Experimental and modeling studies on sorption and diffusion of radium in bentonite

舘 幸男; 澁谷 朝紀; 佐藤 治夫; 油井 三和

Journal of Contaminant Hydrology, 47(2-4), p.171 - 186, 2001/02

https://doi.org/10.1016/S0169-7722(00)00147-9

地層処分性能評価上の重要元素であるラジウムのベントナイト中における収着・拡散挙動についてデータ取得及びモデル化の検討を行った。収着試験ではpH,イオン強度、液固比をパラメータとしてバッチ法により分配係数を取得すると共に脱離試験を行った。分配係数がイオン強度に大きく依存すること、収着したラジウムの大部分がKClで脱離されることから、ラジウムの収着挙動はイオン交換反応に支配されることが示唆された。収着試験結果はイオン交換及び表面錯体反応を考慮した収着モデルによってモデル化でき、ラジウムに関する反応定数が取得された。拡散試験については密度及びイオン強度をパラメータとしてIn-diffusion法により行い、見かけの拡散係数は密度が高い程、イオン強度が高い程小さくなることが確認された。拡散モデルを用いて見かけの拡散係数から圧縮ベントナイト中での分配係数を導出すると共に、収着モデルの圧縮ベントナイ

A PNC Approach to Increase Confidence in Sorption Coefficients for Near-Field Performance

油井 三和; 澁谷 朝紀

Using Thermodynamic Sorption Models for Guiding Radioelement Distribution Coefficient (Kd) Investigations, 107 Pages, 2001/00

動燃における第2次取りまとめ(次期性能評価レポート)に向けた収着データベース開発の考え方、現状、問題点等について報告する。わが国においてサイトジェネリックな性能評価を実施していく上で、信頼性の高い分配係数の予測を行う為には、収着現象のメカニズムを明らかにし、モデル化した上で、収着反応(イオン交換、表面錯体反応)の基本定数を取得し、データベースをして整備する必要がある。このため動燃では、単純な陽イオン及び陰イオンであるCs、Seについてそれぞれイオン交換、表面錯体反応の平衡定数を整備すると共に、Pu、Amのベントナイトへの収着については、イオン交換によるモデル化を行い、圧縮系への適用性を確認した。更に、U、Np、Cm、Tcのベントナイト、花崗閃緑岩、凝灰岩への収着については、還元環境下でもバッチ試験及び分配係数の温度依存性試験を実施し、Cmを除き、表面錯体反応の平衡定数を整備した。

スメクタイトの物理・化学的特性およびNaCl溶液中でのH+との相互作用

澁谷 朝紀; 小原 幸利*; 小田 治恵; 久保田 満*; 久野 義夫; 柴田 雅博

JNC TN8400 99-066, 75 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-066.pdf:3.21MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価におけるベントナイト-地下水相互作用を把握するため、その主要構成鉱物であるNa型スメクタイトの物理化学的特性を評価するとともに、様々な濃度のNaCl溶液中でのH+との相互作用を評価した。Na型スメクタイトは、クニピアFから精製した。XRD測定を行った結果、若干石英(玉髄)の存在を示唆するピークが認められた。また、スメクタイト層間に介在する陽イオンは1価であり、均一に配列していること、全岩化学組成分析結果と合わせ、ほぼNa型であることが推定された。さらに、湿度制御およびエチレングリコール処理により、イライト化または緑泥石化されていない健全な膨張性を有するスメクタイトであることが分かった。アンモニウム酢酸塩を用いて測定した陽イオン交換容量は110.8meq/100gであった。N2-BET比表面積測定によるスメクタイトの表面積は5058m2/gであった。0.01、0.1および0.5MNaCl溶液中でのスメクタイトとH+との相互作用は、滴定法によって評価した。その結果、H+消費量は、pH6ではNaCl濃度に強く影響を受けるが、pH6ではNaCl濃度の影響をほとんど受けないことがわかった。また、溶液分析から、pH4ではスメクタイト骨格の溶解に起因すると見られるFe、AlおよびMgの溶出が認められた。さらに、イオン交換モデルおよび表面錯体モデルを用いて0.1MNaCl溶液中でのスメクタイトに対するH+の収着のモデル化を試みた結果、スメクタイト結晶端におけるH+収着/解離反応およびスメクタイト層間におけるH+収着反応の平衡定数は以下のように得られた。SOH+H+SOH2+ logK(+)=5.674 SOHSO-+H+ logK(-)=-7.916 ZNa+H+ZH+Na+logK(ZH)=1.88 本データを用いて、0.01および0.5MNaCl溶液中のスメクタイトに対するH+収着量を計算した結果、計算結果は実験結果とほぼ一致することが確認された。本計算結果から、低pH側ではH+が層間に収着することによってH+収着量にイオン強度依存性が生じたものと考えられた。

Matrix diffusion of simple cations, anions, and neutral species in fractured crystalline rocks

佐藤 治夫; 舘 幸男; 澁谷 朝紀; 油井 三和; 太田 久仁雄; 天野 健治

Nuclear Technology, 127(2), p.199 - 211, 1999/08

https://doi.org/10.13182/NT127-199

本研究では、釜石鉱山において見られる単一割れ目から岩石のマトリックス方向への間隙特性と核種の拡散挙動との関係を実験的に調べた。釜石鉱山亀裂部より採取した岩石(未変質部(花崗閃緑岩)、変質部、割れ目充填鉱物部)の間隙率、細孔径分布、間隙内比表面積、密度を測定すると共に、拡散実験を行い、Cs、Na、HTO、Cl、Seの実効拡散係数、見掛けの拡散係数、分配係数を取得した。Cs、Na、HTO、Clは大気下にて測定し、Seのみ雰囲気制御グローブボックス(O21ppm)で行った。また、バッチ法によりCs及びSeの分配係数を測定した。間隙率および密度は、水中飽和法により測定し、間隙率、細孔径分布、間隙内比表面積、密度は、水銀圧入法により測定した。間隙率は、両測定結果とも、割れ目充填鉱物部変質部未変質部の順となった。細孔径分布は、未変質部および変質部で100A0.2mmの範囲であった。一方、割れ

高レベル放射性廃棄物地層処分に関わる性能評価計算のためのプルトニウムの熱力学データベースの整備

澁谷 朝紀; 澁谷 早苗

PNC TN8410 98-082, 97 Pages, 1998/06

PNC-TN8410-98-082.pdf:2.76MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分性能評価研究においては、核種移行解析の基礎データとして信頼性の高い、充実した熱力学データが必要とされる。本報告では、熱力学データの基礎となるプルトニウムの熱力学的特性および既存のプルトニウムの熱力学データについてまとめることを目的とし、特に高レベル放射性廃棄物地層処分に関わる性能評価計算の基礎となるプルトニウムの酸化還元反応、水和反応、炭酸錯体生成反応、硫酸錯体生成反応、リン酸錯体生成反応、硝酸錯体生成反応、フッ化物錯体生成反応、塩化物錯体生成反応に関わる熱力学データベースの整備を行った。本報告書を作成するに当たっては、既存の文献を調査し、信頼性の高い文献を選択し、得られている熱力学データを抽出した。また、データの信頼性を補完するために、すでに国際的に信頼性が高いと考えられているU,Am等の熱力学データとを比較することによって個々のデータの妥当性を確認した。整備された熱力学データについては、実験系への適用の可否を検討するために実験条件の明確な文献を用いて確証計算を行った。

Migration behavior of cesium released from fully radioactive waste glass in compacted sodium bentonite

芦田 敬; 小原 幸利*; 澁谷 朝紀; 油井 三和

PNC TN8410 98-014, 30 Pages, 1998/03

PNC-TN8410-98-014.pdf:1.16MB

実高レベル放射性廃棄物ガラス固化体から放出されるCsの複合挙動および圧縮ベントナイト中の移行挙動を調査するため、蒸留水で飽和されたナトリウム型圧縮ベントナイトを用いた移行実験を室温において実施した。これらの試験条件下では、Csのガラス固化体からの浸出や圧縮ベントナイト中の拡散および収着過程は同時に起こるであろう。Csの移行挙動は地球化学および移行モデルを用いて評価した。モデル計算に必要な入力データは、それぞれの挙動を独立させた個別の実験およびモデルから導いた。浸出挙動は、浸出液中のSi濃度が飽和に到達するまではSiとの調和溶解を、飽和後はBとの調和溶解を仮定することにより推定された初期浸出速度および残存溶解速度を与えた。ベントナイト間隙水中の拡散係数は、ベントナイト表面に対する電気化学反応モデルにより評価した。また、分配係数の評価には、イオン交換モデルを用いた。さらに、それぞれのモデルには、溶液化学、ベントナイトの微小構造や表面特性および固液比が考慮され、圧縮ベントナイトに適用された。モデルを用いた計算結果は実測値とほぼ一致するものであった。

Understanding the sorption of U(VI) and Se(Iv) on sodium bentonite

佐藤 治夫; 油井 三和; 澁谷 朝紀

Proceedings of Migration '97, 0 Pages, 1997/10

高レベル放射性廃棄物地層処分における性能評価の信頼性を上げるために、圧密ベントナイト中の重要核種の収着特性を解明することが重要な課題として挙げられている。従来の研究から、ベントナイトに対するU(VI)およびSe(IV)の収着は、鉄含有鉱物の酸化によるゲーサイトへ選択的に収着されるとして解釈されている。しかしながら、ベントナイトに於ける収着サイトは、ゲーサイトのみならず、アルミノール基等のスメクタイト成分のエッジサイトへの収着も考えられる。本研究は、これら2つのサイトの収着に及ぼす影響を評価する目的で行った。ゲーサイト及びスメクタイトへのU(VI)及びSe(IV)のバッチ法による収着試験を行った。スメクタイトに対するSeの収着挙動は、広いpH範囲に渡って余り認められなかった。一方、ゲーサイトに対しては、pH8では強い収着性(Rd960ml/g)を示し、pH8で除々に減少する傾向が見ら

Study on sorption and diffusion behavior of selenium in TUFF

舘 幸男; 澁谷 朝紀; 佐藤 治夫; 油井 三和

Proceedings of Migration '97, 0 Pages, 1997/00

性能評価上の重要元素であるSeの凝灰岩中における収着・拡散挙動に関する研究を行った。収着挙動に関しては,Seの凝灰岩及び主要構成鉱物への収着試験をバッチ法により行い,収着率のpH依存性を取得した。Seの凝灰岩への収着率は,pH8以上では,90%以上と高く,pH8以上ではpHの増加に伴い減少する傾向となり,Seの主要構成鉱物への収着率のpH依存性との比較から,鉄鉱物がSeの凝灰岩への収着に大きく寄与していることが示唆された。拡散挙動に関しては,pHを2点に振ってSeの凝灰岩中のThrough-diffusion法試験を行い,実効拡散係数及び分配係数を取得した。両pHにおいて得られた実効拡散係数は同程度であった。一方,分配係数は低pH側の方が高くバッチ収着試験に対応した傾向となったが,拡散試験により得られた分配係数は,バッチ収着試験により得られた値よりも12桁低くなった。各試験に用いた試料

Aqueous behavior of plutonium in Pu-doped glass suspensions

澁谷 朝紀; 油井 三和; 黒羽 光彦

Proceedings of Migration '97, 0 Pages, 1996/00

本研究では、Pu含有ガラス固化体の浸出および溶解度実験を行い、Pu濃度のpH依存性を調べると共に、Pu含有ガラス固化体表面でのPuの溶解度制限固相を推定した。浸出実験は、MCC-3法に準拠して行い、試験期間は151日340日で、定期的にpH調製を行った。溶解度実験は、0.1MNaNO3溶液にPuを過飽和になるように添加し、HNO3とNaOHを、用いてpHを412に調製した。試験期間は42233日で行った。いずれの実験も大気下、室温で行い、固液分離は分画分子量10000の限外ろ過膜を使用した。Pu濃度はスペクトル分光分析装置を用いて測定した。浸出実験で得られたPu濃度は、pH4-6で10^6mol/lのオーダーでほぼ一定の値となり、pH6-10にかけて10^-6から10^-9mol/lに減少した。Pu含有ガラス固化体からのPuの浸出挙動は、pH4-6では、溶解度制限とは考えられない

Seの岩石および鉱物に対する吸着挙動に関する研究

澁谷 朝紀; 西川 義朗*; 乾 真一*; 内館 信幸*; 油井 三和

PNC TN8410 94-395, 41 Pages, 1994/10

PNC-TN8410-94-395.pdf:1.01MB

本研究の目的は,深部地下環境下で陰イオンとして存在すると考えられるSeの岩石および鉱物への吸着係数を取得し,吸着メカニズムに基づいたモデル化を行うことである。Seの岩石および鉱物への吸着率のpH依存性を取得し,表面錯体モデルを用いた解析を行った。また,一部の岩石の表面分析を行い,表面変質層の分析を行った。Seは,ベントナイト,花崗閃緑岩,モンモリロナイト,アルバイト,カリウム長石,石英にはほとんど吸着しなかった。しかし,黒雲母,緑泥石,-FeOOH,黄鉄鉱,Al(OH)3ではpH8以下で高い吸着率が確認された。黄鉄鉱の表面変質層をESCAで測定したところ,表面に-FeOOHが確認された。-FeOOH,Al(OH)3黒雲母の表面特性を用いてSeの吸着サイトを-FeOOHと仮定し,表面錯体モデルでの解析を行った結果,計算値は実験値をよく説明できることが分かった。今回の実験結果から,Seの岩石および鉱物への吸着挙動が表面錯体モデルを用いて説明できることが分かった。今後はインディフュージョン法による岩体中のSeの拡散試験を行い,表面錯体モデルの適用性を確認する予定である。