イギリスの研究者たちは、退役した原子力発電所からの破砕コンクリートが数十年の間に放射性ストロンチウム-90を捕捉でき、汚染された廃棄物の管理方法を改善できることを発見しました。この研究はマンチェスター大学、英国国家核実験室 (UKNNL)、およびクレムソン大学の研究チームによって行われました。チームは、破砕コンクリートがストロンチウム-90を能動的に捕捉し保持できることを発見しました。ストロンチウム-90は核分裂によって生成される放射性同位体であり、イギリスのセラフィールドやアメリカのハンフォードなどの地点で最も流動性の高い放射性汚染物質の一つです。
その半減期は約28.8年で、イットリウム-90に崩壊し、高エネルギーのベータ粒子を放出します。この解決策は、核退役プロセスで生成される軽度に汚染されたコンクリートの長期管理を改善する可能性があります。
研究の主要著者であるBNFL研究主席のキャサリン・モリス博士は、「これらの結果は、コンクリート廃棄物と地下水との長期的な相互作用について、私たちの理解をより明確にしました。」と述べています。ストロンチウム-90は地下水を通じて移動できるため、重大な環境問題です。これは原子炉の廃棄物に存在し、実際、チェルノブイリ事故では大量のストロンチウム-90が放出され、2011年の福島第一原子力発電所の事故でもこの放射性同位体が放出されました。同時に、老朽化した原子力発電所の退役に伴い、現場で処理を待つ軽度に汚染されたコンクリートが増加しています。
この材料の時間経過に伴う挙動を理解するために、研究者たちは核退役管理局から提供された破砕コンクリートをテストしました。
破砕コンクリートは放射性ストロンチウム-90を効果的に捕捉できる
その後、彼らはそれを安定したストロンチウムまたは微量のストロンチウム-90を含む合成地下水と混合しました。実験は二つの処理シナリオで三ヶ月間行われました。一つは密閉された低酸素条件を模擬し、空気の露出を制限しました。もう一つは浅層現場処理に類似した空気露出環境を代表しました。モリスは、「私たちの研究は、破砕コンクリートが単なる惰性廃棄物材料ではなく、溶液中のストロンチウムを能動的に除去し、安定した形で保持できることを示しています。」と述べました。空気バランスの条件下で、破砕コンクリートは三ヶ月以内に約82%のストロンチウムを除去しました。一方、空気が制限された条件下では、わずか14%しか除去できませんでした。
空気の露出は、コンクリートが二酸化炭素と反応して方解石を形成することを促進しました。
ストロンチウムが方解石の結晶構造内のカルシウムを置き換えることができることを考慮すると、この鉱物は放射性元素を安定した形でロックするのに効果的です。研究チームはその後、X線吸収分光法を使用して、ストロンチウムが新たに形成された方解石に取り込まれたことを確認し、地下水中のストロンチウム-90を長期的に除去するメカニズムを提供しました。研究チームはまた、リン酸塩処理がこのプロセスをさらに改善できるかどうかを探求しました。彼らは二つの方法をテストしました。一つは実験過程でリン酸塩を添加すること、もう一つは事前にコンクリートを前処理することです。これら二つの方法は、低酸素条件下でストロンチウムの取り込みを増加させました。
同時に、リン酸塩処理された空気露出システムでは、ストロンチウムがわずか48時間で溶液から最大98%除去されました。リン酸塩はコンクリート表面に低結晶度のリン酸カルシウムコーティングを形成し、これらのコーティングはストロンチウムが結合するための追加のサイトを提供し、安定したジルコニウムに徐々に崩壊するのを防ぎました。研究チームの発見は、破砕コンクリートが回収または浅埋めの過程で空気にさらされることで放射性汚染物質を固定する能力を大幅に向上させることができることを示しており、リン酸塩処理が限られた酸素環境でさらに効果を高めることができることを示しています。モリスは声明の中で、「ストロンチウムを捕捉するメカニズムを理解することで、現場処理や長期的な放射性汚染地管理に関する安全で証拠に基づいた意思決定をより良く支援できるようになります。」とまとめました。
この研究は『ACS ES&T Water』誌に発表されました。