Evaluation of Diffusion Coefficients of Radionuclides in Crystalline Rocks using Micro X-ray CT and LA-ICP-MS

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14569
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Fukatsu Yuta 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 核燃料サイクル工学研究所 環境技術開発センター, 研究職 (80822048)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 地層処分 / 結晶質岩 / 放射性核種 / 拡散 / 黒雲母 / LA-ICP-MS / マイクロX線CT

Outline of Final Research Achievements

Biotite structure and the diffusion coefficients which indicate the diffusion rate of radionuclides in crystalline rocks such as granodiorite, were investigated by using micro X-ray CT and laser-ablation ICP-MS, in order to predicting the upper limit of the diffusion coefficients. It was found that the interlayer distance of partially vermiculitized biotite in rock samples depended on the potassium concentration in groundwater, causing diffusion coefficients of cesium changed up to approximately one order of magnitude.

Free Research Field

放射性廃棄物処分の安全評価

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

日本の地下に広く分布する結晶質岩における放射性核種の移行挙動を理解することは、地層処分の安全評価上、極めて重要な課題である。核種の移動度は「拡散係数」により評価されるが、多様な組成や不均質な鉱物分布を持つ結晶質岩中の拡散係数を予測することは困難であった。本研究では、結晶質岩中の黒雲母に着目し、その構造や分布がセシウムの拡散係数に及ぼす影響を評価した。本成果は、結晶質岩中の拡散係数の上限値を評価するために重要な知見であり、核種の長期移行挙動の精確な予測評価に貢献すると期待される。