Application of Rb-K substituted biotite to distinguish K supplying power from Cs retention ability on soil-to-plant transfer of radiocesium

具体的内容黒雲母は放射性セシウム (RCs) 吸着とカリウム（K）供給という2つの機能により土壌から植物へのRCs移行を抑制するが、これらの機能を分けて調べることは困難であった。そこで、黒雲母のシート層間に元々存在しているKを一部もしくは大部分をルビジウム（Rb）またはカルシウム（Ca）と置換することで2つの機能が大きく異なる5種の風化黒雲母を調製した。これらを5wt%混入させた培地土壌（黒ボク土）に微量のCsイオンを添加後110日間エイジングを行い、ライグラスを用いた根圏栽培試験を行った。その結果、現時点ではCs吸着能よりもK放出能の違いがCsの移行係数を規定している傾向が示されている。なお、Rb置換型の風化黒雲母は、ほぼ同じ膨潤状態のK型の風化黒雲母よりもCs吸着能力が小さいという興味深い実測結果が得られた。この原因を明らかにするために、黒雲母よりも構造が単純な白雲母のフレイド・エッジ・モデルを用いたシミュレーションを実施し、Rb型とK型の雲母層間におけるCsイオンの安定性に関するエネルギー計算を行ったところ、理論的にもRb型の雲母層間の方が吸着Csの安定性が低いことを検証することが出来た。意義・重要性福島の農地土壌に比較的多く含まれている風化黒雲母がRCsの作物吸収抑制に効果的であることは知られていたものの、その効果の実態が層間でのCs吸着なのか、それとも層間からのK放出なのか、あるいは両方とも重要なのか。その実態はこれまで未解明なままであったが、本研究により明らかに出来る可能性が高まった。Csの層間吸着現象を実験化学と計算科学の両面から捉える試みも斬新であり、当該分野における異分野融合型の研究の発展に寄与している。

具体的内容黒雲母は放射性セシウム (RCs) 吸着とカリウム（K）供給という2つの機能により土壌から植物へのRCs移行を抑制するが、これらの機能を分けて調べることは困難であった。そこで、黒雲母のシート層間に元々存在しているKを一部もしくは大部分をルビジウム（Rb）またはカルシウム（Ca）と置換することで2つの機能が大きく異なる5種の風化黒雲母を調製した。これらを5wt%混入させた培地土壌（黒ボク土）に微量のCsイオンを添加後110日間エイジングを行い、ライグラスを用いた根圏栽培試験を行った。その結果、現時点ではCs吸着能よりもK放出能の違いがCsの移行係数を規定している傾向が示されている。なお、Rb置換型の風化黒雲母は、ほぼ同じ膨潤状態のK型の風化黒雲母よりもCs吸着能力が小さいという興味深い実測結果が得られた。この原因を明らかにするために、黒雲母よりも構造が単純な白雲母のフレイド・エッジ・モデルを用いたシミュレーションを実施し、Rb型とK型の雲母層間におけるCsイオンの安定性に関するエネルギー計算を行ったところ、理論的にもRb型の雲母層間の方が吸着Csの安定性が低いことを検証することが出来た。意義・重要性福島の農地土壌に比較的多く含まれている風化黒雲母がRCsの作物吸収抑制に効果的であることは知られていたものの、その効果の実態が層間でのCs吸着なのか、それとも層間からのK放出なのか、あるいは両方とも重要なのか。その実態はこれまで未解明なままであったが、本研究により明らかに出来る可能性が高まった。Csの層間吸着現象を実験化学と計算科学の両面から捉える試みも斬新であり、当該分野における異分野融合型の研究の発展に寄与している。