TRU廃棄物の処分概念の検討,5; 人工バリア材料の力学特性に関する研究(研究委託内容報告書)

A Study of disposal concept for TRU waste, 5; A Study on the mechanical properties of engineered barrier materials

田中 益弘*; 山本 博之*; 藤澤 理*; 奥津 一夫*; 三浦 一彦*; 高村 尚*

Tanaka, M.*; Yamamoto, H.*; Fujisawa, O.*; Okutsu, Kazuo*; Miura, K.*; Takamura, Hisashi*

TRU廃棄物には長半減期核種が含まれるため、長期間にわたりこれを生物圏から隔離することが要求される。本研究では処分システムの長期健全性に係わる重要事象の検討として1.人工バリア材料の力学特性データの取得及び評価、2.海水系地下水環境下における人工バリア材料の力学特性データの取得及び評価、3.人工バリアの自己シール性の観点からのデータ取得並びに最適設計を実施した。本年度の研究成果を以下に示す。1)Ca型化ベントナイトにケイ砂を30wt.%混合した乾燥密度1.6Mgm-3の材料について水酸化カルシウム水溶液を通水した場合の基本特性(膨潤圧、膨潤量、透水係数)を取得し、既存の研究から推定される基本データ予測と比較した。その結果、最大膨潤圧は0.53MPa、最大膨潤率43%、透水係数3.410-11ms-1であること、また膨潤圧及び透水係数は有効ベントナイト乾燥密度よりほぼ推定が可能であることが確認された。2)Na型ベントナイトを人工海水で強制的に変質された塩水化ベントナイトにケイ砂30wt.%混合した乾燥密度1.6Mgm-3の材料について人工海水を通水した場合の基本特性(膨潤圧、膨潤量、透水係数)を取得し海水系地下水の影響を考慮した。その結果、最大膨潤圧は0.74MPa、最大膨潤率50%、透水係数2.710-11ms-1であり、基本特性がCa型化ベントナイトに類似していること、またこの要因は、塩水化によるCa2+イオンの増加(Ca化が起こっている)によることが確認された。3)人工バリアの体積変化に対するシステム健全性評価の一環として、自己シール性確認実験を実施してきたが、自己シール性をより的確にとらえるため、シール中の透水性及び膨潤圧を測定した。実験で得られた自己シール可能な膨潤圧及び性能評価上必要な透水係数から自己シール性能を担保する有効ベントナイト乾燥密度を算出し、緩衝材の設計を実施した。

TRU waste should be isolated from biosphere for a long period of time as it includes long lived nuclides. In this study, (1) data were conected on the mechanical properties of engineered barrier materials, (2) affection on the mechanical properties of Na bentonito by salt water was studied and (3) soundness of the disposal system against changes in the volume of engineered banier was evaluated, to examine critical events related to the long-term soundness of the disposal system. Described below are the results of the studies. (1) The swelling pressure, swelling amount and permeability were obtained for a material consisting of NaCa-exchanged bentonito and silica sand with a relative weight of 30% (with a dry density of 1.6 Mgm) by supplying saturated calcium hydroxide aqeous solution. As a result, it was confirmed that the swelling pressure and permeability were approximately estimated from the relation between these properties and the effective dry density of bentonito. (2) The swelling pressure, swelling amount and permeability were obtained for a material consisting of salty Na bentonito and silica sand with a relative weight of 30% (with a dry density of 1.6 Mgm) by supplying artifical salt water. As a result, it was confirmed that these properties were approximately these properties of NaCa-bentonito. (3) Tests were conducted as a part of the evaluation of system soundness against changes in the volume of engineered barrier. Development of a void around bentonito was assumed. Self sealing of Na and NaCa-exchanged bentonito, and theirs water cut-off capability and swelling pressure were investigated.As a result, it was confirmed that the change of permeability and swelling pressure under self sealing of bentonito. Based on the test results (i.e. the both relations between the swelling pressure and dry density, and the permeability and dry density), soundness of the system was verified against changes of the volume of engineered barrier materials.