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Investigation of adsorption structure of radium on clay minerals by experiment and simulation

Research Project

Project/Area Number 19K23432
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

Yamaguchi Akiko  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (80850990)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsラジウム / 粘土鉱物 / EXAFS / 第一原理計算 / 水和構造 / バリウム / AIMD / X線吸収微細構造法 / EXAFS法 / 第一原理分子動力学
Outline of Research at the Start

ラジウム (Ra) はウランやトリウムの壊変により生成する放射性核種であり、核廃棄物の処分等の問題から近年注目されているが、天然環境中でのRaの存在状態や移行プロセスは未解明である。本研究では、環境中での挙動を支配する反応として、粘土鉱物への吸着反応に着目した。粘土鉱物に対する吸着反応については、吸着時におけるイオンの吸着構造が重要であることが知られている。本研究では、放射光を用いた広域X線吸収微細構造法の実験と、スーパーコンピューターを用いた第一原理分子動力学法のシミュレーションを相補的に利用しRaの吸着構造を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

Radium (Ra) is a radioactive element. Investigation of the environmental behavior of Ra is an important issue. However, experiments of Ra in molecular level have not been conducted because of the difficulty to treat Ra. In this study, extended X-ray absorption structure (EXAFS) spectra of Ra adsorbed on clay minerals were obtained. Ab initio simulation for Ra adsorbed on a clay mineral was also conducted. The results suggested that Ra is strongly adsorbed on a clay mineral, forming inner-sphere complexes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究のEXAFS測定及びシミュレーションの結果により、Raイオンが粘土鉱物に対して脱水して吸着(内圏錯体を形成)し、強く固定されることが示された。この結果は、粘土鉱物が存在する環境(風化花崗岩層など)におけるRaの環境挙動の解明及び予測に重要である。それだけでなく、水中のRaイオンが粘土鉱物により除去できる可能性を示唆しており、Raの除去手法開発にも資する結果である。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] EXAFSによるRaの水和状態と粘土鉱物への吸着状態の解明2022

    • Author(s)
      山口 瑛子, 永田 光知郎, 田中 万也, 小林 恵太, 奥村 雅彦, 小林 徹, 下条 晃司郎, 谷田 肇,関口 哲弘, 金田 結依, 松田 晶平, 横山 啓一, 矢板 毅, 吉村 崇, 高橋 嘉夫
    • Journal Title

      放射化学

      Volume: 45 Pages: 28-30

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Hydration structures of barium ions: Ab initio molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies2021

    • Author(s)
      Yamaguchi Akiko、Kobayashi Keita、Takahashi Yoshio、Machida Masahiko、Okumura Masahiko
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 780 Pages: 138945-138945

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2021.138945

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Machine learning potentials for tobermorite minerals2021

    • Author(s)
      Kobayashi Keita、Nakamura Hiroki、Yamaguchi Akiko、Itakura Mitsuhiro、Machida Masahiko、Okumura Masahiko
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 188 Pages: 110173-110173

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2020.110173

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Local Structure of Rare Earth Elements (REE) in Marine Ferromanganese Oxides by Extended X-ray Absorption Fine Structure and Its Comparison with REE in Ion-adsorption Type Deposits2020

    • Author(s)
      Nagasawa Makoto、Qin Hai-Bo、Yamaguchi Akiko、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 49 Issue: 8 Pages: 909-911

    • DOI

      10.1246/cl.200257

    • NAID

      130007884686

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantitative evaluation of effects of isomorphic substitutions on delamination energies of clay minerals2020

    • Author(s)
      Yamaguchi Akiko, Asano Ikumi, Kitagawa Yuri, Meng Chenrui, Nakao Atsushi, Okumura Masahiko
    • Journal Title

      Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020)

      Pages: 127-130

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Machine Learning Molecular Dynamics Simulations of Clay Minerals and Calcium Silicate Hydrates2020

    • Author(s)
      Okumura Masahiko, Yamaguchi Akiko, Kobayashi Keita
    • Journal Title

      Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020)

      Pages: 126-126

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 雲母の構造が剥離強度に及ぼす影響の数値的評価2021

    • Author(s)
      山口 瑛子, 中尾 淳, 奥村 雅彦
    • Organizer
      第64回粘土科学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] EXAFSによるRaの水和状態と粘土鉱物への吸着状態の解明2021

    • Author(s)
      山口 瑛子, 永田 光知郎, 田中 万也, 小林 恵太, 奥村 雅彦, 小林 徹, 下条 晃司郎, 谷田 肇,関口 哲弘, 金田 結依, 松田 晶平, 横山 啓一, 矢板 毅, 吉村 崇, 高橋 嘉夫
    • Organizer
      日本放射化学会第65回討論会(2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ラジウムの水和構造及び粘土鉱物への吸着構造の解明2021

    • Author(s)
      山口 瑛子, 永田 光知郎, 田中 万也, 小林 恵太, 奥村 雅彦, 小林 徹, 下条 晃司郎, 谷田 肇,関口 哲弘, 金田 結依, 松田 晶平, 横山 啓一, 矢板 毅, 吉村 崇, 高橋 嘉夫
    • Organizer
      2021年度日本地球化学会第68回年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of ionic radius on the adsorption structure of various2020

    • Author(s)
      Yamaguchi Akiko, Okumura Masahiko, Takahashi Yoshio
    • Organizer
      30th Goldschmidt Conference (Goldschmidt 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of ionic radius on adsorption structures of hard cations on clay minerals2020

    • Author(s)
      Yamaguchi Akiko, Okumura Masahiko, Takahashi Yoshio
    • Organizer
      57th Annual Meeting of the Clay Minerals Society (CMS 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Machine learning molecular dynamics studies of clay minerals2020

    • Author(s)
      Okumura Masahiko, Kobayashi Keita, Yamaguchi Akiko, Nakamura Hiroki, Itakura Mitsuhiro, Machida Masahiko
    • Organizer
      30th Goldschmidt Conference (Goldschmidt 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 陽イオンの粘土鉱物への吸着構造の解明; 水の効果を含めた第一原理計算とXAFS法の相補的利用2020

    • Author(s)
      山口 瑛子, 高橋 嘉夫, 奥村 雅彦
    • Organizer
      2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 環境中ラジウムの粘土鉱物への吸着と固定2020

    • Author(s)
      山口 瑛子, 栗原 雄一, 桧垣 正吾, 奥村 雅彦, 高橋 嘉夫
    • Organizer
      日本放射化学会第64回討論会(2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] FIXATION OF RADIUM BY ADSORPTION ON CLAY MINERALS BASED ON ANALYSES OF CORE SAMPLES AROUND NINGYOTOGE URANIUM MINE2019

    • Author(s)
      Akiko Yamaguchi, Yuichi Kurihara, Masahiko Okumura, Yoshio Takahashi
    • Organizer
      17th International Conference on the Chemistry and Migration Behavior of Actinides and Fission Products in the Geosphere (Migration 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2019-09-03   Modified: 2023-01-30  

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