モレキュラー シーブ技術: ゼオライト-改質放射性核種トラップ
この砂利のコア吸着能力は、天然ゼオライトの精密な改質によって生まれています。技術チームが火山を選択小石クリノプチロライト（直径10～15cm）が豊富で、酸活性化（5%塩酸処理）とイオン交換（アンモニウム塩溶液浸漬）によってゼオライトの微孔構造（孔径0.3～0.8nm）を「標的吸着」チャネルに最適化します。内部のアルミノケイ酸塩骨格はマイナス電荷を帯びており、静電引力によってセシウム (Cs⁺) やストロンチウム (Sr2⁺) などのカチオン性放射性核種を強力に捕捉できます。
試験データによると、改質小石はセシウム吸着能力が 120mg/g を超え、ストロンチウム吸着能力が 90mg/g を超えています-未改質ゼオライトの 3 倍であり、従来のセメント固化（セシウムはわずか 5mg/g）をはるかに上回っています。さらに重要なことに、吸着安定性は例外的です。pH 3-11 の環境（さまざまな地質条件の地下水をシミュレート）では、放射性核種の脱離率は <0.1% です。放射線照射（HLW 付近の放射線強度に相当する最大 10⁶Gy の線量）後、吸着能力はわずか 2% 減少し、放射線による構造的損傷を回避します。
吸着機構は「二重ロック」を実現します。物理的には、ゼオライトの微細孔が放射性核種の立体障害を生み出します。化学的には、放射性核種はゼオライト骨格と安定した配位結合を形成し、{0}}高温（150 度）や圧力（10 MPa）でも放出を防ぎます。-従来の吸着剤の「脱離しやすい」という欠点を解決します。
安全性指標: ほぼゼロの透過性バリア性能
放射性核種-ロック砂利は、世界で最も厳しい核廃棄物処理基準に対する検証に合格しています。フィンランドの放射線原子力安全局 (STUK) によるテストでは、全体の透過率が 10⁻⁹m/s 未満であることが示されています。-これは、毎日 1 平方メートルあたり 10⁻⁹ 立方メートル未満の水が通過することを意味し (1 滴の 100 万分の 1 に相当)、拡散による放射性核種の漏出はほぼ不可能です。
この超低浸透性は、「砂利-」複合構造によるものです。各小石は 2 mm のナトリウム ベントナイト層（膨潤能力 >30 mL/g）で覆われており、地下水と接触すると急速に膨張して高密度のゲルになり、小石間の隙間を埋めます。一方、小石の自然な緻密な構造 (気孔率 <2%) が浸透経路をさらにブロックします。 -長期浸出試験（1000年間の地下水浸食をシミュレーション）によると、セシウム浸出率は10⁻⁸g/(cm²・d)未満であり、国際原子力機関(IAEA)の安全限界(10⁻⁶g/(cm²・d))をはるかに下回っています。
さらに、その機械的安定性も優れています。150MPa の圧縮強度は、地下処分時の過負荷圧力 (通常は <5MPa) に耐えます。 100 回の凍結融解サイクル（-20 度から 20 度）後でも亀裂は発生せず、極端な気候でも構造の完全性を確保します。
処分コスト：核廃棄物埋め立てにおける経済革命
オルキルオト原子力発電所 (フィンランド) での実用化により、砂利のコスト上の利点が確認されました。同工場の 2024 年の HLW 処分プロジェクトでは、従来のガラス固化体を放射性核種による固着砂利で置き換えることにより、複数のコスト削減が達成されました。{2}
材料コストが 50% 削減: 改質砂利の製造コストは約 80 ドル/トンで、ガラス固化のコスト (160 ドル/トン) の半分です。
輸送および埋め立て効率の向上: 小石あたり 1kg の機械化された積み込みが可能になり、ガラス固化と比較して輸送効率が 3 倍になります (専用の遮蔽コンテナが必要)。
長期的なメンテナンス コストの削減: -安定した吸着力と超低透過性により、追加のモニタリング ウェルや修復層が不要になり、100 年間の運用メンテナンス コストが 60% 削減されます。-
包括的な計算によると、地下処分単価は 2,000 ドル/m3 から 1,200 ドル/m3 に低下しました。-これは 40% の削減です。年間 200m3 の HLW を生成する 1GW の原子力発電所の場合、これにより年間約 160 万ドルが節約されます。
さらに深刻なのは、核廃棄物の処分サイクルを短縮することです。従来のガラス固化には 6-12 か月の冷却と固化が必要ですが、改質砂利は最初の廃棄物処理後に直接使用できるため、プロセスが「数年」から「数週間」に短縮され、一時保管のリスクが大幅に軽減されます。 STUKの評価では、「この砂利は核廃棄物を『処理が難しい』ものから『制御可能な処理』に変える。これは持続可能な原子力産業の発展にとって重要な材料の画期的な進歩である。」と述べている。