Diffusion Behaviour of Se in Compacted Sodium Bentonite under Reducing Conditions

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佐藤 治夫

Sato, Haruo

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価において,深部地質環境における酸化還元条件は,還元性と考えられており,酸化還元条件に鋭敏な元素の1つであるSeは,条件によって価数が変化することが知られている。しかしながら,ベントナイト中のSeの拡散に関して還元条件下で研究された例は未だ見られず,実験的証拠が不足している。本報告では,ベントナイト中のSeの見掛けの拡散係数をベントナイト密度をパラメーターに還元条件下にて取得すると共に、還元条件下でのベントナイト中のSeの拡散挙動について検討した結果を記述する。Na型ベントナイトのクニゲルV1中のSeの見掛けの拡散係数を濃度プロファイル法によりベントナイト密度8001800Kg、m-3の範囲において還元条件(Ehvs.SHE-373363mV)及び室温(23.623.7)にて取得した。実験は,N2雰囲気のグローブボックス内(O21ppm)で行い,間隙水の還元条件は,酸化還元電位をモニタリングしながら還元溶液とベントナイトを焼結フィルターを介して接触させることにより維持した。また,間隙水の酸化還元電位を確認するため,圧蜜ベントナイトを介しての酸化還元電位の伝播性を還元剤Na2S2O4を用いてベントナイト密度1800Kg、m-3の試料について透過拡散法により実験的に調べた。得られた見掛けの拡散係数は6.1x10-114.3x10-10m2・s-1の範囲であり,ベントナイト密度の増加に伴って緩やかに減少する傾向が見られた。還元条件におけるベントナイト間隙水中でのSe支配化学種は,HSe-であると考えられ,ベントナイト中のHSe-の見掛けの拡散係数は,同じ電荷を取るTcO4-のそれとほぼ同じであった。しかしながら,大気条件でのベントナイト中のアクチニド元素の見掛けの拡散係数は極めて小さく,間隙水中で複雑な陰イオンの錯体を形成することが知られている。ベントナイト中でのこれらの元素の拡散挙動は,陰イオンが支配的とは言うもののTcO4-やHSe-とは異なるものと思われる。このことから,間隙水中で単純なイオンを形成し,同様な電荷を持つイオンの拡散挙動は類似しているものと考えられる。

In the performance assessment of geological disposal of high-level radioactive waste in Japan, redox condition in deep geological environment is considered to be reducing, and Se is one of the important redox sensitive elements. However, no studies on diffusion of Se in bentonite under reducing conditions have been reported yet. This paper describes the results of apparent diffusion coefficients of Se in compacted sodium bentonite obtained as a function of bentonite density under reducing conditions and discusses its diffusion behaviour. Apparent diffusion coefficients of Se in compacted sodium bentonite, Kunigel V1 (constituent montmorillonite 46 49wt%), were obtained in a range of dry densities of bentonite, 800 1800 kgm under reducing conditions (Eh vs. SHE -373 -363mV) at room temperature (23.6 23.7C) by in-diffusion method. All the experiments were carried out in an N-atmospheric glove box (O 1ppm) and the reducing conditions of the porewater were maintained by continuous contact between compacted bentonite and reducing solution including 5.7 10 M-NaSO through a sintered metal filter. The Eh of reducing solution was continuously monitored. Furthermore, a through-diffusion experiment of NaSO was also carried out at a dry density, 1800 kgm in order to check the reducing condition of the porewater. The Eh in the measurement cell was confirmed to be the same as that in the tracer cell. The apparent diffusion coefficients of Se were in the range, 6.110 4.310 ms and showed a tendency of slight decrease with increasing dry density of bentonite. The dominant species of Se in the porewater under reducing conditions is predicted to be HSe, and the apparent diffusion coefficients of HSe in the bentonite were approximately the same as those of TcO ...