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Diffusion and sorption of Cs$$^{+}$$, I$$^{-}$$ and HTO in samples of the argillaceous Wakkanai Formation from the Horonobe URL, Japan; Clay-based modeling approach

幌延深地層研究所の稚内層粘土質試料中のCs$$^{+}$$, I$$^{-}$$, HTOの拡散・収着挙動; 粘土鉱物を主体としたモデル化アプローチ

舘 幸男; 四辻 健治; 清田 佳美*; 油井 三和

Tachi, Yukio; Yotsuji, Kenji; Seida, Yoshimi*; Yui, Mikazu

幌延深地層研究所の稚内層試料中のCs$$^{+}$$, I$$^{-}$$, HTOの拡散・収着挙動を、地下水のイオン強度影響に着目して、透過拡散とバッチ収着試験によって調査した。実効拡散係数$$D$$$$_{rm e}$$はイオン強度の影響が明瞭で、イオン強度の増加とともに、Csの$$D$$$$_{rm e}$$は減少、Iは増加、HTOは変化なく、陽イオン濃集,陰イオン排除の効果が確認された。Csの分配係数Kdは、拡散法とバッチ法で整合的な結果が得られ、イオン交換の競合の結果としてイオン強度とともに減少した。拡散・収着現象が、含まれるイライトとスメクタイトの粘土成分によって支配されると仮定し、粘土鉱物を主体としたモデル化アプローチを検討した。モデルによって一連の実験データがおおむね説明可能であり、粘土粒子とナノサイズ間隙がこの岩石中のイオンの移行挙動に支配的に寄与していることが示唆された。

Diffusion and sorption behaviors of Cs$$^{+}$$, I$$^{-}$$ and HTO in samples of the Wakkanai Formation from Horonobe URL were investigated as a function of ionic strength (IS) of synthetic groundwater by through-diffusion and batch sorption experiments. The $$D$$$$_{rm e}$$ values showed cation excess and anion exclusion effects, which were strongly dependent on IS; $$D$$$$_{rm e}$$ for Cs$$^{+}$$ decreased as IS increased, $$D$$$$_{rm e}$$ for I$$^{-}$$ showed the opposite dependency and $$D$$$$_{rm e}$$ for HTO showed no dependence. The Kd values for Cs determined by through-diffusion and batch experiments were in good agreement and decreased with IS as a result of competitive ion exchange. Diffusion and sorption behaviors were interpreted based on the clay-based modeling approach in assuming the clay components of illite and smectite control diffusion and sorption mechanisms. The model predicted the $$D$$$$_{rm e}$$ and Kd trends obtained by the series of experiments reasonably well, implying the key contribution of the clay particle and nano-size pore for ionic migration.

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パーセンタイル:15.45

分野:Geochemistry & Geophysics

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