Numerical studies of effects of microscopic structure on affinity of clay minerals to cesium ion

計算科学による粘土鉱物のセシウムイオン吸着特性への微視的構造の影響評価

奥村 雅彦   ; 中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Okumura, Masahiko; Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

東京電力福島第一原子力発電所事故によって放出された放射性セシウムは、主に土壌に吸着して地表にとどまり、放射線源となったため、住民が多数避難した。住民帰還のために政府によって大規模な除染が行われたが、大量の除染による除去土壌の処理が新たな問題になっている。今後の中間貯蔵施設等における保管の負担を減らすための、科学的知見に基づいた除去土壌の減容化技術の開発が求められている。最近の実験結果によると、土壌中粘土鉱物の中でも黒雲母が最も放射性セシウムを多く吸着し、イライトがその次に多く吸着することがわかっている。しかし、その理由は明らかでなかったため、我々は、密度汎関数法を用いて、スーパーコンピューター上で黒雲母の主な構成要素の一つである金雲母とイライトによる放射性セシウムの吸着状態をモデル化し、なぜ黒雲母(金雲母)が放射性セシウムを吸着しやすいかを探索した。その結果、金雲母の四面体シートの空孔の大きさがセシウムイオンの大きさ(イオン半径)に適しているため、黒雲母(金雲母)がよりセシウムを吸着しやすいことがわかった。この結果は、今後、除去土壌の減容化技術開発等への応用が期待される。

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