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幌延地域における深部地下水の地球化学的研究; 地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$濃度を支配する反応の推定

Geochemical study of deep groundwater in the Horonobe area; Estimation of a reaction controlling the NH$$_{4}$$$$^{+}$$ concentration in groundwater

笹本 広   

Sasamoto, Hiroshi

高レベル放射性廃棄物地層処分における性能評価上重要な核種の1つであるCs$$^{+}$$は、岩盤中の粘土鉱物等に収着し、移行が遅延されることが期待されている。地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$やK$$^{+}$$は、粘土鉱物へのCs$$^{+}$$の収着に競合する。このため、地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$濃度がどのような反応により支配されている可能性があるかを把握しておくことは、地層中でのCs$$^{+}$$の移行評価を行う上で重要である。本研究では、幌延地域の深部地下水を対象に、地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$濃度を支配する反応について、水質の熱力学的解析に基づき考察した。その結果、幌延の地下水は、堆積岩中に含まれる主要な粘土鉱物であるイライト類似の白雲母の安定領域にプロットされ、また、地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$やK$$^{+}$$の活量とH$$^{+}$$の活量の比は、傾き1のラインに沿ってプロットされた。このことから、幌延地下水中のNH$$_{4}$$$$^{+}$$濃度は、堆積岩中に含まれるイライトによるNH$$_{4}$$$$^{+}$$とK$$^{+}$$のイオン交換反応により支配されていると推定される。

Cs$$^{+}$$ has been considered as an important radionuclide for performance assessment of high-level radioactive waste disposal. It is expected that migration of Cs$$^{+}$$ in rock would be retared by sorption on clay minerals. Sorption of Cs$$^{+}$$ on clay minerals, however, might compete with other cations such as NH$$_{4}$$$$^{+}$$ and K$$^{+}$$ in groundwater. Therefore, it would be quite important to estimate the reaction controlling the NH$$_{4}$$$$^{+}$$ concentration in groundwater for evaluation of Cs$$^{+}$$ migration in rock. In the present study, thermodynamic calculations were conducted to estimate the reaction controlling the NH$$_{4}$$$$^{+}$$ concentration in the Horonobe groundwaters. As the results, the Horonobe groundwaters were plotted on the mineral stability field of muscovite similar to illite which was dominant clay mineral in the Horonobe sedimentary rocks, and additionally an activity ratios of H$$^{+}$$for NH$$_{4}$$$$^{+}$$ and K$$^{+}$$ for groundwaters were plotted on the line of slope 1. These results suggest that the NH$$_{4}$$$$^{+}$$ concentration in the Horonobe groundwaters could be controlled by an ion exchange reaction between NH$$_{4}$$$$^{+}$$ and K$$^{+}$$ on illite in the sedimentary rocks.

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