ガス移行挙動モデルの検討

山本 幹彦*; 大場 敏行*

JNC TJ8440 2003-004, 90 Pages, 2003/02

JNC-TJ8440-2003-004.pdf:12.83MB

高レベル放射性廃棄物の処分場内で発生すると考えられるガスの影響を,現実的な手法,データにより評価することを目的として,緩衝材中のガス移行挙動については,これまでブレイクスルー時の圧力と膨潤応力,試料の密度とブレイクスルー圧力及びガス浸透率との関係を実験的に明らかにし,緩衝材の基本的な透気特性の把握を進めてきた。また,第2次とりまとめではこれらのデータと諸外国の研究結果等を参考に,既存の2相流解析コード(TOUGH2)を用いてガス発生の影響を概略的に評価した。今後は環境条件をパラメータとしたデータの拡充,国際共同研究等によるモデル開発,ならびに地下研究施設での原位置試験によるモデルの検証等を通じて,モデルの信頼性向上と評価手法の確立を図ることが必要とされている。このような観点から,本年度は核燃料サイクル開発機構殿にて実施したガス移行可視化試験の結果を対象としてTOUGH2 改良コードによる解析を実施し,従来の2相流モデルでは高スメクタイト密度の粘土系材料中のガス移行挙動を模擬することは,特にブレイクスルー後の急激なガスフラックスの変化と極微量の間隙水排出量を模擬することが困難であるが,Kozeny-Carman モデルを応用した改良型モデルでは模擬可能であることが明らかとなった。諸外国のガス移行評価に関わる研究については,EU 圏内の国際共同研究における議論を中心として,ガス影響評価に係る技術開発の現状と今後の課題について情報の収集を行った。また,今後わが国において実施が予定される幌延深地層研究計画に組入れることを目的として,諸外国における同様の試験の経緯も参考としてガス移行原位置試験計画の概略検討を実施することにより,必要となる試験項目と試験技術,試験の全体フロー,及び実施工程等について検討を行った。

ニアフィールド構成材料のガスの移行特性に関する研究II

三原 守弘; 山本 幹彦*; 伊藤 隆雄*; 大場 敏行*

JNC TJ8400 2003-060, 81 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-060.pdf:5.1MB

ニアフィールド構成材料のガスの移行特性について調査を行なった。

山はねに関する文献調査と予測解析

村上 文啓*; 加賀屋 祐治*; 森 竜馬*

JNC TJ7410 2005-003, 263 Pages, 2002/03

超深地層研究所で発生する可能性のある山はねについて、関連の文献調査を実施し発生要因についてまとめるとともに、地震モーメント法を用いて、超深地層研究所を対象にして解析を実施し、山はね発生の可能性について検討した。

ニアフィールド構成材料のガスの移行特性に関する研究

山本 幹彦*; 大場 俊行*; 森 竜馬*

JNC TJ8400 2002-046, 167 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-046.pdf:2.7MB

地層処分環境下においては廃棄物収納容器、金属製廃棄物等が還元性雰囲気下で腐食し、処分場内でHガスが発生する。さらに、微生物によって有機廃棄物が分解されることによりCH、CO等のガスが発生すると予測されている。処分場内で発生したガスは、その蓄積と移行の過程で人工バリアシステム内の間隙圧力上昇、核種に汚染された間隙水の早期排出等の現象を誘発し、処分システムの長期安全性に影響を及ぼす可能性が指摘されている。本研究では粘土系材料についてガス透過試験に対する問題点を整理し、近年実施されたガス透過試験手法の調査を行うことにより、粘土系材料のガス透過試験方法について検討し、硬岩系岩盤条件では供試体/容器界面の止水材の適用が、軟岩系岩盤条件下では適切な拘束圧力の負荷がバイパス経路形成対策として有効であること等を示し、基本的試験条件を示した。また、セメント系材料に対して毛管圧力の測定試験、及びガス透過試験を行なった。その結果、ガス透過試験ではガスブレイクスルー時に排水速度が急激に増加し、その後排水速度が低下してガス排出速度が急激に増加する挙動が確認された。ガスのブレイクスルー圧はJIS モルタルについて約4,0008,000kPa であり、セメントペーストについては500800kPa であった。乾燥状態でのガスの透過係数はJISモルタルについて10m、セメントペーストについては10mであり、飽和試料の水の透過係数はJIS モルタルについて10m、セメントペーストについては10mであった。さらに、得られたガス透過試験結果に対して2相流パラメータを設定し、連続媒体に対する2相流モデルを用いたシミュレーションを実施することにより、連続媒体に対する2相流モデルのセメント系材料に対する適用性が高いことを確認した。

人工バリアシステム中のガスの移動に関する研究(V) -2相流モデルによる粘土系材料におけるガス影響評価結果の妥当性の検討-(研究概要)

山本 幹彦*; 関 義孝*; 森 竜馬*

JNC TJ8400 2000-031, 29 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-031.pdf:2.31MB

TRU廃棄物処分場内での金属の腐食等によるガス発生により、人工バリア中の核種移行の加速や、圧力上昇による人工バリアの破壊が懸念される。本研究では、処分場におけるガスの影響を評価するために、人工バリア材料の候補である粘土系材料(ケイ砂混合ベントナイト:ケイ砂混合率30wt%乾燥密度1.6Mg/m3)に対して、ガスの透過試験、ガス移行特性の定量評価を行い、拡張型気液2相流モデル(ベントナイト/砂モデルを付加した気液2相流モデル)の適用性評価を行うとともに処分システム中のガスの影響評価を実施した。ガスの透過試験を体積歪み拘束条件にて実施し、排水速度が急激に増加する点、およびその後の排水速度が低下し、ガス排出速度が急激に増加する点が確認された。また、後者に対応する計測上のブレイクスルー圧は平均有効応力がより小さい程小さくなるという傾向も確認された。ガスのブレイクスルー圧は27MPa程度で、ブレイクスルー後ほぼ定常に達した時点でのガスの透過係数は10-2110-19m2の範囲に分布すること、またブレイクスルー後も一定圧力下で排水が継続し、その後注入ガス圧力を減少させると排水速度は低下すること等が示された。ガス透過試験結果のフィッティングによりベントナイト/砂モデル(ケイ砂混合ベントナイトのガスの透過係数を、比表面積と間隙率との関係で表現したモデル)を付加した拡張型気液2相流モデルに必要なパラメータを設定し(ただし閉塞圧が推定値)、TRU廃棄物の廃棄体グループ2を定置する坑道について解析を行った。拡張後の気液2相流モデルによる解析結果は、処分場内のガス圧力は拡張前とほぼ等しいものの、処分システムからの汚染水の累積排出量については1/2倍程度となり、これまで実施してきた気液2相流モデル/パラメータでの評価の保守性が示された。

溶存水素ガスの拡散移行に関する研究

村上 文啓*; 太田 正博*; 鈴木 雅之*; 樋口 和弘*

PNC TJ1277 98-001, 204 Pages, 1998/02

PNC-TJ1277-98-001.pdf:6.59MB

炭素鋼オーバーパックの腐食によって発生する水素ガスが、ベントナイト緩衝材中の間隙水に溶存した形態にて拡散移動していく現象を把握するため、諸外国において提案されている代表的な拡散試験方法について調査した。その結果、溶存水素ガスを対象としたベントナイト中のみかけの拡散係数は110-11110-9m2/sであることがわかった。また、拡散方程式を用いた溶存水素ガスの移動量について解析・評価を行い、試験装置の設計検討に反映させるためのシミュレーションを実施した。その結果、みかけの拡散係数を210-12210-10m2/s、水素発生速度を2.710-22.7Nm3/yとした場合、みかけの拡散係数が大きく水素発生速度が小さい場合には、オーバーパック周辺でのガス蓄積はなく、拡散支配であることがわかった。また、みかけの拡散係数が210-11m2/sの場合、水素発生速度が0.0181Nm3/y以下であればガス蓄積はなく、拡散支配となることがわかった。さらに、これらを踏まえて、我が国のベントナイト材料を対象とした拡散試験手法を選定し、試験装置の設計検討を実施した。

TRU廃棄物処分システムの性能評価手法の検討(3)-概要書-

藤田 義夫*; 山本 幹彦*; 佐原 聡*; 寺村 政浩*

PNC TJ1277 95-002, 43 Pages, 1995/03

PNC-TJ1277-95-002.pdf:1.04MB

再処理事業等の本格化に伴って、今後核種等の長寿命核種を有意に含むTRU廃棄物の発生量増大が予想される。このため原子力委員会においてもその処方方策について検討が行われ、1990年代後半までに処分方法の目処を得るよう勧告がなされている。TRU廃棄物の処分方法を具体化する上では処分の長期安全性の評価が不可欠であり、このためには、考慮すべき現象の摘出、評価モデルの開発とデータの収集、モデルの妥当性の検証等からなる研究開発によって、処分後長期の安全性に影響する主要な現象を評価可能とする総合的安全評価手法の構築が必要である。そこで、本研究は上記の考え方に基づき、総合的性能評価手法の構築に必要な基礎データと各現象の重要度の指標を与えると共に、研究開発課題の明確化を目的として以下の範囲について調査、検討を実施するものである。(1)各種バリア構成物質に対する2相流データの収集(2)バリア構成物質に対する不飽和透過特性試験(3)処分場ガスの蓄積、及び不飽和移行に対する評価以上の調査検討により、TRU廃棄物処分への適用が考慮される代表的なバリア材料に対する2相流パラメータの一部についてデータを取得することができた。また、これらのデータを用いて2相流移行解析を実施し、ガスの種類による移行、蓄積挙動の相違を明かにした。

TRU廃棄物処分システムの性能評価手法の検討II成果概要

山本 幹彦*; 佐原 聡*; 寺村 政浩*

PNC TJ1277 94-002, 47 Pages, 1994/03

PNC-TJ1277-94-002.pdf:1.05MB

再処理事業等の本格化に伴って、今後核種等の長寿命核種を有意に含むTRU廃棄物の発生量増大が予想される。このため原子力委員会においてもその処分方策について検討が行われ、1990年代後半までに処分方法の目処を得るよう勧告がなされている。TRU廃棄物の処分方法を具体化する上では処分の長期安全性の評価が不可欠であり、このためには、個別の現象の摘出、評価モデルの開発とデータの収集、モデルの妥当性の検証等からなる研究開発によって、安全性に影響する主要な現象の評価が可能な総合的安全評価手法の構築が必要である。そこで、本研究は上記の考え方に基づき、総合的性能評価手法の構築に必要な基礎データを与えると共に、研究開発課題、開発工程の明確化を目的として以下の範囲について調査、検討を実施するものである。(1)TRU廃棄物処分に特有な個別現象のモデル化の調査・検討(2)ガスの発生・移行に関する処分システムへの影響評価(3)研究項目の優先順位付け及び研究工程の検討以上の調査結果により、TRU廃棄物の構成物質、処分環境条件において性能評価対象とすべき現象のモデル化の状況を把握すると共に、処分場内でのガス発生の影響について感度解析を実施することにより主要因子の寄与の程度を明らかにした。さらに、性能評価対象とすべき各現象の重要度に従って研究項目の優先順位付けを行い、これに従った研究開発工程について検討した。

Development of Performance Assessment Methods for TRU Wastes Isolation System Summary

藤田 義夫*; 山本 幹彦*; 寺村 政浩*; 佐原 聡*

PNC TJ1277 93-003, 30 Pages, 1993/02

PNC-TJ1277-93-003.pdf:0.68MB

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TRU廃棄物処分システムの性能評価手法の検討

藤田 義夫*; 山本 幹彦*; 寺村 政浩*; 佐原 聡*

PNC TJ1277 93-001, 196 Pages, 1993/02

PNC-TJ1277-93-001.pdf:4.99MB

今後の民間再処理施設等の運開に伴い、長寿命核種等を含むTRU廃棄物の発生量の増大が予測されており、原子力委員会においても処分方策の早急な確立を求めた報告がなされている。TRU廃棄物の処分方法を具体化する上では処分による長期安全性の評価が不可欠であり、そのためには放射性核種の移行に係る種々の想定される事象を詳細に記述する性能評価モデルを作成し、そのモデルの妥当性を確証することが必要となる。本研究は上記の考え方に基づき、TRU廃棄物の処分システムに対する総合的性能評価手法の構築を目的として、種々の調査、検討を実施するものである。このうち平成4年度は以下の調査検討を実施した。(1)TRU廃棄物処分システムの性能評価シナリオの開発(2)TRU廃棄物処分固有の現象の評価手法の詳細検討(3)予備的性能評価試算(4)全体性能評価手法の開発検討及び研究課題の摘出、本調査検討を通じ、TRU廃棄物の特性、及び高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発成果の取込みを考慮しつつ、TRU廃棄物処分の性能評価に対する基本シナリオを摘出すると共に、対応する個別モデルの現状調査と代表的モデルによる試算を実施した。また、全体性能評価手法構築のために実施すべき研究項目を明らかにした。