Development of performance assessment method for barrier materials in geological disposal of radioactive waste using multifunctionalized gold nanoparticles

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04990
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小崎 完 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60234746)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 直子 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20624711)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 高レベル放射性廃棄物 / 地層処分 / 多機能化金ナノ粒子 / 移行遅延 / 天然バリア

Outline of Annual Research Achievements

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、人工および天然バリア材中の放射性核種の長期の移行挙動を予測することが重要となっている。移行挙動の予測には、従来考えられてきた収着などの固相との相互作用を伴う地下水による移行に加えて、放射性核種がコロイドとして、あるいはコロイドを担体として移行する現象も考慮に入れる必要がある。しかし、地層処分環境下のコロイドの移行挙動については、天然に存在するコロイドが多様かつ複雑であり、また様々な固相が存在すること等の理由から十分に理解されていない。
そこで、本研究では、特定のサイズや表面特性を有し、かつ検出が容易な金ナノ粒子を模擬コロイド試料として用いた試験を行うことで、バリア材中のコロイドの移行挙動に及ぼすコロイドサイズの影響を検討するとともに、バリア材中の化学的雰囲気を考慮したバリア材とコロイド粒子の相互作用に着目した検討を行い、天然および人工バリア材中でのコロイドの移行挙動の理解の深化を目指した。
研究最終年度となる令和２年度は、これまでのカラム中の移行挙動試験を継続するとともに、金ナノ粒子を用いたバッチ式収着試験においてケイ砂およびベントナイト試料への金ナノ粒子の収着挙動を詳細に調べ、さらに、収着試験後の固相表面のSEM観察を行い、金ナノ粒子と固体表面の相互作用を検討した。この結果、金ナノ粒子は珪砂表面の限られた表面のみに収着すること、また、粒径の大きな金ナノ粒子は珪砂表面の窪みやひび割れなどの表面の粗い部分に凝集して収着する傾向が見られることを明らかにした。一方、人工バリア材であるベントナイトの主成分であるナトリウム型モンモリロナイトの場合、永久負電荷により優先的に起こると考えられたエッジ表面への選択的な収着は認められず、金ナノ粒子は基底面、エッジ表面の両方にランダムに収着することを明らかにした。

Remarks

新型コロナウイルス感染症拡大により、予定していた国際会議等での発表を中止した。