JP6123114B2

JP6123114B2 - 地下水の年代測定装置

Info

Publication number: JP6123114B2
Application number: JP2013028341A
Authority: JP
Inventors: 弘太郎中田; 琢磨長谷川; 宏樹兒玉
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP2014157090A

Description

本発明は、地下水の年代を測定する地下水の年代測定装置に関する。

放射性廃棄物処分の安全評価を行うため、処分場周辺の地下水流動を把握することが必要である。地下水流動の特性を把握するため、地中の特定物質の移動状況を監視し、放射性廃棄物の地中への漏洩を求めることが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。一方で、地下水の年代を評価（推定）することにより、地下水の流動状況を把握し、放射性廃棄物の地中への移動挙動評価を行うことが考えられている。

地下水の年代の評価は、採取した地下水の成分等を分析し、地下水と共に移動する放射性炭素（自然有機物由来の炭素）を評価することで、地下水の年代を推定することができると考えられている。地下水はボーリング孔を利用して採取することになるが、ボーリング孔は掘削液を用いて掘削されるため、ボーリング孔を利用して採取された地下水には掘削液が混入している。掘削液には、混入割合を把握するために蛍光塗料（人工的有機物）が添加されているので、地下水の年代を推定する場合には、地下水から掘削液の蛍光塗料に由来する炭素を分けて自然有機物由来の有機炭素だけを評価する必要がある。

地下水に溶存する有機物を合成吸着樹脂に吸着させる技術は知られているが、掘削液の蛍光塗料に由来する炭素を分離した状態で、地下水と共に移動する自然有機物由来の炭素を評価する技術は確立されていないのが現状である。このため、地下水と共に移動する自然有機物由来の炭素を評価することは、地下水の年代の側定に有効であることが知られているにも拘らず、地下水の年代評価の分野の技術として確立されているとはいえないのが実情であった。

特開２００９−３２４６３号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、地下水と共に移動する放射性炭素（自然有機物由来の炭素）を的確に評価して地下水の年代を測定することができる地下水の年代測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の地下水の年代測定装置は、地下水が通水されて前記地下水に含まれる人工有機物を吸着させる疎水性の合成吸着部材と、前記合成吸着部材から排出される前記地下水からフルボ酸由来の^１４Ｃを検出する自然有機物検出手段と、前記自然有機物検出手段で検出された前記フルボ酸由来の^１４Ｃを評価し、評価結果により前記地下水の年代を類推する年代導出手段とを備え、前記人工有機物は、ウラニンであり、前記合成吸着部材は、メタクリル酸エステルからなる合成吸着樹脂であり、前記地下水のｐＨは、前記合成吸着部材でのウラニンの吸着率が９０％以上で、フルボ酸の吸着率が２０％以下になるように維持されることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、疎水性の合成吸着部材に地下水を通水することで、地下水に含まれる人工有機物を吸着させ、自然有機物検出手段により、合成吸着部材から排出された地下水からフルボ酸を採取し、フルボ酸由来の^１４Ｃを検出する。地下水に含まれる自然有機物由来の^１４Ｃは地下水と共に移動しているため、^１４Ｃを評価することで地下水の年代を測定することが可能である。このため、地下水の年代導出手段により、フルボ酸由来の^１４Ｃ（自然有機物由来の^１４Ｃ）を評価することで、人工有機物由来の^１４Ｃが取り除かれた状態の^１４Ｃに基づいて地下水の年代が測定される。
また、合成吸着樹脂にウラニンが９０％の吸着率で吸着し、フルボ酸は２０％以下の吸着率で吸着することになる。このため、ほとんどのウラニンが合成吸着樹脂に吸着して取り除かれ、多くのフルボ酸が合成吸着樹脂を通過して採取される。
参考例として、人工有機物がエオシンであっても良い。

このため、地下水と共に移動する放射性炭素（自然有機物由来の炭素）を的確に評価して地下水の年代を測定することが可能になる。

上記目的を達成するための地下水の年代測定方法は、疎水性の合成吸着部材に地下水を通水し、前記合成吸着部材から排出される前記地下水からフルボ酸由来の^１４Ｃを検出し、検出されたフルボ酸由来の^１４Ｃを評価することで前記地下水の年代を導出することを特徴とする。

これにより、フルボ酸由来の^１４Ｃに基づいて地下水の年代が測定され、地下水と共に移動する自然由来の有機物に含まれる放射性炭素を的確に評価して地下水の年代を測定することが可能になる。

また、地下水の年代測定方法は、前記合成吸着部材としてメタクリル酸エステルからなる合成吸着樹脂を用い、合成吸着樹脂に地下水を通水して人工有機系物質を吸着させることを特徴とする。

これにより、人工有機物由来の^１４Ｃが確実に取り除かれた状態の^１４Ｃに基づいて地下水の年代を測定することができる。

本発明の地下水の年代測定装置は、地下水と共に移動する放射性炭素（自然有機物由来の炭素）を的確に評価して地下水の年代を測定することが可能になる。

ボーリング掘削の概念図である。本発明の一実施例に係る地下水の年代測定装置の概略構成図である。合成吸着樹脂の特徴を表す表図である。合成吸着樹脂を決定するための概略構成図である。ウラニンとフルボ酸の吸着割合とｐＨとの関係を説明するグラフである。メタクリル酸エステル系の吸着樹脂の特性図である。地下水の通過距離に対するウラニン及びフルボ酸の吸着状況の特性図である。ウラニン及びフルボ酸の通過量を説明するグラフである。多量の地下水を通水した際のウラニン及びフルボ酸の通過量を説明するグラフである。

図１に基づいてボーリング掘削における地下水の採取状況を説明する。図１にはボーリング掘削の概念を示してある。

広域での地下水流通を評価するために、例えば、放射性廃棄物の安全評価を行うために、地下水が採取されて地下水の年代が測定される。図に示すように、ボーリング孔１は掘削液２が供給されながら掘削され、掘削液２は地中に浸透すると共に地下水３に混合される。地下水３と共に移動する放射性炭素（自然有機物由来の炭素）を評価することで、地下水３の年代を推定することができることが確認されている。

図に示すように、地下水３には掘削液２が混入しており、掘削液２には、混入割合を把握するために蛍光塗料が添加されている。蛍光塗料には、人工的有機物である、ウラニンやエオシンが含まれるため、地下水３の年代を推定する場合には、地下水３から掘削液２の蛍光塗料（例えば、ウラニン）に由来する炭素を分けて自然有機物由来の炭素だけを評価する必要がある。

本発明は、地下水３と共に移動する放射性炭素（自然由来の有機物に含まれる放射性炭素：フルボ酸由来の^１４Ｃ）を評価する際に、蛍光塗料（ウラニン）に由来する炭素を取り除いた状態でフルボ酸由来の^１４Ｃだけを評価することで地下水３の年代を測定するものである。

特に、現場で汲み上げた地下水３から蛍光塗料（ウラニン）に由来する炭素を取り除くことが可能な技術である。

図２、図３に基づいて地下水の年代測定装置の概略を説明する。図２には本発明の一実施例に係る地下水の年代測定装置の概略構成を説明するブロック構成、図３には合成吸着樹脂の特徴を示してある。

図２に示すように、地下水の年代測定装置は、現場で汲み上げた地下水３が通水されて地下水３に含まれる人工有機物である、例えば、ウラニンを吸着させる疎水性の合成吸着部材である合成吸着樹脂１１が充填された吸着カラム１２が備えられている。地下水３は、ＨＣｌ等が添加されてｐＨが５程度に調整される。

吸着カラム１２から排出される地下水３（ウラニンが取り除かれた地下水）からフルボ酸を取り出し、フルボ酸由来の^１４Ｃを検出する自然有機物検出手段１３が備えられている。そして、自然有機物検出手段１３で検出されたフルボ酸由来の^１４Ｃが年代導出手段１４で評価される。

年代導出手段１４では、フルボ酸由来の炭素において、^１2Ｃ、^１3Ｃ、^１４Ｃにおける^１４Ｃの比率が求められ、^１４Ｃの比率に応じて年代が評価される。そして、地下水３と共に移動するフルボ酸由来の^１４Ｃの評価結果に応じて地下水３の年代が測定される。

年代導出手段１４では、ウラニンが取り除かれた地下水３のフルボ酸由来の^１４Ｃが評価されるので、蛍光塗料（ウラニン）に由来する人工有機物の^１４Ｃが取り除かれた状態の自然有機物由来の^１４Ｃを評価することができる。このため、地下水と共に移動する放射性炭素、即ち、フルボ酸由来（自然有機物由来）の^１４Ｃを的確に評価して地下水３の年代を測定することが可能になる。

合成吸着樹脂１１としては、例えば、図３に示した種々の疎水性の樹脂を適用することが可能である。本実施例では、合成吸着樹脂１１としては、図３中の樹脂Ａを適用した。樹脂Ａは、メタクリル酸エステル系の樹脂であり、親水性が比較的高く、疎水性の高い有機物の抽出に高い性能を発揮する樹脂である。

尚、合成吸着樹脂１１としては、樹脂Ａに限らず、例えば、図３に示したように、アクリル酸エステル系の樹脂Ｂ、臭素化・芳香族系の樹脂Ｃ、芳香族系の樹脂Ｄ、アクリル系（アクリルとジビニルベンゼンの共重合物）の樹脂Ｅを適用することが可能である。

図３から図７に基づいて、合成吸着樹脂１１としてメタクリル酸エステル系の樹脂Ａを適用した根拠を説明する。図３における樹脂の欄のカッコ内の印は、図５のグラフ中の印に対応している。

図４には合成吸着樹脂の評価を行うための機構の概略構成、図５にはウラニンとフルボ酸の捕集率の差の割合とｐＨとの関係を樹脂Ａから樹脂Ｅについて示したグラフ、図６にはウラニンとフルボ酸の捕集割合とｐＨとの関係を樹脂Ａについて示したグラフ、図７には１Ｌの地下水を通過させた場合の長さ毎のウラニンとフルボ酸の通過割合を示してある。

図４に示すように、例えば、直径ｒｍｍ（例えば、５ｍｍから１０ｍｍ程度）で長さＴｍｍ（例えば、１００ｍｍ程度）の通路部材１６に樹脂Ａから樹脂Ｅを充填し、所定の圧力で地下水を通水し、通水後の地下水に含まれるウラニンとフルボ酸の捕集率の差を測定した。この場合、ｐＨ２からｐＨ６まで５種類の地下水を通水した。結果を図５に示す。

図５に示すように、樹脂Ａ（○）、樹脂Ｂ（△）、樹脂Ｃ（□）、樹脂Ｄ（▽）、樹脂Ｅ（◇）について、ｐＨ２からｐＨ６の地下水においてウラニンとフルボ酸の捕集率の差の割合が高いのは（ウラニンを高い割合で捕集するのは）、樹脂Ａ（○）となっている。そして、ｐＨ５の地下水の樹脂Ａ（○）で、ウラニンとフルボ酸の捕集率の差が８０％程度の高い値を示している。このことから、樹脂ＡはｐＨ５の地下水からウラニンを高い割合で捕集することが判る。

図６に示すように、樹脂Ａは、ｐＨ２、ｐＨ３、ｐＨ４、ｐＨ５の地下水について、ウラニン（■）を１００％程度捕集でき、ｐＨ６の地下水について、ウラニン（■）を８０％程度捕集できることが判る。そして、ｐＨ２、ｐＨ３、ｐＨ４の地下水について、フルボ酸（●）の捕集率が８０％程度、６０％程度、４０％程度と段階的に低下し、ｐＨ５の地下水で捕集率が２０％を下回り、ｐＨ６の地下水で１０％程度の捕集率となることが判る。

このため、地下水をｐＨ５にすることで、樹脂Ａで、ウラニン（■）の吸着率が９０％以上で、フルボ酸（●）の吸着率が２０％以下になるように維持される

図６に示された結果により、樹脂Ａは、ｐＨ５の地下水で、ウラニン（■）を多く捕集できると共に、フルボ酸（●）の捕集率が低くなることが判る。つまり、ｐＨ５の地下水を樹脂Ａに通過させることにより、ウラニン（■）を多く捕集し、多くのフルボ酸（●）を通過させることができることになる。

図７に基づいて１ＬのｐＨ５の地下水を通過させた場合の状況を説明する。図７（ａ）は通過距離が２５ｍｍの場合、図７（ｂ）は通過距離が５０ｍｍの場合、図７（ｃ）は通過距離が１００ｍｍの場合、図７（ｄ）は通過距離が１５０ｍｍの場合である。

図７（ａ）から図７（ｄ）に示すように、通過距離が２５ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍのいずれの場合も、１Ｌの地下水を通過させた際に、殆どのフルボ酸（●）が通過していることが判る。

図７（ａ）に示すように、通過距離が２５ｍｍの場合、初期の状態から２０％強のウラニン（■）が通過し、地下水の量が多くなると４０％近くのウラニン（■）が通過することが判る。図７（ｂ）に示すように、通過距離が５０ｍｍの場合、初期の状態から１０％程度のウラニン（■）が通過し、地下水の量が多くなると２０％近くのウラニン（■）が通過することが判る。

一方、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、通過距離が１００ｍｍ、１５０ｍｍと長くなると、ウラニン（■）は殆ど通過せず、樹脂Ａに吸着されることが判る。

このため、樹脂Ａでの通過距離を１００ｍｍ以上とすることで、ウラニン（■）を確実に吸着して多くのフルボ酸（●）を通過させることができることが判る。

以上の結果を踏まえて、本発明の実施例では、合成吸着樹脂１１（図２参照）として、メタクリル酸エステル系の樹脂Ａを適用し、ウラニン（■）を確実に吸着させ、多くのフルボ酸（●）を通過させるようにしている。

図８、図９に基づいて大量の地下水を流通させた場合の樹脂Ａの性能を説明する。

図８には１Ｌの地下水を、例えば、直径が１００ｍｍの樹脂Ａに通過させた際の、ウラニン（■）及びフルボ酸（●）の通過割合と通過距離の関係を示してある。

図に示すように、通過距離が２５ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍのいずれの場合も、１Ｌの地下水を通過させた際に、９０％以上のフルボ酸（●）が通過していることが判る。

通過距離が２５ｍｍの場合、４０％程度のウラニン（■）が通過し、通過距離が５０ｍｍの場合、３０％程度のウラニン（■）が通過していることが判る。そして、通過距離が１００ｍｍ、１５０ｍｍになると、ウラニン（■）は殆ど通過しない（吸着される）ことが判る。

これにより、例えば、直径が１００ｍｍの樹脂Ａに地下水を流通させても、即ち、地下水の通過面積を広くしても、通過距離を１００ｍｍ以上にすることで、ウラニン（■）を確実に吸着させ、多くのフルボ酸（●）を通過させることができることが判る。

図９には２Ｌの地下水を樹脂Ａに通過させた際の、ウラニン（■）及びフルボ酸（●）の通過割合を示してある。

図に示すように、初期の状態から、８０％から９０％以上のフルボ酸（●）が通過し、ウラニン（■）が殆ど通過していないことが判る。このため、２Ｌの地下水を樹脂Ａに通過させても、ウラニン（■）を確実に吸着させ、多くのフルボ酸（●）を通過させることができることが判る。

上述した地下水の年代測定装置では、ｐＨ５の地下水を樹脂Ａに通過させることで、ウラニンを確実に吸着させ、多くのフルボ酸を通過させることができる。ウラニンが取り除かれた地下水３のフルボ酸由来の^１４Ｃが評価されるので、蛍光塗料（ウラニン）に由来する人工有機物の^１４Ｃが取り除かれた状態のフルボ酸由来の^１４Ｃを評価することで、地下水と共に移動するフルボ酸由来（自然有機物由来）の^１４Ｃを的確に評価して地下水の年代を的確に測定することができる。

そして、大量の地下水を流通させても（処理量を多くしても）ウラニンを確実に吸着させることができるので、現場で採取した地下水を直接通過させてフルボ酸由来の^１４Ｃを評価し、地下水の年代を採取現場で的確に測定することができる。

上述した手法によりウラニンが取り除かれた地下水３のフルボ酸由来の^１４Ｃを評価して地下水の年代を評価した場合、従来から行われている、Ｈｅ等を用いた手法の結果と略同じ結果が得られていることが確認されている。

本発明は、地下水の年代を測定する地下水の年代測定装置の産業分野で利用することができる。

１ボーリング孔
２掘削液
３地下水
１１合成吸着樹脂
１２吸着カラム
１３自然有機物検出手段
１４年代導出手段
１６通路部材

Claims

地下水が通水されて前記地下水に含まれる人工有機物を吸着させる疎水性の合成吸着部材と、
前記合成吸着部材から排出される前記地下水からフルボ酸由来の^１４Ｃを検出する自然有機物検出手段と、
前記自然有機物検出手段で検出された前記フルボ酸由来の^１４Ｃを評価し、評価結果により前記地下水の年代を類推する年代導出手段とを備え、
前記人工有機物は、ウラニンであり、
前記合成吸着部材は、メタクリル酸エステルからなる合成吸着樹脂であり、
前記地下水のｐＨは、前記合成吸着部材でのウラニンの吸着率が９０％以上で、フルボ酸の吸着率が２０％以下になるように維持される
ことを特徴とする地下水の年代測定装置。