Q. ベントナイトの材質は何ですか?

ベントナイトの材質は何ですか?

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人工バリアの1つである緩衝材の主な材料は、ベントナイトと呼ばれる天然に産出される粘土です。 
この緩衝材は、オーバーパック全体を取り囲むようにオーバーパックと地層の間に充填されます。ベントナイトの主成分はモンモリロナイトという鉱物です。このモンモリロナイトは水を吸収することにより膨潤(水を吸ってふくれること)するため、図のようにベントナイト中ではとても水が流れにくい状態となります。
またモンモリロナイトは陽イオン交換などにより、放射性物質を吸着する能力も有しています。このため、溶け出した放射性物質が緩衝材中を移動している間にも、その一部の放射性物質は緩衝材に吸着されるため、地層へ到達するまでには、地下水の動きと比べてもさらに長い時間を要します。そして、この間にも、放射性物質は放射性崩壊により減衰していきます。
このモンモリロナイトの構造は図に示すように結晶が層状になっており、各層はマイナスに帯電しています。そのためもともとモンモリロナイトの層と層の間には、マイナスの電荷に引き寄せられているナトリウム(Na+)、マグネシウム(Mg2+)、カルシウム(Ca2+)などのプラスの電荷を持つ陽イオンが存在しています。この層間の陽イオンは、電気的に強く結合しているわけではないので、ほかの放射性物質の陽イオンと置き換わることがあります。これを陽イオン交換と言います。
一方、多くの放射性物質はプラス(+)に帯電している状態で移動します。そして、陽イオン交換によってモンモリロナイト層間にとらわれることにより、移動が遅延されるのです。 さらに、モンモリロナイトの結晶の端には電荷を帯びた水酸基(OH-)があり、この水酸基とイオン化した放射性物質が電気的に結合して表面に錯体(さくたい)を形成することによって、放射性物質は吸着されます。このことによっても、放射性物質の移動が妨げられると考えられています。特に、ウラン(U)や、プルトニウム(Pu)、ネプツニウム(Np)などの超ウラン元素と言われる放射性物質は強く吸着され、その移動は非常に遅くなります。このように、放射性物質がモンモリロナイト結晶の層と層の間などに吸着し拘束されることによって、その移動が遅くなります。

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