人工バリアにおける核種拡散過程に関する研究

Study on diffusion behavior of nuclide in buftir material

鈴木 覚

Suzuki, Satoru

原子力発電の核燃料サイクルにおいて発生した高レベル放射性廃棄物(HLW)は、岩盤内に地層処分することが検討されており、物理的・化学的緩衝材としてベントナイトを使用することが検討されている。長い処分年月においては、地下水との接触によりオーバーパックが腐食・破損し、やがて放射性核種が漏洩してくる可能性もある。ベントナイトには、その低い透水性と陽イオン吸着能により、これらの核種の物質移行を抑制する役割が期待されている。この研究の目的は、物質移行に関する物性値である拡散係数の塩濃度および温度依存性を求めることと、その拡散メカニズムを明らかにすることである。第1章では、性能評価における物質移行問題の取り扱いについてまとめた。第2章では、ベントナイト中の実効拡散係数の塩濃度依存性と温度依存性を取得した。第3章では、ベントナイトの間隙構造と拡散係数の関係について理論的に検討した。第4章では、ストロンチウムの収着構造を分子動力学法により研究した。第5章では、ベントナイトの間隙水の物性について、ラマン分光法や分子動力学法により研究した例を報告する。以上の研究により、ベントナイトの実効拡散係数と保持因子および間隙構造の関係が明らかになった。

Bentonite is a promising candidate of buffer material for geological disposal of high-level radioactive waste (HLW). Mass transport in bentonite is mainly controlled by diffusion process because of extremely low-permeability. Geological environments, e.g. salinity of ground water and temperature can strongly influence on migration behavior in bentonite, and therefore diffusivity and diffusion mechanism have been investigated experimentally and theoretically. In chapter 1, the author summarizes how the diffusivity in the buffer material has been treated in the safety assessment. In chapter 2, results of diffusion experiments as a function of salinity and temperature have been shown. In chapter 3, relationship between diffusivity and pore structure of bentonite has been investigated theoretically. In chapter 4, sorption structure of strontium on smectite has been studied by using molecular dynamics simulation. In chapter 5, vibrational property of pore water has been investigated Diffusivity in bentonite has been discussed based on rock capacity factor, microstructure and interaction between diffusant and bentonite.