Verification of a reactive transport model for long-term alteration of cement-clay systems based on laboratory experiments and in situ observations

実験室実験と原位置観察によるセメント-粘土系長期評価モデルの検証

山口 徹治 ; 光本 義文; 角脇 三師; 星野 清一; 前田 敏克; 田中 忠夫 ; 中山 真一 ; Marsal, F.*; Pellegrini, D.*

Yamaguchi, Tetsuji; Mitsumoto, Yoshibumi; Kadowaki, Mitsushi; Hoshino, Seiichi; Maeda, Toshikatsu; Tanaka, Tadao; Nakayama, Shinichi; Marsal, F.*; Pellegrini, D.*

セメント-粘土系の長期的な変化を評価することは、放射性廃棄物処分の安全評価上重要であり、物質移行と化学反応を連成解析するコードや要素モデルの開発を行ってきた。このようなモデルを用いる評価手法の妥当性を検証することが重要となっている。そこで本研究では、実験室実験と原位置における観察に基づいてモデルの検証を行った。砂混合ベントナイト試料をアルカリ変質させ、その試料に通水して透水係数を測定した。鉱物学的変化に伴う透水係数の変化をモデル計算したところ、透水係数の上昇を過大評価気味に再現した。また、仏国放射線防護・原子力安全研究所(IRSN)のTournemire実験場において観察された、15年間に渡るセメント-粘土反応をモデル計算で再現してみた。鉱物学的変化が接触面から1cm以内に限定されていたこと,CaCOやCSHが生成していたこと,石英が溶解していたことなどの観察所見が、モデル計算で再現された。これは、われわれが1年程度の実験に基づいて開発してきたモデルが、より長期間の評価に適用できる可能性を示している。

It is important to assess long-term alteration of engineered barrier composed of bentonite and cement for the safety assessment of radioactive waste disposal. A mineral model for bentonite-cement-seawater systems and a hydraulic conductivity model for bentonite buffer materials were developed and verified by comparing results of the model calculations with experimental observations. Changes in mineralogy of bentonite buffer materials and accompanying changes in the hydraulic conductivity over 10,000 y were calculated to identify key issues in the long-term alteration analysis. The calculation showed that the temperature, the slow kinetics of the dissolution of montmorillonite, the diffusive mass transfer and the initial (1000 y) mineralogical changes were identified as the key issues. The salinity of the groundwater was identifies as another key issue, which has both positive and negative effects on the hydraulic conductivity.