Name: 【地層処分の科学】1-2. 放射性核種のガラス固化 (【地層処分の科学】1-2. 放射性核種のガラス固化)
Uploaded: 2026-01-03T03:22:19.000Z
Duration: 10 min 39 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

So we have learned until now that we need to isolate the fission products and to fix them in something better than a tank where we put them in.

ここまでで、核分裂生成物を分離して、タンクに入れるよりも良いものに固定する必要があることを学びました。

そして、それを固体に入れます。

So we make out of the fission products a solid.

核分裂生成物から固体を作ります。

We cannot just dry them and there will be too much heat produced.

乾燥させるだけでは、熱が多すぎます。

そして、それらはあまり安定していません。

So we need to have a matrix, a solid matrix where we can put the fission products in maybe 10, 20% of fission products and 80% of additives of some other solids, so that it becomes some really strong solid phase.

ですから、核分裂生成物の10〜20％と、他の固体の添加物を80％程度入れることができるマトリックス、固体のマトリックスが必要で、それによって非常に強い固体相になります。

As solid phase, we can have either amorphous or crystalline substances.

固体相としては、非晶質または結晶質の物質のどちらでも構いません。

Amorphous just for explaining what it is.

Amorphous is a structure which is aperiodic.

非晶質は、非周期的な構造です。

Distances are different between the different atoms.

And possible in such an amorphous structure to fix atoms of very different types.

そして、そのような非晶質構造では、非常に異なる種類の原子を固定することが可能です。

And the fission products which are produced by the nuclear reaction, they have all sizes of all different sizes because they cover essentially the whole periodic system.

そして、核反応によって生成される核分裂生成物は、周期表全体をほぼ網羅しているため、あらゆる種類のサイズを持っています。

So you have alkali elements, alkali earth elements, you have rare earth elements.

アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、レアアース元素があります。

そして、これらすべては異なるサイズを持っています。

And all of them are radioactive, or many of them are radioactive.

そして、これらすべてが放射性であるか、またはそれらの多くが放射性です。

And then these need to be fixed in some structure which covers all of them.

そして、それらすべてを網羅する何らかの構造に固定する必要があります。

We could also there the amorphous structure has really an advantage because we can put sufficient products of different size in crystalline products seems to be a little bit stable.

非晶質構造は、さまざまなサイズの生成物を十分に入れることができるという利点がありますが、結晶質生成物は少し安定しているようです。

So in amorphous, Some amorphous solids could transform into crystalline 1.

ですから、非晶質では、一部の非晶質固体は結晶質に変化する可能性があります。

結晶質はより構造化されています。

The distance between the atoms are normally much more fixed.

原子間の距離は通常、はるかに固定されています。

They are smaller and larger bond distances and so on.

より小さいものや大きいもの、そしてさらに多くの結合距離があります。

And some radionuclides can be nicely incorporated into such crystalline structures, but

そして、一部の放射性核種は、そのような結晶質構造にうまく組み込むことができますが、

many cannot, because if you have a whole series of different sizes of atoms, it's difficult to put all of them in one single crystal.

多くの場合はそうではありません。なぜなら、さまざまなサイズの原子がすべて揃っている場合、それらをすべて1つの単一の結晶に入れるのは難しいからです。

それは不可能でさえあります。

So what we do, one would need different crystals for each of the radionuclides.

ですから、私たちがやること、つまり放射性核種ごとに異なる結晶が必要になるということです。

さて、分離する必要があります。

We prefer on the scientists which have worked on this since some 50 years, they come up with borosilicate glass as the worldwide best choice.

科学者たちは約50年前からこの分野で研究しており、ホウケイ酸ガラスが世界で最良の選択肢であると考えています。

And there's now also industrial, large industrial experience of fabricating such borosilicate glass.

そして、そのようなホウケイ酸ガラスを製造する大規模な産業経験も現在あります。

You see here at the top in this image, just a sketch of how a borosilicate glass may look at, maybe looked at from the size of the atomic distances.

ここで、画像の上部にあるのは、ホウケイ酸ガラスがどのように見えるかのスケッチです。原子間距離のサイズから見たものです。

So the atoms you see, they are very large different cages at different distances.

見える原子は、様々な距離にある非常に大きな異なるケージです。

You have oxygen, you have silica, you have boron, you have aluminum.

酸素、シリカ、ホウ素、アルミニウムがあります。

These all are glass making substance that produces somehow the glass.

これらはすべて、何らかの方法でガラスを生成するガラス形成物質です。

And then radionuclides which you see at the bottom of this diagram, little PF would then be fission product.

そして、この図の下部に見える放射性核種、小さなPFは核分裂生成物になります。

They could be incorporated in this structure and into this.

それらはこの構造に取り込まれる可能性があります。

それは一種の酸素ネットワークです。

So you have the silicon oxide, boron oxide.

酸化ケイ素、酸化ホウ素があります。

酸素は常に記述されるわけではありませんが、

essentially the linking between silica and boron, between silica and aluminium, between aluminum and sodium, there's always some oxygen atoms in between, because this is all oxides which are somehow molten to form a borosilicate glass.

本質的に、シリカとホウ素の間、シリカとアルミニウムの間、アルミニウムとナトリウムの間の結合には、これらはすべてホウケイ酸ガラスを形成するために溶融された酸化物であるため、常に間にいくつかの酸素原子があります。

And of course there are some boron, that's what borosilicate means, and silicium as some main elements.

そしてもちろん、ホウ素がいくつかあります。それがホウケイ酸の意味するところであり、ケイ素がいくつかの主要元素です。

But of course the principal element is oxygen in such a gas network.

でももちろん、そのようなガスネットワークにおける主要な元素は酸素です。

So it's a uni cost phase for minor actinides like americium neptunium, for fission products like cesium 137, strontium 90, technetium 99, iodine 129 and so on.

ですから、アメリシウムやネプツニウムのようなマイナーアクチノイド、セシウム137、ストロンチウム90、テクネチウム99、ヨウ素129などの核分裂生成物にとって、これはユニコスト相となります。

そして、炭素40のような放射化生成物です。

Activation products are inactive substances which by neutrons coming from a nuclear reactor, from the nuclear fission become activated.

放射化生成物とは、原子炉からの、核分裂からの、中性子によって活性化された不活性物質のことです。

So they are active, they are also radioactive and they also need to be fixed in such a structure.

つまり、それらは活性であり、放射性でもあり、そのような構造に固定する必要があります。

So these radionuclides are very dangerous for hundreds of thousands of years.

ですから、これらの放射性核種は何十万年も非常に危険です。

So the glass which we produce should also be stable for hundreds of thousands of years.

ですから、私たちが製造するガラスも何十万年も安定している必要があります。

Normally, if you look in nature, you see many solid phases, you see minerals, you see even natural glasses.

通常、自然界を見ると、多くの固体相、鉱物、さらには天然ガラスも見られます。

And some of them are millions of years of stable.

そして、それらの中には数百万年も安定なものがあります。

Some they are produced by volcanoes and so on, and they have very long stability.

火山などで生成されたものもあり、非常に長い安定性を持っています。

And if the radionuclides would be in such a structure, that will be very good fixed.

そして、もし放射性核種がそのような構造にあれば、非常に良く固定されます。

Now, going more in detail, what is a glass structure?

では、もう少し詳しく見ていきましょう。ガラス構造とは何でしょうか？

まず、石英ガラスがあります。

This is essentially only silicon dioxide in a more aperiodic way of arrangement.

これは本質的に、より非周期的な配列の二酸化ケイ素だけです。

You see here some larger cages and smaller cages, but it's rather difficult to incorporate in this radionuclides.

ここには大きなケージと小さなケージが見えますが、この中に放射性核種を取り込むのはかなり難しいです。

It's very stable relative to water, for example, relative to groundwater.

例えば、水や地下水に対して非常に安定しています。

But the melting temperature is very high.

しかし、融点は非常に高いです。

It and it's difficult to make an industrial process at 2000 degrees, in which case you still are able to put radionuclides into such a structure.

そして、2000度で工業プロセスを作るのは難しく、その場合でも放射性核種をそのような構造に入れることができるのです。

And so it's much easier to take borosilicate glass.

そのため、ホウケイ酸ガラスを使う方がずっと簡単です。

より開いた構造を持っています。

And you can put radionuclides inside, into this structure, as is indicated here, with this black points.

そして、ここに黒い点で示されているように、放射性核種をこの構造の中に入れることができます。

ガラスはシリカから形成されます。

Principally then you have breaking bonds by sodium and bridging Oxygen.

主にナトリウムによる結合の切断と、架橋酸素があります。

You have open oxygen bonds and you find lots of oxygen cages where somehow the radionuclides are surrounded by oxygen and fixed inside of this glass network.

開いた酸素結合があり、放射性核種が酸素に囲まれ、このガラスネットワーク内に固定される多くの酸素ケージが見られます。

So the fission products, they become an integral component of the glass.

そのため、核分裂生成物はガラスの不可欠な構成要素となります。

つまり、放射性ガラスができあがるのです。

これは構造的な構成要素です。

ガラスそのものの一部なのです。

Like the sodium is part of the glass, like the silicon is part of the glass.

ナトリウムがガラスの一部であるように、ケイ素もガラスの一部であるように。

The fission products which are now inside of the glass are also part of the glass.

今ガラスの中にある核分裂生成物も、ガラスの一部なのです。

構造的な要素でもあるわけです。

These glasses are quite often black, so the radionuclides give it also some kind of a color.

これらのガラスはしばしば黒色をしており、放射性核種が色合いも与えています。

So how are these radionuclides fixed in the glass?

では、これらの放射性核種はどのようにガラスに固定されるのでしょうか？

We have coordination environment, for example, of tetravalent plutonium.

例えば、四価のプルトニウムの配位環境を見てみましょう。

酸化プルトニウムと似ています。

And coordination environment means to have the oxygen cage inside of the glass, the oxygen binding structure, where is the plutonium in and how much bonds.

配位環境とは、ガラスの中に酸素ケージがあり、その酸素結合構造の中でプルトニウムがどこに、どれだけ結合しているかということです。

It's linked to the glass network, it's about eight.

ガラスネットワークに結合しており、その数は約8です。

For uranium four, it's about six to eight.

ウラン4価の場合は、6から8程度です。

そして、こちらにトリウムの例があります。

For example, you see the thorium inside of the glass structure with a distance of oxygen atoms in all directions.

例えば、ガラス構造の中にあるトリウムと、その周りの酸素原子との距離が見えます。

And then this is linked to the silica and aluminum network and so on.

そして、これはシリカやアルミニウムのネットワークなどに結合していきます。

So it becomes some kind of detailed structure.

このようにして、ある種の詳細な構造になります。

Normally, one does not need to understand all the different distances which are there, and

通常、そこにある様々な距離をすべて理解する必要はありませんし、

どちらにしてもそれぞれに入ります。

It would depend on temperature, it would depend on making production.

温度や製造方法によって変わってくるでしょう。

But what's important is that we do have with a glass a fixation of the radionuclides inside of the glass structure where it cannot come out.

しかし重要なのは、ガラスの中に放射性核種を固定でき、外に出てこないようにできるということです。

Except, of course, if the whole glass becomes destroyed or something like this, or if water comes in contact with the glass.

もちろん、ガラス全体が破壊されたり、水がガラスに接触したりしない限りですが。

This may dissolve some of this materials, but even that may take a long time.

これらの材料の一部は溶けるかもしれませんが、それも時間がかかるでしょう。

この質問については後ほど触れます。