Development and verification of a reactive transport model for long-term alteration of bentonite-cement-seawater systems

ベントナイト-セメント-海水系の長期変質解析に用いる化学反応を伴う物質移行モデルの開発と検証

山口 徹治 ; 山田 文香; 根岸 久美*; 星野 清一; 向井 雅之 ; 田中 忠夫 ; 中山 真一 

Yamaguchi, Tetsuji; Yamada, Fumika; Negishi, Kumi*; Hoshino, Seiichi; Mukai, Masayuki; Tanaka, Tadao; Nakayama, Shinichi

ベントナイトとセメントが共存する放射性廃棄物処分場の人工バリアシステムの長期的な変質を評価することは安全評価上重要である。これまでに実施してきた研究成果に基づく評価手法整備をさらに進めるため、本研究ではまず、セメント系材料の変質で生成する可能性のある鉱物を既往の知見から選定し、二次鉱物生成モデルを作成した。セメント硬化体の変質試験を実施して、このモデルを検証した。また、既に開発していたベントナイトの透水係数モデルに、温度に依存する粘性項を付加し、この新しいモデルを原環センターが報告していた80Cにおける透水試験の推移と照合することで検証した。さらにこれらのモデルを用いて、セメントとベントナイトが共存する人工バリアシステムの10,000年間に渡る変質を解析し、その計算結果を詳細に検討することにより、温度が変質挙動に強く影響すること、変質はベントナイト中の主要な鉱物の溶解速度が遅いことや、拡散でしか物質が移行しないことにより制限されること、はじめの1,000年間に比べてその後は変質速度が有意に遅くなること、地下水中の塩濃度は変質挙動に複雑な影響を与えることなどを見いだした。

It is important to assess long-term alteration of engineered barrier composed of bentonite and cement for the safety assessment of radioactive waste disposal. In order to promote our development of the assessment methodologies, we developed a secondary mineral formation model for cement based materials and a hydraulic conductivity model for bentonite buffer materials. These models were verified by comparing with experimental observations. We also calculated changes in mineralogy of bentonite buffer materials and accompanying changes in the hydraulic conductivity over 10,000 y. We identified the temperature as an important factor dominating the alteration of the buffer. We also identified that the alteration is limited by slow kinetics of the dissolution of montmorillonite and by the diffusive mass transfer. Our calculation showed that the mineralogical change proceeds rather fast during the initial 1,000 y and slows down afterwards, and that salinity of the groundwater has both positive and negative effects on the hydraulic conductivity.