セメント系材料由来のアルカリ性条件における緩衝材の鉱物学的変遷シナリオに基づく化学反応・物質移動連成解析

Reactive-transport model analyses of bentonite alteration behavior at alkaline condition generated by cement-water interaction in a TRU wastes repository

小田 治恵  ; 本田 明; 高瀬 博康*; 小曽根 健嗣*; 佐々木 良一*; 山口 耕平*; 佐藤 努*

Oda, Chie; Honda, Akira; Takase, Hiroyasu*; Ozone, Kenji*; Sasaki, Ryoichi*; Yamaguchi, Kohei*; Sato, Tsutomu*

TRU廃棄物の地層処分では、核種の物質移動を抑制するための人工バリア要素として、低透水性のベントナイトを用いた緩衝材が考えられている。セメント由来の高アルカリ性環境では、ベントナイト緩衝材の化学的・鉱物学的変化が生じ、その結果として物質移動特性が変化する可能性がある。本研究では、生起し得る変遷経路とその過程で生じる二次鉱物を抽出し、緩衝材の鉱物学的変遷シナリオを構築した。そして、シナリオに沿った解析ケースを設定し、人工バリア領域の化学反応・物質移動解析を実施した。この結果、準安定相が生成し、安定相が生成しないケースでは、他ケースに比べて、ベントナイトの主要構成鉱物であるスメクタイトの変質が最も進行することがわかった。一方、本解析結果から求められた緩衝材の拡散係数及び透水係数は、すべてのケースにおいて、セメント系材料との界面のごく近傍を除けば、10万年程度の間初期と同等か、拡散係数では若干の低下、透水係数では数倍以内の上昇が見られた。

Proposed TRU repository designs for geological disposal envisage the use of a bentonite buffer to limit the migration of radionuclides by impeding groundwater flow. Under highly alkaline conditions due to cementitious materials could cause a complex series of coupled changes in the porewater chemistry, mineralogy and, ultimately, the mass transport properties of the bentonite buffer. To elucidate the consequences of these coupled changes, reactive-transport model analyses have been conducted for eight bentonite alteration test cases using different combinations of secondary minerals that could form in the bentonite buffer. It was found that after 100,000 years the amount of dissolved bentonite was at a maximum when metastable secondary minerals precipitated. It was also found that the diffusion and hydraulic coefficients after 100,000 years in all test cases were on the same order of magnitude as the initial values.