鉱物やセラミックにおけるアクチニドアルファ放射線による損傷の定量化

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 原子力工学は,原子力工学である.
• 地質化学 地質化学

背景:

• 核廃棄物は,プルトニウム,アメリカシウム,キュリウムなどの重いアルファエミッターを含んでいる.
• アクチニドは,ガラスと比較して優れた耐久性とより低い批判性リスクのため,地質学的処分のためにセラミックに固定されます.
• 陶器のアルファ腐敗は,長期的な放射線損傷を引き起こし,構造的完全性と耐久性に影響を与えます.

研究 の 目的:

• ジルコンセラミクスのアルファ崩壊ごとに移動する原子の数を正確に測定するために.
• 貯蔵庫条件下でのアクチニドを含むセラミックの長期的構造耐久性を評価する.
• 核廃棄物の固定化材料における放射線による損傷について,原子論的な理解を提供すること.

主な方法:

• 核磁共振 (NMR) とスピンカウントの実験は,天然ジルコンの放射線損傷を測定するために使用されました.
• 放射線学的NMR測定は,プルトニウム-239 (Pu) でドーピングされたジルコンで実施されました.
• 損傷レベルは,Pu-ドーピングされたジルコンと自然に放射されたジルコン (U, Th) の間で比較されました.

主要な成果:

• 測定結果によると,ジルコンのアルファ崩壊ごとに約5,000個の原子が移動しており,これは以前の推定値 (1,000〜2,000) よりも大幅に高くなっています.
• プルトニウム239によるダメージは,半減期や負荷に関係なく,同量のウランやトリウムに匹敵します.
• 10 wt%のPu-zirconセラミックは,約1400年以内に無形になり,25万年の目標から遠く離れています.

結論:

• ジルコンのアルファ崩壊毎の原子移転率は,著しく過小評価されています.
• 現在のアクティニド・セラミック・イモビライゼーション戦略は,加速放射線による損傷のために,長期の地質学的処分要件を満たさない可能性があります.
• 放射線損傷の正確な測定は,核廃棄物の長期的性能を予測するために極めて重要です.