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深津 勇太; 石寺 孝充; 舘 幸男
no journal, ,
放射性廃棄物の地層処分において、核種漏えいを抑制するためのバリア材として、Na型モンモリロナイトを主成分とした圧縮ベントナイトの使用が検討されている。これまでに、圧縮ベントナイトのバリア性能を評価するため、核種の移行度を示す実効拡散係数(De)及び収着分配係数(Kd)が取得され、圧縮ベントナイト中の拡散及び収着挙動の理解が進められてきた。しかしながら、対象とされてきた核種はCs
やI
などの一価の陽イオン及び陰イオンがほとんどであり、多価イオン核種の拡散及び収着挙動は十分に明らかになっていない。多価イオンは水溶液中で水酸化物イオンと錯体を形成することに加えて、地下水中に含まれる炭酸イオン(CO
)と錯体を形成する。したがって、多価イオンの拡散及び収着挙動の理解には、錯体形成による複数化学種共存下での拡散と収着を考慮するとともに、平衡反応による各化学種の存在割合の変化と拡散及び収着挙動の関係を評価することが重要である。Np(V)は、溶液中でNpO
として存在し、CO濃度の増加に伴いNpOCOの割合が高くなる。したがって、CO濃度を制御した拡散試験により、NpOとNpOCOの存在割合の変化による拡散及び収着挙動への影響を評価することが可能となる。本研究では、COを含む溶液で飽和した圧縮ベントナイトを対象に、Np(V)の透過拡散試験を実施した。また、平衡反応によるNpOとNpOCOの存在割合の変化と拡散及び収着を考慮したシミュレーションを行い、実験データとの回帰分析から、圧縮ベントナイト中のNpOとNpOCOのDe及びKdを評価した。
山口 瑛子; 中尾 淳*; 奥村 雅彦
no journal, ,
固体地球の主要な鉱物の一つである雲母は風化により粘土鉱物を生成する。雲母は一般に3八面体と2八面体に分類され、風化に対する耐性は3八面体の方が弱いと考えられている。しかし、風化耐性を規定する構造因子の実態は定量的に明らかになっていない。そこで本研究では、詳細な構造解析が可能な第一原理計算を用いて剥離強度を評価することで、雲母の構造が風化の耐性に与える影響を定量的に推定した。第一原理計算で得た安定構造を詳細に解析した結果、剥離強度については層構造の歪みが重要であるということがわかった。
奥村 雅彦; 小林 恵太; 山口 瑛子
no journal, ,
原子スケールシミュレーションは粘土鉱物の物性評価等に広く用いられている。現在、原子核を古典力学に従う質点に近似して電子は量子力学的に扱う密度汎関数法と、原子やイオン全体を質点として質点間の相互作用を「力場」と呼ばれる簡単な関数で近似するする古典分子動力学法の二つが主に用いられている。前者は定式化に経験的パラメーターを含まず多くの物質に対して実験結果を良く再現するが、計算コストが高いため、小さな系しか計算できない。後者は計算コストが低いが、定式化に経験的パラメーターが含まれるため、実験結果の再現性はパラメーターに強く依存する。最近、機械学習を用いてこれらの手法の弱点を克服する新しい手法「機械学習分子動力学法」が提案された。この手法は、密度汎関数法で作成した教師データを用いて人工ニューラルネットワークを訓練し、低い計算コストで高い実験結果再現性を実現する。本研究では、カオリナイトを対象とした機械学習分子動力学法シミュレーションを実施し、これまで評価が難しかったミクロスケール構造に対する温度依存性やヒドロキシ基の振動状態密度を評価して実験値と比較し、非常に良い一致した結果を得た。