地層中におけるアクチニドコロイド形成・移行メカニズム―実験と第一原理による解明―
【研究分野】原子力学
【研究キーワード】
ネプツニウム / 鉄酸化物コロイド / コロイド形成 / 酸化還元 / 腐植酸 / ウラン / 第一原理計算 / マグネタイト / 吸着 / 還元速度定数 / ヘマタイト / 分子軌道法
【研究成果の概要】
地層中の代表的な無機系コロイドである鉄酸化物系コロイドとして、マグネタイト系微粒子およびヘマタイト系微粒子を取り上げた。それらが、長期にわたる放射線的毒性を支配するネプツニウム(Np)とどのように結合するのか、結合するときに還元反応を伴うのかについて、実験的に解明を行った。実験では、大気開放系における吸着量のpH依存性やイオン強度依存性、脱酸素雰囲気下における吸着量のpH依存性を取得するとともに、吸着のキネティックスや温度依存性、微粒子表面のXPS測定などを実施するとともに、脱離実験と脱離後の溶液の溶媒抽出実験などを行った。その結果、とくにマグネタイト系微粒子とNp(V)が脱酸素雰囲気下で擬似コロイドを形成する場合には、マグネタイト中のFe(II)とNp(V)の間での酸化還元反応が誘起され、NpはNp(IV)としてマグネタイト系微粒子と結合することを明らかにした。
また、地層中の代表的な有機系コロイドである腐植酸(フミン酸)コロイドとウラン(U)との相互作用を明らかにするために、本研究ではフミン酸のモデル物質としてサリチル酸を取り上げ、サリチル酸とU(VI)との結合構造について、第一原理計算による解明を試みた。その結果、Uとサリチル酸は1:2錯体を形成することを明らかにするとともに、最適な構造も特定した。同時に、Uとサリチル酸の錯体上のフロンティア電子軌道密度から、この錯体が岩石や鉱物との相互作用を起こしにくくなっていることも明らかにした。
【研究代表者】