Solubility Measurement of Iron-Selenium Compounds under Reducing Conditions

北村 暁; 柴田 雅博; 北尾 秀夫*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.807, p.609 - 614, 2004/00

第2次取りまとめにおいて、地層処分環境下でのセレンはオーバーパック腐食による鉄(II)イオンと二セレン化鉄を形成することが予想され、これを溶解度制限固相とした場合の溶解度評価が行われている。本研究では、二セレン化鉄の溶解に関する熱力学データ取得を目的として、不飽和試験を実施し、アルカリ性水溶液中における溶解度を測定した。得られた溶解度のpHおよび酸化還元電位の依存性から,鉄セレン化合物の溶解挙動を考察した。この際,二セレン化鉄はセレン結晶を経由して溶解することが予想され、その熱力学データの取得を行った。

捨石たい積場の物質移行・土木データの取得

北尾 秀夫*; 甲川 憲隆*

JNC TJ6420 2003-010, 156 Pages, 2003/02

JNC-TJ6420-2003-010.pdf:5.05MB

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地層処分における地球化学的現象に関する評価手法の信頼性確認

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 三枝 守幸*; 横山 二郎*; 北尾 秀夫*; 都築 康男*

JNC TJ8400 2000-012, 333 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-012.pdf:11.14MB

本研究は、第二次取りまとめにおける地球化学的現象に関する評価手法の信頼性を確認するためのレビュー、試験、解析を実施した。主な結論を以下に示す。・第二次取りまとめにおける地球化学モデル・データのレビューを実施し、地下水変遷モデル、熱力学データの課題を示した。・諸外国の深部地下水組成データに基づく多変量解析を行い、特異な地下水水質(SRLP,FRLP,MRNP)の妥当性について考察した。・沿岸堆積層における酸化還元反応について公開文献による調査を行い、酸化還元反応のメカニズムについて示した。・Seの熱力学データに関する実験的研究を行い、実験環境が硫酸還元菌のない状態であることを確認し、Fe-Se固相(FeSe)に変遷することを確認した。また、液相化学種の関係について明らかにした。・人工バリア材の劣化に関する調査研究を行い、鉄および銅材料を対象としてナチュラルアナログデータの整備を行うとともに、緩衝材(クニピアF)の基本物性を実験により取得した。・サイト選定のための技術的指標の摘出を行うため、UO2の溶解速度について検討した。その結果、UO2の溶液速度は、従来一般的に用いられてきた数値よりも数桁低い可能性が明らかとなった。このことは、Ehの高い地下水環境も処分場の候補地となり得ることを示唆する。

地層処分模擬環境下でのセレンの溶解度に関する実験的研究

立川 博一*; 北尾 秀夫*; 桂井 清道*; 柳澤 一郎*; 柴田 雅博; 陶山 忠宏*; 油井 三和

JNC TN8400 99-068, 108 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-068.pdf:3.59MB

高レベル放射性廃棄物処分の核種移行評価では、Se-79が重要な核種の一つとなっている。しかしながら、Seの溶解度および溶解度制限固相に関しては、不明な点が多い状況にある。そこで、処分場環境を考慮して、還元雰囲気で、Fe、ベントナイト、黄鉄鉱等を共存させたの条件で、過飽和側からのSeの溶解度実験を行った。また、その際の沈殿固相についても評価を行い、処分環境における溶解度制限固相に関する考察を行った。その結果、60において、Fe(II)溶液、Se溶液を混合した系においては、Se含有固相として、FeSe2(Ferroselite)およびSe(cr.六方晶系)が認められた。また、S(-II)を添加した系においては、SeSが認められた。ベントナイト共存および黄鉄鉱共存系でSe溶解度を求めたところ、中性域で10-8mol/lとなり、pH9では、10-6mol/lとなった。黄鉄鉱共存系での試験における、Se含有固相はSe(cr.六方晶系)を主として、一部FeSe2も確認された。また、侵漬した黄鉄鉱表層部には、Auger分析によりFe(S,Se)固溶体生成の可能性も示唆された。さらに、試験温度を60から80に上げ、Se含有固相の変遷を確認する試験を試みた。その結果、沈殿固相は、Se(cr.六方晶系)からFeSe2およびFeSeのFe-Se系固相へ変遷することが確認され、これにともなって、液相Se濃度は、経時的に減少し、3ヶ月後には、ICP-MSの検出下限(410-9mol/l)以下となるケースがあった。このことから、長期の地層処分環境条件においては、熱力学的に最も安定なFeSe2(Ferroselite)が溶解度変遷固相となる可能性が示唆された。なお、一連の実験環境での硫酸塩還元細菌(SRB)の存在の可能性を調べ、SRBは存在していないことを確認した。

地球化学データベースの開発研究

片岡 伸一*; 北尾 秀夫*; 立川 博一*; 島田 隆*; 前田 一人*; 根本 和明*; 柳沢 一郎*

PNC TJ1216 98-002, 676 Pages, 1998/02

PNC-TJ1216-98-002.pdf:17.64MB

本研究では、性能評価上重要となる、我が国の地下水水質を設定する上で必要な鉱物等の信頼性の高い熱力学データを整備するとともに、地下水水質のモデリングで必要となる情報の整理、モデリングのレビューなどを行った。また、地層処分システムの性能評価において重要なSe鉱物に関して、地下水環境下での信頼性の高い熱力学データを取得した。(1)鉱物等の熱力学データベースの開発研究・信頼性の高い熱力学データベースを開発するとともに、これらのデータを地球化学コードPHREEQE用のフォーマットに変換した。・最新の反応速度定数を収集し本データを用いて平衡モデルの適用性について検討した。(2)地下水水質モデリングに関する研究・最新の地球化学コードならびに前後処理ソフトウェアを導入した。・地球化学コードPHREEQEのベンチマーク解析(PHREEQC,EQ3/6)を実施した。・熱力学データベースの変換に伴う作業に対して品質保証活動を実施した。(3)Fe-Se鉱物の熱力学に関する実験的研究・ベントナイト共存下でのSe系およびFe-Se系についてのSeの溶解度測定を実施した。Seの固相は、確認できなかったが、液相Se濃度は、試験開始1ケ月でほぼ平衡に達した。液相Se濃度は,pH7で約110mol/lになり、pH9で約110mol/lとなった。・Fe-Se熱力学試験としてFe(S,Se)固溶体生成を確認する試験を実施した。Se固相としては、一部の試料からSe固相(六方晶)を同定した、またFeSe2と見られる固相データも得られた。固溶体の生成については、分析中である。・これら2試験の結果から、液相Se濃度は、Se単体(六方晶)に制限されていると考えられる。・Fe-Se鉱物の熱力学に関するモデル化のための調査とFe-Se系の解析を実施した。

TRU廃棄物処分の人工バリア材中の核種移行挙動に関する研究(研究委託内容報告書)

入矢 桂史郎*; 久保 博*; 黒木 泰貴*; 向井 悟*; 北尾 秀夫*; 石原 義尚*; 根山 敦史*

PNC TJ1449 96-001, 379 Pages, 1996/03

PNC-TJ1449-96-001.pdf:14.64MB

TRU廃棄物処分システムの人工バリア材として想定されるセメント系材料とベントナイトの核種移行にかかわる化学的評価を行うために、以下の研究を実施した。1.人工バリア材の変質挙動に関する研究として、先ず、各種セメントの特性及びセメント硬化体の化学的性質に関する調査を行い、TRU廃棄物処分場に適したセメント系材料の選定を行った。また、コンクリート間隙水の化学的変遷挙動を解析的にフィードバックできる促進試験法を開発した。さらに、ベントナイトの変質について、pH及び温度による促進試験を実施した結果、ナトリウム型からカルシウム型への転移、C-S-H系化合物の生成が認められた。2.カルシウム型化ベントナイト中の核種の吸着データを取得するために、以下の研究を実施した。(1)高pH、低Ehでの核種の化学形態をプルベー線図に基づいて推定し、雰囲気に依らず安定な核種、種々の酸化状態をとる核種を明らかにした。(2)カルシウム型化ベントナイトに対するCs、Iの分配係数を、雰囲気制御下においてバッチ法により、測定した。(3)圧縮ベントナイトを用いてH-3、Cs-134、I-131、Np-237の拡散実験を実施し、見かけの拡散係数を求めた。その結果、Ca型とNa型でトリチウムの拡散係数はほぼ同じであった。また、CsとNpの拡散係数は、Na型よりもCa型の方が低めであったが、その差は1桁以内であった。3.TRU廃棄物の処分システムの挙動のうち、化学反応と物質移行現象を対象として、前年度に改良した解析コード(TRACE-94)について、複数鉱物に関するコンクリート/水相互作用ならびに高速モデルが取り扱えるようコードの改良、改良したコードの数値的な精度を確認するための検証解析、改良したコードの実現象への適用性を確認するための確証解析、及び検証・確証されたコード(TRACE-95)を用いて人工バリアシステムの化学挙動評価を行い、バリアの緩衝性について検討した。