地層処分性能評価のガラス溶解評価におけるガラス固化体中の亀裂発生に伴う表面積増加の影響

Study on Influence of Increase in Surface Area by Cracking on Glass Dissolution for HLW Performance Assessment

蛯名 貴憲*; 牧野 仁史 

Ebina, Takanori*; Makino, Hitoshi

高レベル放射性廃棄物を地層処分した後のガラス固化体の溶解においては、ガラスの冷却過程で生じる亀裂により溶解に寄与する表面積が増加し、ガラスの溶解が促進される可能性がある。これまでの安全評価の例では、亀裂により表面積が10倍程度増加するとし、さらに溶解量は表面積に比例して大きくなるとしている。しかし、亀裂があった場合でも実質的な溶解量の増加はそれほど大きくないとの試験結果も報告されている。そこで本研究では、亀裂の発生による表面積増加のガラス溶解に対する影響度を簡単なモデルを用いて定量的に検討した。また、本モデルの実規模模擬ガラス固化体を用いた浸出試験系への適用性の検討を行った。その結果、亀裂の発生がガラス固化体の溶解に与える影響度は、固化体中に存在する亀裂面の表面積の大小そのものではなく、ガラスの主成分であるSiの亀裂内での拡散に関係する亀裂開口幅と、固化体外側からの溶解に関係する面積に依存して変化する事が示唆された。また、実規模模擬ガラス固化体を用いた浸出試験で実測された亀裂開口幅などを参考に、本モデルを実際の試験系へ適用した結果、亀裂発生によるガラスの浸出量の増加は、解析結果および試験結果ともに2倍以下に収まっており、ほぼ整合している事を確認した。

Cracking of the glass that occurred during cooling in the vitrification process would cause increase in surface area of vitrified wastes and potential impact of the cracking on glass dissolution have been discussed.In the current performance assessments of HLW,increase in glass dissolution has been assumed to proportionate to increase in the surface area.On the other hand,leaching experiments on a full-scale simulated glass block with numerous cracks have shown that only a fraction of the crack surface contributed to glass dissolution. In this study,we developed a simple model and carried out sensitivity analysis for influence of increase in surface area on glass dissolution. Results show that increase in surface area in a fractured glass block does not impact on glass dissolution proportionately.Instead of surface area,ratio of the outside surface area and aperture of fractures that could control diffusion behavior through fracture have impact on glass dissolution.Under the condition of leaching experiments on a full-scale simulated glass block with numerous cracks,a few times increase in glass dissolution was estimated by the developed model,and that was consistent with the experimental results.