研究課題
挑戦的研究(萌芽)
2:1型粘土鉱物の八面体層中のFe(II)による還元反応が高レベル放射性廃棄物の地層処分において重要な元素で生じた場合、これら元素の地下環境での挙動に決定的に重要な影響を与える。また2:1型粘土鉱物であるスメクタイトは、放射性廃棄物の廃棄体と天然バリアの間の緩衝材として用いられる予定で、このスメクタイト中にFe(II)が存在した場合、吸着イオンに対する還元能を持つ可能性がある。本研究では、先端的なX線吸収微細構造法なども駆使して、実験室で調製したFe(II)を含むスメクタイト試料や幌延深地層研究センターの地下環境に保持したベントナイト試料などにより、Uどが還元されるかについて研究する。
本研究でスメクタイト中のFe3+をFe2+に還元して得たFe(II)含有スメクタイトにより、U(VI)がU(IV)に還元・固定されることが分かった。pH・イオン強度依存性、未風化黒雲母で還元がおきないことなどから、この還元反応はスメクタイト層間のU(VI)吸着種に対して起きると推定された。これを天然試料で確認するため、人形峠風化花崗岩中の風化した黒雲母中のUの分布と化学状態をマイクロXRF-XAFSで調べた。ここでは特にRb共存の影響を除くためTESによる分析を行い、UはRbが少ない強風化の部位に多く存在し、そこでUは還元されていることが分かった。このことは上記の室内実験の結果と整合的である。
放射性廃棄物の地層処分を念頭においた場合、スメクタイトが硫化物などの還元力がある物質が絶えず流入する環境におかれたならば、その層構造中にFe(II)が蓄積される可能性がある。こうして高いFe(II)/Fe(III)比を持つにいたったスメクタイトは、非常に強い還元作用を保持することになり、地層処分においては、Uなどを還元しより固定化する方向に作用する可能性がある。このようなスメクタイトは、放射性廃棄物の周囲を覆う緩衝材として用いられる計画であり、地下環境で長期間スメクタイトが保持されることで、上で示したようなFe(II)を保持するに至れば、様々なアクチノイドを還元することができると期待される。
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