還元環境,硝酸塩存在下におけるPuのセメント材料に対する収着データ

須黒 寿康; 能登屋 信; 西川 義朗*; 中村 亮将*; 澁谷 朝紀; 黒羽 光彦; 亀井 玄人

JNC TN8430 2004-004, 27 Pages, 2005/01

JNC-TN8430-2004-004.pdf:1.03MB

TRU廃棄物処分の安全評価上不可欠なプルトニウム(Pu)のセメント材料に対する収着データを取得した。処分環境として(1)還元的であり,(2)廃棄物に相当量の硝酸塩が含まれることを考慮し,極低酸素濃度(1ppm以下),還元条件でNaNO濃度を変数(00.5M)として普通ポルトランドセメント(OPC)に対するバッチ式収着試験を行った。プルトニウムの初期添加量として,2.8410Mの1ケース,液固比は100mL g$-1及び1000mL$g$-1の2ケースとした。温度25$pm$5$circC$,試験期間7,14,28日でいずれも振とうは行わなかった。その結果,PuのOPCに対する分配係数(Kd,mL/$g)の値は,液固比100の場合501000mL g,同様に1000mL gの場合10010000mL gの範囲となった。これらのKd値については,試験期間の経過に伴い分配係数が上昇する傾向が示された。これらの結果に基づき,著者らはPuのOPCへの保守的なKd値として50を推奨する。

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。

A Solubility study of plutonium incarbonate solution

能登屋 信; 澁谷 朝紀; Okazaki, M.*; 乾 真一*; 黒羽 光彦; 油井 三和

JAERI-Conf 99-004, p.643 - 653, 1999/03

本研究では、炭酸共存下におけるPuの溶解度試験を行った。試験に用いたPuは、同位体比として239-Pu(91%)を含有しており、初期濃度は10-6Mであった。試験は、0.1MNaNO3中で過飽和側から行い、pH領域は2から13であった。試験液中の炭酸濃度は、10-3、10-2、10-1MのNaHCO3により調整され、大気下・室温(約25)で、試験期間は48日から137日とした。試験終了後、限界ろ過(10000MWCO)によって固相と液相を分離し、液相中のPu濃度の測定を行った。その結果、Puの溶解度は、炭酸濃度の増加にともない増加する傾向を示した。また、pH10まではpHの増加にともないPuの溶解度が増加する傾向となったが、pH10から12では減少する傾向となった。添加したPu溶液の色が濃茶色であったことから、溶液中のPuは+IV価であると推定されたが、pH10以上の領域ではPu(VI

Database Development of Chemical Thermodynamics of Protactinium for Performance Assessment of HLW Geological Disposal System

澁谷 朝紀; 澁谷 早苗; 油井 三和

PNC TN8410 98-052, 18 Pages, 1998/03

PNC-TN8410-98-052.pdf:0.86MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの性能評価においては、元素の溶解度を熱力学計算により評価している。この計算には信頼性の高い熱力学データベースが必要とされる。本報においては、プロトアクチニウム(Pa)についての熱力学データ整備を行ったので報告する。整備においては、まずPaの固相と水溶性化学種についての熱力学データを文献より収集した。収集されたデータについては、科学的信頼性について検討され、動燃の熱力学データベース(PNC-TDB)全体との整合性についてもチェックされた後、PNC-TDBに取り込まれた。更新されたPNC-TDBを用いて計算したPaの溶解度は、実験値よりも高くなったが、地層処分安全評価においては、保守的な評価となるため、適当なデータセットと判断された。

Sorption and Diffusion Behavior of Selenium in Tuff

舘 幸男; 澁谷 朝紀; 佐藤 治夫; 油井 三和

Journal of Contaminant Hydrology, 35, p.77 - 89, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0169-7722(98)00117-X

凝灰岩中のSeの収着・拡散挙動に関する研究を行った。収着挙動に関しては、Seの凝灰岩及びその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以下では90%以上と高く、pH8以上ではpHの増加に伴い30%まで減少した。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、Seの凝灰岩中のThrough-diffusion試験をpHを2点に振って行い、実行拡散係数及び分配係数を取得した。両pHで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、バッチ法により得られたpH依存性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、バッチ法により得られた値よりも1オーダー低くなった。両試験に用いた試料の比表面積の違いを考慮しても

OECD/NEA Sorption Workshop出張報告書

澁谷 朝紀

PNC TN8600 97-005, 168 Pages, 1997/06

PNC-TN8600-97-005.pdf:6.93MB

本会議は、放射性廃棄物処分の観点から,現象論的吸着モデル(イオン交換モデル,表面錯体モデル等)の有効性について検討を行うために開催された会議で,13か国38機関から合計53名が参加して行われた。本会議は,大きく6つのセッションから構成され,性能評価のための吸着データ(Kd)の予測および設定したKdの信頼性を補完するために用いる現象論的吸着モデルの現状,最新の吸着現象の研究及び現象論的吸着モデルに関する知見を中心に,核種の吸着挙動における現象論的モデルの性能評価への適用性について各国の研究開発に関するアプローチ,現象論的吸着モデルの現状,Kdの予測,Kdの信頼性,Kdの原位置条件への適用性の問題点について議論し,今後の研究の方向性の検討を行った。動燃事業団では,本会議で現象論吸着モデルの性能評価への適用性に関する発表を行い,現象論的吸着モデルを用いることによって,バッチ法による吸着実験で得られたKdを説明することが可能であるが,拡散実験から得られたKdについては,本モデルだけで説明することが困難であることを示した。発表では,この原因として,核種の移行経路,空隙構造に起因する遅延効果の評価が現段階では困難であることを指摘した。これらの結果から,現象論的吸着モデルは,性能評価で用いるKdを直接算出するために用いるのではなく,設定したKdの信頼性の補完,環境の変化に伴うKdの変動幅の推定に用いるべきとの動燃事業団としての見解を示した。本発表で示した圧縮ベントナイト中でのUのKdおよびモデル化については多くの議論が得られ,その手法,結果については妥当であるとの意見が出された。Uについては,近年現象論的吸着モデルを用いた多くの研究がなされており,本結果が確証研究のケーススタディーになりうるとのコメントも出された。現象論的吸着モデルについては従来から電気二重層モデルを中心とした研究が行われてきたが,スイスのPSIからは,スメクタイトへの核種の吸着挙動を正確に研究した例が紹介され,スメクタイトについては電気二重層を考慮しないモデルがむしろ妥当であるという結論を導き注目を集めた。この結果については専門家から電荷の高い核種についても検討を行った上で結論を出すべきとのコメントが出された。現象論的吸着モデルの性能評価への適用性に関する議論では,本モデルを用いて推定したKdは直接性能

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。

Flow-Path Structure in Relation to Nuclide Migration in Sedimentary Rocks; An Approach with Field Investigations and Experiments for Uranium Migration at Tono Uranium Deposit, Central Japan

吉田 英一; 油井 三和; 澁谷 朝紀

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(8), p.803 - 812, 1994/00

https://doi.org/10.1080/18811248.1994.9735226

本論文は、地層科学研究の一環として行った地層中の物質移行特性に関する研究成果について取りまとめたものである。特に東濃ウラン鉱床から採取した岩石・地下水サンプルを用いた試験・研究によって把握された地層中の物質移行特性について報告する。