The Effect of alkaline alteration on sorption properties of sedimentary rock

下田 紗音子*; 中澤 俊之*; 加藤 博康*; 舘 幸男; 清田 佳美*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1665, p.179 - 184, 2014/09

https://doi.org/10.1557/opl.2014.644

セメント系材料によるアルカリ環境の影響については、高レベル廃棄物地層処分の性能評価において評価される必要がある。本研究では、幌延深地層研究所の堆積岩のアルカリ変質及び未変質試料を用いて、Cs, Ni, Thの収着挙動を調査した。バッチ法で得られた模擬地下水系でのCs, Ni, ThのKは、変質の度合いに応じて変化した。CsのKは変質とともに増加傾向を示し、二次鉱物がイオン交換反応によるCs収着に寄与していることが示唆された。一方、NiとThのKは変質の進行とともに低下した。この変化は、NiとThの表面錯体による収着を支配する粘土鉱物の溶解に起因している可能性がある。これらの結果は、岩石のアルカリ変質がKに及ぼす影響が、変質岩石の表面特性と収着メカニズムに依存することを示すものである。

Diffusion and sorption of neptunium(V) in compacted montmorillonite; Effects of carbonate and salinity

舘 幸男; 中澤 俊之*; Ochs, M.*; 四辻 健治; 陶山 忠宏; 清田 佳美; 山田 憲和*; 油井 三和

Radiochimica Acta, 98(9-11), p.711 - 718, 2010/11

https://doi.org/10.1524/ract.2010.1772

放射性廃棄物地層処分の安全評価において重要となる圧縮ベントナイト中の核種の収着・拡散挙動を把握・評価するため、圧縮モンモリロナイト中のNp(V)の収着・拡散挙動に及ぼす炭酸濃度と塩濃度の影響を、実験とモデルの両面から調査した。密度800kg/mの圧縮モンモリロナイト中のNp(V)の実効拡散係数()と分配係数()が、塩濃度(0.05, 0.5MのNaCl)と炭酸濃度(0, 0.01MのNaHCO)の異なる4種類の条件下で取得した。炭酸が存在しない系ではは塩濃度とともに減少し、炭酸共存系では逆の傾向を示した。は炭酸が共存する系で1桁減少する結果が得られた。これらの収着・拡散挙動は、地球化学平衡計算,イオン交換と表面錯体反応を考慮した収着モデル,狭隘間隙中の電気二重層を考慮した拡散モデルによって解釈された。現象論収着・拡散モデルが、圧縮系での複雑な化学種の収着・拡散挙動の予測評価に有効であることを示した。

Partition coefficient of Ra in gypsum

吉田 泰*; 中澤 俊之*; 吉川 英樹; 中西 孝*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 280(3), p.541 - 545, 2009/06

https://doi.org/10.1007/s10967-009-7470-1

石膏に対するRaの元素分配比を共沈実験を行い測定した。元素分配比は0.710.53となった。既往の報告で石膏に対するRaの元素分配比の報告はない。重晶石に対するRa及び石膏に対するSrの元素分配比と比較評価した結果、本実験により得られた元素分配比は妥当な値であると考えられる。

人工海水系および蒸留水系における砂岩に対するU・Thの分配係数

中澤 俊之*; 岡田 賢一*; 齋藤 好彦; 陶山 忠宏*; 柴田 雅博; 笹本 広

JNC TN8400 2004-023, 67 Pages, 2005/01

JNC-TN8400-2004-023.pdf:2.62MB

核燃料サイクル開発機構(JNC)は、高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の第2次取りまとめにおいて、人工バリアおよび天然バリアでの遅延能力を評価する上で重要な放射性核種のベントナイトや岩石への分配係数(Kd)をデータベースとして整備した。しかしながら、このデータベースには、特に人工海水系での放射性核種の分配係数に関するデータが不足していた。そこで、JNC収着データベースを充実したものにするために、JNC収着データベースに登録件数が少なく、かつ処分システムの安全評価上、重要であるウラン(U)およびトリウム(Th)について、人工海水系条件を中心に液性をパラメータとしたバッチ収着試験を実施し、収着データを取得した。試験は各元素に対し、各々、次の条件で行った。・Uの場合:還元条件において炭酸濃度をパラメータとし、人工海水および蒸留水と砂岩との反応溶液に対するKdを測定 ・Thの場合:人工海水および蒸留水と砂岩との反応溶液に対するKdを測定

地層処分におけるヨウ素含有廃棄体の溶解度及び浸出率の評価

上田 真三*; 岡田 賢一*; 中澤 俊之*; 室井 正行*; 坂下 章*; 泉 順*; 北尾 秀雄*

JNC TJ8400 2001-025, 130 Pages, 2001/03

JNC-TJ8400-2001-025.pdf:8.06MB

ヨウ素含有廃棄体の特性評価に関して、昨年度はヨウ素ソーダライト及びトルマリンについて室温で溶解度測定試験を実施し、また水酸アパタイト及びフッ素アパタイトについて高いpH(12.5)の溶液への浸出率測定試験を実施した。今年度の成果は以下の通りである。1.ヨウ素ソーダライトの溶解度及び浸出率の評価 ヨウ素ソーダライトの長期浸漬試験を、試験温度をパラメータとして塩化物イオンが共存する高pH溶液下で、比表面積14.85m2/gのヨウ素ソーダライトを用いて行い、溶解度及び浸出率を評価した。その結果、ヨウ素ソーダライトの溶解度(本試験では試験期間100dのI濃度を溶解度とした)は10-510-4M程度となり、温度の上昇とともに増加する傾向が見られ、またヨウ素の浸出率は試験期間の経過とともに減少し、100dで10-910-8g/cm2/d(10-610-5m/y)程度となった。浸漬試験後の固相分析より、ヨウ素ソーダライト中に閉じ込められたヨウ素と溶液中の塩素イオンとの置換による塩素ソーダライトへの変質は見られず、塩化物イオン共存下において安定したヨウ素閉じ込め性能があることを確認した。2.アパタイトの緻密な試料の浸出率の評価 アパタイトの浸出率の評価では緻密な模擬廃棄体試料を試作し、その浸出特性を測定し、以下の結果を得た。(1)模擬廃棄体試料製作技術として、プラズマホットプレス法による成形体の製作法を導入し、水酸アパタイト及びフッ素アパタイトとも目標開気孔率5%を下回る2%以下の開気孔率が確保できることが確認された。(2)浸出試験では、水酸アパタイトのCa及びP濃度は10-6Mのオーダーとほぼ溶解度に近い値で浸出していることが確認され、その浸出率としては、10-7m/yと試算された。 本試験の結果から、アパタイト材を用いることにより緻密で低浸出率の廃棄体の見通しが得られることとなった。

地層処分におけるヨウ素含有廃棄体の溶解度及び浸出率の評価(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 泉 順*; 三枝 守幸*; 北尾 秀夫*; 都築 康男*; 根山 敦史*; 加藤 博康*; 中澤 俊之*; 岡田 賢一*

JNC TJ8400 2000-037, 61 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-037.pdf:2.78MB

(1)天然に産出されるハロゲン元素含有鉱物であるソーダライトおよびトルマリンを対象とし溶解度測定を行った。ヨウ化ソーダライト合成物、塩化ソーダライト合成物および塩化ソーダライト天然物の溶解測定試験結果、ならび現存する塩化ソーダライトの熱力学データに基づく計算から、ソーダライトからの元素の放出は溶解度により支配されることを確認した。溶解度は、塩化物の場合は合成物天然物、含有ハロゲン元素の観点からは合成塩化物合成ヨウ化物の傾向があることが示された。また、合成ソーダライト中に固定化されたヨウ素は、液相中の塩化物イオンと置換されないことを実験により確認した。トルマリンについては溶解元素濃度に対するソーダライトとの比較から、ソーダライト同様に低溶解性のヨウ素固化体として期待できる可能性があることが示された。(2)低浸出率に期待する廃棄体としてアパタイトを用いた多層分散型廃棄体の浸出特性について検討を行った。廃棄体の構成要素であるゼオライト保持材、アパタイトコートされたヨウ素保持材、アパタイトマトリクス材のそれぞれの試験体を作成し、還元雰囲気環境下での浸出特性を測定し、下記の結果を得た。・ヒドロキシアパタイトコーティングを行うことにより、1ヶ月後の浸出率で、コーティングなしに比べて約4桁低いヨウ素浸出率が得られた。・マトリクス材の浸出は、Ca、P濃度については、1ヶ月時点でほぼ理論的な溶解度相当の濃度に達している。 結論として、アパタイトマトリクス材を用いることにより、低浸出率の廃棄体の可能性があることが示された。

核種移行評価データの信頼性確認(概要版)

上田 真三*; 加藤 博康*; 黒澤 進*; 中澤 俊之*

JNC TJ8400 2000-001, 44 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-001.pdf:3.1MB

核燃料サイクル開発機構では、第2次取りまとめにむけて核種移行解析に用いるパラメータの設定およびその根拠となるデータベースの整備を実施してきた。本研究では、これら設定パラメータや解析の前提となるコロイド・有機物影響シナリオの妥当性、信頼性を再確認するための試験を実施するとともに、データベースの公開に向けた品質保証の手続きに関する諸外国の事例調査を実施した。主な実施内容を以下に示す。1.核種移行パラメータの妥当性確認のためのデータ取得 ベントナイトおよび岩石に対する分配係数をNH4濃度およびpHをパラメータとして測定した。分配係数へのNH4+イオン濃度依存性が確認され、この傾向はpHにより異なることがわかった。計算された支配的溶存化学種と測定された分配係数の間には明瞭な相関性は確認できなかった。ベントナイトに対するAmの分配係数を硫酸イオンおよび炭酸イオン濃度をパラメータとして測定した。Amの分配係数の硫酸および炭酸イオンの共存の影響は小さいことがわかった。また、模擬海水液性でのベントナイト中のCsの見かけの拡散係数を取得し、純水液性での値に近いことを確認した。2.コロイドの核種移行に与える影響評価 コロイドが共存する場合の核種移行モデルの信頼性評価及び地下水コロイドに関する特性調査を行った。実験による検証の結果、Hwangらのモデル概念は妥当であることが確認された。また地下水コロイドは地下水の採取方法で濃度や粒径が異なるため、評価にあたっては採取に関わる手法が重要になることが判明した。3.溶解度に及ぼす有機物の影響評価 フミン酸共存下においてThの溶解度測定試験を実施した。地下水及びベントナイト間隙水環境を想定したpH環境ではフミン酸の濃度増加にほぼ比例してThの溶解度が増加した。炭酸イオンが共存する系ではTh溶解度は顕著に増加した。本研究での溶解度測定結果から、第2次取りまとめのTh溶解度の設定値は、地下水中でのフミン酸の存在を考慮しても十分保守的に設定されていることを確認した。4.核種移行に関するメカニスティックモデルの再評価と今後の方向性の提示 圧縮ベントナイト中の溶解性不純物を考慮して、FRHP地下水中のAm、Pb、Ra、Cs、HSe-及びHTOのKd、Da及びDeをモデルを用いて評価し、評価値がJNCによって選定されたデータを裏付けていることを確認するとと

核種移行データベースの開発研究(III)本編・委託研究報告書

上田 真三*; 加藤 博康*; 黒澤 進*; 中澤 俊之*

JNC TJ8400 99-032, 338 Pages, 1999/02

JNC-TJ8400-99-032.pdf:8.88MB

核燃料サイクル開発機構では、高レベル放射性廃棄物処分第2次とりまとめレポートを作成中である。本研究は、レポート作成にあたって必要とされる核種移行データベース及び評価用モデルを整備することを目的として実施したものである。主な実施内容を以下に示す。1.核種移行データベースの品質保証 性能評価上重要な21元素に対し、溶液中の化学種及び固相の熱力学データ整備を進め、最終的な国際的専門家のレビューを行った。アクチニド元素ごとの類似性などの指摘があり、データベースに反映した。2.ベントナイトの間隙水化学とそのモデル化に関する検討 スメクタイトのイオン交換反応及び表面錯体反応と不純物の溶解を考慮した間隙水モデルを構築し、実験データとの比較検討を実施した。3.核種移行データ設定の信頼性向上のための吸着モデルの開発 Cs,Ra/Sr,Pb,Ni,Amについてイオン交換反応及び表面錯体反応を主体としたモデル化を行った。モデル評価値は実験結果と比較され、比較的良好な整合性を得た。4.核種移行評価の信頼性向上のためのデータ取得 変質ベントナイト透水試験、変質ベントナイトに対するコロイド透過試験、ベントナイト中での核種の拡散試験、ベントナイト及び岩石試料に対する核種の吸着試験を実施した。変質ベントナイトの透水係数は1.35.110-12m/sアクチニド元素の見かけの拡散係数は10-1310-14m2/s,Smの岩石への分配係数は約6m3/kgなどのデータが取得された。5.コロイドの核種移行に与える影響の評価 コロイドを共存する場合の核種移行モデル(Hwangらのモデル)の信頼性評価、および岩盤がコロイドフィルトレーションを有する場合の核種移行解析を実施した。その結果、Hwangらのモデルの概念の妥当性、およびフィルトレーション効果により核種移行が大きく遅延されることが示唆された。

Co-precipitation reaction for Ba and Ra into calcite

吉田 泰*; 吉川 英樹; 中澤 俊之*; 佐藤 智文*

no journal, , 

Caよりイオン半径の大きい2価の陽イオンについて方解石に対する共沈反応の傾向性を調べるために実験を行った。共沈反応は一般的に元素分配比で評価され、また、元素分配比は方解石の沈殿速度の影響を受けることが知られているため、幅広い沈殿速度の領域で元素分配比を測定する実験を行った。トレーサにはRa及びBaを用いた。実験の結果、Ra及びBaの元素分配比は、既往の報告値と同様に、沈殿速度の減少に伴い小さい値となった。RaとBaの元素分配比はともに小さく、結晶格子のひずみなどにより結晶内に取り込まれることが予想された。また、BaとRaでイオン半径が異なるにもかかわらず、元素分配比は同程度の値となり、RaとBaの共沈反応においては、イオン半径の大きさの違いは共沈反応に顕著な影響を与えないことが示された。

高アルカリ性間隙水の浸入に伴う母岩の変質に関する研究; 花崗岩のアルカリ変質に関する室内実験

山口 耕平; 小田 治恵; 中澤 俊之*; 山田 憲和*; 高瀬 敏郎*

no journal, , 

本研究では、花崗岩と模擬高アルカリ間隙水のバッチ浸漬実験及びカラム通水実験を行い、主要な地球化学反応について検討を行った。バッチ浸漬実験結果に基づき、化学平衡計算により飽和指数の経時変化を計算した。計算結果に基づき液相中から沈殿している可能性がある二次鉱物を抽出し、その組合せを検討した。さらに、カラム通水実験結果にこの二次鉱物の組合せを適用し二次鉱物の空間的な分布及びカラム通水後の液相組成について実験結果と地球化学計算(PHREEQC)結果を比較した。その結果、今後は二次鉱物の沈殿速度に着目しつつ主要な地球化学反応を理解していく必要があることがわかった。