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

Gas migration phenomena in potential components of near-field barrier system

山本 幹彦*; 大場 俊行*; 森 竜馬*

Yamamoto, Mikihiko*; not registered; not registered

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。

Gas production resulting from mechanisms which includes metal corrosion and microbial degradation in a geological repository are able to lead an overpressurisation and enhanced release of radionuclides. An improved method of gas injection test of clay materials regarding test conditions and methods of gas flow rate measurement were examined and some key issues are recommended. Gas injection experiments of saturated mortar and cement paste and quantitative evaluation of gas and water flow properties in these materials were carried out. Water permeability of saturated mortar and cement paste are 10 m and 10 m respectively, although their gas permeability of dried sample were 10 m and 10 m respectively. Under the condition of constant injection pressure and axial flow, gas breakthrough phenomenon at which sharp increase of gas outflow rate after rapid rise in outflow rate of water was observed. Then the injection pressure rose a peak value range from 0.5 MPa to 8.2 MPa higher than backpressure. Afterward, outflow rate of gas increased to a steady state value in the permeability range 10 - 10 m. Outflow of water continued after gas breakthrough phenomenon. A conventional continuum two-phase flow model was applied for simulation of the gas injection experiments. The simulation results of gas injection test were compared with measured test's data. The results of the simulation were in reasonably agreement with obtained experimental data.