Innovation of long-term stabilization of radioactive nuclides using geomimetics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00883
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Sasaki Keiko 九州大学, 工学研究院, 教授 (30311525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 出光 一哉 九州大学, 工学研究院, 教授 (10221079) ; 三木 一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10706386) ; 赤松 寛文 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10776537)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ジオミメティクス / 層状複水酸化物 / 陰イオン性核種 / アミノ酸 / 固化安定化

Outline of Final Research Achievements

In AFm, the hydration and valence of anions are considered to be important factors affecting stability. Among the ionized amino acids, cysteine is particularly easy to ion-exchange with selenate in CaAl-based AFm, and the carboxyl group of the amino acid is involved in the formation of Ca-O chemical bonds but is not interacted with Al having a larger valence, which was verified by DFT calculations for the first time. The leaching rate of selenate solidified in the geopolymer increased with increasing Si / Al molar ratio. EXAFS analysis revealed that both selenite and selenate ions remain in the geopolymer by electrostatic interaction rather than chemical bonds.

Free Research Field

総合工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

知見の乏しい陰イオン放射性核種の安定性に関して、その主要なマトリクスとなるAFｍ中での水分子の影響について、また低層に埋設される場合の有機物モデルであるアミノ酸とのイオン交換反応について、実験及びＤＦＴ計算を適用し原子レベルで考察した結論は、低レベル放射性核種の長期安定性に対して有用な知見を与えるだけでなく、DFT理論の微小スケールでありながら環境インパクトの強い問題へ応用した少ない例として学術的意義がある。またCO2削減を目指しセメント固化に代わりうるジオポリマー固化を陰イオン性核種に適用した場合の固定化機構及び安定性についても実用的に有用な知見を与えている。