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研究成果

公開日:2017.09.11

ジルコニウム-93の核変換
~高レベル放射性廃棄物の低減化・資源化への挑戦~

研究成果 理学 工学

 九州大学大学院総合理工学研究院の川瀬頌一郎 学術研究員と渡辺幸信 教授、理化学研究所(理研)ほか、東京大学、東京工業大学、宮崎大学、北海道大学、立教大学の49名からなる共同研究グループは、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)」を用いて、長寿命放射性核種のジルコニウム-93(93Zr、原子番号40、質量数93、半減期153万年)を不安定核ビームとして取り出し、核破砕反応の基礎データを取得することに成功しました。本研究は、内閣府 総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の藤田 玲子 プログラム・マネージャーの研究開発プログラム「核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化」の一環として行われました。
 原子力発電所などで生じる高レベル放射性廃棄物の処理・処分問題は、日本のみならず世界的な問題です。後の世代への負担を軽減するためにImPACT「核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化」では、廃棄物から有用元素を回収し資源として利用する方法や、長寿命核分裂生成物(LLFP)を取り出して、短寿命核種もしくは安定核種に核変換することにより放射能を減らす方法を開発しています。共同研究グループは、有用な元素の一つとして、燃料電池や酸素センサなどの材料にも利用されるジルコニウム(Zr)に注目しました。廃棄物のZrの中から、 LLFPである93Zrを取り出すことができれば、残りのZr同位体を資源として利用できます。一方で、取り出された93Zrは、その放射能を減らすために核変換させる必要があります。
 今回、93Zrを核変換させるために、「陽子または重陽子を93Zrに衝突させて壊す反応(核破砕反応)」に着目しました。RIBFで実用化された「逆運動学法」を用いることで、放射能を持った93Zrを標的にせずに、高速ビームとして取り出し、それを陽子や重陽子標的に当てることで、93Zrがどのような核種にどれだけ壊れるかを調べました。その結果、153万年という非常に長い寿命を持つ93Zrから生成された核種は、安定核種が約39%、半減期が1年以下の核種が約57%、1~30年が約0.1%、30年を超えるものが5%以下であることが明らかになりました。今後、これらの実験データは核反応理論モデルの検証や改良に使われ、シミュレーションによる核変換効率の計算や核変換のための装置設計などに反映されることになります。
 本研究成果は、国内のオンライン科学雑誌『Progress of Theoretical and Experimental Physics 』9月7日(木)付に掲載されました。

ジルコニウムの核破砕反応

研究者からひとこと

 今後、さらにLLFPの多種多様な核変換データを取得し、より高効率な核変換法を探っていきます。

研究に関するお問い合わせ先

大学院総合理工学研究院 学術研究員 川瀬 頌一郎
大学院総合理工学研究院 教授 渡辺 幸信

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