Characterization of rare earth elements (REEs) associated with suspended particles in deep granitic groundwater and their post-closure behavior from a simulated underground facility

岩月 輝希; 宗本 隆志*; 久保田 満*; 林田 一貴; 加藤 利弘*

Applied Geochemistry, 82, p.134 - 145, 2017/05

AA2017-0090.pdf:2.35MB

https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.04.016

瑞浪超深地層研究所において、地下水及び懸濁態粒子に含まれる希土類元素の挙動について研究を行った。その結果、地下水中の希土類元素の1060%が懸濁粒子に付着して存在することが確認された。希土類元素が付着する懸濁粒子は主に炭酸塩コロイドであり、一般的な地下水は炭酸塩鉱物に対して飽和平衡状態にあることから、炭酸塩コロイドの起源は炭酸塩鉱物と推察された。また、坑道閉鎖環境においては、地下水中の溶存態及びコロイド態の希土類元素濃度が、周辺の地下水に比べて有意に低下することが確認された。熱力学計算により地下水に溶存する希土類元素は主に炭酸錯体と推測され、坑道壁面のセメント吹付上に炭酸塩コロイドとともに吸着・共沈していると考えられた。以上の事から、地下施設におけるセメント材料の使用は、希土類元素の移動し難い環境を形成すると考えられる。

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究; 瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集(2014年度)

林田 一貴; 宗本 隆志; 青才 大介*; 乾 道春*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2016-001, 64 Pages, 2016/06

JAEA-Data-Code-2016-001.pdf:3.19MB

日本原子力研究開発機構は岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削・維持管理が周辺の地下水の地球化学特性に与える影響の把握を目的とした調査研究を行っている。本データ集は、超深地層研究所計画において、2014年度に実施した地下水の採水調査によって得られた地球化学データを取りまとめたものである。データの追跡性を確保するため、試料採取場所、試料採取時間、採取方法および分析方法などを示し、あわせてデータの品質管理方法について示した。

超深地層研究所計画 年度報告書(2014年度)

濱 克宏; 見掛 信一郎; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 桑原 和道; 上野 哲朗; 大貫 賢二*; 別府 伸治; 尾上 博則; 竹内 竜史; et al.

JAEA-Review 2015-024, 122 Pages, 2015/11

JAEA-Review-2015-024.pdf:80.64MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2014年度は、2014年2月における深度500mステージの研究坑道の掘削工事の完了に伴い、超深地層研究所計画における深度500mまでの第2段階の調査研究を一旦終了し、これまで実施してきた各種モニタリングを含め、物質移動試験や再冠水試験等の第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2014年度に実施した調査研究、施設建設、共同研究等の成果を取りまとめたものである。

超深地層研究所計画 年度報告書(2013年度)

濱 克宏; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 川本 康司; 山田 信人; 石橋 正祐紀; 村上 裕晃; 松岡 稔幸; 笹尾 英嗣; 真田 祐幸; et al.

JAEA-Review 2014-038, 137 Pages, 2014/12

JAEA-Review-2014-038.pdf:162.61MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2013年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改定した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階および第3段階の調査研究のうち2013年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

地下水中のコロイド調査手法の構築

大森 一秋; 宗本 隆志; 長谷川 隆; 新宮 信也*; 萩原 大樹; 岩月 輝希

JAEA-Research 2014-013, 29 Pages, 2014/08

JAEA-Research-2014-013.pdf:48.04MB

本報告では、深部花崗岩中の地下水に含まれるコロイドに関する調査手法の検討とその結果についてとりまとめた。具体的には、ボーリング孔に設置している水圧・水質モニタリング装置に機材を直結した限外ろ過システムと、バッチ式気密容器に地下水を採取して限外ろ過を行うシステムについて検討・評価を行った。また、限外ろ過法に代わる方法としてクロスフローろ過法について検討・評価を行った。その結果、各調査手法が持つ長所・短所についての知見を得ることかできた。

地下水中のコロイド粒子と調査手法について

宗本 隆志; 大森 一秋; 岩月 輝希

no journal, , 

地下水中のコロイド粒子は地球表層環境に普遍的に存在し、水中での沈降速度が遅く、元素の吸着能が高いため、水溶液中における元素の移動性に影響を及ぼす可能性がある。ボーリング孔からの地下水およびコロイドの採取方法は、地下水の被圧・嫌気状態を保持したまま採取できる一方で、孔内に人為的に生成したコロイド粒子が地下水の採取時に混入することで地下水中の元素の濃度に影響を及ぼすことが明らかとなっている。本研究では、瑞浪超深地層研究所における研究坑道から掘削したボーリング孔で採取した地下水を対象として、コロイド粒子の影響の少ない品質の高い地下水の採取方法およびコロイド粒子が元素の移動性に及ぼす影響についての評価・検討を行った。地下水およびコロイドの採取方法について、ボーリング孔内の地下水を排出し、入れ替えることによって、人為的なコロイドの影響の少ない採取方法を確立した。コロイドによる元素の移動性について、FeやAlを含むコロイドによって、Uの移動性が変化する可能性が示唆された。一方で、核種のアナログ元素(REEs)については、地下水の入れ替わりによる影響が少ないことが明らかとなった。

Mobility of U and REE on colloids in groundwater and its quality-controlled sampling at the Mizunami Underground Research Laboratory

宗本 隆志; 大森 一秋; 岩月 輝希

no journal, , 

The mobility of colloids and their association with U and rare earth elements (REEs) in deep granitic groundwater were investigated at the Mizunami Underground Research Laboratory. The groundwater and colloids were sampled from boreholes and fractures in the drift wall. For groundwater sampling from boreholes, anthropogenic colloids formed on the borehole wall randomly contaminate groundwater. The mobile anthropogenic colloids can be removed by replacing contaminated groundwater in the borehole. In contrast, groundwater sampled from drift wall, the effects of natural occurring colloids on the groundwater chemistry were almost negligible. Changes in the concentrations of U in the groundwater sampled from boreholes were associated with the anthropogenic colloids. The mobility of U was facilitated by mobile anthropogenic colloids. The REE was concentrated with large particles in the groundwater sampled from fractures in the drift wall and its mobility was associated with natural REE bearing materials originating from deep granitic groundwater. Our results suggest the mobility of analogue elements are facilitated by different colloidal materials in the deep granitic groundwater.

超深地層研究所計画; 深部地下環境における物質移動に関わる地球化学的研究

宗本 隆志; 大森 一秋; 長谷川 隆; 加藤 利弘; 湯口 貴史; 岩月 輝希; 濱 克宏

no journal, , 

天然の地質環境中において、地下水-鉱物-コロイド相互作用は元素の移動に影響を及ぼす最も重要な地球化学プロセスの一つである。地下水中において、溶存態としての移動の他に、コロイドやナノ鉱物への吸着によって移動が促進される一方で、母岩や二次鉱物中への取り込みによって移動が遅延されることが知られている。天然の地質環境において、これらの複合的な地球化学プロセスが元素の移動に及ぼす影響は、化学反応の複雑さから統一的な解釈には至っていない。本研究は深部地質環境における物質移動モデルの高度化を目的とし、放射性核種のアナログ元素である希土類元素を対象に、地下水-二次鉱物-コロイドへの希土類元素の分配挙動についての基礎的なデータの取得を行った。

花崗岩の酸化還元緩衝能力は大規模地下施設の建設・操業に耐えられるか?

岩月 輝希; 林田 一貴; 加藤 利弘; 宗本 隆志; 久保田 満

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所において、研究坑道の直近から約100mまでの範囲の地下水を対象として酸化還元状態の経時変化を観測し、地下施設建設時の酸化還元状態の変化について考察した。その結果、坑道の直近では坑道掘削後、約2年間の間に酸化還元電位が約-200mVから約-100mVに変化し、坑道の周囲が徐々に酸化的環境に変化しつつあることが確認された。一方で酸化還元電位の変化が小さい領域もあり、研究坑道に連結する割れ目の有無など地質構造の条件に応じて酸化的影響の程度が異なると考えられた。また、研究坑道から約100mまでの範囲の岩盤においては、花崗岩を覆う堆積岩直下(深度200m)の観測点の酸化還元電位は変化に乏しいものの、深度300から400mの酸化還元電位は約-200mVから-100数十mVへの上昇が認められた。

超深地層研究所計画,地球化学に関する調査研究; 地下水年代測定のための溶存無機炭素のガス化回収技術の開発

加藤 利弘; 岩月 輝希; 宗本 隆志; 久保田 満; 林田 一貴; 中田 弘太郎*; 長谷川 琢磨*

no journal, , 

地下水の年代は、岩盤中の地下水の動きを理解する上で重要な情報である。炭素同位体による年代測定は、数万年前まで適用できるため、主に地表からの水の動きを推定する強力なツールとなる。地下水中の炭素は主に溶存無機炭素(DIC)として存在しており、従来は化学的操作により沈殿物として回収(沈殿法)した後に、高純度の固体炭素(グラファイト)を作製していた。この方法では、試料の作製に多くの操作が必要であると同時に、地下水の性状によっては沈殿物が生成しない、あるいは測定年代が著しく異なる等の問題点があった。そこで、従来法に代わる手法としてガス化回収技術に着目し、地下水試料への適用を検討した。その結果、沈殿法に較べて作業効率が向上するとともに、従来は沈殿が生成しないため年代測定が不可能であった地下水試料においても測定が可能となった。また、沈殿法に特有の年代誤差を生じる原因を明らかにし、過去に沈殿法によって得られた地下水年代の補正方法について言及した。

Inhibition effect of transformation of ferrihydrite in granitic groundwater from the Mizunami Unederground Research Laboratory

宗本 隆志*; 渡辺 勇輔; 林田 一貴; 岩月 輝希

no journal, , 

Fe(III)-(oxyhydr)oxides are ubiquitous in soil and groundwater systems and due to the large surface area and high sorption capacity, they play important roles in the biogeochemical cycles of trace elements. Ferrihydrite is a metastable with respect to stable Fe-oxides such as hematite and goethite. The transformation experiments of ferrihydrite have been conducted in the laboratory, but little in the natural groundwater. In order to understand the transformation behavior of ferrihydrite in natural groundwater systems, we conducted transformation experiments of ferrihydrite in granitic groundwater. Consequently, our results suggest the transformation of ferrihydrite was probably inhibited by the aqueous components contained in the groundwater.