SPring-8 JAEA専用ビームラインBL22XUの設計

塩飽 秀啓; 丸下 元治*

JAEA-Research 2022-015, 39 Pages, 2023/05

JAEA-Research-2022-015.pdf:2.74MB

大型放射光施設SPring-8日本原子力研究所専用ビームライン(現在は、日本原子力研究開発機構(JAEA)専用ビームライン)である硬X線アンジュレータビームラインBL22XUの設計を行った。BL22XUは、主に放射性廃棄物処理に係る分離抽出材の設計及び化学的挙動解明を行うためのXAFS(X-ray Absorption Fine Structure)解析実験、回折計を用いた磁性研究実験、高圧プレスやダイヤモンドアンビルセルを用いた極限環境下実験等を行うためのビームラインである。利用可能なX線エネルギー範囲を370keVに設定した。ビームラインの光学系を設計するために、ミラーの反射率、分光結晶の回折幅、Be窓材の吸収率等を計算した。また、光線追跡を行い、各光学素子の材料、寸法、設置場所等を最適化した。さらに、放射性物質利用上の安全確保のため音響遅延管ADL(Acoustic Delay Line)の遅延時間についても検討を行った。BL22XU「重元素科学研究I」は、2002年にビームラインの建設を終え、立ち上げ調整期間を経て、既に運用している。軟X線アンジュレータを光源とするもう一つのJAEA専用ビームラインBL23SU「重元素化科学究II」と共に、2つのビームラインを相補的に利用することによって、原子力科学が直面する多くの問題を解決する放射光ビームラインとして発展することが期待されている。2018年から2019年に分光器の高度化を実施したため、ビームライン建設当時の設計、特徴と性能を改めてここに記録することとした。

Unique anion-exchange properties of 3,3'-diaminobenzidine resulting in high selectivity for rhodium(III) over palladium(II) and platinum(IV) in a concentrated hydrochloric acid solution

鈴木 智也*; 尾形 剛志*; 田中 幹也*; 小林 徹; 塩飽 秀啓; 矢板 毅; 成田 弘一*

Analytical Sciences, 35(12), p.1353 - 1360, 2019/12

https://doi.org/10.2116/analsci.19P204

白金族金属の精錬では、Pd(II)やPt(IV)を含む混合物からRh(III)を効果的に回収することは最も難しい課題の1つである。これら元素の塩化物を含む濃塩酸水溶液に3,3'-diaminobenzidine (DAB)を加えることにより、DABからなる固相にRh(III)を隔離し、Pd(II)とPt(IV)から効果的に分離することに成功した。そこで、Rh(III), H, Cl濃度の推定とX線吸収微細構造測定から、Rh(III)に対するDAB選択性の機構を明らかにした。濃塩酸水溶液中でのRh-DAB反応は2つのステップで起こることがわかった。(1)DABのアミノ基がプロトン化されたDAB三塩酸塩が沈殿し、(2)三塩酸塩と塩化物イオンがアニオン交換し、[RhCl]が濃塩酸溶液中の主化学種であることがわかった。一方HCl濃度が5M未満ではDABによる配位錯体形成を介してPdとPtを回収することができるので、Rh(III)とPd(II)やPt(IV)を効果的に分離する要因であると思われる。

協同抽出系におけるRu(III)錯体の構造解析

鈴木 智也*; 尾形 剛志*; 成田 弘一*; 塩飽 秀啓; 谷田 肇; 小林 徹; 矢板 毅

no journal, , 

塩酸水溶液中の三価白金族イオン(Ru(III), Rh(III), Ir(III))は、[MCl(HO)]を形成することが知られている。これらの金属イオンはHOとClの配位子交換が遅いことやRuやIrに関してはIV価に酸化されることもあり、極めて複雑な錯形成挙動を示す。また金属イオンは外圏における水和が強く、難抽出性の化学種としても知られており、三価白金族イオンの抽出挙動の把握は難しく、そのメカニズムに関する知見はほとんど報告されていない。我々のこれまでの研究から、Ru(III)抽出ではトリオクチルアミン(TOA)とジヘキシルスルフィド(DHS)の協同抽出系の有用性を見出している。今回はこの協同抽出系におけるメカニズムを明らかにするため、放射光XAFS等を用いて、有機相中におけるRu(III)錯体の構造について検討した。有機相中のRu(III)錯体は、SPring-8に設置したJAEA専用ビームラインBL22XUに於いて、QuickXAFS透過法により分析した。塩酸水溶液中のRu(III)抽出率では、DHSやTOAの単独系ではRu(III)は抽出されないが、TOA及びDHSを混合することで大幅に抽出率が上昇したことから、[RuCl(HO)]の抽出反応への寄与が示唆される。しかしTOA-DHS混合溶液のUV-Visスペクトルより、抽出後のRu(III)錯体の内圏構造は[RuCl(HO)]や[RuCl]とは異なることが示唆された。これに放射光XAFS測定結果を組み合わせると、抽出系に関してはRu(III)の内圏に存在するClあるいはSの数が増えたことを示しており、TOA-DHS混合溶液中のRu(III)錯体が[RuCl]や[RuCl(DHS)]として存在していることを示唆された。Ru(III)-ClとRu(III)-Sは配位原子の原子番号が隣接し結合距離も類似しており、EXAFSスペクトルから[RuCl]と[RuCl(DHS)]-の区別は難しいが、電荷の中和を考慮すると[RuCl(DHS)](H・TOA)として抽出されると考えられる。

Development of stress-strain analysis with synchrotron radiation X-ray for simulated waste glass samples

冨永 亜希; 菖蒲 敬久; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*; 永井 崇之

no journal, , 

高レベルの放射性ガラス化物質は、保管施設で数十年、最終処分場では数万年以上にわたって監視の対象となる。長期保管には十分な構造的安定性が必要であるが、高充填化の観点から機械的および化学的完全性と両立しないことが懸念される。準備中に得られたガラスの不均一性は、ガラスの不安定性を引き起こす。残留応力は、ガラス化された材料の安定性を評価するための重要なパラメータの1つである。ひずみゲージを使用した従来の応力測定では、試験片全体の平均応力が明らかになるが、局所的な応力も変形や亀裂の原因となる可能性があるため重要である。そこで、高エネルギーシンクロトロンX線応力測定を用いた方法を開発し、ガラス化した材料の局所的なひずみを明らかにした。このことで、ガラス固化体に存在する微小な結晶質領域、また非晶質の散乱からのガラス質領域のひずみの値を分離して評価した。

JAEA-BL BL22XUの現状

塩飽 秀啓; 谷田 肇; 冨永 亜希; 岡本 芳浩; 矢板 毅

no journal, , 

SPring-8に設置している原子力機構(JAEA)専用ビームラインBL22XUは、放射性同位元素(RI)・アクチノイド等をターゲットとする原子力関連研究推進のためにRI実験棟へ導かれた高輝度X線ビームラインであり、2002年に完成・運用している。2016年4月に原子力機構から量子科学技術研究開発機構(QST)の分離・移管を契機として、高輝度XAFS測定システムをBL11XUからBL22XUへの移設とビームライン全体の実験装置の再配置を含めたビームラインの高度化を計画している。2017年末に人類がハンドリングできる最も重い元素であるアインスタイニウム(Es)の水和構造研究を実施しており、RI・アクチノイド等の測定環境整備も進めている。今後も高輝度・高エネルギー放射光を最大限に活用して、原子力分野に係る研究をはじめとして、福島環境回復への貢献、福島第一原子力発電所(1F)廃炉措置に係るデブリ試料の分析等を実施するために、ビームライン高度化を進める予定である。ビームラインの現状と今後の高度化について報告する。