深部地下水環境での長半減期核種の移行を支配する物質の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02641
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 桐島 陽 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00400424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮川 和也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 幌延深地層研究センター, 研究副主幹 (90721225) ; 秋山 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80746751)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 深部地下水環境 / 放射性核種移行 / 地層処分

Outline of Annual Research Achievements

異なる地質の地下研で深部地下水を採取し、ここにランタノイドやアクチノイドを添加し、分析によりこれら核種の溶解度や移行を支配する地下水成分を明らかにする。
本年度は、JAEA幌延深地層研究センターおよびJAEA瑞浪超深地層研究所の地下研究施設にて、それぞれ深度350ｍの新第三紀堆積岩系地下水と深度300mの結晶質岩系地下水を採取し、ここに、マイナーアクチノイドと化学的挙動の近いアナログ元素としてランタノイド（La, Sm, Ho）およびUを添加、核種が地下水に接触した場合を想定した試料を作製した。
次に、この試料を孔径の異なる二種類のフィルタで逐次ろ過した。ろ過前の試料と第1段階のフィルタでろ過した後のろ液試料、第2段階のフィルタでろ過した後のろ液試料の、各溶液試料中の添加元素（La, Sm, Ho, U）濃度を測定することで、深部地下水中の添加元素の固液分布を調べた。さらに、化学平衡計算を行い深部地下水中での添加元素の化学種を推定した。また、溶液試料をろ過したフィルタ試料の表面分析を行うことで、平衡計算より示された添加元素の固相化学種がフィルタに捕集されているか確認した。
以上の分析及び解析の結果、3価陽イオンとなるLa, Sm, Hoはリン酸イオンにより沈殿種が形成される傾向が有り、一方、ジオキソイオンとなるUはどちらの深部地下水中でも溶存種として存在し、その化学種は炭酸錯体とみられる。これらの結果は既存の熱力学平衡定数を用いた化学種平衡計算の結果と整合的であった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画通りに地下水の採取および分析が完了し、トレーサー元素添加試験が完了したため。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる次年度は、上記試験でフィルターに捕集された沈殿物のEXAFS分析等を行い、化学種を明らかにする。また、地下水構成成分のうち影響が大きいとみられる特定の陰イオンの濃度を幅広く変化させた模擬地下水を調製し、これを用いて同様の試験を行い、実地下水中のランタノイド（La, Sm, Ho）およびUの挙動に大きな影響を与える地下水成分を明らかにする。