地層処分研究開発における出土金属製遺物の知見の活用; 「地層の力」を示す長期の実例

三ツ井 誠一郎

金属, 93(3), p.211 - 218, 2023/03

地層処分研究開発の一環として、地層処分で想定される現象に類似した、天然類似現象(ナチュラルアナログ)を対象とする研究、「ナチュラルアナログ研究」が実施され、地層処分で想定される現象の予測モデルの概念や評価手法の妥当性の検証に利用されている。日本原子力研究開発機構が実施してきた金属製遺物を対象としたナチュラルアナログ研究の成果を通じ、出土金属製遺物から得られる知見を地層処分研究開発にどのように活用しているかを紹介する。

Electrochemical behavior of carbon steel with bentonite/sand in saline environment

北山 彩水; 谷口 直樹; 三ツ井 誠一郎

Materials and Corrosion, 72(1-2), p.211 - 217, 2021/01

https://doi.org/10.1002/maco.202011689

Current designs for the geological disposal of high-level radioactive wastes in Japan use carbon steel overpack containers surrounded by a mixed bentonite/sand buffer material, which will be located in a purpose built repository deep in the underground. There are suitable sites for a repository in Japan, however coastal areas are preferred from a logistics point of view. It is therefore important to perform the long-term performance of the carbon steel overpack and mixed bentonite/sand buffer material in the saline groundwaters of coastal areas. In the current study, the passivation behavior and initial corrosion rates of carbon steel with and without mixed bentonite/sand were tested as a function of pH in representative saline groundwaters. The main findings of the current study indicate that passivation of carbon steel with buffer material will be difficult in a saline environment, even at high pH = 12 conditions, and that the corrosion rate of carbon steel was more strongly affected by the presence of buffer material than by the concentration.

長野県柳沢遺跡における青銅器の埋蔵環境と青銅器由来成分の挙動

三ツ井 誠一郎; 村上 隆*; 上田 典男*; 平林 彰*; 廣田 和穂*

文化財科学, (77), p.1 - 14, 2018/10

長野県中野市の柳沢遺跡から出土した弥生時代の銅鐸及び銅戈の埋蔵環境を調査した結果、赤銅鉱が安定に存在しうる、比較的酸素の影響を受けにくい条件であったことが確認できた。また、土壌中の青銅器由来成分の分布を調査した結果、Cu及びPbは、埋納坑から少なくとも2m程度離れた場所まで移動しているのに対し、Snは青銅器近傍に残存する傾向があることが確認できた。これらの挙動の違いは各元素の溶解度の違いによって説明することができる。また、Snの挙動は青銅器の長期腐食状態に影響している可能性がある。

Volume reduction of cesium contaminated soil by magnetic separation; Pretreatment of organic matters

堀江 裕貴*; 行松 和輝*; 三島 史人*; 秋山 庸子*; 西嶋 茂宏*; 関山 富男*; 三ツ井 誠一郎; 加藤 貢

Journal of Physics; Conference Series, 871, p.012102_1 - 012102_7, 2017/07

https://doi.org/10.1088/1742-6596/871/1/012102

By the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, a large amount of soil was contaminated by radioactive cesium. We developed a new volume reduction method of contaminated soil combining classification and magnetic separation. In magnetic separation, 2:1 type clay minerals, which adsorb cesium strongly and show paramagnetism, are removed from soil suspension of silt and clay, and then the contaminated soil can be separated into two groups that is high and low dose soil. However, there is an issue that the clay aggregates induced by organic matters prevent 2:1 type clay minerals from selective separation magnetically. The purpose of this study is to disperse aggregates by means of the alkaline KCO solution treatment for selective separation of 2:1 type clay minerals. Firstly, particle size distribution was measured and the dispersion by KCO treatment was investigated. Moreover, the radioactivity of passed soils after magnetic separation was measured to investigate the effect of dispersion treatment before magnetic separation. The result showed the possibility of more selective separation for 2:1 type clay minerals by treatment of organic matters.

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,3; NUMO-JAEA共同研究報告書(2013年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 三ツ井 誠一郎; 北村 暁; 吉川 英樹; 小田 治恵; 石寺 孝充; et al.

JAEA-Research 2014-030, 457 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-030.pdf:199.23MB

原子力機構(JAEA)がこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、原子力発電環境整備機構(NUMO)が今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定すること等を目的として、2011年度よりJAEAとNUMOは以下の3つのテーマについて共同研究を進めている。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討: 水理地質構造モデル構築手法の事例調査に基づいて、得られた知見を評価ツリーとして整理し、モデルの不確実性やそれらの評価項目への影響等についての検討を行った。(2)シナリオの構築方法に関する検討: 状態設定手順を実務的な観点から、さらに見直すとともに、セメント影響とガラス溶解挙動について、知見の体系的な整理と不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定方法に関する検討: 母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

妻木晩田遺跡出土鉄器の埋蔵環境と腐食

三ツ井 誠一郎

妻木晩田遺跡発掘調査研究年報2014, p.27 - 44, 2015/03

AA2014-0727.pdf:4.39MB

鳥取県西伯郡大山町富岡・妻木・長田から米子市淀江町福岡に所在する国内最大級の弥生集落遺跡である妻木晩田遺跡からは鉄製品が多数出土している。これら出土した鉄製品の腐食状態を把握するため、蛍光エックス線(XRF)及びエックス線回折(XRD)、エックス線コンピュータトモグラフィ(X線CT)を用いた非破壊分析を行った。また、腐食と埋蔵環境の関係の参考情報とするため、発掘調査が実施されていた箇所において埋蔵環境調査を行った。その結果、X線CT分析により測定した腐食層厚は遺跡にて測定したプローブ腐食速度から推定される腐食量と較べて12桁程度小さく、鉄遺物表面に検出された腐食生成物が腐食反応を抑制していたことが示唆された。

平成23年度福島第一原子力発電所事故に係る福島県除染ガイドライン作成調査業務報告書

木原 伸二; 天澤 弘也; 坂井 章浩; 仲田 久和; 久語 輝彦; 松田 規宏; 大泉 昭人; 笹本 広; 三ツ井 誠一郎; 宮原 要

JAEA-Research 2013-033, 320 Pages, 2014/07

JAEA-Research-2013-033.pdf:119.17MB

自治体等による除染計画の策定及び除染活動の実施の際に必要となる知見・データの蓄積をすることを目的に、森林に隣接した家屋、傾斜地等を含む南相馬市ハートランドはらまち、並びに家屋,畑,牧草地,果樹園等を含む伊達市下小国地区を対象として面的除染を実施した。除染エリアの地形、土地の利用状況等に応じて容易に実施可能な除染方法を用いた結果、除染後の空間線量率の平均値はおおむね除染前の1/2まで低減した。

本高弓ノ木遺跡5区出土鉄器の非破壊分析

三ツ井 誠一郎

一般国道9号(鳥取西道路)の改築に伴う埋蔵文化財発掘調査報告書,8; 本高弓ノ木遺跡(5区)I,3, p.241 - 258, 2013/10

http://www.kyo-bun.sakura.ne.jp/houkokusho/2013motodakayuminoki1_3.pdf

鳥取県鳥取市本高弓ノ木遺跡の古墳時代前期(4世紀)の水路遺構から出土した鉄製鋤先の腐食状況について、X線CT装置を用いた腐食状態の観察、ポータブルX線回折・蛍光X線分析装置を用いた表面の腐食生成物等の分析を実施した。また比較のため、同時代の宮谷26号墳より出土した刀子並びに良田中道遺跡より出土した鉄斧についても同様な分析を実施した。その結果、鋤先と鉄斧については腐食生成物として菱鉄鉱を検出するとともに、遺物の内部に金属鉄が残存することを確認した。菱鉄鉱による腐食反応の抑制が既往の実験的研究で確認されており、鋤先と鉄斧の腐食状態についても菱鉄鉱の形成が関係している可能性がある。

An International initiative on long-term behavior of high-level nuclear waste glass

Gin, S.*; Abdelouas, A.*; Criscenti, L.*; Ebert, W.*; Ferrand, K.*; Geisler, T.*; Harrison, M.*; 稲垣 八穂広*; 三ツ井 誠一郎; Mueller, K. T.*; et al.

Materials Today, 16(6), p.243 - 248, 2013/06

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2013.06.008

ガラスの長期溶解速度の支配機構に関する共通認識を得るため、使用済燃料の再処理に伴い発生する高レベル廃棄物の閉じ込め材料としてホウケイ酸ガラスを採用している国々が科学的協力を強化することとなった。共通認識の獲得は、性能評価及び地層処分の安全性実証に利用される信頼性の高い予測モデルの開発に向けて最も重要な課題である。この協力構想には、材料科学分野の最新ツールを利用して基礎又は応用研究を行っている多数の研究機関が参加している。本論文では、この協力構想に参画している6か国におけるガラス固化に関する経緯、現在の政策、地層処分計画を紹介し、ガラスの長期挙動に関する共通及び各国のニーズを示す。また、この協力構想の提案及びこれまでに得られた成果を概括する。

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化; NUMO-JAEA共同研究報告書(2011年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 早野 明; 三ツ井 誠一郎; 谷口 直樹; 小田 治恵; 北村 暁; 大澤 英昭; et al.

JAEA-Research 2012-032, 298 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-032.pdf:33.68MB

原子力機構(JAEA)と原子力発電環境整備機構(NUMO)は、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて、原子力機構が蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定するとともに、必要な開発課題と今後の計画を明らかにすることを目的として、2011年度に共同研究を実施した。実施テーマと概要は以下の通り。(1)対象母岩の選定に関する検討:母岩特性のうち水理に着目し、母岩特性を評価するための項目、及び地下水移行時間の評価手法について、地質環境の調査・評価と関連付けたうえで整理した。(2)シナリオの構築に関する検討:シナリオ構築手順を具体化するとともに、ガラス固化体の溶解と核種の浸出、オーバーパックの腐食、緩衝材の長期変遷について、現象理解に関する最新の知見を構造的に整理した。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討:緩衝材の分配係数と拡散係数、母岩の分配係数を対象として、パラメータ設定の方法論を検討し、その方法論に従った試行を行った。(4)知識情報の品質確保に関する検討:知識情報の品質を確保するための考え方や手法を、(2)シナリオの構築で検討した状態設定に対する論拠に関する情報を例として検討した。