Free energy landscapes of cesium adsorption from mesopore to the interlayer of montmorillonite; Classical molecular dynamics simulation studies

メソポアからモンモリロナイト層間までのセシウム吸着に関する自由エネルギーランドスケープ; 古典分子動力学シミュレーション研究

平口 敦基; Zheng, X.*; Underwood, T. R.*; 小林 恵太 ; 山口 瑛子  ; 板倉 充洋  ; 町田 昌彦  ; Rosso, K. M.*; Bourg, I. C.*; 奥村 雅彦   

Hiraguchi, Atsuki; Zheng, X.*; Underwood, T. R.*; Kobayashi, Keita; Yamaguchi, Akiko; Itakura, Mitsuhiro; Machida, Masahiko; Rosso, K. M.*; Bourg, I. C.*; Okumura, Masahiko

高レベル放射性廃棄物の地層処分を長期的に安全に行うためには、緩衝材として使用される粘土鉱物中の放射性核種の移行挙動を解明する必要がある。最近のスーパーコンピューターの発達により、大規模な古典分子動力学(MD)シミュレーションを実行して、粘土鉱物へのカチオンの吸着特性を評価できるようになった。我々はスーパーコンピューター上で古典MDを用いてメソポアからNa型モンモリロナイト層間までのセシウム吸着の自由エネルギープロファイルを評価し、セシウム吸着の自由エネルギープロファイルが水系においてNa型モンモリロナイトの層間サイズとメソポアの塩分濃度に依存することを発見した。本講演では、セシウムイオンの分布と拡散係数についても説明する。

The migration behavior of radionuclides in clay minerals used as buffer material must be clarified for the long-term safety of geological disposal of high-level radioactive waste. The recent development of supercomputers enables us to perform large-scale classical molecular dynamics (MD) simulations to evaluate the adsorption properties of cation to clay minerals. We evaluated the free-energy profiles of cesium adsorption from mesopore to the interlayer of Na-montmorillonite by classical MD on a supercomputer. We found that the free-energy profiles of cesium adsorption depend on the interlayer distance of the Na-montmorillonite and mesopore salinity in the water system. In the presentation, we also discuss the distribution and diffusion coefficients of cesium ions.