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杉浦 佑樹; 陶山 忠宏*; 舘 幸男
JAEA-Data/Code 2021-017, 58 Pages, 2022/03
JAEA-Data-Code-2021-017.pdf:1.98MB
放射性廃棄物地層処分の性能評価において、放射性核種の緩衝材(ベントナイト)、岩石及びセメント系材料中での収着現象は、その移行遅延を支配する重要な現象の一つである。これらの収着現象の理解、信頼性の高い収着データを集約したデータベース、及び現象論的モデル/評価手法の開発は、性能評価において様々な地球化学条件を考慮して信頼性の高い核種移行パラメータ設定を行う上で重要となる。この目的のために、日本原子力研究開発機構では、ベントナイト、岩石及びセメント系材料を対象として、収着パラメータに関するデータベース開発を進めている。この収着データベース(SDB)は、第2次取りまとめを契機として最初のデータベースを整備し、ホームページでの公開を進めてきた。さらに、今後の性能評価におけるニーズへ対応するため、データベースに含まれるデータの信頼度評価、及び実際の地質環境に対するパラメータ設定におけるデータベース適用等に着目して、データベースの改良・更新を継続的に実施してきた。今回、性能評価における収着分配係数(Kd)設定のための統合的手法の構築の基礎として、収着データベース(JAEA-SDB)のデータ拡充を行った。本報告では、はじめにJAEA-SDBのデータベースの構造と内容の概要を確認したうえで、幅広く文献収集を行ったKdデータと信頼度情報の拡充について報告する。今回の更新において、上記の3つの系に関連した70の文献から8,503件のKdデータとその信頼度情報が追加され、JAEA-SDBに含まれるKdデータは79,072件となり、全データのうちの約75.4%のデータに対して信頼度情報が付与されたこととなる。今回更新されたJAEA-SDBによって、今後の性能評価における収着パラメータ設定に向けて、有効な基盤情報を提供するものと期待される。
Mei, H.; 青柳 登; 斉藤 拓巳*; 香西 直文; 杉浦 佑樹; 舘 幸男
Applied Geochemistry, 136, p.105178_1 - 105178_8, 2022/01
被引用回数：11 パーセンタイル：86.47(Geochemistry & Geophysics)Dissolved inorganic carbonate ions (DIC) present in groundwaters may affect both the aqueous and surface species of U(VI) due to its strong complexation ability with U(VI). However, it is still not clear how DIC affects U(VI) sorption on illite, which is one of the critical components in argillaceous rocks. In this study, the sorption of U(VI) on conditioned illite du Puy in presence of varying DIC concentrations (up to 250 mM DIC) as a function of pH was investigated by combining batch sorption experiments, surface complexation modeling, and the cryogenic time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS). The distribution coefficients of U(VI) were sensitive to the DIC concentration, which decreased with an increase of DIC. There is no sorption of U(VI) under relatively high DIC concentrations (100 mM DIC). The U(VI) sorption behavior on illite was modeled by using the 2 Site Protolysis Non-Electrostatic Surface Complexation and Cation Exchange model. Two ternary surface complexation reactions with carbonate were needed to depict the experimental sorption data in addition to binary and ternary hydroxo surface complexation reactions employed for the description of U sorption to illite without carbonate. The cryogenic TRLFS revealed that U(VI) did sorb to illite in presence of high DIC concentration (up to 10 mM DIC). The spectra were unchanged with DIC at pH 8.5, suggesting the surface speciation of U(VI) remained the same. The decay curves were biexponential, which further indicated that at least two species were responsible for the sorption. Our finding will help to predict the transport and retention behaviors of U(VI) near radioactive waste repositories.
杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 舘 幸男
Applied Clay Science, 200, p.105910_1 - 105910_10, 2021/01
被引用回数：6 パーセンタイル：51.59(Chemistry, Physical)In the geological disposal system, increase of Ca concentration with the alteration of cementitious materials would affect the retention of other radionuclides by competitive sorption. Batch sorption experiments were performed to investigate sorption behavior of Ca and competition with other divalent cations (Sr and Ni) on the edge site of montmorillonite under alkaline conditions. Ca and Sr formed surface complexation with the edge site at higher pH region compared to Ni. Sr sorption decreased with Ca concentration in alkaline pH region, whereas Ni sorption was not affected by Ca concentration. These results indicate that Ca and Sr sorb onto the same site while Ca and Ni sorb onto different sites, and competitive sorption depends on the chemical similarity such as hydrolysis behavior. Sorption model parameters obtained from the single element batch sorption experiments successfully reproduced the results of competitive sorption experiments.
杉浦 佑樹; 戸村 努*; 石寺 孝充; 土井 玲祐; Francisco, P. C. M.; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 松村 大樹; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 324(2), p.615 - 622, 2020/05
被引用回数：4 パーセンタイル：45.45(Chemistry, Analytical)Batch sorption experiments were performed to investigate the sorption mechanism of Se on montmorillonite under reducing conditions in deep geological environments. Based on Eh-pH diagrams and ultraviolet-visible spectra, Se was dissolved as selenide (Se(-II)) anions under the experimental conditions. The distribution coefficients (
; m
kg
) of Se(-II) indicated ionic strength independence and slight pH dependence. The values of Se(-II) were higher than those of Se(IV), which also exists as an anionic species. X-ray absorption near edge spectroscopy showed that the oxidation state of Se-sorbed on montmorillonite was zero even though selenide remained in the solution. These results suggest that Se(-II) was oxidized and precipitated on the montmorillonite surface. Therefore, it is implied that a redox reaction on the montmorillonite surface contributed to high values for Se(-II).
杉浦 佑樹; 陶山 忠宏*; 舘 幸男
JAEA-Data/Code 2019-022, 40 Pages, 2020/03
JAEA-Data-Code-2019-022.pdf:2.22MB
放射性廃棄物地層処分の性能評価において、放射性核種の緩衝材, 岩石及びセメント系材料中での収着現象は、その移行遅延を支配する重要な現象の一つである。今回、性能評価における収着分配係数(K
)設定のための統合的手法の構築の基礎として、収着データベース(JAEA-SDB)のデータ拡充を行った。本報告ではK設定や収着モデル開発の最近の取り組みにおいて課題として抽出された以下に示す3つの系(粘土, 堆積岩及びセメント系材料)に着目して実施した、Kデータと信頼度情報の拡充について報告する。今回の更新において、60の文献から6,702件のKデータとその信頼度情報が追加され、JAEA-SDBに含まれるKデータは69,679件となり、全データのうちの約72%のデータに対して信頼度情報が付与されたこととなる。今回更新されたJAEA-SDBによって、今後の性能評価における収着パラメータ設定に向けて、有効な基盤情報を提供するものと期待される。
杉浦 佑樹; 陶山 忠宏*; 舘 幸男
JAEA-Data/Code 2017-016, 54 Pages, 2018/03
JAEA-Data-Code-2017-016.pdf:2.06MB
放射性廃棄物地層処分の性能評価において、放射性核種の緩衝材(ベントナイト)、岩石及びセメント系材料中での収着・拡散現象は、その移行遅延を支配する重要な現象である。これら収着・拡散現象の理解、信頼性の高い収着・拡散データを集約したデータベース、並びに現象論的モデル/評価手法の開発が、性能評価において、様々な地球化学条件を考慮して信頼性の高い核種移行パラメータ設定を行う上で重要となる。本報告は、性能評価におけるK
設定のための統合的手法の構築の基礎として、収着データベース(JAEA-SDB)の更新の現状について報告する。はじめにJAEA-SDBの開発の現状として、データベースの構造と内容の概要をまとめる。Kデータと信頼度情報の更新については、K設定や現象論モデル開発との関連に着目して実施した。今回の更新において、30の文献から4,256件のKデータとその信頼度情報が追加され、JAEA-SDBに含まれるKデータは約63,000件となり、全データのうちの約69%のデータに対して信頼度情報が付与されたこととなる。今回更新されたJAEA-SDBによって、収着データベースから利用可能な関連データ群の速やかな抽出、K設定の際に参照すべきデータの適切な選定が、一層の効率性、追跡性、透明性をもって可能となると考えられる。
杉浦 佑樹; 戸村 努*; 土井 玲祐; 石寺 孝充; 舘 幸男
no journal, ,
We carried out batch sorption and XAFS experiments in various solution conditions identifying the aqueous species to evaluate the sorption behavior of Se(-II) onto montmorillonite. The 
values were independent of ionic strength. The values were nearly constant between pH 8-11, while the value decreased around pH 12. The aqueous species of Se(-II) were stable in 7d, and hydroselenide (HSe
) was the dominant species at pH 8; whereas, polyselenide (Se
, Se
) increased with the increase of pH. These behavior implies that Se(-II) sorption onto the edge site of montmorillonite by complexation is not a dominant sorption mechanism. The XANES spectra indicate that Se in the collected solid phase exists as Se(0). These results suggest that the values were independence of ionic strength and pH due to the oxidation and precipitation of Se by contacting montmorillonite in this work.
杉浦 佑樹; 舘 幸男; 陶山 忠宏*; 浜本 貴史*
no journal, ,
わが国には、炭酸濃度の比較的高い地下水環境が存在する。ウラン(U(VI))は炭酸錯体を形成することで収着分配係数(K)が低下するため、その影響を定量的に評価する必要がある。原子力機構が整備を進めている収着データベース(JAEA-SDB)から既存のU(VI)のモンモリロナイトへの収着データを複数抽出し、モデルパラメータの導出と炭酸共存条件における収着モデルの適用性の評価を行った。得られたモデルパラメータは、炭酸濃度を変化させた試験結果を良好に再現することができ、炭酸錯体形成によりKが低下するものの、一部は三元錯体として収着している可能性が示唆された。また、モデルパラメータ導出に用いていないデータセットの再現に成功し、モデル化の方法の妥当性及びモデルにより炭酸共存の影響を予測・評価できる可能性が示された。
杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 陶山 忠宏*; 岡崎 充宏*; 浜本 貴史*; 石田 圭輔*; 舘 幸男
no journal, ,
Pb-210 is one of the important radionuclides for the performance assessment of geological disposal. In this study, we investigated the sorption behaviour of Pb onto montmorillonite in the presence of carbonate. Kd values decrease with the increase of DIC concentration in pH8-11 region. Data from the carbonate-free and conditions of 2.5 and 25 mM DIC can be fitted using surface complexation constants determined from carbonate-free condition dataset. However, the model underestimated the data at DIC concentrations of 100 and 250 mM. Therefore, the formation of a ternary complex was assumed and its surface complexation constant was determined by fitting the experimental data at DIC concentrations of 100 and 250 mM. The results succeeded in fitting all experimental data well. Spectroscopic studies on the ternary complexation system will be required to enhance the reliability of the present results.
杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 舘 幸男
no journal, ,
We measured the sorption of Ca and its competitive sorption with Sr and Ni at high pH and ionic strength conditions. Sorption data were then evaluated using a thermodynamic sorption model. 
values of Ca increased with increasing pH values in alkaline pH region and the tendency was more pronounced at high ionic strength, indicating sorption onto edge sites. Fitting analyses show that Ca sorbs onto 
S
OH sites, with CaOH
sorption onto planar sites contributing at high alkaline pH regions. In competitive sorption experiments, Sr sorption onto the edge site decreased with increasing Ca concentration. In contrast, Ni sorption onto the edge site was independent of Ca. These results indicate that Sr sorbs onto the same edge sites (SOH) as Ca, while Ni sorbs onto different edge sites (S
OH). Model calculations using the obtained sorption parameters reproduce the results of competitive sorption experiments.
出井 俊太郎; 宮川 和也; 笹本 広; 舘 幸男; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全性評価において、セレン(
Se;半減期: 300kyr)は人工バリアや天然バリアである岩盤に収着されにくいと考えられる。一方で、セレンは鉄水酸化物に収着することが室内試験より報告されている。本研究では、深部地下環境におけるセレンの長期的な収着挙動を理解するために、北海道幌延地域の堆積岩を対象にセレンの化学形態分析を実施した。堆積岩中のセレンの化学形態について、逐次抽出試験およびXAFS分析を実施した結果、セレンは-I価または0価の還元的な形態で堆積岩中に存在することが明らかになった。
XRF分析より、セレンはパイライトに濃集していることが示唆された。セレンはパイライト中の硫黄と置換し、固体中に取り込まれることが報告されており、同様の形態で初期続成作用時からセレンが長期間保持されている可能性が考えられる。今後、堆積岩中のパイライトへのセレン収着メカニズムを明らかにする予定である。
松井 直樹*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男; 杉浦 佑樹; 四辻 健治*
no journal, ,
地層処分環境において
Cs等の放射性核種は緩衝材中のスメクタイトの層間および粒子間の空隙を拡散により移行すると考えられるが、スメクタイトの層表面に近い領域では電気二重層の影響のためその移行を実験的に解析することは困難である。本研究では、分子動力学計算を用いてスメクタイトの粒子間空隙におけるCsと水の移行挙動の解析を行った。スメクタイトの組成をパラメータとして計算した結果、四面体シートのAl置換量が最もCsの滞留時間に影響を与えており、置換量が増加すると滞留時間が増加した。また、滞留時間の長さに基づいてCsをCs
とCs
に分類して水の配位構造を解析したところ、CsはCsよりも配位数が少なかった。このことから、Csはスメクタイトの層表面において内圏型錯体として存在していると考えられた。
Mei, H.; 青柳 登; 斉藤 拓巳*; 香西 直文; 杉浦 佑樹; 舘 幸男
no journal, ,
U(VI) sorption on illite in the presence of varying concentrations of carbonate ions was investigated by using the cryogenic TRLFS technique. The sorption species were differentiated by analyzing the fluorescent spectral shape and lifetime and using Parallel Factor Analysis.
松井 直樹*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男; 四辻 健治*; 杉浦 佑樹
no journal, ,
地層処分環境においてCs等の放射性核種は緩衝材中のスメクタイトの層間空隙および粒子間空隙(外表面)を拡散により移行する。スメクタイトのbasal面に近い領域では層の負電荷に由来する電気二重層の影響でカチオンの移行挙動は複雑化しており、その移行メカニズムは不明な点が多い。そこで、本研究では分子動力学(MD)計算を用いてスメクタイトの外表面におけるカチオンの自由エネルギーを計算し、得られた自由エネルギーマップから移行経路を考察した。
出井 俊太郎; 舘 幸男; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物中に含まれるセレン(Se;約30万年)は、岩盤への収着分配係数が小さいため、地層処分の核種移行評価上は遅延効果が期待できない核種として位置付けられている。一方で、二次鉱物生成に伴う共沈反応は、セレンの移行遅延に寄与する反応として期待できる可能性がある。本研究では、セレンの移行遅延に関する天然事例研究として、北海道幌延地域で得られた深部堆積岩を対象にセレンの長期的な収着・保持メカニズムを明らかにすることを目的とした。セレンの存在形態および局所構造を明らかにするために実施した逐次抽出試験とXAFS分析の結果から、セレンが黄鉄鉱の結晶構造中の硫黄と置換する形で取り込まれていることが明らかになり、黄鉄鉱の共沈反応によってセレンが岩盤中に保持されていることが示された。以上の結果より、深部堆積岩中では、共沈反応によりセレンが移行しづらい形態で岩盤に保持される可能性が示された。
舘 幸男; 四辻 健治*; 深津 勇太; 杉浦 佑樹; 大窪 貴洋*
no journal, ,
放射性廃棄物の地層処分の安全評価において、ベントナイト緩衝材や岩石中に含まれる粘土鉱物中の核種移行現象の理解が重要となる。粘土鉱物中の核種移行モデルを構築するうえで、中核となるのは層状構造をもつ粘土鉱物によって形成される間隙構造と粘土鉱物表面での静電的な相互作用である。本報告では、セメント系材料の共存によるベントナイトの状態変遷(Na型からCa型への変化)の影響を評価するため、圧縮ベントナイト中の間隙構造と静電的な相互作用の双方の効果を考慮した核種の拡散・収着モデルの開発成果を報告する。
杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 青柳 登; Mei, H.; 斉藤 拓巳*; 舘 幸男
no journal, ,
The sorption behavior of trivalent lanthanides (Eu/Sm) onto illite in the presence of dissolved inorganic carbon (DIC) was investigated by batch sorption experiments. The results of the experiments were interpreted using a thermodynamic sorption model (TSM). The TSM predicted that Eu/Sm forms clay mineral-Eu/Sm-carbonate surface ternary complexes. Time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) measurements were performed to obtain information on the chemical forms of Eu sorbed on illite. Parallel factor (PARAFAC) analysis of the TRLFS data indicated the presence of multiple chemical species. The pH dependence of the relative intensity of the chemical species derived from PARAFAC analysis was consistent with that of the surface species predicted by the TSM. The dominant chemical species in the presence of DIC was inferred to be coordinating carbonate ions based on the fluorescence lifetime. These results confirm the existence of surface ternary complex and the validity of the TSM.
出井 俊太郎; 舘 幸男; 天野 由記; 杉浦 佑樹; Francisco, P. C. M.; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
Se is one of the key radionuclides for safety assessment of the high-level radioactive waste (HLW) due to its long half-life and complex speciation depending on the redox condition. Since selenium is considered to be easily migrates as an anion, it is important to understand the retention mechanism of Se in the subsurface environment. The aim of this study is to elucidate the retention mechanisms of Se in the deep subsurface by clarifying the speciation of Se.
Mei, H.; 青柳 登; 斉藤 拓巳*; 杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 田中 万也; 舘 幸男
no journal, ,
The sorption of U(VI) and trivalent lanthanides on illite at different pH and dissolved inorganic carbon (DIC) levels was investigated. The obvious inhibition effect of DIC on U(VI) and trivalent lanthanides sorption was revealed from the macroscopic batch experimental results. The formation of carbonate-containing sorption complexes was needed to be considered in the updated 2-site protolysis non-electrostatic surface complexation and cation exchange model to reproduce the experimental results. Based on the Parallel Factor Analysis analysis on the cryogenic time-resolved laser fluorescence spectroscopy spectra, the formation of ternary carbonate-containing sorption complexes was successfully identified. Identification of the sorption species adds more credibility to the predictive sorption model, which provides more confidence in the safety assessment of deep geological disposal.
