| 研究課題/領域番号 |
25400319
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東京学芸大学 |
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研究代表者 |
中田 正隆 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (80180305)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 地質環境 / 物質移行 / マトリックス拡散 / オングストローム空間 / ポジトロニウム |
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| 研究概要 |
地質環境中で物質は地下水とともに岩盤の亀裂を介して起こる動的な移流，岩盤基質部での静的な分子拡散によって移行する。後者はマトリックス拡散現象と呼ばれ，移行遅延をもたらす現象として認識されている。しかしながら，フィールドおよびラボスケールで実際に得られるマトリックス拡散係数は，予測値よりも遙かに高い値を示すことが確認されている。このことは，これまで見出されてこなかったよりミクロな物質移行経路の存在を示唆している。本研究課題では，堆積岩や鉱物中の物質移行の一つの要素であるマトリックス拡散現象に焦点を当て，オングストロームスケールの空間を介した物質拡散現象に着目する。はじめに目的試料について，溶液または気体を用いた物質拡散試験を推進する。拡散物質として，セシウムを予定している。試料深さ方向に対して移行物質濃度を原子吸光法で調べ，深さ依存性を求める。原理的に得られる濃度データは深さに対して減少していき，Fickの第2法則により拡散係数が決定される。ここで求められる拡散係数は，物質移行全体のマクロな拡散係数に相当する。平行して，ポジトロニウム分光を推進し，これまで検出されていないミクロな物質移行経路を調べる。移行物質がオングストロームスケールの空隙を占有すると空隙サイズや量が変化するため，これらの深さ依存性データからFickの第2法則によりマトリックス拡散係数が求められる。以上の作業により，全体の拡散に対するマトリックス拡散の寄与を評価する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題の内容は，大きく分けて岩石・鉱物試料の調達と調整，透過型拡散試験，ポジトロニウム分光法による空隙の調査である。平成25年度は，試料の調達と調整，透過型拡散試験を推進した。試料として，地質環境中に豊富に存在する層状粘土鉱物であるサポナイト試料を調達した。切削，研磨，ケミカルエッチングなどを行い，拡散試験やポジトロニウム分光実験に適した形状を作成した。試料のナノ組織構造，相，結晶粒サイズなどの評価をX線回折測定（XRD）測定により行った。試料表面の形状，マイクロクラックの状態を走査型電子顕微鏡（SEM）観察により行した。試料調整後，塩化セシウム水溶液水溶液を用いた透過拡散実験を行った。拡散試験後，試料を深さ方向に対して切り出し，切り出した試料それぞれについて，原子吸光法により拡散物質の濃度の測定を行った。今後，濃度の深さ依存性データから，Fickの第2法則により全体の拡散係数を決定する計画である。以上より，当初予定していた試料の調達と調整，透過型拡散試験は順調に進んだと言える。現在までの達成度はおおむね順調と判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，ポジトロニウム（Ps）分光法によるミクロ孔領域の空隙の調査を行う。空隙サイズと量の調査には，ポジトロニウム寿命測定法を計画している。拡散試験後に深さ方向に切り出した試料について，ポジトロニウム分光により空隙計測を推進する。得られた空隙サイズデータを総合解析し，マトリックス拡散現象を調べる。ここでは，サブナノからナノスケールの空隙について，サイズと量の深さ依存性が得られる。深さ依存性データから，Fickの第2法則によりマトリックス拡散係数を決定する。ここで得られた拡散係数は，ミクロ孔領域の空隙を介した拡散係数に相当する。一方，透過型拡散試験で得られる拡散係数は，ミクロ孔領域の空隙だけでなく，巨視的な空隙も全て含んだ拡散係数である。よって，双方について比較・検討を行う。さらに，得られた拡散係数と計測された空隙を比較し，マトリックス拡散を律速するミクロな物質移行経路を特定する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
今年度，ポジトロニウム計測用治具一式の導入を予定していたが，研究進展上そこまで至らなかった。
上記治具一式を次年度予算として計上する。これに加えて，消耗品，旅費として使用する計画である。
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