放射性廃棄物のさらなる閉じ込めを狙う雲母鉱物の核種固定化メカニズムの新解釈

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地層処分場周辺の岩盤には廃棄物を閉じ込める天然バリアとしての効果が期待されており，特に黒雲母などの雲母鉱物による核種収着能が期待される．しかし，この核種収着能は雲母鉱物を粉砕した粉末試料を用いた実験により確認されたものである．実際の岩盤中では黒雲母が数cm程度の薄片形状で存在するため，収着・脱着による化学平衡のみならず，薄片状黒雲母の層状構造内への拡散過程を含めた核種収着メカニズムの解明が，天然バリアのより現実的な核種閉じ込め性能の評価に重要である．2年目となる今年度は，薄片状黒雲母へのEuの収着に関する温度依存性を検討した．地下の温度勾配は深度100 m毎に温度が約3℃上昇することから，地表温度から地層処分深度(300 m以深)の温度を想定した15～40℃の範囲でパラメータを設定した．実験では，pH 3および5に設定した0.5 mM Eu溶液と薄片状黒雲母(約5 mm四方)を液固比10 mL/gで混合し，温度15℃，25℃，40℃に設定した恒温振とう機で振とうしながら7日に亘りEu濃度変化を調べた．収着実験では，いずれのpHにおいても温度の上昇に伴いEuの薄片状黒雲母への収着速度が増大した．これらの結果に基づき，薄片内の二次元的な拡散と溶液のEu濃度減少を関連付けた解析モデルによって薄片状黒雲母内の見かけの拡散係数を評価したところ，温度上昇に伴い増大するものの，概ね10^-13 m2/sのオーダーとなった．これらの値は従来の性能評価に適用されている深成岩中の拡散係数と比較して同程度か小さく，岩盤内の核種収着が薄片状黒雲母内への拡散に律速される可能性を示唆する．また，見かけの拡散係数から得られた活性化エネルギーはpH 3では4 kJ/mol，pH 5では55 kJ/molと得られ，pH 5では拡散過程に付随するイオン交換のような化学反応の寄与が大きくなることが見出された．