古典分子動力学法を用いたモンモリロナイト層間と水系でのセシウム拡散の温度依存性評価

Evaluation of the temperature dependence of cesium diffusion in montmorillonite interlayers and water system using classical molecular dynamics

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

高レベル放射性核種の地層処分において、緩衝材であるベントナイトは陽イオンを吸着し核種移行を遅延させる。特にセシウムイオンは主成分である粘土鉱物のモンモリロナイトに強く吸着するが、緩衝材は高温になり得るため、セシウムイオンの吸着と拡散の温度依存性を評価することは長期的な安全性を保証するために重要である。本研究では、Na型モンモリロナイト層間と水分子を含む系に対し、古典分子動力学法を用いて300Kから370Kの範囲でシミュレーションを実施した。結果として、この温度範囲内でセシウムの吸着強度に顕著な変化は見られなかった。本講演では、セシウムの拡散係数の温度依存性に関して議論し実験結果との比較を示す。

In geological disposal of high-level radioactive nuclides, bentonite, a buffer, adsorbs cations and delays nuclide migration. Cesium ions are strongly adsorbed onto montmorillonite, which is the main component of Bentonite. Since the buffer material can reach elevated temperatures, understanding the temperature dependence of cesium adsorption and diffusion is essential to ensure the long-term safety of geological disposal. In this study, we performed classical molecular dynamics simulations of a system containing Na-montmorillonite with edges, water molecules, and a cesium ion at temperatures ranging from 300 K to 370 K. The simulation results indicate that the adsorption strength is independent of temperature within this range. In this talk, we discuss the temperature dependence of the cesium diffusion constant and compare it with experimental results.