放射性廃棄物地層処分における粘土の微細構造と収着・拡散挙動に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11358007
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大橋 弘士 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20001315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 香西 直文 日本原子力研究所, 東海研究所・環境安全研究部, 研究員 ; 小崎 完 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60234746) ; 佐藤 正知 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40117122) ; 加藤 博康 三菱マテリアル(株), 環境エネルギー研究所, 研究員
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 放射性廃棄物 / モンモリロナイト / 収着 / 拡散 / 地層処分

Research Abstract

放射性廃棄物の地層処分の安全評価を行う上で、緩衝材として用いられる圧密したベントナイト中の放射性核種の収着や拡散現象に関する理解が求められている。そこで本研究では、それらの現象に影響を及ぼす因子の一つと考えられる粘土の微細構造に着目した検討を行った。研究最終年度である平成12年度は、ベントナイトの主たる構成鉱物であるNa型モンモリロナイト中のCl^-およびCa^<2+>イオンならびにHeガスの見かけの拡散係数を圧密・含水した条件下で測定し、またCl^-およびCa^<2+>イオンについては拡散の活性化エネルギーを求め、それらの拡散機構を、粘土の微細構造を考慮に入れた上で検討した。このうち、Na型モンモリロナイト中のイオンの拡散の活性化エネルギーはモンモリロナイトの層間距離と密接に関連していることを明らかにした。これは、イオンはモンモリロナイト粒子間の細孔中の水を拡散するとした従来のモデル(「細孔拡散モデル」)では説明できない。さらに、Na型モンモリロナイトに珪砂を添加した系でのNa^+イオンの見かけの拡散係数および拡散の活性化エネルギーを求めた結果、Na^+イオンの拡散には表面拡散の寄与が大きい可能性が示唆された。一方、Na型モンモリロナイト層間の交換性陽イオンをFe^<2+>イオンに置換させた試料ならびにその試料を大気中で酸化させた試料を調製し、それらの特性評価を行うとともに、SeおよびNpの収着実験を行った。実験の結果、交換性陽イオンの変化に伴う収着係数の増加が認められた。

Research Products

• [Publications] N.Kozai: "Apparent Diffusion Coefficients and Chemical Species of Neptumium (V) in Compacted Na-montmorillonite"Journal of Contaminant Hydrology. 47. 149-158 (2001)
• [Publications] T.Kozaki: "Diffusion Mechanisin of Chloride Ions in Sodium Montmorillonite"Journal of Contaminant Hydrology. 47. 159-170 (2001)
• [Publications] T.Kozaki: "Diffusion Behavior of Ca^<2+> Ions in Campacted Na-montmorillonite"Scientific Basis for Nuclear Waste Management. (in press).
• [Publications] N.Kozai: "Charactrization of Fe-montmorillonite ; Overpack Corrosion Products Altering of Buffer Materials"Scientific Basis for Naclear Waste Management. (in press).
• [Publications] T.Higashihara: "Diffusion of Helium and Estimated Diffusion Coefficients of Hydrogen Dissolved in Water-Saturated, Companted Ca-Montmorillonite"Journal of Naclear Fuel Cycle and Environmant. (in press).