Dynamics of water and ions in montmorillonite clays by microscopic simulation and quasi-elastic neutron scattering
Dynamique de l'eau et des ions dans les argiles de type montmorillonite par simulation microscopique et diffusion quasi-elastique des neutrons
Résumé
Montmorillonite clays in low hydration states, with Na+ and Cs+ compensating counterions, are investigated by a combination of microscopic simulation and quasi-elastic neutron scattering to obtain information on the local structure and dynamics of water and ions in the interlayer. At first predictions of simulation into the dynamics of water and ions at elevated temperatures are shown (0°C – 80 °C, pertinent for the radioactive waste disposal scenario). Marked difference is observed between the modes of diffusion of the Na+ and Cs+ counterions. In water dynamics, a significant step towards bulk water behaviour is seen on transition from the mono- to bilayer states. Secondly, a detailed comparison between simulation and quasi-elastic neutron scattering (Neutron Spin Echo and Time-of-Flight) regarding ambient temperature water dynamics is presented. Overall, the approaches are found to be in good agreement with each other and limitations of each of the methods are clearly shown.
La structure locale et la dynamique de l'eau et des cations dans l'espace interfoliaire des argiles montmorillonitiques, faiblement hydratées et avec des cations compensateurs Na+ et Cs+, sont étudiées par une combinaison de simulation microscopique et de diffusion quasi-élastique des neutrons. Les prédictions des simulations sur la dynamique de l'eau et des ions aux températures élevées (0°C–80°C, gamme pertinente pour le stockage des déchets radioactifs) sont présentées. Une différence marquée est observée entre les modes de diffusion des deux cations compensateurs. Pour la dynamique de l'eau, la transition entre les états mono- et bicouche est une étape marquante vers le comportement de l'eau bulk. Une comparaison détaillée entre simulations et diffusion quasi-élastique des neutrons (écho de spin et temps de vol) est présentée pour la dynamique de l'eau à température ambiante. Globalement, les approches sont en bon accord et les limitations de chacune sont clairement montrées.
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