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論文

New insights into the Cs adsorption on montmorillonite clay from $$^{133}$$Cs solid-state NMR and density functional theory calculations

大窪 貴洋*; 岡本 拓也*; 河村 雄行*; Gu$'e$gan, R.*; 出口 健三*; 大木 忍*; 清水 禎*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*

Journal of Physical Chemistry A, 122(48), p.9326 - 9337, 2018/12

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs置換率や含水率の異なるCs型モンモリロナイトのNMRスペクトルを測定するとともに、Cs吸着構造とNMRパラメータの関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいてNMRパラメータを評価した。NMR実験と第一原理計算との比較の結果、Cs置換率が低いモンモリロナイトでのCs吸着形態は4面体シートでAl置換されたサイトの近傍に吸着したCsであること、Cs置換率と含水率が高い条件においてもCsの一部は脱水和状態で吸着していることを明らかにした。

論文

Diffusion model considering multiple pore structures in compacted bentonite

四辻 健治; 舘 幸男; 大窪 貴洋*

CMS Workshop Lectures, Vol.21, p.251 - 257, 2016/06

処分環境における圧縮ベントナイト中の核種の拡散係数や収着分配係数等の整合的な推定評価を目指し、原子力機構では統合収着・拡散モデル(ISDモデル)の開発を進めてきた。ISDモデルは、圧縮ベントナイト中の間隙水化学および核種の収着・拡散挙動を整合的に評価するモデルである。特にISDモデルの拡散パートは電気二重層理論と均質間隙モデルに基づいており、カチオンの過剰な実効拡散係数と細孔間隙でのアニオン排除を整合的に説明できる。現状のISDモデルは1価カチオン/アニオンの実効拡散係数をある程度定量的に評価できるが、多価カチオンや錯体形状の化学種に対しては実測データの再現性が悪い。モデルを改良するには、溶質・溶媒および粘土鉱物間の相互作用を分子レベルで高度化するとともに、不均質間隙構造を考慮したモデル化を進める必要がある。そこで本研究では、多重間隙構造を考慮して現状ISDモデルの高度化を検討した。多重間隙モデルによる解析の結果、実効拡散係数の塩濃度依存性が、現状の均質間隙モデルより緩和され、拡散モデルが改善されることがわかった。

論文

Pore distribution of water-saturated compacted clay using NMR relaxometry and freezing temperature depression; Effects of density and salt concentration

大窪 貴洋*; 茨城 萌*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*

Applied Clay Science, 123, p.148 - 155, 2016/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:35.75(Chemistry, Physical)

含水飽和圧縮粘土(3種類の塩濃度で含水飽和された密度0.8および1.4g/cm$$^{3}$$のNa型モンモリロナイト)中の間隙構造をNMR緩和法と凝固点降下法により評価した。4層状態までの層間水と層間外水との割合がそれぞれの緩和時間の閾値から計算された。低密度試料では、層間外水の割合が55%までの高い割合を示した。凝固点降下を利用した低温条件でのNMR測定の結果は、熱量測定から得られた約4nmのメソポアが、層間外水の閾値として評価された。凝固点降下とNMR緩和法で評価された層間外水の割合は、10%以内の差で一致した。-10$$^{circ}$$Cでの縦緩和時間($$T_{1}$$)と横緩和時間($$T_{2}$$)の相関性評価から、密度1.4g/cm$$^{3}$$の条件下においても、高い移動度をもつバルクに近い水分子が存在することが示唆された。

口頭

電解質溶液で調整した粘土ゾル・ゲル中での水の自己拡散係数に関する研究

大窪 貴洋; 山口 真*

no journal, , 

局所磁場の影響を受けない磁場勾配NMR法による自己拡散係数測定のパルスシーケンスを適用し、電解質溶液で調整した粘土ゾル・ゲル中の水の自己拡散係数を計測した。

口頭

粘土ゲルが充填した多孔質媒体中の水の制限拡散の計測

大窪 貴洋; 山口 真*

no journal, , 

磁場勾配NMR法により、粘土ゲルが充填したガラスビーズ層中の水の自己拡散係数の拡散時間依存性を測定した。測定にあたっては、6ms以下の短い拡散時間に対して振動磁場勾配を用いる手法、6$$sim$$200msといった長い拡散時間に対しては、対磁場勾配パルスを適用して測定を行った。これら測定から得られた水の自己拡散係数の拡散時間依存性を解析することにより、粘土ゲル充填ガラスビーズ層の比表面積及び屈曲度を評価した。

口頭

NMR緩和法による飽和圧密ベントナイト中の空隙構造の解析

大窪 貴洋; 菊池 広人*; 山口 真*

no journal, , 

地層処分研究開発において、人工バリアの設計及び安全性評価のために、圧縮ベントナイトの透水試験及び拡散係数のデータが取得されている。しかしながら、核種の移行経路となる飽和圧縮ベントナイト中の空隙構造については、必ずしも明らかになっていない。本研究では、NMR緩和法により飽和圧縮ベントナイトの解析を行い、空隙構造の評価を行った。得られた緩和時間分布から空隙サイズを推定し、層間距離と比較した。

口頭

Pore distribution of saturated compacted montmorillonite using NMR relaxometry; Effect of salt concentration

大窪 貴洋*; 茨城 萌*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*

no journal, , 

水の1H NMR緩和時間測定法が、異なる塩濃度溶液で飽和させた圧縮モンモリロナイト中の間隙構造の調査に適用された。乾燥密度が0.8及び1.2g/cm$$^{3}$$の試料が、純水, 0.05, 0.10, 0.50, 1.0MのNaCl溶液で飽和された。異なる水分子層として1, 2, 3水分子層の割合が、縦緩和時間の分布から推定された。1, 2, 3水分子層の割合は、NaCl濃度によって変化した。モンモリロナイト層間と粒子間間隙を区別するしきい値は、X線回折分析による4水分子層の存在に疑問があるため、3水分子層とした。1水分子層及び粒子間間隙の割合は、乾燥密度1.2g/cm$$^{3}$$の全ての条件において無視できるほど小さかった。一方で、2水分子層は塩濃度による3水分子層の増加とともに減少した。

口頭

Preparation of an information basis for development of practical performance assessment models on waste glass corrosion in geological disposal

三ツ井 誠一郎; 大江 俊昭*; 稲垣 八穂広*; 大窪 貴洋*; 黒澤 進*; 後藤 考裕*; 稲垣 学*; 石黒 勝彦*; 高瀬 博康*; 高橋 博一*

no journal, , 

頑健な性能評価モデルを開発するため、NUMO-JAEAの共同プロジェクトの一環として、ガラスの性能および処分環境条件におけるガラスの溶解/変質プロセスに関する基盤情報の整備を進めている。基盤情報整備のための反復を伴う作業プロセスは、(1)ガラス固化体の溶解に影響する現象等に関する現時点での知見の整理、(2)知見の整理結果を踏まえたガラス固化体溶解のシナリオの作成、(3)概念モデルの作成、(4)関連プロセスの相対的重要度および不確実性を評価するための感度解析、(5)基盤情報の改善に向けた課題の検討、の5つの段階からなる。発表では、このタスクの現状について紹介する。

口頭

第一原理計算と$$^{133}$$Cs固体核磁気共鳴法によるモンモリロナイトに吸着したCs吸着構造の解析,1; GIPAW法による$$^{133}$$Cs NMRパラメータ予測

大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男

no journal, , 

モンモリロナイトに吸着した$$^{133}$$CsのNMRパラメータと吸着構造の関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいた$$^{133}$$Cs NMRパラメータの理論計算を行った。四面体層のAl置換サイト近傍に吸着した$$^{133}$$Csのケミカルシフトは、低磁場シフトすることが明らかとなった。

口頭

第一原理計算と$$^{133}$$Cs固体核磁気共鳴法によるモンモリロナイトに吸着したCs吸着構造の解析,2; $$^{133}$$Cs MASおよび$$^{133}$$Cs 3Q MAS NMRによる構造解析

岡本 拓也*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 出口 健三*; 清水 禎*; 大木 忍*; 舘 幸男

no journal, , 

モンモリロナイトに吸着した$$^{133}$$Csの吸着構造の関係を明らかにすることを目的に、Cs置換率の異なるモンモリロナイトを調製し、$$^{133}$$Cs Magic angle spinning (MAS) NMRおよび$$^{133}$$Cs Triple quantum (3Q) MAS NMR測定を行った。理論計算から得られた$$^{133}$$Cs NMRパラメータと実測したスペクトルを比較することでピークの帰属を行いCs吸着サイトの構造を検討した。

口頭

モンモリロナイトに吸着した水和Csの構造

岡本 拓也*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 出口 健三*; 清水 禎*; 大木 忍*; 舘 幸男

no journal, , 

モンモリロナイトに吸着した$$^{133}$$Csの吸着構造を明らかにすることを目的に、Cs吸着モンモリロナイトを調製し、$$^{133}$$Cs Magic angle spinning (MAS) NMR測定を行った。含水率の異なるCs型モンモリロナイトの測定結果から、水和に伴うCsの吸着構造の変化を解析した。

口頭

NMR緩和法による飽和モンモリロナイトの空隙構造解析

山崎 秋雄*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男

no journal, , 

含水飽和圧縮Na型モンモリロナイト中の間隙構造の1H NMR法による分析を実施した。1H NMRで観測される水分子の緩和時間と凍結温度が空隙サイズに依存することを利用して、飽和圧密モンモリロナイトの層間と粒子間空隙の定量を試みた。

口頭

NMR緩和法によるCa型飽和モンモリロナイトの空隙構造解析

山崎 秋雄*; 大窪 貴洋*; 岩舘 泰彦*; 舘 幸男

no journal, , 

含水飽和させた圧縮Ca型モンモリロナイト中の空隙構造を1H NMR法によって分析した。1H NMRで観測される水分子の緩和時間が空隙サイズに依存することを利用して、圧縮Ca型モンモリロナイトの層間と粒子間空隙を定量的に評価した。

口頭

モンモリロナイトへのCs吸着のNMR分析,1; 理論計算

大窪 貴洋*; 舘 幸男

no journal, , 

モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs吸着構造とNMRパラメータの関係を明らかにするために、第一原理計算に基づいて、Cs NMRパラメータを評価した。

口頭

モンモリロナイトへのCs吸着のNMR分析,2; スペクトル評価

中島 克樹*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男

no journal, , 

モンモリロナイトに吸着したCsの吸着構造を核磁気共鳴法(NMR)によって調査した。Cs置換率や含水率の異なる条件でCsを吸着させたモンモリロナイト試料のNMR測定結果から,水和に伴うCsの吸着構造の変化を明らかにした。

口頭

1H NMR緩和時間法によるセメント間隙中水移動過程の解明

坂田 渚彩*; 舘 幸男; 岩舘 泰彦*; 大窪 貴洋*

no journal, , 

セメント系材料は放射性廃棄物の処分において、処分施設の構造材料として用いられ、放射性核種の移行抑制効果などが期待されている。そのためセメント材料中での核種移行経路を解明することは、セメント系材料の長期性能評価にとって重要である。核磁気共鳴法(NMR)で計測される間隙水の1Hの横緩和時間(T2)は、間隙構造に関連付けられることが知られている。本研究では、この手法をセメント系材料の水和過程と間隙構造の評価に適用し、関係構造と物質移行特性の関係を議論した。試験結果から、セメント系材料の移行経路としては、セメントとモルタル材料として含まれる珪砂との粒界間隙が支配的であること、C-S-Hゲル層間及びゲル間隙はその寄与が大きくないことが示唆された。

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