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渡邊　直子 (ワタナベ　ナオコ)

工学研究院　応用量子科学部門　量子エネルギー工学教授
教育イノベーション機構教授

研究者基本情報

■ 学位
  • Ph D, University of California, Davis
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 廃止措置
  • 放射性セシウム
  • MD計算
  • 有機物
  • 土壌
  • 収脱着
  • 物質移行
  • 腐食
  • 放射性廃棄物
  • ベントナイト
  • オーバーパック
  • 放射性廃棄物処分
研究分野
  • エネルギー, 原子力工学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2013年
    北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 主な担当授業
  • 原子力・エネルギーシステム特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 放射性廃棄物処分工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 放射性廃棄物処分工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 原子力・エネルギーシステム特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 放射性廃棄物処分工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 放射性廃棄物処分工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 工業英語演習, 2024年, 学士課程, 工学部
  • エネルギー工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 科学・技術の世界, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 高レベル放射性廃棄物地層処分－粘土緩衝材の銅型化およびその核種移行挙動への影響
    科学研究費助成事業
    2025年04月01日 - 2028年03月31日
    小崎 完; 渡辺 直子
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 25K08522
  • 原子力発電で発生する混合廃棄物の安全性評価指標の構築に向けた基礎的研究
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2026年03月31日
    渡辺 直子; 森永 祐加; 植松 慎一郎; 小崎 完; 湊 大輔
    商用原子力発電所の廃止措置の進展に伴い、解体廃棄物に加えて、発電所に保管されている運転廃棄物の処理・処分が必要となる。これらの廃棄物には、放射性核種に加えて、鉛、六価クロムなどの重金属、PCB、アスベスト、高濃度の塩など環境影響物質が混在する混合廃棄物が含まれるが、現状では混合廃棄物の処理・処分のルートは確定していない。本研究では、放射性廃棄物全体の中での各環境影響物質の潜在的危険度を把握した上で、優先順位の高い代表的な環境汚染物質を抽出してセメントによる固定化やバリア材による保持など、相互作用のメカニズムに関する基礎研究を行う。
    令和5年度には、高濃度の塩を含むセメント固化体に着目し、放射性核種のセメントによる固定可能を評価する手法を確立した。その手法を用いて、高濃度の硫酸ナトリウムを含有するセメント固化体からのCs-137の脱離挙動を評価し、セメントの微細構造との関係正から検討した。その結果、Cs-137を未水和のセメントと混錬しセメントの水和反応が進行する過程にCs-137が共存することで、水和後のセメントに収着させる場合よりも収着分配係数が一桁大きくなること、Cs-137の収着における硫酸ナトリウムによる影響は顕著ではないことがわかった。
    今後は、核種及び有害物質の種類を増やし、セメントによる核種、有害物の固定化のメカニズムについて評価するとともに、合理的・効果的な安全性評価指標について検討する。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K04626
  • 多機能化金ナノ粒子を用いた地層処分バリア材性能評価手法の創成
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2018年04月01日 - 2021年03月31日
    小崎 完; 渡辺 直子
    高レベル放射性廃棄物の地層処分において、圧縮ベントナイトや母岩は、処分場から生物圏への放射性核種の移行を遅延させるバリア機能を有することが期待されている。従って、それら材料のバリア性能を評価することが重要な研究課題の一つである。本研究では、このバリア性能を、金ナノ粒子を用いて評価する新たな手法の確立を目標として、３年の研究期間に、課題(1) 天然・人工バリア中の多機能化金ナノ粒子の移行挙動研究、課題(2) 多機能化金ナノ粒子を用いたバリア材中の化学的雰囲気の原位置測定に関する実験及び考察、を行う計画である。研究初年度の平成30年度は、比表面積の大きな金微粒子の表面を特定の配位子で覆い、任意の粒子サイズで可溶化、安定化を図った多機能化金ナノ粒子を用い、多機能化金ナノ粒子の安定性および天然バリア模擬材料であるケイ砂を充填したカラム中の移行挙動試験を実施した。選定した多機能化金ナノ粒子は金ナノ粒子をポリエチレングリコールで修飾したものである。紫外可視分光法により、これは実験室環境下では安定であることを確認するとともに、ケイ砂を充填したカラム中を透過させると、放射性トレーサであるHTOの移行挙動と比較すると、粒子サイズの大きなものほど移行が遅延すること、またカラム透過後の金ナノ粒子の粒径分布に粒子サイズが大きなものほど顕著な変化が生じていることを確認した。この現象の理解を深めるため、ナノ粒子およびカラムに充填したケイ砂試料表面の電子顕微鏡観察に着手した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 18K04990
  • 合理的廃止措置のためのコンクリート構造物解体に係る新たなシナリオ評価ツールの構築
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    渡辺 直子; 小崎 完; 田中 真悟
    原子力発電所の廃止措置において、大量のセメント材料が放射性廃棄物として生じることから、これらを安全かつ合理的に処理・処分することが重要となる。本研究では、原子力発電所の廃止措置により発生するコンクリート廃棄物を対象とし、廃止措置・廃棄物処分・クリアランス対象物の再利用に係るシナリオを評価するためのツールを開発することを目的とする。
    平成30年度には、Particle and Heavy Ion Transport Code System (PHITS)とDCHAIN-SPのコードを用いて計算した熱遮蔽壁、生態遮蔽等のコンクリート構造物の放射化放射能濃度に基づき、放射能濃度ごとの廃棄物量の経時変化を解析した。また、硬化セメントペースト試料の空隙構造の変化が放射性核種の拡散係数、拡散の活性化エネルギーに与える影響について検討した。それらに基づき、安全貯蔵期間、廃棄物運搬費用、廃棄物受入単価等をパラメータとして廃止措置費用を算出するツールを構築し、ケーススタディを行った。
    その結果、廃止措置費用には、廃棄物処分費用が大きな割合を占め、特に放射能レベルの比較的低い廃棄物及び放射能レベルの極めて低い廃棄物の処分費用が大部分であること、そのため極低レベル放射性廃棄物の輸送費用、処分単価を削減することの効果が大きいこと、クリアランス係るコストが大きいため、廃棄物を再利用に回すことの経済的なメリットがあまり大きくないことがわかった。また、放射性廃棄物処分施設が整備されない場合に関し、様々な選択肢の廃止措置費用の比較を行った結果、安全貯蔵期間を延長して対応するよりも、即時解体をし、廃棄物を保管する方が経済的なメリットがある場合があり得ることが示唆された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 16K06950
  • 実験及びＭＤ計算統合による有機物を含む汚染土壌廃棄物中のＣｓ脱離挙動の解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    渡辺 直子; 小崎 完
    放射性Csを含む土壌廃棄物の中間貯蔵・最終処分の長期的な安定性に関する基礎的な知見を得るため、粘土鉱物とCsの相互作用に与える土壌有機物の影響を与えるメカニズムを検討した。粘土鉱物表面に外表面、層間、端面等、性質の異なるCs収着サイトを想定してモデル化して収着実験結果と比較すると、モンモリロナイト層間サイトでの収着容量はフミン酸存在下で減少、非常に選択性の高いイライトのFESではフルボ酸存在下で選択性が増加する等、サイトごとにまた、有機物の種類により影響は異なることがわかった。また、MD計算により、K型マイカ端面で非常に強い内圏錯体が形成される場合の構造を明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24561036
  • 地層処分粘土緩衝材中の物質移行挙動とそれに律速され得る鉄腐食反応に関する研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2011年04月01日 - 2014年03月31日
    小崎 完; 渡辺 直子; 富岡 智; 香西 直文; 富岡 智; 香西 直文
    高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のため、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動およびそれに影響を及ぼす粘土緩衝材の諸性能を明らかにする必要がある。ここでは、電位勾配下の鉄材料の粘土緩衝材中の腐食挙動およびイオンの移行挙動を調べた。また、堆積岩の透水性に及ぼす高アルカリ水の影響を透水試験およびX線マイクロCT観察から検討した。さらに、ベントナイト緩衝材の変質がバリア性能に及ぼす影響を検討するため、Fe(II)型ベントナイトに対する透水試験を実施した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23360417