理学研究院
宇都宮 聡 准教授
福島第一原発炉内に残るデブリの性状把握に繋がる新たな知見
ポイント
・福島第一原子力発電所から放出された放射性セシウムの動態を詳細に把握することが必要ですが、濃度が非常に低いために放射性セシウム原子の可視化はこれまで困難でした。
・本研究では、メルトダウン時に原子炉内で生成して放出された高濃度放射性セシウム含有微粒子（※1）に含まれるポルサイトというゼオライトの透過型電子顕微鏡観察を行い、世界で初めて環境試料中に含まれる放射性セシウム原子の可視化に成功しました。この放射性ポルサイトは自身の放つ放射線に対して十分な耐久性があり、放射性セシウムを強固に保持し続けると考えられます。
・原子炉内部にはこのように放射性セシウムが濃縮されたポルサイトが残されている可能性があり、今回の結果はデブリの性状把握、安全な取り出しに役立つと期待されます。
概要
福島第一原子力発電所から放出された放射性セシウム（Cs）の化学形態は完全には解明されておらず、より詳細な原子スケールの観察による化学形態の解明が望まれていました。しかし、放出された放射性Csは環境中での濃度が極度に低いために直接観察することが困難です。これまでに高濃度放射性セシウム含有微粒子（CsMP）というCs, Si, Fe, Znを主成分とするガラス状の微粒子を分析して、その内部にポルサイトという高い濃度のCsを含むゼオライトが存在することを見つけていました。しかしゼオライトは電子顕微鏡で観察する時の電子線照射で損傷しやすく、原子の直接観察は困難でした。
九州大学大学院理学研究院の宇都宮聡准教授、理学府修士１年宮﨑加奈子らの研究グループは、ゼオライト構造の電子線耐久性が組成に依存することに注目し、原発近傍の土壌から単離された3つのポルサイト含有CsMPに対して原子分解能走査透過電子顕微鏡観察を行いました。高角環状暗視野像（コントラストが原子番号の二乗に比例する）とシミュレーション像（マルチスライス法）との比較を行うことにより、単位胞を斜めから見た時（[111]方向）にCs原子が一直線に並んで見えることが分かりました。この原子像のコントラストのおよそ９割はCs由来であり、福島第一原発由来Csの同位体割合から、その半数が放射性の135Csと137Csに由来します。これは原発事故由来放射性Cs原子の可視化に初めて成功したことを意味します。本研究は、Stanford大、Helsinki大、Nantes大、筑波大、東京大、東工大、国立極地研、日本原子力研究開発機構との共同研究で、原発事故由来放射性Csの新たな存在形態を原子スケールで明らかにしたものです。ポルサイトの存在はメルトダウン時の部分的なCs濃縮を示唆しており、今回の知見が今後のデブリ性状把握、安全な取り出しに役立つと期待されます。
本研究は2024年4月2日に「Journal of Hazardous Materials」に掲載されました。
用語解説
(※1) ⾼濃度放射性セシウム含有微粒⼦（Cesium-rich microparticle, CsMP）
ケイ素、鉄、亜鉛、セシウム、酸素を主成分にもつ直径がサブミクロンから数ミクロン程度のガラス状微粒⼦。放射能は１ベクレル未満から数⼗ベクレル以上になるものもある。
研究に関するお問い合わせ先
詳細
本研究の詳細は九州大学プレスリリースをご参照ください。
