Th(IV) is a stable actinide that can act as a chemical analogue of U(IV) and Pu(IV), which are important radionuclides in safety assessments of deep geological repositories (DGR). Therefore, to understand the geochemical behaviour of U(IV) and Pu(IV), batch sorption of Th(IV) onto crystalline rocks were performed in oxidising conditions. The distribution coefficients (Kd) of Th(IV) were of particular interest. Gyeongju fresh groundwater (GF) and Gyeongju brackish groundwater (GB) were obtained at the Gyeongju Low and Intermediate Level Radioactive Waste (LILW) Disposal Facility. Crystalline granite (gr) and biotite gneiss (bg) were collected in Gyeongju and Gwacheon respectively and were grounded to a particle size smaller than 150 μm. Sorption samples were continuously shaken for 7 days under 200 rpm at 25°C. The liquid-to-solid ratio (V/m) was 200 L·kg-1. Th(IV) concentrations of the sorption samples were determined by UV-Vis-NIR absorption colorimetry from the formation of Th(IV)-arsenazo III complexes. Although the method allowed the initial Th(IV) concentrations to be determined, the final Th(IV) concentrations fell below the limit of detection (LOD), 6.27×10-9 mol·L-1. Taking the LOD as the final concentrations, conservative Kd were calculated to be 4,410 L·kg-1 for GF-gr and GF-bg, and 7,830 L·kg-1 for GB-gr and GB-bg. The result indicates a strong sorption affinity of Th(IV) onto granite and biotite gneiss within Gyeongju groundwater, suggesting a similar behaviour for U(IV) and Pu(IV). Furthermore, comparison of the conservative Kd obtained from the experiment were compared with existing Kd values of Th(IV). Such analysis and comparison of Th(IV) Kd in various types of groundwater could help locate the optimal site for a DGR in South Korea.

본 연구에서는 국내산 경주벤토나이트를 이용하여 제조한 벤토나이트 콜로이드에 대한 산화환원 반응에 대체적으로 안정한 다가 핵종인 Eu(III)와 Th(IV)의 실험적 수착 연구를 수행하였다. 수착실험에 대한 공시험을 수행하여 반응용기 벽면에 의해, 침전에 의해, 콜로이드 형성에 의해 손실된 핵종들의 양을 평가하였다. 그리고 이러한 손실들을 반영한 Eu(III)와 Th(IV)의 벤토나이트 콜로이드에 대한 수착분배계수 값을 구하고 조사하였다. 세 종류의 손실양을 반영한 벤토나이트 콜로이드의 순수한 수착분배계수 값은 pH 변화에 따라 Eu(III)의 경우 정도의 값을 가지고, Th(IV)의 경우 정도의 값을 가지는 것으로 관측되었다. 특히 Eu(III)의 경우엔 pH 5 이상에서 침전의 영향이 크게 나타났고, Th(IV)의 경우엔 pH 3 이후에 콜로이드 형성과 침전의 영향이 크게 나타났다. 따라서 주어진 농도에서 콜로이드 형성 및 침전 영향이 커지는 pH 이후에는 Eu(III) 및 Th(IV)과 같은 다가 핵종들의 정확한 수착분배계수를 구하기 위해서는 이러한 침전 및 콜로이드 형성과 같은 영향이 반영되어야 할 것이다.