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)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, K, CO, Cl, HOの拡散挙動が分子動力学計算によって評価された。UOの拡散係数が最小であり、HO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、UOCOやUO(CO)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) species is important for the performance assessment of radioactive waste disposal. The diffusion behaviors of UO, K, CO and Cl and HO in the aqueous solutions were evaluated by molecular dynamics (MD) calculations. The diffusion coefficient (De) of UO is the smallest and is 26% less than the self-diffusion coefficient of HO. For the aqueous solution with high concentration of carbonate ions, uranyl carbonate complexes: UOCO and UO(CO) can be observed. For the clay (montmorillonite or illite)-aqueous solution systems, the adsorption and diffusion behaviors of UO and K were evaluated by MD calculations. The distribution coefficients (Kd) increase with the layer charge of clay, and Kd of UO 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.