Sorption of Cs and Eu ions onto sedimentary rock in the presence of gamma-irradiated humic acid

ガンマ線照射後のフミン酸共存雰囲気におけるCsイオンとEuイオンの堆積岩への収着挙動

Zhao, Q.*; 齊藤 毅*; 宮川 和也   ; 笹本 広   ; 小林 大志*; 佐々木 隆之*

Zhao, Q.*; Saito, Takeshi*; Miyakawa, Kazuya; Sasamoto, Hiroshi; Kobayashi, Taishi*; Sasaki, Takayuki*

令和2年度以降の幌延深地層研究計画において原子力機構が取り組んでいる課題の1つである「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」では、坑道周辺の掘削損傷領域において物質移行に関するデータの取得が必要である。本研究では、地下水中に含まれる腐植物質であるフミン酸に着目し、放射線によるフミン酸の分解反応がCsイオンとEuイオンの収着能へ与える影響について、幌延地域の堆積岩を例として調べた。放射線を照射していないフミン酸の存在下では、Euはフミン酸と錯体を形成することで、岩石への収着能は低下する。一方で、放射線の照射によりフミン酸が分解されると、岩石へ収着するEuイオンが増加することが確認された。また、Csの岩石への収着能はフミン酸の影響を受けることが無く、また、放射線により分解されたフミン酸の影響も見られないことが分かった。以上のことから、廃棄体の近傍ではフミン酸の放射線分解により、岩石への収着するEuイオンの割合が大きくなることが考えられる。

The influence of humic acid and its radiological degradation on the sorption of Cs and Eu by sedimentary rock was investigated to understand the sorption process of metal ions and humic substances. Aldrich humic acid (HA) solution was irradiated with different doses of gamma irradiation using a Co-60 gamma-ray source prior to the contact between the metal ions and the solid sorbent. The HA molecule decomposed to smaller molecules with a lower complexation affinity. Batch sorption experiments were performed to evaluate the effect of gamma-irradiated HA on the sorption of Cs and Eu ions. The addition of non-irradiated HA weakened the sorption of Eu because of the lower sorption of the neutral or negatively charged Eu-HA complexes compared with free Eu ions. The sorption of monovalent Cs ions was barely affected by the presence of HA and its gamma irradiation. The concentration ratio of HA complexed species and non-complexed species in the solid and liquid phases was evaluated by sequential filtration and chemical equilibrium calculations. The ratios supported the minimal contribution of HA to Cs sorption. However, the concentration ratio for Eu in the liquid phase was high, indicating that the complexing ability of HA to Eu was higher than that of HA to Cs ions. Therefore, the sorption of free Eu would predominate with the gamma irradiation dose applied to the HA solution under a radiation field near the HLW package.