無機鉱物表面への放射性核種の収着および脱着に関する研究

无机矿物表面放射性核素吸附与解吸研究

• 批准号: 02F00395
• 负责人: 杤山 修
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00395/
• 关键词: 放射性廃棄物; 地層処分; 天然バリア; 収着挙動; 表面キャラクタリゼーション; 原子間力顕微鏡; 方解石; フミン酸; シリカ鉱物; 溶解挙動

放射性廃棄物地層処分の安全評価では、放射性核種の地圏内の移行を定量化することが重要になる。地層処分では、ガラス固化体、オーバーパックおよび緩衝材からなる人工バリアが存在するが、それらの健全性は1000年以上保証し得ない。したがって、それ以降では、地下水の流れに従い核種が移行しても、生態圏に影響を及ぼさないという根拠が必要になる。地下は主に岩石に代表される無機鉱物からなる。地下水の流路を構成するそれら岩石(以下固相と呼称する)と放射性核種との相互作用(収着や脱着)の評価が、核種移行評価に重要となる。本研究では、地下水流路にしばしば観察される二次鉱物の一つである炭酸塩岩と地下水に含まれる有機酸との相互作用に着目して研究を進めた。これまで、地下における核種移行に及ぼす炭酸塩岩および地下水に含まれるフミン物質等有機酸の影響が、各々個別に議論されてきたが、いずれも地下における核種に移行に大きな影響を及ぼすものの、両者の相互関係についての議論がなされていなかった。そこで、方解石(カルサイト)の有機酸による溶解実験を行い、その過程において、試料表面の変化を原子間力顕微鏡(以下、AFM)を用いて定量化するとともに、有機物とカルサイトの溶解速度との関係を調べた。なお、実験は窒素雰囲気において、所定の攪拌速度のもとになされた。地下の有機物はR-COOHを含む。そこでまず酢酸を使ってカルサイトの溶解挙動を調べた。その結果,酢酸の濃度の上昇に伴い,カルサイトの溶解速度は大きくなり,そのみかけの活性化エネルギーは6.2〜14.4kJ/molであった。また,攪拌速度を50rpmから200rpmに設定すると溶解速度は大きくなった。これらは,カルサイトの溶解がプロトンの拡散により支配されていることを示唆する。さらに,AFMから算定された溶解速度は、バルクにおけるCa^<2+>濃度の経時変化から求めた値より明らかに小さく,溶解速度はAFMにより検出される以上に深いエッチピットに支配されている。次に,NaNO_3(0.001M)溶液においてフミン酸の濃度(0ppmと100ppm)の違いによるカルサイトの溶解速度を調べた。その結果、pH3.0から4.0の範囲において,フミン酸存在下の方が溶解速度は1桁大きく、フミン酸の緩衝作用が現れた.一方、くpHが5.5から7.0の範囲においては,フミン酸が存在するとカルサイトの溶解速度は小さくなり,フミン酸がカルサイト表面を被覆する効果が強く現れた。これら緩衝効果と被覆効果は独立しているものではなく,pHにより二つの効果のあられ方が異なるものと推定した。なお、これらの効果はAFMによる溶解速度の測定結果とも調和している。

Safety assessment of the disposal of radioactive waste in the ground is important, as is the quantification of the migration of radioactive nuclei within the geomagnetic field. Ground treatment materials, solidified solid materials, and buffer material materials The existence and soundness of the workmanship are guaranteed for more than 1,000 years.したがって, それ下では, の流れに従いnuclear seed がshift しても, ぼさないというroot になる. The underground main rock represents the inorganic material. The flow path of groundwater is composed of rock (hereinafter referred to as solid phase) and the interaction of radioactive nuclei (receiving and taking off), and the migration of radioactive nuclei is important. This study focuses on the interaction between groundwater flow paths, secondary carbonate rocks, and groundwater containing organic acids. The influence of organic acids such as the migration of nuclear species in underground water and the underground water in carbonic acid rock and underground water, etc., are discussed individually.きたが, いずれもUnderground におけるnuclear species にmigration に大きな Impact を and ぼすものの、両者のmutual relationshipについての论がなされていなかった.そこで, calcite (カルサイト) organic acid による dissolution 実験を行い, その process において, sample surface の変化 をbetween atoms A force microscope (hereinafter, AFM) is used to quantify the dissolution rate of organic matter, the dissolution rate of organic matter, and the relationship between them.なお, 実験は簲Ambient囲気において, the specified stirring speed is のもとになされた. Organic matter in the ground contains R-COOH. The そこでまず酢颒 を dissolves the ってカルサイトの and moves the を べた. The result is that the concentration of anhydrous acid is rising and the dissolution rate of the anhydrous acid is large.そのみかけのactivated エネルギーは6.2~14.4kJ/molであった. The stirring speed is 50rpm and the dissolving speed is 200rpm.これらは,カルサイトの DISSOLVED がプロトンの拡sanにより Dominate されていることを Show instructing する.さらに,AFMからcalculate the されたdissolution rateは、バルクにおけるCa^<2+>concentration time change から看めた夤より明らかに小さく, dissolve speed はAFM により検出される and above にdeep いエッチピットに dominated されている. Secondly, the NaNO_3 (0.001M) solution has a high concentration (0ppm and 100ppm) and a high dissolution rate.そのRESULTS, PH3.0から4.0の法囲において, の方が in the presence of フミン acid The dissolution speed is 1. The buffering effect of フミン acid is 1. The buffering effect is 1. The pH is 5. 5から7.0の风囲においては, フミン acid が presence するとカルサイトの dissolving speed The degree is small and the surface is coated and the effect is strong and strong.これら buffering effect と covering effect は independent しているものではなく, pH により二つのeffect のあられ方がdifferent なるものと presumed した. The results of the analysis of the results of the measurement of the dissolution rate of the なお, これらの effect and the している of the AFM.

项目成果

J.Du, Y.Niibori, K.Tanaka, O.Tochiyama: "The Kinetics of Calcite Dissolution in Dilute Acetic Acid Solutions"Proceeding of 2003 Fall Meeting of the Atomic Energy Soc.Jpn. 626-626 (2003)

J.Du、Y.Niibori、K.Tanaka、O.Tochiyama：“稀释乙酸溶液中方解石溶解的动力学”日本原子能协会 2003 年秋季会议记录。

J.Du, Y.Niibori, K.Tanaka, O.Tochiyama: "The Effects of Humic Substances on Dissolution Rate of Calcite in 0.010 M NaNO_3 Solutions"Proceeding of 2004 Fall Meeting of the Atomic Energy Soc.Jpn. (印刷中). (2004)

J.Du、Y.Niibori、K.Tanaka、O.Tochiyama：“腐殖质物质对 0.010 M NaNO_3 溶液中方解石溶解速率的影响”日本原子能协会 2004 年秋季会议记录（出版中）。 (2004)