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Estimation and thermodynamic analysis of natural thorium, uranium, and REE concentrations in groundwater at Horonobe URL

幌延URLから採取した地下水中のトリウム,ウランおよび希土類元素濃度に関する熱力学的考察

佐々木 隆之*; 鴻上 貴之*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 小林 大志*; 桐島 陽*

Sasaki, Takayuki*; Kokami, Takayuki*; Amamiya, Hiroki; Murakami, Hiroaki; Amano, Yuki; Iwatsuki, Teruki; Mizuno, Takashi; Kobayashi, Taishi*; Kirishima, Akira*

地下水中のTh, Uおよび希土類元素(REEs)の濃度を熱力学的解析により評価するため、幌延深地層研究センター周辺に分布する地下水を対象に調査を行った。地下水は幌延深地層研究センターの研究坑道内、深度140mおよび250m坑道から掘削したボーリング孔より嫌気状態で直接採水した。コロイドの分布については、原位置において0.2$$mu$$mおよび10kDaの限外ろ過膜によるろ過により評価した。また、ろ過した地下水との比較のため、ろ過していない地下水も採取した。地下水の分析および熱力学解析の結果、ThおよびUについては溶解度がそれぞれThO$$_{2}$$(cr)およびUO$$_{2}$$(cr)に支配されていることがわかった。一方、REEsについては濃度が低く、また、軽REEsにおいてコロイドの影響が顕著であった。リン酸塩鉱物を溶解度制限固相として溶解度を算出した結果、分析結果が海水とリン酸塩鉱物間のREEの固液平衡によって説明可能であることがわかった。

For thermodynamic analysis of the trace metals in groundwater, concentrations of Th, U, and rare earth elements (REEs) were investigated at Horonobe Underground Research Laboratory. Groundwater was sampled in anaerobic condition directly from a packed section in the boreholes drilled to 140 m and 250 m depth in drift. The colloidal distribution was checked by an on-site batch ultrafiltration unit using 0.2 $$mu$$m or 10 kDa membranes. As the result, both Th and U concentrations could be estimated by thermodynamic calculations, assuming that the soluble solid phases are restricted to ThO$$_{2}$$(cr) and UO$$_{2}$$(cr), respectively. Meanwhile, the concentrations of REEs were also very low, and significant colloidal distribution for lighter REEs was observed. In the thermodynamic analysis where the lanthanide phosphate was assumed to be a solid phase, the experimental plots matched better with the calculated one, even though the changing trend differs from each other.

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