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- and K-montmorillonite川喜田 竜平; 齋藤 彬人*; 佐久間 博*; 安楽 総太郎; 菊池 亮佑*; 大竹 翼*; 佐藤 努*
Applied Clay Science, 231, p.106722_1 - 106722_7, 2023/01
被引用回数：1 パーセンタイル：21.06(Chemistry, Physical)Montmorillonite (Mt) expansion and swelling are key factors for barrier performance of bentonite in trans-uranic (TRU) and high-level radioactive waste disposals. In the case of co-located geological disposal of TRU waste with high level waste, ammonium ion (NH
) which is changed from nitrate ion leached from TRU waste has possibility to contact with bentonite, exchange interlayer cation of Mt to form NH-Mt, and deteriorate its performance. Because of similar hydration energy of NH to K, NH-Mt could have lower expandability or change to non-expandable mineral as reported on K-Mt. Therefore, expansion and alteration behaviors of NH-Mt, especially comparison to the behaviors of K-Mt, are necessary to understand for safety assessment of the waste disposal. In this study, the hydration behavior of NH-Mt was investigated by XRD and molecular dynamics (MD) simulation in comparison with K-Mt. XRD profiles under Relative Humidity (RH) control showed that expansion of NH-Mt was similar to that of K-Mt at more than RH40% with slightly different d-values. However, expansion of NH-Mt kept at lower than RH20%, while K-Mt easily dehydrate at the same RH. MD simulation revealed that hydrogen bonding (HB) in NH molecules causes the difference in hydration behavior between NH- and K-Mt, as HB cause larger basal spacing at dehydrated state and easier hydration. This gap on hydration may attribute the difference in alteration to non-expandable minerals after dehydration, indicating that NH have lower possibility for alternation and smaller effect on barrier performance of bentonite than K.
津川 聖人*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 愛知 正温*; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*
Computational Materials Science, 215, p.111806_1 - 111806_8, 2022/12
被引用回数：2 パーセンタイル：29.01(Materials Science, Multidisciplinary)Molecular dynamics simulations were conducted to evaluate the interactions between an edge dislocation and a rigid, impenetrable precipitate in Cu by changing the distance between the glide plane of the dislocation and the center of the precipitate (
). In these calculations, the precipitate was introduced as a super particle that moved according to the total force exerted by the matrix atoms on the precipitate atoms. When the center of the precipitate was close to the glide plane, an Orowan loop was formed around the precipitate after the dislocation detached, and the critical resolved shear stress (CRSS) was similar to the value evaluated by the results at 
. However, when the glide plane was far from the center of the precipitate, either a vacancy loop or loops generated through the Hirsch mechanism were formed, depending on whether the center of the precipitate was below or above the glide plane. The magnitude of the CRSS was not symmetric about . This study confirmed that it is necessary to analyze the CRSS by changing to construct a predictive model for the hardening caused by the formation of lattice defects, and that precipitate hardening appears to be smaller than the value estimated using the results at .
四辻 健治*; 舘 幸男; 佐久間 博*; 河村 雄行*
原子力バックエンド研究(CD-ROM), 29(2), p.63 - 81, 2022/12
放射性廃棄物の処分システムにおいて、粘土鉱物を主体とするベントナイトの物理的・化学的挙動を予測するうえで、モンモリロナイトの膨潤現象を理解することは重要である。本論文では、異なる層間対イオンを有するモンモリロナイト層間の結晶膨潤挙動を支配する因子を、分子動力学(molecular dynamics: MD)シミュレーションによって調査した。MDシミュレーションと分析試験の結果の比較から、5種類の単一イオン型(Na
, K, Cs, Ca, Sr)のモンモリロナイト層間への水分子吸着量は、層間対イオンの水和数および層間対イオンの外圏・内圏錯体の差異に強く依存していることが確認された。また、これらの結果のより詳細な分析から、層間における対イオンの水和数は、対イオンの水和自由エネルギー、体積および対イオンの分布状態により決まることが示された。さらに、仮想的に対イオンのパラメータを変動させたMDシミュレーションの結果から、層間対イオンの水和自由エネルギーと電荷とが影響因子として競合することにより外圏錯体率が支配されていることが明らかになった。これらの結果から得られた影響因子を含む経験式によって、層間対イオンの異なるモンモリロナイト層間の膨潤挙動を定量的に予測することが可能となる。
奥村 雅彦; Kerisit, S.*; Bourg, I. C.*; Lammers, L. N.*; 池田 隆司*; Sassi, M.*; Rosso, K. M.*; 町田 昌彦
Journal of Environmental Radioactivity, 189, p.135 - 145, 2018/09
被引用回数：51 パーセンタイル：87.2(Environmental Sciences)東京電力福島第一原子力発電所事故により、環境中に放出された放射性セシウムは土壌中の粘土鉱物に強く吸着されていることがわかっているが、その吸着メカニズムは今も解明されていない。本論文は、これまで蓄積された粘土鉱物による放射性セシウム吸着現象に関する実験結果と、最新のシミュレーション研究の進展をまとめたものである。論文では、実験結果についてまとめられ、それらの結果を基にした最新のシミュレーション研究によって明らかにされた、次のような研究結果について説明されている:(1)粘土鉱物表面におけるセシウム吸着のエネルギースケール、(2)実験では観測が難しい粘土鉱物エッジの原子レベル構造についての理解の進展、(3)粘土鉱物の水和した層間におけるセシウム吸着現象の詳細、(4)ほつれたエッジにおけるイオン半径と層間距離の関係と吸着の選択性、(5)層間におけるセシウムの深部への移動、(6)放射性セシウムの核崩壊の影響。さらに、これらの知見に基づいた除染による廃棄土壌の減容技術開発の可能性についても述べられている。
-butyl phosphate in organic and aqueous environments and its relevance to nuclear extraction processesMu, J.*; 元川 竜平; Williams, C. D.*; 阿久津 和宏*; 西辻 祥太郎*; Masters, A. J.*
Journal of Physical Chemistry B, 120(23), p.5183 - 5193, 2016/06
被引用回数：27 パーセンタイル：60.26(Chemistry, Physical)A refined model for tri--butyl phosphate (TBP), which uses a new set of partial charges generated from our ab initio density functional theory calculations, has been proposed in this study. Molecular dynamics simulations are conducted to determine the thermodynamic properties, transport properties, and the microscopic structures of liquid TBP, TBP/water mixtures, and TBP/-alkane mixtures. These results are compared with those obtained from four other TBP models, previously described in the literature. We conclude that our refined TBP model appears to be the only TBP model from this set that, with reasonable accuracy, can simultaneously predict the properties of TBP in bulk TBP, in organic diluents, and in aqueous solution. This new TBP model is thus appropriate for the simulation of liquid-liquid extraction systems in the nuclear extraction process, where one needs to simultaneously model TBP in both aqueous and organic phases. It is also promising for the investigation of the microscopic structure of the organic phase in these processes and for the characterization of third-phase formation, where TBP again interacts simultaneously with both polar and nonpolar molecules. Because the proposed TBP model uses OPLS-2005 Lennard-Jones parameters, it may be used with confidence to model mixtures of TBP with other species whose parameters are given by the OPLS-2005 force field.
鈴木 覚; 河村 雄行*
JNC TN8400 2001-005, 41 Pages, 2001/04
水-粘土混合系の分子動力学計算によりNa型スメクタイトの層間水の振動スペクトルと層間水の構造の関係について研究した。得られた計算結果は、赤外分光法によるスメクタイトの層間水の観察結果とよい一致を示した。水分子の分子内振動スペクトルは水素原子の速度自己相関関数をフーリエ変換することにより得られる。層間水の伸縮振動スペクトルには、3400cm-1に最大強度を持つ幅の広いピークと3650-3700cm-1周辺のやや鋭いピークにより構成される。前者の幅広いピークはバルク水のような水分子のO-H結合の伸縮振動に帰属され、一方、後者のピークはシロキサン表面に水素結合により配向したO-H結合に帰属される。酸素-酸素間の動径分布関数より水素結合距離を評価したところ、水分子とシロキサン表面の水素結合距離(3.0
以上)は、水分子-水分子間のそれ(2.8)よりも大きいことがわかった。これらの結果は、水分子とシロキサン表面間の相互作用は、水分子を配向させる程度には大きいが、水分子-水分子間と比べると弱いということを示していると考えられる。
Pinak, M.
Proceedings of 10th International Congress of the International Radiation Protection Association (IRPA-10) (CD-ROM), 5 Pages, 2000/00
DNAのピリミジン塩基に生じる損傷であるダイマーチミンとグリコールの性質、並びに修復酵素によるこれらの損傷の認識過程を調べるために分子動力学シミュレーションを用いた研究を実施した。チミンダイマーは紫外線により生じる損傷、チミングリコールは放射線により生じる損傷で、修復が適切に行われないと突然変異や発がんを生じることがわかっている。シミュレーションの結果、チミンダイマーについては損傷部分におけるDNAの折れ曲がりと静電エネルギーの変化が、修復酵素による認識過程で重要な要因であることが明らかになった。チミングリコールについては損傷部分の立体構造の歪みが観察された。この歪みがDNA複製過程の進展を妨げることが推測されるが、認識過程との関係を探ることが今後の課題である。
岡本 芳浩; 小林 紀昭; 小川 徹
Journal of Alloys and Compounds, 271-273, p.355 - 358, 1998/00
被引用回数：40 パーセンタイル：86.02(Chemistry, Physical)溶融UCl
の高温X線回折測定を行い、融体構造に関する情報を得た。X線強度関数Qi(Q)では、融体内に中距離秩序の存在を示唆する強い回折ピーク(FSDP)が認められた。動径分布関数G(r)から、融体中の最近接U-Cl間距離が、0.284nmであることが分かった。またUの周りのClイオンの配位数がほぼ6であったことから、希土類三塩化物融体と同様に八面配位構造をとっていると考えられた。比較のためイオン半径の近いLaCl融体の測定を同一条件で行い得られたQi(Q)をDebye散乱式で解析した結果、UClとLaClはほぼ同じ構造パラメーターを示すことが確認された。さらに、分子動力学(MD)法を使い、実験で得られたUClの融体構造情報を良好に再現するモデルを決定した。そのモデルを用いて粘性率や電気伝導度などの動的性質を計算し、実験報告値と比較検討した。
中におけるFP元素の拡散係数評価佐藤 勇; 松本 卓; 小山 真一; 有馬 立身*
no journal, ,
UOの結晶中に陽イオンの置換型で配置した核分裂生成元素Zr, Nd, Ba及びSrの拡散係数を分子動力学法で評価した。その結果、それぞれ3価及び2価のイオンとなるNd及びBa/Srの拡散係数の方が4価のイオンであるU及びZrの拡散係数より大きいことを示した。
松井 直樹*; 大窪 貴洋*; 舘 幸男; 杉浦 佑樹; 四辻 健治*
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および粒子間の空隙を拡散により移行すると考えられるが、スメクタイトの層表面に近い領域では電気二重層の影響のためその移行を実験的に解析することは困難である。本研究では、分子動力学計算を用いてスメクタイトの粒子間空隙におけるCsと水の移行挙動の解析を行った。スメクタイトの組成をパラメータとして計算した結果、四面体シートのAl置換量が最もCsの滞留時間に影響を与えており、置換量が増加すると滞留時間が増加した。また、滞留時間の長さに基づいてCsをCs
とCs
に分類して水の配位構造を解析したところ、CsはCsよりも配位数が少なかった。このことから、Csはスメクタイトの層表面において内圏型錯体として存在していると考えられた。
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。
