Kinetics of smectite dissolution at high pH conditions for long-term safety assessment of radioactive waste disposal; Effect of Gibbs free energy and secondary minerals

放射性廃棄物処分の長期安全評価のための高pH条件におけるスメクタイトの溶解反応速度論的研究; ギブス自由エネルギーと二次鉱物の影響

佐藤 努*; 小田 治恵  

Sato, Tsutomu*; Oda, Chie

放射性廃棄物処分の長期安定性評価において、ベントナイト緩衝材とセメント反応水との相互作用は重要な研究課課題である。これまで、ベントナイトの主要鉱物であるスメクタイトについて、高アルカリ性条件における溶解反応速度が調べられてきた。本研究では、ギブス自由エネルギーの影響を考慮した、また、pH7-13, 25-80Cの条件に適用可能なスメクタイトの溶解速度式を提案した。この溶解速度式を用いて、ベントナイト緩衝材の間隙水化学及び鉱物学並びに物質輸送特性に跨る連星現象の理解するために、化学反応-物質輸送モデル解析を行った。この結果、解析上の二次鉱物選定条件によらず、10万年後の緩衝材の実効拡散係数と透水係数は、セメントとの界面近傍を除いて大きく変化しないと考えられた。

Bentonite buffer and cement fluid interaction has been a key research issue in long-term safety assessment of radioactive waste disposal. The dissolution rate of smectite, the main constituent mineral of bentonite, has therefore been investigated under hyperalkaline conditions. A dissolution rate equation of smectite has been derived considering the effect of the Gibbs free energy of reaction and is applicable to pH = 7-13 and t = 25-80C. Reactive-transport model analyses to elucidate the consequences of coupled changes in the porewater chemistry, mineralogy and, ultimately, the mass transport properties of the bentonite buffer were conducted using the smectite dissolution rate. Except in the close proximity of the cement interface, it was found that regardless of the choice of secondary minerals, the effective diffusion coefficient and hydraulic conductivity remained largely unchanged after 100,000 years.