Experimental and Numerical Studies on Colloid-Enhanced Radionuclide Transport; The Effect of Kinetic Radionuclide Sorption onto Colloidal Particles

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黒澤 進; 茨木 希*; 油井 三和; 上田 真三*; 吉川 英樹

Kurosawa, Susumi; Ibaraki, Motomu*; Yui, Mikazu; Ueta, Shinzo*; Yoshikawa, Hideki

本研究は、核種移行における核種のコロイドおよび岩石亀裂表面へ収着の影響を調査するため行われた。実験では、人為的に加工した単一亀裂を充填する花崗岩カラムに対して、セシウムと粘土コロイドの混合溶液を注入した。解析も、コロイドに促進された溶質の移行をモデル化することができる計算コード(COLFRAC)を使用して実施した。実験および数値解析では、セシウムの移行はコロイドに収着することにより促進されることが示された。またその解析では、コロイドからセシウムの脱着が遅い場合、セシウムの移行が著しく増強されることを実証し、速度論プロセスについて記述するパラメーターを評価する重要性が示唆された。されに、核種を吸着する亀裂表面でろ過される場合、核種移行は遅延されることが示された。

We conducted a series of laboratory experiments to investigate the effects of radionuclide sorption onto colloids and the surfaces of rock fractures. We focused on overall effects related to the kinetic behavior of those sorption processes. A mixed solution of cesium and clay colloids was injected into an artificially-created single fracture in a granite column. Numerical simulations were conducted to analyze the experiment results using a numerical code COLFRAC which can simulate colloid-facilitated solute transport in discretely-fractured porous media. A series of experimental and numerical analyses show that migration of cesium is facilitated by mobile colloidal particles which can sorb cesium and migrate in the fracture. The analyses also demonstrate that cesium migration is significantly enhanced if desorption of cesium from the colloids is a slow kinetic process and illustrate the importance of evaluating the parameters which describe such kinetic processes. Furthermore, radionuclide transport is likely to be retarded if mobile colloidal particles which sorb radionuclides are vigorously filtered on the fracture surfaces.