの取得は必要不可欠である。本研究では、原子力機構で進められている小規模MAリサイクル研究において想定される量のCmを含むように、照射済燃料から分離したCmを添加したMA含有MOX燃料を製作し、その金相観察、粉末X線回折(XRD)測定及び熱拡散率測定を行い、相状態及び熱伝導率を評価した。XRD測定では蛍石型構造に起因するピークのみが観察され、蛍石型構造単相であることがわかった。金相観察では燃料ペレット径方向に沿って詳細に観察した結果、結晶粒径は一様に約0.04mmであり、燃料ペレット全体にわたり均質な組織であることを確認した。また、Cmを含むMA含有MOX燃料の熱伝導率を取得し、Cm含有による顕著な影響は確認されなかった。本研究の一部は文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214921の助成を受けたものである。

口頭

燃料デブリ化学性状分析のためのマルチスケール分光分析の構築

遠藤 瞭*; 秋山 大輔*; 横田 優貴*; 岡本 芳浩; 熊谷 友多; 蓬田 匠; 谷田 肇; 桐島 陽*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故では燃料が溶融し、原子炉構造材と反応して燃料デブリが発生した。デブリは多数の元素や複数の結晶相で構成されると考えられるため、デブリの組成分析には様々な結晶相に対する固相分析の知見の蓄積が必要になる。本研究では、溶融した核燃料(UO$$_{2}$$)と被覆管成分の酸化物(ZrO$$_{2}$$)が反応して炉内で生成していると推測される(U,Zr)O$$_{2}$$固溶体を模擬デブリとして作成した。まず、バルク領域の結晶構造の把握のために粉末X線回折(PXRD)を行い、走査型顕微-エネルギー分散型X線分光法(SEM-EDX)と顕微ラマン分光法(MRS)の同一点分析によってミクロ領域における組成比と結晶構造の関係を分析した。次に、イメージングXAFS(I-XAFS)や$$mu$$-XRD、$$mu$$-XRF、$$mu$$-XAFSの同時分析を行い、模擬デブリ中のUの原子価や結晶相を評価した。これらの結果は、複数の分光分析を併用した多角的分析が実デブリの化学性状の把握に有用であることを示すものである。

口頭

High-temperature reaction of B$$_{4}$$C with (Pu,U)O$$_{2}$$

音部 治幹; 林 博和; 高野 公秀

no journal, , 

B$$_{4}$$CとU$$_{0.93}$$Pu$$_{0.07}$$O$$_{2}$$の高温反応を調べた。B$$_{4}$$CとU$$_{0.93}$$Pu$$_{0.07}$$O$$_{2}$$の粉末を1対1と1対4のモル比で混合して、ディスク状に成型して試料を作成した。試料をArガス中、1333または1473Kで熱処理した後、粉末X線回折法で同定したところ、熱処理温度やB$$_{4}$$CとU$$_{0.93}$$Pu$$_{0.07}$$O$$_{2}$$の混合比と関係なく、試料は、UO$$_{2}$$と同様な蛍石型酸化物相だった。PuBO$$_{3}$$の形成は、粉末X線回折法の結果には見られなかった。試料をHe-4%H$$_{2}$$ガス中1473 Kで熱処理した場合にも、試料は、B$$_{4}$$CとU$$_{0.93}$$Pu$$_{0.07}$$O$$_{2}$$の混合比と関係なく、蛍石型酸化物相だった。一方、試料をHe-4%H$$_{2}$$ガス中1333Kで熱処理した場合には、試料は、B$$_{4}$$CとU$$_{0.93}$$Pu$$_{0.07}$$O$$_{2}$$の混合比が1対1と1対4の両方とも、蛍石型酸化物相だけでなく、B$$_{4}$$C相も含んでいた。

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