緩衝材中の化学影響評価に向けた熱-水-応力-化学連成解析モデルの開発

Development of numerical model on the coupled thermo-hydro-mechanical-chemical process for the assessment methodology of chemical effects in the buffer material

木村 誠*; 九石 正美; 藤田 朝雄 ; 中間 茂雄 ; 鈴木 英明

Kimura, Makoto*; Sazarashi, Masami; Fujita, Tomoo; Nakama, Shigeo; Suzuki, Hideaki

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、廃棄体定置後から緩衝材が再冠水に至るまでの過渡的な期間にニアフィールドで形成される塩濃縮・析出現象をはじめとする緩衝材中の化学影響に重きを置いた熱-水-応力-化学連成解析モデルの高度化を進めている。本報告では、(1)モデルで考慮されている連成事象の理論・法則や制約条件を整理,(2)米国で開発が進められている気液二相流を考慮した連成解析コードとの比較解析を通じた解析モデルの適用性を確認,(3)これまで実施してきた塩濃縮試験結果を整理とこの試験に対応した解析モデルの適用による検証解析,(4)仮想的地質環境におけるニアフィールドのガラス固化体からの崩壊熱の発生や地下水の浸潤に伴うニアフィールドへの本解析モデルの適用、を実施した。これらのことより、開発・高度化を進めているモデルにより崩壊熱の発生に伴う地下水の浸潤過程において、緩衝材内が不飽和状態にある期間内にはオーバーパックと緩衝材の境界で塩類が濃縮・析出し、長期的には濃縮塩類が溶解・逸散するというシナリオに整合する傾向を示すとともに、本モデルの適用性を確認した。

Numerical model which can quantify the complex evolution of the coupled thermo-hydro-mechanical-chemical processes in the near-field of a HLW repository has been developed and the outline of the model considering heat flow, fluid flow, mass transport and a variety of chemical reactions such as mineral dissolution/precipitation, gas dissolution/exsolution, ion-exchange and surface complexation are described. The applicability of the numerical model was shown by the following three efforts. (1) Intercomparison analysis against another coupled model, TOUGHREACT which has been developed in the Lawrence Berkeley National Laboratory. (2) Comparison with the measured data in the designed laboratory tests for the salt accumulation/precipitation. (3) Perspective simulation on chemical changes in the near-field involving the radioactive decay heat arising from the vitrified waste and infiltration of ground water into the buffer material.