| 研究課題/領域番号 |
21K18916
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
千田 太詩 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30415880)
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| 研究分担者 |
新堀 雄一 東北大学, 工学研究科, 教授 (90180562)
関 亜美 東北大学, 工学研究科, 助教 (80912328)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 放射性廃棄物 / 地層処分 / 核種移行 / 収着 / 拡散 / 雲母 / 花崗岩 / 固定化 / 核種固定化 / バックエンド / 原子力 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
放射性廃棄物の埋設処分において，地下環境中に放射性核種を閉じ込めるバリア性能が期待される天然岩盤には，核種を吸着する能力に優れた雲母鉱物が含有される．従来，核種と鉱物の相互作用については，鉱物を粉砕した粉末試料により調べられてきた．しかし，実際の地下の雲母は層状構造を有し，数cm程度の薄片形状で存在する．このため，核種と雲母鉱物が相互作用する場合，薄片の端に吸着するのみならず，層状構造内部へ核種が浸入，固定化されると考えられる．本研究では，薄片状雲母を用いた実験検討により，粉末試料ではわからなかった核種収着メカニズムを解明し，天然岩盤にさらなる核種閉じ込め性能を見出すことを目指す．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，地下に遍在する薄片状黒雲母と陽イオン形態の放射性核種との相互作用について実験的に検討し，核種が薄片の端部でイオン交換により収着するのみならず，薄片内部へ拡散浸入することを明らかにした．このような黒雲母内部への核種の取り込みにより，薄片内部へのさらなる固定化も期待される．一方で，実験結果に基づき評価した薄片状黒雲母内の陽イオン核種の見かけの拡散係数は，黒雲母を含有する花崗岩マトリクス内の拡散係数より小さくなった．このことは，花崗岩における黒雲母への核種収着が薄片内への拡散に制限されることを意味し，核種移行評価において拡散過程を考慮した見かけの収着速度が必要となる可能性を示唆する．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
放射性廃棄物処分において重要となる，地下の鉱物と放射性核種の相互作用に関して，従来の考え方は粉末試料で評価される収着および脱着のような化学平衡に基づいている．これに対し本研究では，薄片状黒雲母を用いた検討により，核種が鉱物内へ拡散浸入する過程を考慮した速度論的な扱いを加味する必要があることを提示した点に学術的意義がある．また，地下を移行する放射性核種の収着効果が大きい黒雲母について，本研究の成果はその収着効果が従来の評価手法では過剰に見積もられる場合があることを示唆しており，より現実的な核種移行評価に資するとともに，処分システムの信頼性向上に貢献するものである．
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