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出井 俊太郎; Francisco, P. C. M.; 天野 由記; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男
Journal of Nuclear Science and Technology, 15 Pages, 2026/00
高レベル放射性廃棄物(HLW)から放出されたセレン(Se)は、黄鉄鉱の形成過程でSeが同鉱物内取り込まれ、地下水中での移動性が低下する可能性がある。放射性核種の移行解析において黄鉄鉱へのSeの取り込みを適切に評価するためには、地下深部環境における天然由来のSeの保持機構およびその長期的な安定性を明らかにする必要がある。本研究では、北海道幌延地域の深部堆積層におけるSeの分別と化学種を、逐次抽出法(SE)および放射光マイクロX線蛍光・吸収分光分析(
-XRF-XAS)を用いて調査した。幌延地域の声問層および稚内層において、Seの分布は比較的均一であり、逐次抽出の結果から、Seは主に硫化物/セレン化物画分に存在していることが示された。-XRFの結果により、Seは鉄(Fe)および硫黄(S)に富む領域に分布していることが確認され、これらの領域には光学顕微鏡観察によりフランボイダル型の黄鉄鉱が存在していた。これらのSe濃集領域から得られたSe K吸収端XANESスペクトルにより、Seが還元状態(-Iまたは0)で存在していることが明らかとなった。また、EXAFS領域の解析結果は、Seが黄鉄鉱の結晶構造中でSを置換していることを強く示唆している。さらに、地下水は黄鉄鉱に対して過飽和または平衡状態にあることが確認されており、Seを含む黄鉄鉱が形成される安定な化学環境が長期にわたって維持されていることが示された。本研究の結果は、HLWから放出される可能性のあるSeが、黄鉄鉱の存在下で取り込まれることにより、長期にわたって安定な形で保持され得ることを示唆している。
出井 俊太郎; 柴田 真仁*; 根岸 久美*; 杉浦 佑樹; 天野 由記; Bateman, K.*; Wilson, J.*; 横山 立憲; 鏡味 沙耶; 武田 匡樹; et al.
Results in Earth Sciences (Internet), 3, p.100097_1 - 100097_16, 2025/12
高レベル放射性廃棄物の地層処分において、セメントと泥岩の相互作用による化学的擾乱領域が形成され、岩盤中の核種移行特性に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、11年前に幌延深地層研究センターの140m調査坑道に施工されたセメント(普通ポルトランドセメント(OPC)および低アルカリ性セメント(LAC))と泥岩の界面における変質状態について調査した。複数の分析手法を組み合わせることで、セメントの溶解、方解石やC-(A-)S-H相などの二次鉱物の析出、モンモリロナイトの陽イオン交換、泥岩の空隙率の低下など、セメントと岩石の界面における主要な反応が特定された。また、空隙率の低下による拡散の低下や、変質した泥岩中の二次鉱物への取り込みによる収着の促進など、セメントと泥岩の相互作用が放射性核種の移行に及ぼす影響についても明らかになった。
Mei, H.; 青柳 登; 斉藤 拓巳*; 田中 万也; 杉浦 佑樹; 舘 幸男
Applied Clay Science, 276, p.107944_1 - 107944_8, 2025/07
被引用回数：4 パーセンタイル：81.01(Chemistry, Physical)Dissolved inorganic carbon (DIC) existing in groundwaters near geological disposal site may affect the migration and fate of released radionuclides (e.g., uranium (U)). However, it is still unclear how DIC affects the sorption of U(VI) on mudstone, a potential choice for host rock formation barriers, and the characteristics of U(VI) adsorption species. In view of this, adsorption of U(VI) on mudstone as a function of pH or the DIC level was investigated through batch adsorption experiments, component additivity (CA) modeling, and parallel factor (PARAFAC) analysis of cryogenic time-resolved laser fluorescence spectroscopy (cryo-TRLFS). The inhibition effect of DIC on adsorption of U(VI) was implied from the batch experimental results. The CA model considering montmorillonite and illite as the main phases responsible for adsorption reflected the variation trend but underestimated the experimental data. Three components were decomposed from the PARAFAC analysis of the cryo-TRLFS data of mudstone and adsorption samples. Based on the spectral shapes, lifetimes, and variation trends, two components were assigned to the intrinsic U(VI) species in the mudstone matrix and the third component to a ternary uranyl-carbonate surface species. The obtained results imply a significant influence of the DIC level on retention and fate of U(VI), which needs to be considered in safety assessment of potential deep geological disposal schemes.
杉浦 佑樹; 石寺 孝充; 青柳 登; Mei, H.; 斉藤 拓巳*; 舘 幸男
Applied Clay Science, 258, p.107476_1 - 107476_10, 2024/09
被引用回数：4 パーセンタイル：50.55(Chemistry, Physical)This study performed batch sorption experiments using Eu and Sm as chemical analogs of trivalent actinides to evaluate their sorption behavior onto illite in the presence of dissolved inorganic carbon (DIC). The results were analyzed using a thermodynamic sorption model (TSM), which predicted that Eu/Sm forms ternary-surface complexes with carbonate ions. Time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) measurements were performed to gather information on the chemical forms of sorbed Eu on illite. Parallel factor analysis (PARAFAC) of the TRLFS data indicated the presence of two Eu chemical species. The pH dependence of the chemical species was consistent with that of the surface species predicted by TSM. The dominant chemical species in the presence of carbonate was inferred to be coordinating carbonate ions based on the fluorescence lifetime, supporting the validity of the TSM.
Mei, H.; 青柳 登; 斉藤 拓巳*; 田中 万也; 杉浦 佑樹; 舘 幸男
Applied Geochemistry, 162, p.105926_1 - 105926_8, 2024/02
被引用回数：8 パーセンタイル：72.59(Geochemistry & Geophysics)The sorption of U(VI) on illite at different pH and dissolved inorganic carbon (DIC) levels was investigated by using batch experiments, surface complexation modeling, and cryogenic time-resolved laser fluorescence spectroscopy (cryo-TRLFS) combined with parallel factor analysis (PARAFAC). The inhibiting effect of DIC on U(VI) sorption was revealed by the macroscopic batch experimental results. An updated 2-site protolysis non-electrostatic surface complexation and cation exchange model considering the formation of two uranyl-carbonate sorption complexes was able to reproduce the experimental results well. Based on the PARAFAC analysis on the cryo-TRLFS spectra, there was clear correspondence in the variation trend of the derived components with the sorption species from the modeling results, validating the formation of ternary uranyl-carbonate sorption species.
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：27 パーセンタイル：86.07(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：22 パーセンタイル：78.45(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：8 パーセンタイル：52.43(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。
河野 秀俊; 今西 未来*; 根木 滋*; 辰谷 和弥*; 栄田 優衣*; 橋本 彩加*; 中山 千絵*; 二木 史朗*; 杉浦 幸雄*
FEBS Letters, 586(6), p.918 - 923, 2012/03
被引用回数：5 パーセンタイル：12.14(Biochemistry & Molecular Biology)We developed a rational scheme for designing DNA binding proteins. The scheme was applied for a zinc finger protein and the designed sequences were experimentally characterized with high DNA sequence specificity. Starting with the backbone of a known finger structure, we initially calculated amino acid sequences compatible with that expected structure and the designed fingers were experimentally confirmed their expected secondary structures. The DNA-binding function was then added to the designed finger by reconsidering a section of the amino acid sequence and computationally selecting amino acids to have the lowest protein-DNA interaction energy for the target DNA sequences. Among the designed proteins, one had a gap between the lowest and second lowest protein-DNA interaction energies that was sufficient to give DNA sequence-specificity.
金子 耕士; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 川崎 卓郎; 及川 健一; 田村 格良; 山内 康弘; 花島 隆泰*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; et al.
no journal, ,
The TOF-Laue single crystal neutron diffractometer, SENJU installed at BL18 in MLF, J-PARC aims at structural studies in extreme sample environments. The instrument is equipped with 36 two-dimensional scintillation detectors arranged cylindrically around the demountable sample chamber, and one additional detector beneath the sample. The standard sample environment in SENJU is standard 4 K CCR, in which the fixed-
two-axes goniometers driven by piezo-based motors are attached to the cold finger. This enables us to rotate a sample without moving the cryostat, which helps to reduce background. Since the first beam in 2012, several improvements were achieved, and the system can be steadily used in user programs. In addition to the 4 K CCR, other apparatuses including superconducting magnet were tested and used in the experiment. I will present representative data taken on SENJU, and latest news from the research reactor JRR-3.
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; 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。
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.
出井 俊太郎; 杉浦 佑樹; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分において、Uは炭酸イオンと溶存錯体を形成するため、安全評価上重要な放射性核種の一つと考えられている。堆積岩では、カルサイトが二次鉱物として析出すると考えられており、放射性核種がカルサイトの結晶構造に取り込まれることで、放射性核種の移行が遅延する可能性がある。室内試験においてUがカルサイトに取り込まれることが多くの研究で報告されているが、天然試料のカルサイト中のUの分布や化学種の同定は共存元素の干渉により困難である。本研究では、天然のカルサイト中のUの分布と化学形を同定するために、深部堆積岩試料を対象にしたマイクロX線分析を行った。
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.
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。
