【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT0026

利用課題名 / Title

バリア特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

放射性廃棄物処分,X線回折/ X-ray diffraction,電子顕微鏡/ Electronic microscope

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

斉藤 拓巳

所属名 / Affiliation

東京大学工学系研究科原子力国際専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

戸田 賀奈子,Pramesti Prihutami,YILDIRIM ANIL CAN,HOU Linyi,VIAUD Maël,Constandache Adrien

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-203：粉末X線回折装置
UT-104：低真空走査型電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

放射性廃棄物の保管・処分では，まず，安定化のために，様々なバインダーを用いた固化が前処理として行われる．特に，低レベル放射性廃棄物の場合，セメントが用いられるが，近年，低環境負荷，高機能な代替材料として，ジオポリマーが提案されている．一方，放射性廃棄物，特に，高レベル放射性廃棄物の処分では，上述のバインダー材料のような人工バリア材料のバリア機能に加えて，処分場周囲の母岩，つまり，天然バリアの機能が，処分後長期の安全性を考える上で重要となる．本研究では，そのような人工・天然バリア材料性能評価を目的として，ジオポリマーや天然岩石試料などのX線回折分析と電子顕微鏡観察を行った．

実験 / Experimental

XRD測定：化学両論的制御が可能なジオポリマーを合成するために，アルミノケイ酸塩粉末を合成した上で，水酸化カルシウム粉末，アルカリ溶液,塩化セシウム溶液と混合し，密封容器に入れ養生することで行った．3種類の異なるAl₂O₃/SiO₂比（0.25，0.33，0.5）で合成したジオポリマー試料をXRD測定(SmartLab 3kW)に供した． SEM観察：フライアッシュ（FA），スラグ，FA（FA/スラグ），およびメタカオリン（MK）をそれぞれ100，50，50%の割合で混合した前駆体を使用し，ジオポリマーを合成した．試料を，20℃で，1ヶ月間硬化させた後，走査型電子顕微鏡（SEM, JSM-6510LA）観察に供した．

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.1に，異なるAl₂O₃/SiO₂比（0.25，0.33，0.5）で合成したジオポリマー，および，出発物質（precursor）となるアルミノケイ酸塩粉末のXRDプロファイルを示す．アルミノケイ酸塩粉末は概ね非晶質であり，22°付近にブロードな回折ピークが見られる．ジオポリマーの生成に伴い，このピークは30°付近にシフトすることが分かる．また，Al₂O₃/SiO₂比の小さな条件では，22°付近のピークが残り，出発物質が残存していることが見て取れれる．さらに，Al₂O₃/SiO₂比0.33以上では，ギブサイトやバイヤーライトが見られ，一部のAl³⁺がジオポリマーマトリクスに取り込まれず，水酸化物固相を形成していることが分かった．Fig.2に，スラグから作成したジオポリマーのSEM-EDX観察結果を示す．得られたジオポリマー試料の微細構造は不均質で，未反応のスラグ粒子が多く残存しており，その間をジオポリマーが埋めている様子が見て取れる．また，後方反射電子像から，粒子間には比較的大きな空隙が存在している様子も見て取れる．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. 異なるAl2O3/SiO2比（0.25，0.33，0.5）で合成したジオポリマー，および，出発物質（precursor）となるアルミノケイ酸塩粉末のXRDプロファイル

Fig. 2. スラグから作成したジオポリマーのSEM-EDX観察結果

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Anıl Can Yıldırım, Determination of the sorption mechanisms of sodium-alkalinized metakaolin-based geopolymers, Applied Clay Science, 251, 107303(2024).
   DOI: 10.1016/j.clay.2024.107303
   
2. Linyi Hou, Sorption of Cs ⁺ and Eu ³⁺ onto coherent and melange-type pre-neogene sedimentary rocks, Journal of Nuclear Science and Technology, 61, 1488-1498(2024).
   DOI: 10.1080/00223131.2024.2356767
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 29. Toda, K., Saito, T., Tojo, Y., “Interfacial reactions affecting the Cs leaching behaviors of adsorbents solidified with cement and geopolymer”, IAP2024, Torino, 2024.9.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件