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Diffusion and adsorption of uranyl ion in clays; Molecular dynamics study

粘土鉱物中のウラニルイオンの拡散と収着; 分子動力学研究

有馬 立身*; 出光 一哉*; 稲垣 八穂広*; 河村 雄行*; 舘 幸男  ; 四辻 健治

Arima, Tatsumi*; Idemitsu, Kazuya*; Inagaki, Yaohiro*; Kawamura, Katsuyuki*; Tachi, Yukio; Yotsuji, Kenji

ウラニルイオン(UO$$_2^{2+}$$)の拡散・吸着挙動は、放射性廃棄物処分の性能評価において重要である。溶液中のUO$$_2^{2+}$$, K$$^{+}$$, CO$$_3^{2-}$$, Cl$$^{-}$$, H$$_{2}$$Oの拡散挙動が分子動力学計算によって評価された。UO$$_2^{2+}$$の拡散係数が最小であり、H$$_{2}$$Oの自己拡散係数の26%であった。高濃度の炭酸イオンを含む溶液中では、UO$$_{2}$$CO$$_{3}$$やUO$$_{2}$$(CO$$_{3}$$)$$^{2-}$$の炭酸錯体として存在することが確認された。モンモリロナイト及びイライトと水溶液が共存する系におけるUO$$_2^{2+}$$やK$$^{+}$$の吸着・拡散挙動が分子動力学計算によって評価された。分配係数(Kd)は粘土鉱物の層電荷とともに増加し、UO$$_2^{2+}$$のKdはK$$^{+}$$のKdよりも小さいと評価された。さらに、2次元方向での拡散係数は、吸着層では比較的小さく、高い層電荷をもつイライトでは極めて小さな値を示した。

Diffusion and adsorption behavior of uranyl (UO$$_2^{2+}$$) species is important for the performance assessment of radioactive waste disposal. The diffusion behaviors of UO$$_2^{2+}$$, K$$^{+}$$, CO$$_3^{2-}$$ and Cl$$^{-}$$ and H$$_{2}$$O in the aqueous solutions were evaluated by molecular dynamics (MD) calculations. The diffusion coefficient (De) of UO$$_2^{2+}$$ is the smallest and is 26% less than the self-diffusion coefficient of H$$_{2}$$O. For the aqueous solution with high concentration of carbonate ions, uranyl carbonate complexes: UO$$_{2}$$CO$$_{3}$$ and UO$$_{2}$$(CO$$_{3}$$)$$^{2-}$$ can be observed. For the clay (montmorillonite or illite)-aqueous solution systems, the adsorption and diffusion behaviors of UO$$_2^{2+}$$ and K$$^{+}$$ were evaluated by MD calculations. The distribution coefficients (Kd) increase with the layer charge of clay, and Kd of UO$$_2^{2+}$$ might be smaller than that of K$$^{+}$$. Further, their two-dimensional diffusion coefficients were relatively small in the adsorption layer and were extremely small for illite with higher layer charge.

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分野:Nuclear Science & Technology

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